سوخت پاش الكترونيكي

تاريخچه سوخت پاش الكترونيكي
در اواخر ۱۹۵۰ شركت كرايسلر تعدادي خودروي انژكتوري با سيستم الكترونيكي توليدكرد و اين طرح را « بنديكس الكتروژكتور » ناميد . طرح كرايسلرگسترش زيادي نيافت تا ايتكه اختراعات تازهاي در صنعت الكترونيك رخداد و ترانزيستورها و ديودها ، تحولي در مدارهاي الكترونيك ايجاد كردند.
در ۱۹۶۸ شركت فولكس واگن نمونه جالبي از اين سيستم را كه توسط شركت بوش ساخته شده بود روي موتورهاي خودنصب كرد .

از دهه ۷۰ ميلادي به اين سو ، كارخانه هاي خودرو سازي شروع كردند به جايگزيني سيستم سوخت پاش انژكتوري به جاي كاربراتوري . دليل اين كار تقاضاي خريداران در جوامع گوناگون بود .خريدار خواستار توان بالا مصرف كمتر سوخت گشتاور بهتر ( در دورهاي كم و درترافيك ) و كاركرد بي صداتر و نرم تر موتور است وجوامع با توجه به مسئله محيط زيست و آلودگي هوا خواستار خروج گازهايي با آليندگي كمتر از اگزوز خودروها بودند . سيستمهاي سوخت رساني انژكتوري تقريباً تمامي اين نيازها رابرآورده مي سازد . بر اساس اختلاف در روش تعيين مقدار سوخت تزريقي، سيستم EFI به دو گروه عمده تقسيم مي شود : در نوع اول كه از مدارهاي آنالوگ استفاده مي كند ، حجم پاشش سوخت بر اساس شارژ و دشارژ خازن تعيين مي شود . در نوع دوم كه از ريز رايان استفاده مي كنند ميزان تزريق با توجه به اطلاعات ذخيره شده تعيين مي شود . اساس هر دو مدار يكي است و تنها چند تفاوت در برخي موارد ( دقت و دامنه هاي كنترل ) بين آنها وجود دارد .

EFI چيست ؟
خودروها در دورهاي مختلف يكي از دو سيستم زير را براي تامين مخلوط مناسب هوا – سوخت براي سيلندر ها استفاده مي كنند :
۱- كاربراتور
۲- سيستم سوخت پاش الكترونيكي ( EFI )
در هر دو سيستم ، حجم هواي ورودي كه با توجه به زاويه دريچه گاز و دور موتور تغيير مي كند اندازه گيري شده و هر دو سيستم نسبت صحيحي از سوخت – هوا رابراي سيلندر تهيه مي كنند . در گذشته كابراتور به دلايل سادگي ساختار خود به طور گسترده در موتورهاي بنزيني مورد استفاده قرار مي گرفت . امروزه باتوجه به خواسته هايي نظيردوداگزوزتميزتر ، مصرف سوخت كمتر و … كاربراتور ها بايد به تجهيزات ديگري مجهز شوند كه در نتيجه سيستم ساده قبلي تا حدودي

پيچيده خواهد شد . به همين علت به جاي كاربراتور از سيستم سوخت پاش الكترونيكي ( EFI ) استفاده شد كه در حالات مختلف رانندگي ، نسبت صحيح هوا – سوخت را از طريق تزيق الكترونيكي سوخت كنترل مي كند . امروزه سيستمهاي انژكتوري داراي كنترل الكترونيكي بسيار توسعه يافته اند مدل هاي مختلف سيستم انژكتوري عبارتند از :
SPI(SINGLE POINT INJECTION) :
در اين سيستم سوخت توسط يك يا ۲ انژكتور در محفظه دريچه گار ( throttle body ) پوشيده مي شود .
MPI( Multi point injection ) :
در اين سيستم براي هر سيلندر يك انژكتور به كار مي رود .
GDI( Gasoline direct injection ) :
در اين سيستم سوخت مستقيماً به داخل محفظه احتراق تزريق مي شود .

مقايسه سوخت پاش الكترونيكي و كاربراتور
كاربراتور و سوخت پاش الكترونيكي دو وظيفه عمده دارند :
۱- مخلوط كردن سوخت و هوا با نسبتي معين
۲- ارسال مخلوط سوخت – هوا با اندازه گيري دقيق بر حسب شرايط كاركرد موتور
جدول شماره ۱ نسبت سوخت و هوا را در شرايط مختلف نشان مي دهد .

گرچه نتيجه نهايي كاركرد كاربراتور و سوخت پاش الكترونيكي يكي است ولي روشي كه در هر يك براي اندازه گيري ميزان هواي ورودي و تامين سوخت استفاده مي شود متفاوت است .

تامين مخلوط سوخت – هوا
كاربراتور : دور آرام حجم هواي ورودي مطابق باتغييرات فشار در خلاء نزديك يك دريچه گاز اندازه گيري مي شود و ميزان كمي سوخت به سمت سيلندرها كشيده مي شود . در عملكرد عادي حجم هواي ورودي توسط « خلا و نتوري » اندازه گيري شده و مقدار مناسبي سوخت به « نازل اصلي و نتوري » كشيده مي شود .

 

انژكتور :
مكانيزم اندازه گيري حجم هواي ورودي در سيستم EFI با مكانيزم كاربراتوري تفاوت دارد . حجم هواي ورودي توسط « حسگر هواي ورودي » اندازه گيري شده و سيگنال مناسبي را به « واحد كنترل الكترونيكي » ( ECU) ارسال مي كند . ECU با توجه به سيگنال حجم هواي ورودي و سيگنال دور موتور سيگنالي خاص به انژكتور ها مي فرستد تا مقدار صحيحي از سوخت ( سوخت پر فشار توسط پمپ بنزين ) را به ورودي هر سيلندر تزريق كنند .

شرايط رانندگي و نسبت سوخت – هوا
زمان استارت

به هنگام استارت ، براي بهتر روشن شدن موتور به ويژه در دماي پايين سوخت غني تري نياز است زيرا هوادر دماي پايين غليظ تر بوده و سوخت براحتي تبخير نمي شود .
كاربراتور : وقتي هوا سرد است دريچه ساسات كاملاً بسته نمي شود تا به تهيه مخلوط غني كمك كند پس از روشن شدن موتور دريچه ساسات كم كم بازمي شود تا از ايجاد مخلوط بسيار غني جلوگيري شود .

انژكتور : باروشن شدن موتور گردش موتورتوسط سيگنال ارسالي از استاتر حس شده و مخلوط غني تري تامين مي شود . همچنين يك انژكتور اضافي به نام« انژكتور استارت سرد » ( در بعضي مدل ها ) در زماني كه دما پايين است عمل مي كند و حجم سوخت تزيقي را افزايش مي دهد . اين انژكتور براي بهتر روشن شدن موتور طراحي شده است .

كاركرد موتور در هواي سرد
تبخير سوخت در موتور سرد بسيار ضعيف است لذا به هنگام استارت بايد مخلوط سوخت – هوا غني تر شود .
كاربراتور : در موتورهاي كاربراتوري ساسات مي بايستي مخلوط سوخت – هواي غني تري را تهيه كند . وقتي هوا سرد است ساسات به صورت دستي يا خودكار عمل كرده و دريچه ورود هوا را مي بندد تا مخلوط سوخت – هوا غني تر شود . در سيستم دستي ، راننده پس از گرم شدن موتور مي بايستي دريچه ساسات را باز كند . در سيستم خودكار دريچه ساسات توسط يك ترموستات به حالت عادي بر مي گردد .

انژكتور : دماي آب توسط حسگر دماي آب اندازه گيري مي شود . اين حسگر ترميستوري است ( نوعي نيمه هادي ) كه مقاومتش با تغييرات دماي آب تغيير مي كند . دماي مايع خنك كننده به سيگنالي الكتريكي تبديل شده و به ECU ارسال مي شود . ECU مخلوط سوخت – هوا رامتناسب با اين سيگنال غني مي كند .

هنگام شتابگيري
وقتي خودرو شتاب مي گيرد حجم هوا به سرعت افزايش مي يابد اما چون سوخت از هوا سنگين تر است تاخير كوتاهي در تهيه آن ايجاد مي شود .
كاربراتور : براي جلوگيري از رقيق شدن مخلوط هوا- سوخت به هنگام شتابگيري از يك سيستم شتاب دهنده استفاده شده است . وقتي دريچه گاز از حالت كاملاً بسته باز مي شود ميزان مشخصي سوخت با هدف جبران تاخير در تهيه سوخت از طريق مسيري مخص

وص تزريق مي شود .

انژكتور: در سيستم EFI تغيير خاصي در هنگام شتابگيري رخ نمي دهد . سوخت پاش الكترونيكي فوراً سوخت را با فشاري معين و متناسب با حجم هواي ورودي پاشش مي كند ( بدون تاخير در تهيه سوخت )

هنگام رانندگي با قدرت بالا ( تحت بار )
به هنگام رانندگي با سرعت ثابت در جاده اي تخت ، از سوختي بهينه ( نسبت مناسب سوخت – هوا ) استفاده مي شود اما وقتي سرعت افزايش مي يابد ( مثلاً هنگام سبقت ) بار اضافه اي به موتور تحميل خواهد شد . در اين حالت مخلوط رقيق مي شود و توان مناسبي راتامين نمي كند در چنين مواقعي به مخلوط غني تري نياز است تا توان كافي فراهم شود .
كاربراتور : در موتورهاي كاربراتوري اين عمل توسط « مدار قدرت » انجام مي شود اين مدار اضافه بار موتور را توسط خلا منيفولد حس مي كند . وقتي خلاء كاهش مي يابد حجم تزريقي بيشتر مي شود تا سوخت اضافي براي موتور تهيه شود .
انژكتور: اضافه بار موتور از طريق زاويه باز بون دريچه گاز مشخص شده و توسط « حسگر دريچه گاز » يه سيگنال الكتريكي تبديل مي شود . هنگامي كه زاويه افزايش مي يابد حجم تزيق بيشتر مي شود تا سوخت اضافي در حالت تمام بار به موتور ارسال شود .

خصوصيات سوخت پاش الكترونيكي
EFI در مقايسه با كاربراتور از مزاياي زير برخوردار است :
۱- توزيع يكسان سوخت در هر سيلندر
بزرگ ترين مشكل موتورهاي بنزيني كاربراتوري تقسيم غير يكنواخت سوخت بين سيلندرهاي موتور است . براي توجيه اين مشكل مي توان ناصافي ديواره هاي داخلي منيفولد ، طول ناهمسان شاخه ها وجود پيچ و خم و اينرسي موجود در گاز را دليل آورد . سوختي كه داراي اينرسي زياد باشد در مقايسه با هوا كندتر حركت مي كند وتمايل به چرخش در پيچ و خم هاي منيفولد ندارد. اين حالت باعث مي شود سوخت غني تر كه ذرات درشت تري دارد به حركت مستقيم خود ادامه داده و سيلندرهاي انتهايي را پر كند . اين خاصيت باعث مي شود تا سيلندر هاي انتهايي سوخت غني تر را دريافت كرده و احتراق ناقص انجام دهد ، اماسيلندرهاي ابتدايي با كمبود سوخت رو به رو مي شوند روش سوخت رساني تزريقي اين مشكل اساسي را حل كرده و باتزريق يكنواخت به سر سوپاپ ها توزيع سوخت را به طور يكسان انجام مي دهد .

۲- نسبت دقيق سوخت – هوا در تمام دورهاي موتور
نازل كاربراتور ، نمي تواند به طور دقيق نسبت سوخت – هوا را در تمام دورهاي موتور كنترل كند . بنابراين كنترل بين سيستم آرام ، سيستم با سرعت پايين و … تقسيم مي شود . در اين تغييرات مخلوط سوخت – هوا بايد غني باشد . به همين علت اگر در هر يك از مراحل يادشده مخلوط سوخت غني نباشد . حالتي غير طبيعي در موتور ايجاد مي شود . به دليل توزيع نا مناسب سوخت بين سيلندرها مخلوط سوخت – هوا بايد نسبتاً غني باشد . در سيستم EFI مخلوط سوخت – هواي دقيق و متناوب بدون توجه به سرعت و بار موتور آماده مي شود . اين حالت بر ميزان آلايندگي دود خروجي از اگزوز و مصرف بهينه سوخت ، تاثير بسزايي دارد .

۳- پاسخ به موقع و متناسب با تغييرات زاويه دريچه گاز
در سيستم هاي كاربراتوري از محل تزريق سوخت تا سيلندر مسافتي نسبتاً طولاني وجود دارد كه به دليل اختلاف زياد چگالي سوخت هوا باعث تاثير در ورود سوخت به سيلندر مي

شود با استفاده از سيستم EFI منبع تزريق نزديك سيلندر قرار دارد و بنزين با فشاري تقريباً برابر با ۲۰۰ تا ۳۰۰ Kpa (28 تا ۴۳ psi ) بيشتر از فشار منيفولد فشرده مي شود . اين سوخت فشرده به دليل پاشش حفره اي كوچك براحتي به بخار تبديل مي شود در نتيجه متناسب باباز و بسته شدن دريچه گاز حجم سوخت تزريقي همزمان با تغييرات حجم هواي ورودي تغيير مي كند . بنابراين ميزان سوخت – هواي ورودي به سياندرها با تغيير دريچه گاز تغيير كرده و به طور مختصر مي توان گفت كه پاسخ خوبي در ارتباط با تغييرات پدال گاز ايجاد مي شود .
۴- تصحيح مخلوط سوخت – هوا
الف- جبران در دماي پايين
روشن شدن موتور در هواي سرد بهتر مي شود زيرا هنگام استارت زدن ، انژكتور استارت سرد نه تنها بنزين تبخير شدهرا تزريق مي كند ، بلكه هواي كافي نيز به درون كشيده مي شود .
ب- قطع سوخت به هنگام شتاب منفي
حين شتاب منفي به رغم بسته بودن دريچه گاز دور موتور بالاست در نتيجه از حجم هواي ورودي كاسته شده و خلاء منيفولد قوي تر مي شود در كاربراتور به دليل افزايش ناگهاني خلاء منيفولد ، بنزين چسبيده به ديواره منيفولد بخار شده و وارد سيلندر مي شود . در نتيجه مخلوط هوا ، سوخت غني تر شده و باعث افزايش احتراق ناقص و ايجاد بنزين نسوخته ( HC ) در دود خروجي از اگزوز مي شود . در موتورهاي مجهز به EFI وقتي دريچه گاز بسته مي شود و يا دور موتور از حد مشخصي بالاتر مي رود . تزريق سوخت قطع مي شود . لذا غلظت HC در خروجي كاهش يافته و مصرف سوخت نيز كمتر مي شود .

انواع EFI
سيستم هاي EFI متناسب با روش اندازه گيري حجم هواي ورودي به دو نوع تقسيم مي شوند :
D-EFI و L- EFI
1- D-EFI ( كنترل فشار منيفولد )
در اين سيستم خلاء منيفولد اندازه گيري شده و حجم هوا بر اساس غلظتش تعيين مي شود.

۲- L-EFI ( كنترل هواي ورودي )
در اين سيستم حجم هواي ورودي به منيفولد توسط اندازه گيري حجم هوا حس مي شود .

توضيح
۱- مخفف D-EFI به عنوان D-jetronic اشاره دارد كه نشانه شركت « بوش » است . D-jetronic واژه اي مركب از لغت آلماني Druch به معناي « فشار » واژه hetronic لغتي است كه توسط بوش به معني « تزريق » ابداع شده است . مخف L-EFI نيز به L- jetronic اشاره دارد كه L آن از لغت آلماني Luft به معناي هوا گرفته شده است .
۲- علاوه بر دو نوع EFI اشاره شده نوع ديگري به نام K- jetronic وجود دارد كه استفاده از آن در اروپا متداول است . اين سيستم در واقع نوعي كنترل كننده حجم هواي ورودي اس

ت اما بر خلاف EFI كنترل مخلوط سوخت – هوا را به طور مكانيكي انجام مي دهد و تزريق سوخت از آن مداوم است .