سوخت‌رسانی کاربراتوری و انژکتوری

سیستم سوخت‌رسانی برای خودرو، همانند دستگاه گوارش و دستگاه تنفسی در بدن انسان، سیستمی ضروری و بسیار حساس است که انرژی لازم برای استفاده خودرو را فراهم می‌سازد. سیستم‌های سوخت‌رسانی چگونه چنین کاری را انجام می‌دهند؟ چند نوع هستند؟ مزایا و معایب هر سیستم چیست؟ چه نوع سیستمی برای خودرو اقتصادی‌تر و مناسب‌تر است؟ و ده‌ها سؤال دیگر وجود دارد که برای تمامی کسانی که به نوعی با خودرو سر و کار دارند، پیش می‌آید.
از سال ۱۳۸۳ ساخت خودروهای سواری کاربراتوری تقریباً به حالت تعلیق درآمده است و شرکت‌ها می‌بایستی از سیستم‌های انژکتوری در محصولات خود استفاده کنند. تعدادی از رانندگان قدیمی خودرو همچنان بر استفاده از خودروهای کاربراتوری اصرار می‌ورزند. کاربراتور و انژکتور چه تفاوتی دارند؟ هر یک چه کاری انجام می‌دهند؟ کدام یک بر دیگری ارجحیت دارد؟ در این نوشتار، سعی داریم به اختصار با این سیستم سوخت‌رسانی و در نهایت مزایا و معایب هر دو آشنا شویم.
● کاربراتور چیست؟
کاربراتور مهمترین قطعه در سیستم‌های سوخت‌رسانی کاربراتوری است. وظیفه اصلی کاربراتور، تهیه مخلوط مناسبی از هوا و سوخت برای شرایط مختلف کار موتور است. کاربراتور می‌بایستی خواسته‌های زیر را برآورده سازد:
۱) تهیه مخلوط صحیح هوا و سوخت برای شرایط مختلف کار موتور در زمانی بسیار کوتاه
۲) مصرف کم سوخت در وضعیت کار عادی موتور
۳) امکان تأمین حداکثر قدرت در حالت بار کامل
۴) روشن شدن موتور در هر دما و کارکرد منظم آن در حالت دور آرام
۵) پایداری تنظیم‌های انجام یافته برای مدتی طولانی و امکان تنظیم با توجه به شرایط کاری موتور
۶) سادگی، قابلیت اطمینان و دوام
۷) سهولت تعمیر و نگهداری
● طرز کار کاربراتور
عامل اصلی کار کاربراتور، ایجاد مکش (خلاء) روی مجرای خروج سوخت (ژیگلور) است. این کار، توسط قسمتی از بدنه کاربراتور به نام ونتوری یا گلوگاه انجام می‌گیرد. ونتوری در حقیقت مقطع کاهش بدنه کاربراتور می‌باشد. با باز شدن صفحه گاز، هوا توسط سیلندر موتور مکیده شده و به داخل کاربراتور جریان می‌یابد. هنگام عبور از ونتوری، به علت کاهش مقطع عبور، سرعت هوا افزایش یافته و فشار محفظه ونتوری کاهش می‌یابد و مکشی ایجاد می‌کند که به مراتب از دیگر مقاطع کاربراتور بیشتر است. اگر مجرای سوخت به این قسمت متصل شود، سوخت مکیده شده و پس از مخلوط شدن با هوا، وارد سیلندر می‌شود.
● انواع کاربراتور
▪ کاربراتورها از نظر جریان هوا به سه دسته تقسیم می‌شوند:
۱) کاربراتور با جریان هوا از بالا به پایین: در این کاربراتور نیروی جاذبه به جریان مخلوط سوخت و هوا به داخل موتور کمک می‌کند و در نتیجه تغذیه موتور بهتر انجام می‌شود. علاوه‌بر آن دسترسی به کاربراتور از نظر فضای تعمیراتی نیز بهتر می‌باشد. به همین دلیل این نوع کاربراتور بر روی اکثر خودروها به کار می‌رود که می‌توانند شامل کاربراتورهای یک مرحله‌ای یا دو مرحله‌ای باشند. کاربراتور خودروهای نیسان، پراید، پژو از این نوع هستند.
۲) کاربراتور با جریان هوا از پایین به بالا: این نوع کاربراتور بیشتر در گذشته به کار گرفته می‌شده است و علت آن جلوگیری از ورود سوخت به صورت مایع به موتور بود. کاربراتور خودروهای قدیمی دهه ۱۹۶۰ معمولاً از این نوع بودند.
۳) کاربراتور با جریان هوای افقی: مزیت اصلی این نوع کاربراتور ارتفاع کمی است که زیر درپوش موتور اشغال می‌کند. این نوع کاربراتر می‌تواند دارای ونتوری ثابت یا متغیر باشد. کاربراتور خودرو پیکان از نوع کاربراتور با جریان هوای افقی دارای ونتوری متغیر است.
تا دهه ۱۹۶۰، کاربراتور در بسیاری از سیستم‌های سوخت‌رسانی استاندارد، مورد استفاده قرار می‌گرفت. در دهه ۱۹۷۰، طی تحقیقات و نوآوری‌هایی سیستم EFI که در آن، سوخت توسط انژکتورها با کنترل الکترونیکی به مجرای مکش تزریق می‌شد، به جای کاربراتور در نظر گرفته شد.
دو جزء اساسی سیستم‌های کاربراتوری عبارتند از: کاربراتور و دلکو.
▪ کاربراتورها دو وظیفه اصلی برعهده دارند:
۱) مخلوط کردن سوخت و هوا به نسبت ترکیبی مشخص که در هر کاربراتور به عنوان یک پارامتر اساسی تعیین می‌شود.
۲) توزیع سوخت پودر شده به میزان برابر بین سیلندرها
▪ دلکو نیز دو وظیف اصلی برعهده دارد:
۱) تولید برق مبتنی‌بر مکانیزم کارکرد پلاتین و فیوز (خازن) دلکو
۲) توزیع برق در روی شمع‌ها در زمان لازم
● معایب عمده و ذاتی کاربراتور
با دقت در انجام کار کاربراتور، می‌توان دریافت به‌رغم تمام محاسن آن، چند عیب ذاتی بزرگ دارد که چشم‌پوشی از آنها امکان‌پذیر نیست.
۱) عدم تناسب میزان مخلوط شدن هوا و سوخت: این میزان ثابت نبوده و به دلیل چگالی نامتناسب این دو ماده که یکی گازی و دیگری مایع است تنها در زاویه‌ای خاص از دریچه کاربراتور این نسبت رعایت شده و در بقیه موارد این تناسب به هم می‌خورد.
۲) کاربراتور شدیداً وابسته به شرایط محیط است: وابستگی شدید کاربراتور به شرایط محیط به خصوص دما و فشار باعث می‌شود که به جرئت بتوان گفت هیچ خودروی کاربراتوری در حالت تنظیم کامل کار نمی‌کند.
۳) عدم توزیع یکسان سوخت به سیلندرها: از آنجا که کاربراتور وظیفه انتقال بی‌واسطه نوعی سیال به سیلندرها را برعهده دارد، طبیعی است که به سیلندرهای نزدیک‌تر به کاربراتور، سوخت بیشتری منتقل شده و بازده آنها بیش از سیلندرهای دورتر است.
۴) خفه کردن کاربراتور: این مشکل در تمامی کاربراتورهای دارای واحد پمپ شتابدهنده، دیده می‌شود. به این صورت که در زمان خاموشی موتور، با چند بار فشردن پدال گاز مقداری سوخت وارد سیلندر می‌شود و کاربراتور فلوت می‌کند.
۵) پدیده قفل گازی: این پدیده پس از خاموش کردن موتور رخ می‌دهد. وقتی که موتور و متعاقب آن پمپ بنزین خاموش می‌شود بنزینی که در لوله‌ها و کاربراتور موجود است بر اثر از دست دادن حرکت خود و نیز همنشینی با گرمای موتور، بخار شده و باعث دیر روشن شدن خودروهای کاربراتوری پس از چند لحظه خاموش شدن می‌شوند.
۶) وابسته بودن به نوع بنزین: یکی از پارامترهای کیفی بنزین، عدد اکتان آن است. این عدد بدون واحد در واقع معیاری است برای میزان تحت فشار قرار دادن بنزین بدون دچار شدن آن به خودسوزی و انفجار. هر چه عدد اکتان به ۱۰۰ نزدیکتر باشد، کیفیت بنزین مصرفی بهتر است. در لحظه تنظیم موتوراین کار با استفاده از بنزینی مشخص صورت می‌گیرد. حال اگر نوع بنزین و در نتیجه عدد اکتان آن تغییر کند، نیازمند تنظیمی جدید خواهیم بود. اکثر کسانی که از بنزین معمولی در خودرو کاربراتوری خود استفاده می‌کنند پس از استفاده از بنزین سوپر شاهد این تفاوت کارکرد موتور می‌شوند.
۷) تنظیمات زیاد و پیچیدگی زیاد مکانیکی: این وضعیت باعث می‌شود تعمیرکاران اغلب به دلیل عدم آگاهی از تنظیمات دقیق و یا عدم استفاده از ابزار مخصوص لازم، در مورد تنظیم همه جانبه آن غفلت ورزند.
● سیستم تزریق سوخت الکترونیکی EFIا چیست؟
در خودروهای جدید، از سیستم انژکتوری برای تحویل مخلوط سوخت و هوا با نسبت صحیح به سیلندرها در تمام دامنه‌های سرعت دورانی موتور، استفاده می‌شود. برای اطمینان از نسبت سوخت و هوای صحیح در موتور، سیستم EFI براساس شرایط رانندگی مختلف، به جای کاربراتور مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم کنترل EFI در دو نوع آنالوگ و دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرد. در سیستم کنترل آنالوگ، حجم سوخت تزریق شده براساس زمان مورد نیاز برای شارژ و دشارژ خازن، کنترل می‌شود. در سیستم دیجیتال حجم سوخت تزریق شده براساس داده‌های ذخیره شده در حافظه مشخص می‌شود. علاوه‌بر کنترل زمان مقدار سوخت تزریق شده، آوانس جرقه، سرعت هرز گرد موتور، کارکرد نادرست موتور و دیگر موارد را نیز می‌توان با استفاده از این نوع سیستم کنترل کرد.
● تفاوت عمده سیستم‌های انژکتوری در موتورهای بنزینی و گازوئیلی
در سیستم‌های انژکتوری موتورهای گازوئیل‌سوز، از سیستم جرقه‌زنی و شمع خبری نیست و احتراق درون محفظه سیلندر به روش احتراق خود به خودی انجام می‌شود. ابتدا، هوا در مرحله تنفس وارد محفظه سیلندر شده و در مرحله تراکم تا میزان ۱ به ۲۵ متراکم می‌شود. در این حالت، دمای هوا تا حدود ۷۰۰ درجه سانتی‌گراد افزایش می‌یابد. سپس در بالاترین نقطه و در زمان مناسب، گازوئیل توسط انژکتورها به درون سیلندر پاشش می‌شود و در حضور هوای داغ، باعث انفجار و به حرکت در آوردن پیستون و در نهایت حرکت موتور می‌شود.
اما در موتورهای بنزین‌سوز، در مرحله تنفس، مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندر می‌شود و انفجار سوخت در محفظه احتراق به کمک جرقه حاصل از فرمان رسیده به شمع‌ها، صورت می‌گیرد. نسبت تراکم، تا حداکثر حدود ۱ به ۱۱ امکان‌پذیر بوده و در صورت انفجار بی‌موقع سوخت درون سیلندر، پدیده Knocking یا Detonation روی داده و باعث وارد آمدن آسیب جدی به موتور خودرو می‌شود که این امر توسط ECU کنترل می‌شود.
دو وظیفه کاربراتور در سیستم‌های انژکتوری برعهده ۲ سیستم سوخت‌رسانی و سیستم هوارسانی گذاشته شده است که به وسیله واحد کنترل الکترونیکی هدایت می‌شوند.
سیستم سوخت‌رسانی شامل: باک بنزین، پمپ بنزین، لوله انتقال سوخت، فلیتر بنزین، رگولاتور فشار، ریل توزیع‌کننده سوخت، انژکتورهای مستقر بر روی ریل سوخت و تعدیل‌کننده جریان (دامپر) است.
سیستم هوارسانی نیز شامل: فلیتر هوا، اندازه‌گیر جریان هوا، دریچه هوا، سیلندر، منیفولد هوا و مخزن آرامش است.
در واقع، سیستم سوخت‌رسانی، وظیفه تهیه سوخت مورد نیاز در زمان مشخص و مقدار مناسب برای محفظه احتراق (سیلندر) و سیستم هوارسانی نیز وظیفه تهیه هوای مورد نیاز در زمان مشخص و مقدار و دمای مناسب برای محفظه احتراق (سیلندر) را برعهده دارند. این دو سیستم به کمک حسگرهای مختلف موجود در مسیر، شرایط لحظه به لحظه کارکرد موتور خودرو را اندازه‌گیری کرده و پس از انتقال به ECU، فرمان مناسب را گرفته و به کمک فرمانبرهای مختلف، بهینه‌ترین سوخت را برای کارکرد موتور تدارک می‌بینند. فرمان زمان جرقه‌زنی شمع‌ها نیز توسط ECU صادر می‌شود.
اگر سیستم سوخت‌رسانی را به بدن انسان تشبیه کنیم، ECU مغز سیستم، حسگرها، حواس انسان (بینایی و...) و عملگرها مانند دست و پای انسان عمل می‌کنند.
▪ بعضی از حسگرهای اصلی سیستم‌های EFI عبارتند از:
حسگر اندازه‌گیری دبی هوا AFM (میزان دبی هوا از نظر جرمی و حجمی)‏، حسگر اندازه‌گیری میزان خلاء ورودی MAP، حسگر اندازه‌گیری میزان دمای هوا ATS، حسگر اندازه‌گیری دمای آب موتور CTS، حسگر اندازه‌گیری دور موتور RPM، حسگر موقعیت دریچه گاز TPS، حسگر ë، حسگر اندازه‌گیری دمای سوخت FTS، حسگر اندازه‌گیری فشار سوخت FPS، حسگر کنترل وضعیت احتراق درون سیلندرها، حسگر وضعیت سیلندرها و حسگر اندازه‌گیری CO و HC.
عملگرهای عمده سیستم نیز شامل: شیر موتوری، انژکتورها، گرمکن هوا PTC، شمع‌ها و غیره است.
سیستم‌های انژکتوری در طول زمان، تغییرات متنوعی کرده‌اند. در ابتدای دهه ۱۹۷۰ از سیستم‌های مکانیکی انژکتوری آغاز و سپس سیستم‌های الکترونیکی طراحی شدند. از دیدگاهی دیگر سیستم‌های انژکتوری از سیستم‌های تک انژکتور شروع شده و اکنون از سیستم‌های پاشش سوخت مستقیم استفاده می‌شود.
▪ انواع سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری به ترتیب ابداع عبارتند از:
۱) K- JETRONIC ابزار الکترونیکی وارد کار شد
۲) KE-JETRONIC واحد کنترل الکترونیکی اضافه شد
۳) L- JETRONIC
۴) LH- JETRONIC
۵) MONO JETRONIC- SPFI
۶) MULTI JETRONIC- MPFI
۷) GDI
در اینجا به معرفی سه مورد آخر که معمول‌ترین سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری هستند، بسنده می‌کنیم.
۱) سیستم‌های پاشش سوخت تکی۲
در این نوع سیستم‌ها، از یک انژکتور برای تغذیه چهار سیلندر استفاده می‌شود. این انژکتور، سوخت مورد نیاز را به ابتدای منیفولد سوخت می‌پاشد. از نظر انتقال سوخت، نظیر سیستم‌های کاربراتوری بوده اما به کمک واحد کنترل الکترونیکی، شرایط مناسب‌تر و مطلوب‌تری را برای محفظه احتراق فراهم می‌سازد.
۲) سیستم‌های پاشش سوخت چندگانه۳
در این سیستم، به تعداد سیلندرهای خودرو، از انژکتور استفاده می‌شود. این انژکتور، بر روی ریل سوخت نصب شده و سوخت مورد نیاز را به طور مستقیم به پشت سوپاپ‌های سوخت تزریق می‌کنند. در مقدمه با سیستم‌های SPFI، میزان تغییرات سوخت در آنها پس از پاشش تا زمان احتراق، بسیار کمتر است. در نتیجه، سوخت با شرایط بهتری وارد سیلندر می‌شود. این سیستم‏ها، رایج‌ترین نوع در حال حاضر به شمار می‌روند.
۳) سیستم‌های پاشش مستقیم سوخت۴
در این نوع سیستم، برای رسیدن به حداقل تغییر در شرایط سوخت ورودی به سیلندر، انژکتورها سوخت مورد نیاز برای احتراق را مستقیم درون محفظه سیلندر تزریق می‌کنند. این سیستم بجز در محصولات تعدادی از خودروسازان جهانی، استفاده عمومی ندارد.
سیستم مورد استفاده در خودروهای داخلی، عمدتاً MPFI بوده و شامل: منیفولد، ریل سوخت و انژکتورها و رگلاتور فشار نصب شده بروی آن، دریچه هوا و قطعات نصب شده بروی آن، سیستم الکتریکی تعیین زمان احتراق و غیره و نیز واحد کنترل الکترونیکی ECU است. از این میان، تنها انژکتورها، رگولاتور فشار، تعدادی از قطعات دریچه هوا، ECU، حسگرها و قطعات بسیار حساس، به دلیل استفاده از تکنولوژی‌های ویژه، از اقلام وارداتی بوده و به صورت انحصاری تنها توسط چند شرکت در جهان طراحی و تولید می‌شوند. تقریباً بقیه قطعات این سیستم‌ها در داخل کشور ساخته می‌شوند.
● مزایای استفاده از سیستم‌های انژکتوری در مقایسه با سیستم‌های کاربراتوری
۱) افزایش بازده حجمی و حرارتی موتور به دلیل یکنواختی و ترکیب صحیح نسبت هوا و سوخت در حالت‌های مختلف کاری
۲) افزایش بازده حجمی، باعث افزایش گشتاور و توان خروجی موتور تا ۱۵ درصد می‌شود.
۳) نسبت هوای ورودی به هر سیلندر، به دلیل استفاده تمام سیلندرها از یک حجم ثابت، تقریباً برابر است.
۴) به دلیل استفاده از سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق الکترونیکی برای اندازه‌گیری دبی هوای ورودی، سوخت متناسب با آن تأمین شده و در نتیجه مصرف سوخت کاهش می‌یابد.
۵) به علت حذف کاربراتور و پیاله بنزین، بخارات حاصل از تبخیر سوخت در پیاله از بین می‌رود.
۶) به دلیل کنترل موتور در شرایط مختلف کاری، کارکرد موتور مناسب‌تر و بهتر شده و موتور در هوای سرد، سریع‌تر روشن شده و نیازی به ساسات ندارد.
۷) به دلیل یکنواختی ترکیب سوخت و هوا، احتراق مناسب‌تر صورت گرفته و به دلیل افزایش بازده احتراق، موتور نرم‌تر و بی‌صداتر کار می‌کند.
۸) به دلیل امتزاج مناسب سوخت و هوا، بازده احتراق افزایش یافته و در نتیجه می‌توان ضریب تراکم حجمی موتور را افزایش داد.
۹) به دلیل عدم نیاز به گرم کردن منیفولد ورودی، چگالی هوای ورودی بیشتر شده و بازده حجمی را افزایش می‌دهد و در نهایت، قدرت خروجی موتور افزایش می‌یابد.
۱۰) با افزایش بازده احتراق و کنترل پدیده Knock یا Detonation، عمر موتور خودرو افزایش می‌یابد.
۱۱) مهمترین علت ساخت سیستم‌های انژکتوری و مزیت اصلی آن نسبت به موتورهای کاربراتوری، کاهش آلودگی ناشی از عملکرد موتور است. انژکتور قابلیت پوشش دادن استانداردهای عدم آلایندگی را دارد.
● معایب سیستم‌های انژکتوری در مقایسه با کاربراتوری
۱) گران بودن موتور به دلیل گران بودن قطعات سیستم‌های انژکتوری
۲) نیاز بیشتر به تعمیر و نگهداری و خدمات پس از فروش
۳) نیاز به صافی بنزین دقیق‌تر و بنزین با کیفیت بالاتر
براساس آنچه گفته شد، هر چه سیستم سوخت‌رسانی میزان ورودی‌ها و خروجی‌های خود را دقیق‌تر اندازه‌گیری کند، توانایی کارکرد و تطبیق‌پذیری موتور با شرایط گوناگون افزایش یافته و عملکرد و کارایی خودرو بهتر می‌شود. این موارد، در سیستم‌های تزریق سوخت الکترونیکی بیشتر و بهتر مشهود است. رسیدن به هوای پاک و کاهش آلودگی که امروزه از دغدغه‌های عمده کلان شهرهاست و نیز کاهش مصرف سوخت و در واقع استفاده بهینه از منابع محدود انرژی، بدون استفاده از سیستم‌های جدید سوخت‌رسانی (EFI) تقریباً غیرممکن است.

اکبر آجامی
http://www.ajcar.blogfa.com