تحقیق مقاله تاریخچه سوخت پاش الکترونیکی

 تاریخچه سوخت پاش الکترونیکی

در اواخر 1950 شرکت کرایسلر تعدادی خودروی انژکتوری با سیستم الکترونیکی تولیدکرد و این طرح را « بندیکس الکتروژکتور » نامید . طرح کرایسلرگسترش زیادی نیافت تا ایتکه اختراعات تازهای در صنعت الکترونیک رخداد و ترانزیستورها و دیودها ، تحولی در مدارهای الکترونیک ایجاد کردند.

در 1968 شرکت فولکس واگن نمونه جالبی از این سیستم را که توسط شرکت بوش ساخته شده بود روی موتورهای خودنصب کرد .

از دهه 70 میلادی به این سو ، کارخانه های خودرو سازی شروع کردند به جایگزینی سیستم سوخت پاش انژکتوری به جای کاربراتوری . دلیل این کار تقاضای خریداران در جوامع گوناگون بود .خریدار خواستار توان بالا مصرف کمتر سوخت گشتاور بهتر ( در دورهای کم و درترافیک ) و کارکرد بی صداتر و نرم تر موتور است وجوامع با توجه به مسئله محیط زیست و آلودگی هوا خواستار خروج گازهایی با آلیندگی کمتر از اگزوز خودروها بودند . سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری تقریباً تمامی این نیازها رابرآورده می سازد . بر اساس اختلاف در روش تعیین مقدار سوخت تزریقی، سیستم EFI به دو گروه عمده تقسیم می شود : در نوع اول که از مدارهای آنالوگ استفاده می کند ، حجم پاشش سوخت بر اساس شارژ و دشارژ خازن تعیین می شود . در نوع دوم که از ریز رایان استفاده می کنند میزان تزریق با توجه به اطلاعات ذخیره شده تعیین می شود . اساس هر دو مدار یکی است و تنها چند تفاوت در برخی موارد ( دقت و دامنه های کنترل ) بین آنها وجود دارد .

EFI چیست ؟

خودروها در دورهای مختلف یکی از دو سیستم زیر را برای تامین مخلوط مناسب هوا – سوخت برای سیلندر ها استفاده می کنند :

کاربراتور

سیستم سوخت پاش الکترونیکی ( EFI )

در هر دو سیستم ، حجم هوای ورودی که با توجه به زاویه دریچه گاز و دور موتور تغییر می کند اندازه گیری شده و هر دو سیستم نسبت صحیحی از سوخت – هوا رابرای سیلندر تهیه می کنند . در گذشته کابراتور به دلایل سادگی ساختار خود به طور گسترده در موتورهای بنزینی مورد استفاده قرار می گرفت . امروزه باتوجه به خواسته هایی نظیردوداگزوزتمیزتر ، مصرف سوخت کمتر و ... کاربراتور ها باید به تجهیزات  دیگری مجهز شوند که در نتیجه سیستم ساده قبلی تا حدودی پیچیده خواهد شد . به همین علت به جای کاربراتور از سیستم سوخت پاش الکترونیکی ( EFI ) استفاده شد که در حالات مختلف رانندگی ، نسبت صحیح هوا – سوخت را از طریق تزیق الکترونیکی سوخت کنترل می کند . امروزه سیستمهای انژکتوری دارای کنترل الکترونیکی بسیار توسعه یافته اند مدل های مختلف سیستم انژکتوری عبارتند از :

SPI(SINGLE POINT INJECTION)    :

 در این سیستم سوخت توسط یک یا 2 انژکتور در محفظه دریچه گار             ( throttle body ) پوشیده می شود .

MPI( Multi point injection )  :

در این سیستم برای هر سیلندر یک انژکتور به کار می رود .

GDI( Gasoline direct injection )  :

در این سیستم سوخت مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می شود .

مقایسه سوخت پاش الکترونیکی و کاربراتور

کاربراتور و سوخت پاش الکترونیکی دو وظیفه عمده دارند :

مخلوط کردن سوخت و هوا با نسبتی معین

ارسال مخلوط سوخت – هوا با اندازه گیری دقیق بر حسب شرایط کارکرد موتور

جدول شماره 1 نسبت سوخت و هوا را در شرایط مختلف نشان می دهد .

گرچه نتیجه نهایی کارکرد کاربراتور و سوخت پاش الکترونیکی یکی است ولی روشی که در هر یک برای اندازه گیری میزان هوای ورودی و تامین سوخت استفاده می شود متفاوت است .

تامین مخلوط سوخت – هوا

کاربراتور : دور آرام حجم هوای ورودی مطابق باتغییرات فشار در خلاء نزدیک یک دریچه گاز اندازه گیری می شود و میزان کمی سوخت به سمت سیلندرها کشیده می شود . در عملکرد عادی حجم هوای ورودی توسط « خلا و نتوری » اندازه گیری شده و مقدار مناسبی سوخت به « نازل اصلی و نتوری » کشیده می شود .

انژکتور :

مکانیزم اندازه گیری حجم هوای ورودی در سیستم EFI با مکانیزم کاربراتوری تفاوت دارد . حجم هوای ورودی توسط « حسگر هوای ورودی » اندازه گیری شده و سیگنال مناسبی را به « واحد کنترل الکترونیکی » ( ECU) ارسال می کند . ECU با توجه به سیگنال حجم هوای ورودی و سیگنال دور موتور سیگنالی خاص به انژکتور ها می فرستد تا مقدار صحیحی از سوخت        ( سوخت پر فشار توسط پمپ بنزین ) را به ورودی هر سیلندر تزریق کنند .

شرایط رانندگی و نسبت سوخت – هوا

زمان استارت

به هنگام استارت ، برای بهتر روشن شدن موتور به ویژه در دمای پایین سوخت غنی تری نیاز است زیرا هوادر دمای پایین غلیظ تر بوده و سوخت براحتی تبخیر نمی شود .

کاربراتور : وقتی هوا سرد است دریچه ساسات کاملاً بسته نمی شود تا به تهیه مخلوط غنی کمک کند پس از روشن شدن موتور دریچه ساسات کم کم بازمی شود تا از ایجاد مخلوط بسیار غنی جلوگیری شود .

انژکتور : باروشن شدن موتور گردش موتورتوسط سیگنال ارسالی از استاتر حس شده و مخلوط غنی تری تامین می شود . همچنین یک انژکتور اضافی به نام« انژکتور استارت سرد » ( در بعضی مدل ها ) در زمانی که دما پایین است عمل می کند و حجم سوخت تزیقی را افزایش می دهد . این انژکتور برای بهتر روشن شدن موتور طراحی شده است .

کارکرد موتور در هوای سرد

تبخیر سوخت در موتور سرد بسیار ضعیف است لذا به هنگام استارت باید مخلوط سوخت – هوا غنی تر شود .

کاربراتور : در موتورهای کاربراتوری ساسات می بایستی مخلوط سوخت – هوای غنی تری را تهیه کند . وقتی هوا سرد است ساسات به صورت دستی یا خودکار عمل کرده و دریچه ورود هوا را می بندد تا مخلوط سوخت – هوا غنی تر شود . در سیستم دستی ، راننده پس از گرم شدن موتور می بایستی دریچه ساسات را باز کند . در سیستم خودکار دریچه ساسات توسط یک ترموستات به حالت عادی بر می گردد .

انژکتور : دمای آب توسط حسگر دمای آب اندازه گیری می شود . این حسگر ترمیستوری است ( نوعی نیمه هادی ) که مقاومتش با تغییرات دمای آب تغییر می کند . دمای مایع خنک کننده به سیگنالی الکتریکی تبدیل شده و به ECU ارسال می شود . ECU مخلوط سوخت – هوا رامتناسب با این سیگنال غنی می کند .   

هنگام شتابگیری

وقتی خودرو شتاب می گیرد حجم هوا به سرعت افزایش می یابد اما چون سوخت از هوا سنگین تر است تاخیر کوتاهی در تهیه آن ایجاد می شود .

کاربراتور : برای جلوگیری از رقیق شدن مخلوط هوا- سوخت به هنگام شتابگیری از یک سیستم شتاب دهنده استفاده شده است . وقتی دریچه گاز از حالت کاملاً بسته باز می شود میزان مشخصی سوخت با هدف جبران تاخیر در تهیه سوخت از طریق مسیری مخصوص تزریق می شود .

انژکتور: در سیستم EFI تغییر خاصی در هنگام شتابگیری رخ نمی دهد . سوخت پاش الکترونیکی فوراً سوخت را با فشاری معین و متناسب با حجم هوای ورودی پاشش می کند ( بدون تاخیر در تهیه سوخت )

هنگام رانندگی با قدرت بالا ( تحت بار )

به هنگام رانندگی با سرعت ثابت در جاده ای  تخت ، از سوختی بهینه ( نسبت مناسب سوخت – هوا ) استفاده می شود اما وقتی سرعت افزایش می یابد       ( مثلاً هنگام سبقت ) بار اضافه ای به موتور تحمیل خواهد شد . در این حالت مخلوط رقیق می شود و توان مناسبی راتامین نمی کند در چنین مواقعی به مخلوط غنی تری نیاز است تا توان کافی فراهم شود .

کاربراتور : در موتورهای کاربراتوری این عمل توسط « مدار قدرت » انجام می شود این مدار اضافه بار موتور را توسط خلا منیفولد حس می کند . وقتی خلاء کاهش می یابد حجم تزریقی بیشتر می شود تا سوخت اضافی برای موتور تهیه شود .

انژکتور: اضافه بار موتور از طریق زاویه  باز بون دریچه گاز مشخص شده و توسط « حسگر دریچه گاز » یه سیگنال الکتریکی تبدیل می شود . هنگامی که زاویه افزایش می یابد حجم تزیق بیشتر می شود تا سوخت اضافی در حالت تمام بار به موتور ارسال شود .

خصوصیات سوخت پاش الکترونیکی

 EFI در مقایسه با کاربراتور از مزایای زیر برخوردار است :

توزیع یکسان سوخت در هر سیلندر

بزرگ ترین مشکل موتورهای بنزینی کاربراتوری تقسیم غیر یکنواخت سوخت بین سیلندرهای موتور است . برای توجیه این مشکل می توان ناصافی دیواره های داخلی منیفولد ، طول ناهمسان شاخه ها وجود پیچ و خم و اینرسی موجود در گاز را دلیل آورد . سوختی که دارای اینرسی زیاد باشد در مقایسه با هوا کندتر حرکت می کند وتمایل به چرخش در پیچ و خم های منیفولد ندارد. این حالت باعث می شود سوخت غنی تر که ذرات درشت تری دارد به حرکت مستقیم خود ادامه داده و سیلندرهای انتهایی را پر کند . این خاصیت باعث می شود تا سیلندر های انتهایی سوخت غنی تر را دریافت کرده و احتراق ناقص انجام دهد ، اماسیلندرهای ابتدایی با کمبود سوخت رو به رو می شوند روش سوخت رسانی تزریقی این مشکل اساسی را حل کرده و باتزریق یکنواخت به سر سوپاپ ها توزیع سوخت را به طور یکسان انجام      می دهد .

نسبت دقیق سوخت – هوا در تمام دورهای موتور

نازل کاربراتور ، نمی تواند به طور دقیق نسبت سوخت – هوا را در تمام دورهای موتور کنترل کند . بنابراین کنترل بین سیستم آرام ، سیستم با سرعت پایین و ... تقسیم می شود . در این تغییرات مخلوط سوخت – هوا باید غنی باشد . به همین علت اگر در هر یک از مراحل یادشده مخلوط سوخت غنی نباشد . حالتی غیر طبیعی در موتور ایجاد می شود . به دلیل توزیع نا مناسب سوخت بین سیلندرها مخلوط سوخت – هوا باید نسبتاً غنی باشد . در سیستم EFI مخلوط سوخت – هوای دقیق و متناوب بدون توجه به سرعت و بار موتور آماده می شود . این حالت بر میزان آلایندگی دود خروجی  از اگزوز و مصرف بهینه سوخت ، تاثیر بسزایی دارد .

پاسخ به موقع و متناسب با تغییرات زاویه دریچه گاز

در سیستم های کاربراتوری از محل تزریق سوخت تا سیلندر مسافتی نسبتاً طولانی وجود دارد که به دلیل اختلاف زیاد چگالی سوخت هوا باعث تاثیر در ورود سوخت به سیلندر می شود با استفاده از سیستم EFI منبع تزریق نزدیک سیلندر قرار دارد و بنزین با فشاری تقریباً برابر با 200 تا 300 Kpa (28 تا 43 psi ) بیشتر از فشار منیفولد فشرده می شود . این سوخت فشرده به دلیل پاشش حفره ای کوچک براحتی به بخار تبدیل می شود در نتیجه متناسب باباز و بسته شدن دریچه گاز حجم سوخت تزریقی همزمان با تغییرات حجم هوای ورودی تغییر می کند . بنابراین  میزان سوخت – هوای ورودی به سیاندرها با تغییر دریچه گاز تغییر کرده و به طور مختصر        می توان گفت که پاسخ خوبی در ارتباط با تغییرات  پدال گاز ایجاد می شود .

تصحیح مخلوط سوخت – هوا

الف- جبران در دمای پایین

روشن شدن موتور در هوای سرد بهتر می شود زیرا هنگام استارت زدن ، انژکتور استارت سرد نه تنها بنزین تبخیر شدهرا تزریق می کند ، بلکه هوای کافی نیز به درون کشیده می شود .                    

ب- قطع سوخت به هنگام شتاب منفی

حین شتاب منفی به رغم بسته بودن دریچه گاز دور موتور بالاست در نتیجه از حجم هوای ورودی کاسته شده و خلاء منیفولد قوی تر می شود در کاربراتور به دلیل افزایش ناگهانی خلاء منیفولد ، بنزین چسبیده به دیواره منیفولد بخار شده و وارد سیلندر می شود . در نتیجه مخلوط هوا ، سوخت غنی تر شده و باعث افزایش احتراق ناقص و ایجاد بنزین نسوخته ( HC ) در دود خروجی از اگزوز می شود . در موتورهای مجهز به EFI وقتی دریچه گاز بسته می شود و یا دور موتور از حد مشخصی بالاتر می رود . تزریق سوخت قطع می شود . لذا غلظت HC در خروجی کاهش یافته و مصرف سوخت نیز کمتر می شود .

انواع EFI

سیستم های EFI متناسب با روش اندازه گیری حجم هوای ورودی به دو نوع تقسیم می شوند :

D-EFI و L- EFI

1- D-EFI ( کنترل فشار منیفولد )

در این سیستم خلاء منیفولد اندازه گیری شده و حجم هوا بر اساس غلظتش تعیین می شود.