مشخصات سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای
سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای (Multi-Point Fuel Injection یا MPFI) یکی از پیشرفتهترین و پرکاربردترین فناوریهای تامین سوخت در موتورهای احتراق داخلی است که در دهههای اخیر جایگزین سیستمهای سوخترسانی کاربراتوری سنتی شده است. این سیستم به کمک فناوریهای الکترونیکی و مکانیکی، هر سیلندر موتور را به صورت جداگانه تحت کنترل دارد و سوخت را بهصورت پودر شده و بهینه به محفظه احتراق میرساند. در این مقاله به بررسی کامل مشخصات فنی، ساختار، عملکرد، مزایا و معایب و نکات فنی سیستم پاشش چندنقطهای خواهیم پرداخت.
1. مقدمهای بر سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای
سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای نوعی سیستم انژکتوری است که در آن هر سیلندر از موتور، به یک انژکتور اختصاصی مجهز میشود. این انژکتورها سوخت را به صورت پودر شده به دریچه ورودی هوای هر سیلندر میپاشند. این کنترل دقیق جریان سوخت باعث میشود که نسبت سوخت به هوا بهینه شده و عملکرد موتور و مصرف سوخت بهبود یابد.
در مقابل سیستمهای پاشش تکنقطهای (Single-Point Injection) که فقط یک انژکتور برای تمامی سیلندرها دارند، سیستم چندنقطهای دقت تحویل سوخت بیشتری به هر سیلندر ارائه میدهد.
2. ساختار و اجزای سیستم پاشش چندنقطهای
2.1 انژکتورها (Injectors)
هسته اصلی سیستم پاشش چندنقطهای، انژکتورها هستند که الکترونیکی کنترل شده و برای هر سیلندر به صورت جداگانه نصب میشوند. انژکتورها معمولاً از نوع الکتریکی با شیرهای سوزنی هستند که در مدت زمانهای کوتاه، سوخت را تحت فشار به هندسه ورودی سیلندر پاشش میکنند.
- ساختار انژکتور: یک نازل کوچک که پاشش سوخت را به صورت مهپاش شکل میدهد
- بازه فشار کاری: معمولاً 2 تا 4 بار (Bar) بسته به نوع موتور
- زمان پاشش سوخت: دقیقاً کنترل شده در بازه میلیثانیه
2.2 حسگرهای سیستم
سیستم MPFI نیازمند دادههای متعدد برای تنظیم دقیق پاشش سوخت است که توسط حسگرهای زیر دریافت میشود:
- حسگر موقعیت میللنگ و میلسوپاپ: برای تشخیص دقیق زمان تزریق سوخت
- حسگر جریان هوای ورودی (MAF): میزان هوای وارد شده را اندازهگیری میکند
- حسگر دمای موتور: جهت تنظیم غلظت سوخت بر اساس دمای کاری
- حسگر اکسیژن (Lambda sensor): میزان اکسیژن در گازهای خروجی را جهت تنظیم نسبت سوخت/هوا کنترل میکند
2.3 واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
ECU یا واحد کنترل موتور مغز متفکر سیستم است که ورودی دادههای حسگرها را پردازش کرده و فرمانهای لازم برای انژکتورها را صادر میکند. ECU پارامترهای مختلف مانند دور موتور، بار موتور، دمای سیلندر و شرایط محیطی را مد نظر دارد تا بهترین پاشش سوخت را انجام دهد.
2.4 پمپ بنزین و شبکه تغذیه سوخت
پمپ بنزین تحت فشار مناسب، سوخت را از باک به ریل سوخت (fuel rail) هدایت میکند که ریل خود سوخت را به هر انژکتور تحویل میدهد. فشار سوخت در ریل باید ثابت بوده و معمولاً توسط یک فشارسنج مخصوص کنترل میشود.
3. عملکرد سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای
در این سیستم، ابتدا هوای جذب شده موتور توسط حسگر جریان هوای ورودی اندازهگیری میشود. سپس ECU دادههای این حسگر را به همراه اطلاعات حسگرهای دیگری مانند دما و موقعیت میللنگ پردازش کرده و زمان و مقدار تزریق سوخت را به انژکتورها ارسال میکند.
هر انژکتور در زمان معین باز شده و سوخت تحت فشار را به صورت ریز پودر به مجرای ورودی سیلندر تزریق میکند. این پاشش به دلیل نزدیکی به هر سیلندر نسبت به سیستمهای کاربراتور یا پاشش مرکزی، دقت بالاتری دارد و مخلوط سوخت و هوا همگنتر میشود.
که نتیجه آن:
- کاهش مصرف سوخت
- کاهش آلایندههای خروجی
- کاهش ضربههای احتراق و بهبود راندمان موتور
4. مزایای سیستم پاشش چندنقطهای
4.1 افزایش دقت تنظیم سوخت
با استفاده از انژکتورهای مستقل برای هر سیلندر، میزان سوخت تزریقی برای هر سیلندر مستقل و بهینه تنظیم میشود که مقادیر بسیار دقیق و متناسب با شرایط کار موتور را ارائه میدهد.
4.2 کاهش آلودگی محیط زیست
مخلوط سوخت و هوا بهینهتر و کاملتر تولید میشود که سبب کاهش ترکیبات مضر مانند CO، HC و NOx در گازهای خروجی میشود. به عنوان مثال، کاهش آلایندههای HC تا 30% نسبت به کاربراتورهای سنتی گزارش شده است.
4.3 بهبود عملکرد موتور و واکنش سریعتر
سیستم MPFI به موتور اجازه میدهد در پاسخ به تغییرات ناگهانی دریچه گاز سریعتر واکنش دهد، بهبود شتاب و عملکرد در دورهای بالا و پایین مشاهده میشود.
4.4 صرفهجویی در مصرف سوخت
توزیع دقیق سوخت باعث میشود از مصرف بیرویه سوخت جلوگیری شود، بطور متوسط 5-15% کاهش مصرف بنزین نسبت به سیستمهای کاربراتوری ممکن است.
5. معایب و محدودیتهای سیستم پاشش چندنقطهای
با وجود مزایای فراوان، این سیستم نیز محدودیتها و معایبی دارد:
- هزینه بالا: وجود چند انژکتور و واحد کنترل پیشرفته باعث افزایش هزینه تمامشده خودرو میشود.
- نیاز به نگهداری تخصصی: اجزای الکترونیکی سیستم ممکن است با گذشت زمان دچار خرابی شوند که تعمیرات تخصصی میطلبد.
- حساسیت بالا به کیفیت سوخت: سوختهای آلوده یا ناخالص میتوانند باعث گرفتگی نازل انژکتورها شوند.
- نیاز به برق مناسب و بدون نوسان: عملکرد درست انژکتورها و ECU مستلزم تامین برق با کیفیت است.
6. نکات فنی در طراحی و بهینهسازی سیستم MPFI
6.1 فشار سوخت
فشار مورد نیاز برای انژکتورها معمولاً بین 2 تا 4 بار است. فشار بالا باعث بهبود پودر شدن سوخت و اختلاط بهتر با هوا میشود، اما افزایش فشار بیش از حد میتواند به قطعات آسیب بزند.
6.2 زماندهی پاشش
زمان باز و بسته شدن دقیق انژکتورها باید با ورودیهای موتور هماهنگ باشد. این زمانبندی به اندازهگیری دقیق دور موتور و موقعیت میللنگ وابسته است.
6.3 نازل انژکتور
طراحی مهندسی نازل انژکتورها نقش کلیدی در پاشش بهینه و برهمزنندگی جریان هوا دارد. قطر سوراخها، زاویه پاشش و تعداد سوراخها متناسب با نوع موتور بهینه میشود.
6.4 کنترل نرمافزاری ECU
الگوریتمهای کنترلی باید تغییرات شرایط محیطی (مانند دما، ارتفاع از سطح دریا) را در نظر گرفته تا عملکرد موتور در تمام شرایط ثابت بماند.
7. مقایسه سیستم پاشش چندنقطهای با سایر سیستمهای تامین سوخت
| معیار | کاربراتور | پاشش تکنقطهای (SPI) | پاشش چندنقطهای (MPFI) | پاشش مستقیم (GDI) |
|---|---|---|---|---|
| دقت تزریق سوخت | کم | متوسط | بالا | بسیار بالا |
| مصرف سوخت | بالا | کمی بهبود یافته | بهینه | بهینهترین |
| آلودگی | زیاد | کاهش نسبی | کم | کمترین |
| هزینه ساخت | کم | متوسط | بالا | بسیار بالا |
| پیچیدگی | کم | متوسط | بالا | بسیار بالا |
8. نتیجهگیری
سیستم سوخترسانی پاشش چندنقطهای با امکانات فنی گسترده، امکان کنترل دقیق و بهینه سوخت را در هر سیلندر فراهم میکند که این موضوع منجر به افزایش راندمان، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندگی میشود. ضمن اینکه این سیستم به لطف فناوریهای حسگری و پردازش ECU، توانسته پاسخگویی مناسبی به شرایط متغیر کاری موتور داشته باشد.
با وجود اینکه هزینه راهاندازی و نگهداری این سیستم بیشتر از سیستمهای سنتی کاربراتوری است، اما مزایای بلندمدت آن در مصرف و عملکرد موتور باعث شده است که در خودروهای مدرن به شکل گستردهای استفاده شود.