سیستم پاشش چندنقطهای (Multi-Point Fuel Injection) در خودروها
در دنیای امروز خودروهای انژکتوری یکی از ارکان اصلی بهبود عملکرد موتور و کاهش آلایندگی هستند. سیستم پاشش چندنقطهای یا MPFI (Multi-Point Fuel Injection) یکی از پیشرفتهترین و پرکاربردترین فناوریهای تزریق سوخت به موتورهای احتراق داخلی به شمار میرود. این سیستم با هدف توزیع بهینه سوخت در هر سیلندر و افزایش راندمان موتور توسعه یافته است. در این مقاله به صورت جامع سیستم پاشش چندنقطهای را بررسی کرده، مزایا و معایب آن، عملکرد فنی و مقایسه با سایر سیستمهای پاشش را مورد تحلیل قرار خواهیم داد.
۱. معرفی سیستم پاشش چندنقطهای
سیستم پاشش چندنقطهای، یک فناوری تزریق سوخت الکترونیکی است که در آن هر سیلندر موتور دارای یک انژکتور مستقل است. این انژکتورها در مسیر ورودی هوا، دقیقاً قبل از ورودی به هر سیلندر نصب شدهاند و سوخت را به صورت دقیق به هر سیلندر تحویل میدهند. این رویکرد برخلاف سیستمهای کاربراتوری یا حتی پاشش تکنقطهای است که سوخت را به صورت مشترک برای تمامی سیلندرها تامین میکنند.
۱.۱ تاریخچه و توسعه تکنولوژی MPFI
سیستمهای پاشش سوخت از دهه ۱۹۵۰ به بعد به شکل گستردهای جایگزین کاربراتورها شدهاند. در ابتدا سیستم تکنقطهای یا پاشش سوخت مرکزی توسعه پیدا کرد، اما مشکل توزیع نامساوی سوخت سبب شد سیستم پاشش چندنقطهای شکل بگیرد. اولین خودروهای مدرن با MPFI در اوایل دهه ۱۹۸۰ معرفی شدند و از آن زمان تا کنون پیشرفتهای فراوان داشتهاند که منجر به بهبود مصرف سوخت، کاهش آلایندگی و افزایش قدرت شده است.
۲. ساختار و اجزای سیستم پاشش چندنقطهای
یک سیستم پاشش چندنقطهای معمولاً شامل بخشهای زیر است:
- انژکتورها (Injectors): هر سیلندر یک انژکتور سوخت دارد که با دقت بسیار بالا در زمانبندی و میزان پاشش سوخت کنترل میشود.
- سنسورها (Sensors): شامل سنسورهای دمای هوا، فشار منیفولد ورودی، موقعیت دریچه گاز، و اکسیژن سنسورها که دادههای لازم برای محاسبه دقیق میزان سوخت را فراهم میکنند.
- کامپیوتر موتور یا واحد کنترل الکترونیکی (ECU): مغز متفکر سیستم بوده و بر اساس دادههای ورودی از سنسورها، فرمان تزریق سوخت را به انژکتورها ارسال میکند.
- پمپ سوخت و فیلترها: تامین مداوم فشار و کیفیت سوخت برای تزریق دقیق.
۲.۱ انواع انژکتورها در MPFI
انژکتورها بسته به نحوه پاشش سوخت به چند دسته تقسیم میشوند:
- انژکتورهای زاویهدار (Angled Injectors): سوخت را به صورت مخروطی و در زاویهای مشخص به درون مسیر هوا تزریق میکنند.
- انژکتورهای سوزنی (Needle Injectors): دارای یک سوزن حساس به فشار که مقدار و سرعت پاشش را تنظیم میکند.
- انژکتورهای چندسوراخ (Multi-Hole Injectors): سوخت را به صورت پودری ریز و یکنواخت تزریق میکنند که اختلاط بهتر با هوای ورودی را تسهیل میکند.
۳. عملکرد سیستم پاشش چندنقطهای
سیستم MPFI به وسیله ECU کنترل شده و تزریق سوخت بر اساس پارامترهایی مانند دور موتور، دمای موتور، مقدار هوای ورودی و میزان فشردگی سوخت در شرایط مختلف تنظیم میشود. زمانبندی و میزان پاشش سوخت به طور دقیق محاسبه و اعمال میگردد تا مخلوط سوخت و هوا بهینه و متناسب با شرایط کاری موتور تأمین شود.
۳.۱ مراحل عملکرد MPFI در هر سیکل موتور
- تشخیص شرایط کاری موتور: سنسورها اطلاعاتی چون دمای موتور، میزان گاز دریافتی، فشار منیفولد و میزان اکسیژن خروجی را به ECU ارسال میکنند.
- محاسبه مقدار سوخت: ECU با توجه به الگوریتمهای کنترلی، میزان دقیق سوخت مورد نیاز را برای هر سیلندر محاسبه میکند.
- فرامین تزریق: بر اساس مقدار و زمانبندی محاسبه شده، فرمان باز و بسته شدن انژکتورها صادر میگردد.
- تزریق سوخت: انژکتورها سوخت را به صورت اسپری ریز وارد مسیر هوا به درون سیلندر میکنند.
- احتراق مخلوط سوخت و هوا: مخلوط بهینه در فضای احتراق منفجر شده و قدرت موتور تامین میشود.
۳.۲ نقش سنسور اکسیژن (O2 Sensor) در کالیبراسیون سوخت
اکسیژن سنسور که در مسیر اگزوز نصب میشود، میزان اکسیژن موجود در گازهای خروجی را اندازهگیری کرده و کیفیت احتراق و نسبت سوخت به هوا را مشخص میکند. این داده برای تصحیح در تزریق سوخت و اطمینان از مخلوط استوکیومتری (معمولاً نسبت 14.7:1 هوا به سوخت برای موتورهای بنزینی) حیاتی است. در صورت وجود نسبت نادرست، ECU بر اساس بازخورد O2 سنسور میزان تزریق سوخت را تنظیم میکند تا آلایندگی کاهش یابد و مصرف سوخت بهینه شود.
۴. مزایا و معایب سیستم پاشش چندنقطهای
۴.۱ مزایای MPFI
- کارایی بالاتر موتور: پاشش مستقیم و کنترل شده هر سیلندر منجر به احتراق بهتر و افزایش توان خروجی موتور میشود.
- کاهش مصرف سوخت: تزریق دقیق و متناسب با شرایط کاری باعث کاهش مصرف بیرویه سوخت میگردد.
- کاهش آلایندگی: به دلیل اختلاط بهتر سوخت و هوا و احتراق کاملتر، میزان دیاکسید کربن و آلایندههای مضر کاهش مییابد.
- پاسخدهی سریع موتور: سیستم به تغییرات شرایط کاری به سرعت واکنش نشان داده و عملکرد را بهبود میبخشد.
- قابلیت تنظیم و عیبیابی آسان: با استفاده از تجهیزات الکترونیکی و کامپیوتری، تنظیمات بهینه و عیبیابی سیستم به سادگی انجام میشود.
۴.۲ معایب سیستم پاشش چندنقطهای
- هزینه ساخت و نگهداری بالاتر: وجود انژکتورهای متعدد، سنسورها و واحد کنترل الکترونیکی پیچیده هزینه اولیه خودرو را افزایش میدهد.
- نیاز به سوخت با کیفیت بهتر: آلودگی یا ناخالصی در سوخت میتواند انژکتورها را مسدود کند و عملکرد سیستم را مختل نماید.
- حساسیت به مشکلات الکترونیکی: هر گونه نقص در ECU یا سنسورها میتواند عملکرد موتور را به شدت تحت تاثیر قرار دهد.
۵. مقایسه سیستم پاشش چندنقطهای با سیستمهای دیگر
۵.۱ MPFI در مقابل کاربراتور
| ویژگی | کاربراتور | MPFI |
|---|---|---|
| دقت در پاشش سوخت | کمتر، سوخت به صورت مشترک توزیع میشود | بالا، هر سیلندر پاشش مستقل دارد |
| مصرف سوخت | بیشتر و کمتر بهینه | کمتر و بهینهتر |
| آلایندگی | بیشتر به دلیل احتراق ناکامل | کمتر با احتراق کاملتر |
| پاسخدهی موتور | کندتر | سریعتر و بهتر |
| قابلیت تنظیم | مکانیکی و محدود | الکترونیکی و دقیق |
۵.۲ MPFI در مقابل سیستم تزریق مستقیم (GDI)
سیستم GDI (Gasoline Direct Injection) سوخت را به طور مستقیم داخل محفظه احتراق تزریق میکند، در حالی که MPFI سوخت را قبل از ورود به سیلندر تزریق میکند. GDI دارای مزایایی چون مصرف سوخت کمتر و آلایندگی کمتر در شرایط خاص ولی هزینه و پیچیدگی بالاتری دارد. MPFI برای بسیاری از کاربردهای اقتصادی و عملکرد متعادل، گزینه مناسبی است.
۶. مثالهای کاربرد و عیبیابی در سیستم MPFI
۶.۱ مثال عملی: عیب پاشش نامتوازن و کاهش توان موتور
در یک خودرو مجهز به MPFI، اگر یکی از انژکتورها عملکرد نامناسبی داشته باشد یا گرفتگی داشته باشد، سوخت کافی به سیلندر مربوطه نمیرسد. این امر موجب میشود برای آن سیلندر مخلوط سوخت و هوا رقیق یا غلیظ شده و احتراق ناقص رخ دهد. نتیجه این مسئله کاهش توان موتور، افزایش مصرف سوخت و ایجاد لرزش یا صدای غیرطبیعی است. با استفاده از دستگاه دیاگ میتوان کد خطای انژکتور ناقص را شناسایی و اقدام به تعمیر یا تعویض کرد.
۶.۲کنترل دورهای و نگهداری سیستم MPFI
- تمیز کردن انژکتورها با افزودنیهای مخصوص یا خدمات تخصصی،
- بررسی و تعویض فیلتر هوای ورودی و فیلتر سوخت،
- بررسی عملکرد سنسورها به خصوص MAP، MAF و O2 سنسورها،
- چک کردن سیمکشی و اتصالات ECU و انژکتورها.
۷. نتیجهگیری
سیستم پاشش چندنقطهای یک فناوری کلیدی و تأثیرگذار در بهبود عملکرد موتورهای بنزینی است که با دقت بالا در توزیع سوخت به هر سیلندر، مصرف انرژی را بهینه و آلایندگی را کاهش میدهد. فراگیر شدن MPFI موجب شده خودروها با مصرف سوخت کمتر و قدرت بالاتر عرضه شوند. هرچند هزینه و پیچیدگی نسبتا بیشتر از سیستمهای قدیمیتر وجود دارد، اما مزایای تکنولوژیکی آن برای خودروهای امروزی ضروری به نظر میرسد. آشنایی کامل با ساختار و نحوه عملکرد این تکنولوژی برای تعمیرکاران، مهندسان و علاقهمندان خودرو از اهمیت فراوانی برخوردار است.