سیستم انژکتور واحدی دیزل (Diesel Unit Injection): راهنمای جامع و فنی

سیستم انژکتور واحدی دیزل (Diesel Unit Injection یا به اختصار DUI) یکی از فناوری‌های کلیدی در موتورها و به‌ویژه موتورهای دیزلی است که نقش مهمی در بهبود عملکرد، کاهش مصرف سوخت و کاهش آلایندگی ایفا می‌کند. این سیستم با دقت بالا سوخت را به داخل سیلندر تزریق می‌کند و به دلیل طراحی خاص، پاسخ‌دهی سریع و عملکرد بهینه در موتورهای دیزل سنگین و متوسط بسیار محبوب است.

مقدمه‌ای بر سیستم انژکتور واحدی دیزل

در موتورهای دیزل، تزریق سوخت به داخل محفظه احتراق باید با دقت بسیار بالا انجام شود تا احتراق بهینه حاصل شده و راندمان موتور افزایش یابد. در این میان سیستم‌های مختلفی برای تزریق سوخت وجود دارد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها سیستم انژکتور واحدی دیزل است.

سیستم انژکتور واحدی شامل یک پمپ واحد است که به ازای هر سیلندر یک پمپ کوچک و مستقل برای تزریق سوخت دارد. این پمپ کوچک به صورت جداگانه و نزدیک سیلندر تعبیه شده است و به کمک آن می‌توان با فشار بسیار بالا، مقدار مشخصی از سوخت را به داخل محفظه احتراق تزریق کرد.

ساختار و اجزای سیستم انژکتور واحدی دیزل

هر واحد تزریق در سیستم انژکتور واحدی دارای اجزای سازنده زیر است:

• پمپ واحد (Unit Pump): یک پمپ کوچک مستقل که وظیفه‌ی فشار دادن سوخت تا میزان بسیار بالا دارد. این پمپ در نزدیکی سر سیلندر نصب می‌شود.
• انژکتور (Injector): که وظیفه‌ی پاشش دقیق سوخت به داخل محفظه احتراق دارد.
• پیستون پمپ (Pump Plunger): حرکت خطی این پیستون باعث فشرده‌سازی و تزریق سوخت می‌شود.
• سوپاپ‌های ورودی و خروجی: این سوپاپ‌ها از برگشت سوخت جلوگیری کرده و جریان صحیح سوخت را تضمین می‌کنند.
• مکانیزم کنترل زمان تزریق: شامل میل‌لغزنده یا مکانیزم‌های الکترونیکی برای کنترل دقیق زمان تزریق.

نقشه ساختاری سیستم انژکتور واحدی

برای درک بهتر، تصور کنید هر سیلندر موتور دیزل یک واحد مجزا دارد که شامل یک پمپ و انژکتور است. پمپ واحد مستقیماً از طریق پیستون خود سوخت را با فشار بالا به انژکتور می‌رساند و انژکتور سوخت را در زمان مشخص و با دقت بالا به داخل سیلندر می‌پاشد.

نحوه عملکرد سیستم انژکتور واحدی دیزل

عملکرد سیستم انژکتور واحدی مبنی بر تزریق سوخت در فشارهای بسیار بالا است که باعث می‌شود سوخت به صورت مه‌مانند و بسیار ریز پاشیده شود. این کار سبب بهتر شدن اختلاط سوخت و هوا و در نتیجه احتراق کامل‌تر می‌گردد.

مراحل تزریق سوخت در سیستم DUI

1. پیش‌تزریق: مقدار بسیار کمی سوخت به منظور شروع احتراق آرام و کاهش ضربه احتراق تزریق می‌شود.
2. تزریق اصلی: مقدار اصلی سوخت بر اساس شرایط بار و سرعت موتور تزریق می‌شود.
3. پس‌تزریق: تزریق مقدار کمی سوخت بعد از احتراق اصلی برای کاهش آلاینده‌های مانند NOx و دود انجام می‌شود.

این مراحل توسط خود واحد تزریق کنترل شده و موتور به صورت روان و کم‌لرزش کار می‌کند.

کنترل زمان و میزان تزریق

کنترل دقیق زمان تزریق سوخت در سیستم انژکتور واحدی بسیار حیاتی است. در موتورهای مدرن از مکانیزم‌های الکترونیکی مانند ECU برای کنترل زمان باز شدن و بسته شدن پمپ‌ها استفاده می‌شود. همچنین سیستم‌های مکانیکی ممکن است از مکانیزم‌های متغیر زاویه میل‌لنگ یا میل‌لغزنده بهره‌مند باشند.

مزایای سیستم انژکتور واحدی دیزل

• کاهش حجم و بهینه‌سازی نصب: نصب پمپ‌ها در نزدیکی هر سیلندر باعث کاهش طول خطوط سوخت و در نتیجه کاهش تلفات فشار و افزایش دقت تزریق می‌شود.
• افزایش دقت تزریق: هر واحد تزریق مستقل است و می‌تواند به طور جداگانه کنترل شود که باعث افزایش دقت در هر سیلندر می‌شود.
• امکان دستیابی به فشار تزریق بالا: معمولاً فشار تا 2000 بار و بیشتر در این سیستم‌ها قابل دستیابی است که باعث بهبود احتراق و کاهش مصرف سوخت است.
• کاهش آلاینده‌ها: کنترل دقیق زمان و میزان تزریق سوخت باعث کاهش تولید NOx و ذرات معلق می‌شود.
• پشتیبانی از موتورهای چند سیلندر بزرگ: به‌خاطر ساختار واحدی، نگهداری و تعمیرات بهتر و سریع‌تر انجام می‌گیرد.

معایب و محدودیت‌های سیستم انژکتور واحدی دیزل

• هزینه ساخت و نگهداری بالاتر: به دلیل وجود پمپ‌های متعدد و مکانیزم‌های کنترل، هزینه تولید و تعمیرات افزایش می‌یابد.
• فضای اشغالی بیشتر در موتور: نصب پمپ‌ها روی سر سیلندر فضای بیشتری را می‌طلبد که در برخی کاربردها محدودیت ایجاد می‌کند.
• پیچیدگی بالاتر سیستم: نیاز به کنترل‌های دقیق و هماهنگ بین واحدها برای حفظ عملکرد صحیح.

مقایسه سیستم انژکتور واحدی دیزل با سایر سیستم‌های تزریق سوخت دیزل

ویژگی	سیستم انژکتور واحدی (DUI)	سیستم پمپ توزیع (Distributor Pump)	سیستم common rail
مکانیزم فشار سوخت	پمپ مستقل به هر سیلندر	یک پمپ مرکزی و توزیع	پمپ فشار مرکزی و خط سوخت زیر فشار بالا
حداکثر فشار تزریق	تا 2000 بار	حدود 600 بار	تا 2500 بار و بیشتر
کنترل تزریق	مکانیکی یا الکترونیکی	مکانیکی	الکترونیکی (ECU)
دقت و انعطاف‌پذیری	بالا	متوسط	بسیار بالا
هزینه و پیچیدگی	متوسط-بالا	کم	بالا

کاربردهای سیستم انژکتور واحدی دیزل

به‌خاطر ویژگی‌های منحصر به فرد، سیستم انژکتور واحدی در بخش‌های مختلفی از صنعت خودروسازی و ماشین‌آلات سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• ماشین‌آلات حفاری و عمرانی: موتورهای قدرتمند دیزلی با نیاز به دقت تزریق بالا.
• موتورهای دیزل کشتی‌های کوچک و متوسط: که نیاز به مصرف سوخت بهینه و کاهش آلاینده‌ها دارند.
• ماشین‌آلات کشاورزی: تراکتورها و کمباین‌ها که عملکرد موتور در شرایط مختلف اهمیت دارد.
• موتورهای دیزل کامیون‌های سنگین و اتوبوس‌ها: برای کاهش مصرف سوخت و افزایش عمر موتور.

نگهداری و عیب‌یابی سیستم انژکتور واحدی دیزل

با توجه به حساسیت اجزای سیستم، مراقبت‌های منظم و نگهداری دقیق ضروری است. در این بخش به مهم‌ترین نکات نگهداری و روش‌های عیب‌یابی می‌پردازیم.

نکات نگهداری

• استفاده از سوخت با کیفیت و فیلترهای سوخت استاندارد.
• بازرسی دوره‌ای و تمیز کردن انژکتور و پمپ‌ها.
• تعویض قطعات فرسوده مانند سوپاپ‌ها و پیستون پمپ.
• بررسی میزان و کیفیت روغن موتور برای جلوگیری از نفوذ آلودگی به سیستم.

عیب‌یابی رایج

• کاهش فشار تزریق: ممکن است به دلیل سایش پمپ، انسداد فیلتر یا خرابی سوپاپ‌ها باشد.
• تاخیر در زمان تزریق: معمولاً ناشی از مکانیزم کنترل زمان یا مشکلات الکترونیکی است.
• نشت سوخت: ممکن است از اتصال نامناسب یا خرابی واشرها باشد.
• تغییرات ناپایدار دور موتور: احتمال گرفتگی انژکتور یا نقص در پمپ واحد.

نمونه‌های عملی و مشخصات فنی نمونه سیستم

برای درک بهتر، نمونه‌ای از سیستم انژکتور واحدی ساخت شرکت Bosch در یک موتور دیزل مرسدس بنز LA 904 F آورده شده است:

• حداکثر فشار تزریق: 1800 بار
• تعداد تزریق در هر سیکل: 2 مرحله (پیش و اصلی)
• مدل پمپ: Unit Pump Type VP37
• کنترل زمان تزریق: مکانیکی با تنظیم زاویه میل‌لغزنده
• میزان تزریق سوخت: متغیر از 10 تا 60 میلی‌لیتر بر هر سیلندر در دقیقه

این سیستم نشان دهنده دقت بالا و کارایی مطلوب در موتورهای دیزل سنگین است و به طور گسترده در وسائط نقلیه سنگین اروپا به کار رفته است.

جمع‌بندی

سیستم انژکتور واحدی دیزل، به عنوان یک فناوری قابل اعتماد و با دقت بالا در تزریق سوخت، توانسته است نقش مهمی در بهبود عملکرد و کاهش آلایندگی موتورهای دیزل ایفا کند. با توجه به مزایای قابل توجه آن مانند فشار تزریق بالا، کنترل دقیق و پاسخ‌دهی سریع، این سیستم همچنان در بسیاری از موتورهای دیزل سنگین کاربرد فراوان دارد.

در عین حال، پیچیدگی فنی و هزینه بالاتر این سیستم نسبت به برخی روش‌ها، نیازمند توجه ویژه به نگهداری و تعمیرات است تا کارایی و عمر مفید موتور افزایش یابد. با پیشرفت‌های نوین در فناوری‌های الکترونیکی، سیستم‌های DUI به سمت یکپارچه‌سازی کنترل و افزایش دقت پیش می‌روند که آینده‌ای روشن برای آن پیش‌بینی می‌شود.