انواع سیستم های سوخت رسانی انژکتوری خودرو

سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری در خودروها بر اساس نوع طراحی، عملکرد و تکنولوژی به چند نوع مختلف تقسیم می‌شوند. این سیستم‌ها برای تأمین دقیق‌تر و کارآمدتر سوخت به موتور طراحی شده‌اند.
در ادامه به بررسی انواع این سیستم های انژکتوری می پردازیم. با مجله اینترنتی خودرو آموز همراه باشید.

۱. سیستم انژکتوری تک نقطه‌ای

سیستم انژکتوری تک نقطه‌ای ( Single Point Injection – SPI )، یکی از ساده‌ترین انواع سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری است که در دهه‌های گذشته جایگزین کاربراتور در بسیاری از خودروها شد. در این سیستم، به جای چندین انژکتور برای هر سیلندر، تنها یک انژکتور برای کل موتور استفاده می‌شود. این انژکتور سوخت را به ورودی منیفولد هوا تزریق می‌کند، جایی که سوخت و هوا با هم مخلوط شده و سپس وارد سیلندرها می‌شوند.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد: انژکتور در محل ورودی منیفولد هوا ( معمولاً بالای دریچه گاز ) نصب می‌شود. سوخت به منیفولد تزریق شده و از طریق شاخه‌های آن به تمام سیلندرها توزیع می‌شود.
کنترل تزریق سوخت: میزان سوخت تزریقی بر اساس سیگنال‌هایی که از واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) دریافت می‌شود، تنظیم می‌گردد. این سیگنال‌ها معمولاً از سنسورهای دما، فشار منیفولد، دور موتور و غیره دریافت می‌شوند.
ساختار ساده: سیستم شامل یک انژکتور، واحد کنترل الکترونیکی ( ECU )، و حسگرهای پایه است که طراحی ساده‌ای دارد.

مزایا

• هزینه کمتر: به دلیل وجود تنها یک انژکتور، تولید و نگهداری این سیستم ارزان‌تر از سیستم‌های پیچیده‌تر (مثل MPI) است.
• نگهداری آسان: ساده بودن قطعات به معنای نیاز کمتر به تعمیرات پیچیده است.
• بهبود راندمان نسبت به کاربراتور: این سیستم نسبت به کاربراتور کنترل دقیق‌تری روی میزان سوخت تزریقی دارد، که به مصرف سوخت بهینه‌تر و آلایندگی کمتر منجر می‌شود.

معایب

• عدم توزیع یکنواخت سوخت: از آنجایی که سوخت ابتدا وارد منیفولد می‌شود، ممکن است بین سیلندرها به صورت یکنواخت توزیع نشود.
• کارایی پایین‌تر نسبت به سیستم‌های پیشرفته‌تر: این سیستم نمی‌تواند دقت و کارایی سیستم‌های انژکتوری چند نقطه‌ای یا تزریق مستقیم را داشته باشد.
• محدودیت در عملکرد: این سیستم بیشتر مناسب خودروهای با موتورهای کوچک یا قدیمی است و برای خودروهای پرقدرت و مدرن کاربرد چندانی ندارد.

کاربردها

سیستم انژکتوری تک نقطه‌ای معمولاً در خودروهای ارزان‌تر یا مدل‌های قدیمی‌تر به کار می‌رفته است، جایی که قیمت و سادگی اهمیت بیشتری داشته‌اند.

۲. سیستم انژکتوری چند نقطه‌ای

سیستم انژکتوری چند نقطه‌ای ( Multi Point Injection – MPI ) یکی از رایج‌ترین و پرکاربردترین انواع سیستم‌های انژکتوری در خودروهای مدرن است. در این سیستم، به هر سیلندر یک انژکتور مستقل اختصاص داده می‌شود که سوخت را مستقیماً به ورودی هر سیلندر تزریق می‌کند. این طراحی دقت بالاتری در توزیع سوخت دارد و نسبت به سیستم‌های ساده‌تر مثل انژکتوری تک نقطه‌ای، کارایی و راندمان بالاتری ارائه می‌دهد.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد: انژکتورها در نزدیکی سوپاپ‌های ورودی هر سیلندر نصب شده‌اند و سوخت را دقیقاً قبل از ورود به محفظه احتراق تزریق می‌کنند.
کنترل تزریق سوخت: مقدار و زمان تزریق سوخت برای هر انژکتور توسط کامپیوتر خودرو ( ECU ) مدیریت می‌شود.
این کنترل بر اساس داده‌های سنسورهای مختلف (مثل دور موتور، فشار هوا، دمای موتور و موقعیت دریچه گاز) انجام می‌گیرد.
مخلوط دقیق سوخت و هوا: در این سیستم، سوخت به طور دقیق با هوای ورودی ترکیب شده و توزیع یکنواختی بین سیلندرها ایجاد می‌شود.

مزایا

• راندمان بالا: تزریق دقیق سوخت باعث بهبود راندمان احتراق و کاهش مصرف سوخت می‌شود.
• کاهش آلایندگی: با کنترل دقیق مخلوط سوخت و هوا، انتشار گازهای آلاینده به حداقل می‌رسد.
• عملکرد بهتر موتور: سوخت‌رسانی دقیق به هر سیلندر باعث افزایش توان و گشتاور موتور می‌شود.
• انعطاف‌پذیری بیشتر: این سیستم می‌تواند به طور موثر در شرایط مختلف رانندگی (مثل استارت سرد، شتاب‌گیری یا حرکت در سربالایی) عمل کند.

معایب

• پیچیدگی بیشتر: به دلیل وجود چندین انژکتور و نیاز به سیستم‌های کنترلی دقیق‌تر، طراحی و ساخت این سیستم پیچیده‌تر است.
• هزینه بالاتر: هزینه تولید، نصب و نگهداری این سیستم نسبت به سیستم‌های ساده‌تر بیشتر است.
• حساسیت به خرابی: وجود انژکتورهای متعدد و سیستم‌های کنترلی الکترونیکی به معنای حساسیت بیشتر به خرابی و نیاز به تعمیرات تخصصی‌تر است.

انواع سیستم انژکتوری چند نقطه‌ای

تزریق هم‌زمان ( Simultaneous Injection ): سوخت به طور هم‌زمان به همه سیلندرها تزریق می‌شود.
تزریق گروهی ( Grouped Injection ): انژکتورها در گروه‌های کوچک‌تر (مثلاً جفتی) به طور هم‌زمان کار می‌کنند.
تزریق ترتیبی ( Sequential Injection ): تزریق سوخت برای هر سیلندر به صورت جداگانه و بر اساس ترتیب احتراق انجام می‌شود. این نوع دقیق‌ترین و کارآمدترین روش است.

کاربردها

سیستم‌های انژکتوری چند نقطه‌ای به طور گسترده در خودروهای سواری، خودروهای اسپرت و حتی وسایل نقلیه تجاری استفاده می‌شوند. این سیستم برای موتورهای بنزینی و حتی برخی خودروهای دیزلی مدرن مناسب است.

مقایسه با سیستم انژکتوری تک نقطه‌ای

۳. سیستم انژکتوری ترتیبی

سیستم انژکتوری ترتیبی ( Sequential Fuel Injection – SFI ) پیشرفته‌ترین نوع سیستم‌های انژکتوری چند نقطه‌ای ( MPI ) است که در آن تزریق سوخت به هر سیلندر به طور جداگانه و بر اساس ترتیب احتراق موتور انجام می‌شود. این سیستم به دلیل کنترل دقیق زمان‌بندی تزریق سوخت، راندمان بالاتر، مصرف سوخت بهینه‌تر و کاهش آلایندگی را به همراه دارد.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد

تزریق ترتیبی: هر انژکتور سوخت را دقیقا در لحظه مناسب و بر اساس زمان‌بندی احتراق سیلندرها تزریق می‌کند. تزریق به گونه‌ای تنظیم می‌شود که سوخت درست قبل از باز شدن سوپاپ ورودی، به سیلندر مربوطه وارد شود.

کنترل توسط ECU

واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) بر اساس اطلاعات دریافتی از سنسورها ( مانند دور موتور، موقعیت میل‌لنگ، موقعیت سوپاپ‌ها و فشار منیفولد )، زمان و مقدار تزریق سوخت را تنظیم می‌کند.
دقت بالا: تزریق سوخت به هر سیلندر مستقل از دیگر سیلندرها انجام می‌شود، به همین دلیل احتراق در هر سیلندر به طور بهینه صورت می‌گیرد.

مزایا

• بهبود راندمان موتور: تزریق سوخت در لحظه مناسب، باعث ترکیب بهتر سوخت و هوا و در نتیجه احتراق کامل‌تر می‌شود.
• کاهش مصرف سوخت: تنظیم دقیق زمان و مقدار سوخت تزریقی، مصرف سوخت را در شرایط مختلف رانندگی بهینه می‌کند.
• کاهش آلایندگی: احتراق کامل‌تر، تولید گازهای آلاینده مانند CO و HC را به حداقل می‌رساند.
• عملکرد نرم‌تر موتور: به دلیل تزریق دقیق و مستقل سوخت به هر سیلندر، موتور عملکردی روان‌تر و بدون لرزش دارد.
• انعطاف‌پذیری بیشتر: این سیستم می‌تواند به طور موثر با شرایط متغیر رانندگی، از جمله شتاب‌گیری ناگهانی یا حرکت در سربالایی، تطبیق پیدا کند.

معایب

• پیچیدگی بالا: سیستم انژکتوری ترتیبی به دلیل نیاز به هماهنگی دقیق بین ECU، سنسورها و انژکتورها، پیچیده‌تر است.
• هزینه بیشتر: ساخت، تعمیر و نگهداری این سیستم هزینه بیشتری نسبت به سیستم‌های ساده‌تر (مثل MPI یا SPI) دارد.
• حساسیت به خرابی: تعداد زیاد سنسورها و نیاز به هماهنگی دقیق بین قطعات، احتمال خرابی را افزایش می‌دهد.

اجزای اصلی سیستم انژکتوری ترتیبی

انژکتورها: هر سیلندر دارای یک انژکتور مستقل است که مستقیماً به ورودی سیلندر سوخت تزریق می‌کند.
واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ): وظیفه پردازش داده‌ها از سنسورها و کنترل دقیق زمان و مقدار تزریق سوخت را بر عهده دارد.
سنسورها: شامل سنسور موقعیت میل‌لنگ، سنسور فشار منیفولد ( سنسور مپ )، سنسور دمای هوا، سنسور اکسیژن و سنسور موقعیت دریچه گاز.
پمپ سوخت: وظیفه تأمین فشار لازم برای تزریق سوخت به انژکتورها را بر عهده دارد.
ریل سوخت: سوخت را به طور یکنواخت به انژکتورها منتقل می‌کند.

مقایسه سیستم انژکتوری ترتیبی با سیستم‌های دیگر

کاربردها

سیستم انژکتوری ترتیبی در اکثر خودروهای مدرن، به ویژه خودروهای سواری و اسپرت، استفاده می‌شود.
این سیستم برای خودروهایی که نیاز به کنترل دقیق سوخت و عملکرد بالا دارند ( مانند خودروهای با استاندارد آلایندگی یورو ۶ و بالاتر ) بسیار مناسب است.

عملکرد در شرایط مختلف رانندگی

استارت سرد: ECU مقدار سوخت بیشتری تزریق می‌کند تا موتور سریع‌تر گرم شود.
شتاب‌گیری: زمان‌بندی تزریق سوخت به گونه‌ای تنظیم می‌شود که قدرت بیشتری تولید شود.
رانندگی در ترافیک: سیستم برای بهینه‌سازی مصرف سوخت و کاهش آلایندگی تنظیم می‌شود.

۴. سیستم انژکتوری مستقیم بنزین

سیستم انژکتوری مستقیم بنزین ( Gasoline Direct Injection – GDI ) یکی از پیشرفته‌ترین و کارآمدترین فناوری‌های سوخت‌رسانی در خودروهای مدرن است. در این سیستم، سوخت به جای تزریق در ورودی منیفولد هوا، به صورت مستقیم وارد محفظه احتراق می‌شود. این طراحی به بهبود راندمان احتراق، افزایش توان موتور و کاهش مصرف سوخت کمک می‌کند.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد

تزریق مستقیم سوخت: انژکتورها سوخت را مستقیماً با فشار بالا به محفظه احتراق تزریق می‌کنند. این تزریق معمولاً در زمان‌بندی خاصی از چرخه موتور ( مانند مرحله فشرده‌سازی ) انجام می‌شود.
فشار بالا: پمپ سوخت در این سیستم فشار سوخت را به محدوده ۲۰۰ تا ۵۰۰ بار ( و حتی بیشتر ) افزایش می‌دهد تا سوخت به خوبی در محفظه احتراق پودر شود.
کنترل پیشرفته: تزریق سوخت توسط کامپیوتر خودرو ( ECU ) بر اساس داده‌های حسگرهای متعدد ( مانند فشار منیفولد، دور موتور، دمای موتور، و موقعیت سوپاپ‌ها ) مدیریت می‌شود.
اختلاط لایه‌ای ( Stratified Charge ): در برخی شرایط، سیستم سوخت را به صورت لایه‌ای در نزدیکی شمع توزیع می‌کند تا احتراق بهینه‌ای با سوخت کمتر صورت گیرد.

مزایا

• راندمان حرارتی بالاتر: تزریق مستقیم سوخت به محفظه احتراق باعث احتراق کامل‌تر و کاهش تلفات حرارتی می‌شود.
• افزایش توان و گشتاور موتور: کنترل دقیق مقدار و زمان تزریق سوخت به تولید قدرت بیشتر در موتور منجر می‌شود.
• کاهش مصرف سوخت: سوخت فقط زمانی که لازم باشد و در مقادیر دقیق تزریق می‌شود، که باعث صرفه‌جویی در مصرف سوخت می‌شود.
• کاهش آلایندگی: احتراق بهینه باعث کاهش تولید گازهای آلاینده مانند CO₂ و NOx می‌شود.
• انعطاف‌پذیری در شرایط مختلف رانندگی: سیستم GDI می‌تواند در شرایط بار سنگین، بار سبک یا استارت سرد عملکرد بهینه‌ای ارائه دهد.

معایب

• پیچیدگی و هزینه بالا: این سیستم شامل اجزای پیچیده‌ای مانند پمپ فشار بالا، انژکتورهای خاص و سیستم‌های کنترلی پیشرفته است که هزینه تولید و تعمیرات را افزایش می‌دهد.
• حساسیت به کیفیت سوخت: سوخت بی‌کیفیت می‌تواند باعث گرفتگی انژکتورها یا خرابی پمپ فشار بالا شود.
• تشکیل رسوبات کربنی: به دلیل عدم شستشوی سوپاپ‌های ورودی توسط سوخت (مانند سیستم‌های MPI)، ممکن است رسوبات کربنی روی سوپاپ‌ها تجمع کنند که عملکرد موتور را کاهش می‌دهد.
• هزینه نگهداری بیشتر: نگهداری این سیستم نیازمند تجهیزات تخصصی‌تر و تعمیرات دقیق‌تری است.

اجزای اصلی سیستم GDI

انژکتور فشار بالا: سوخت را به شکل پودر به محفظه احتراق تزریق می‌کند.
پمپ فشار بالا: سوخت را به فشار بالا می‌رساند تا تزریق مستقیم امکان‌پذیر باشد.
ریل سوخت: سوخت را با فشار بالا به انژکتورها منتقل می‌کند.
واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ): زمان‌بندی و مقدار تزریق سوخت را مدیریت می‌کند.
سنسورها: شامل حسگرهای فشار، دما، موقعیت میل‌لنگ، سنسور اکسیژن و غیره برای نظارت بر عملکرد سیستم.

تفاوت سیستم GDI با سیستم MPI ( چند نقطه‌ای )

کاربردها

در خودروهای سواری مدرن، به ویژه مدل‌های با راندمان بالا و استانداردهای آلایندگی سختگیرانه.
در خودروهای اسپرت و لوکس برای افزایش قدرت و کاهش مصرف سوخت.
در موتورهای توربوشارژ که نیاز به کنترل دقیق‌تر تزریق سوخت دارند.

عملکرد در شرایط مختلف

استارت سرد: سوخت بیشتری تزریق می‌شود تا احتراق سریع‌تر انجام شود.
رانندگی عادی: تزریق بهینه سوخت برای کاهش مصرف و آلایندگی تنظیم می‌شود.
شتاب‌گیری: زمان و مقدار تزریق سوخت افزایش می‌یابد تا قدرت بیشتری تولید شود.

توسعه و نوآوری‌های آینده

تزریق دوگانه (Dual Injection): ترکیب سیستم GDI و MPI برای کاهش رسوبات کربنی و بهبود راندمان.
استفاده از سوخت‌های پاک‌تر مانند اتانول و سوخت‌های زیستی.
بهبود در طراحی انژکتورها برای کاهش رسوبات و افزایش طول عمر سیستم.

۵. سیستم تزریق مشترک

سیستم تزریق مشترک ( Common Rail Injection ) یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های سوخت‌رسانی در موتورهای دیزلی و برخی موتورهای بنزینی است. این سیستم به دلیل دقت بالای تزریق سوخت، فشار بالا و انعطاف‌پذیری در تنظیمات تزریق، در بسیاری از خودروهای مدرن و وسایل نقلیه سنگین به کار می‌رود. هدف اصلی این سیستم بهبود راندمان موتور، کاهش آلایندگی و کاهش مصرف سوخت است.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد

ریل سوخت مشترک: در این سیستم، سوخت با فشار بسیار بالا در یک ریل مشترک ذخیره می‌شود که همه انژکتورها به آن متصل هستند. این ریل به عنوان منبع فشار بالا عمل می‌کند.
پمپ فشار بالا: پمپ فشار بالا وظیفه تأمین سوخت به ریل مشترک با فشاری در محدوده ۴۰۰ تا ۲۵۰۰ بار ( و گاهی بیشتر ) را بر عهده دارد. فشار ثابت است و به کمک ECU کنترل می‌شود.
انژکتورهای الکترونیکی: انژکتورها در این سیستم بسیار دقیق هستند و سوخت را با فشار بالا و به صورت پودر به داخل سیلندر تزریق می‌کنند. زمان و مقدار تزریق توسط ECU کنترل می‌شود.
کنترل الکترونیکی: سیستم با استفاده از داده‌های حسگرهای مختلف (مانند دور موتور، فشار منیفولد، دمای موتور و موقعیت میل‌لنگ) تزریق سوخت را به صورت دقیق تنظیم می‌کند.
تزریق چند مرحله‌ای: سیستم تزریق مشترک می‌تواند تزریق سوخت را به چند مرحله (پیش‌تزریق، تزریق اصلی و پس‌تزریق) تقسیم کند تا احتراق نرم‌تر، کارآمدتر و کم‌صداتر انجام شود.

مراحل تزریق در سیستم Common Rail

پیش‌تزریق (Pre-Injection): مقدار کمی سوخت قبل از تزریق اصلی به سیلندر وارد می‌شود تا احتراق نرم‌تر و بدون لرزش صورت گیرد.
تزریق اصلی (Main Injection): حجم اصلی سوخت در این مرحله تزریق می‌شود که منجر به تولید توان موتور می‌شود.
پس‌تزریق (Post-Injection): پس از تزریق اصلی، مقدار کمی سوخت تزریق می‌شود که به کاهش آلایندگی و تکمیل احتراق کمک می‌کند.

مزایا

• افزایش راندمان موتور: تزریق سوخت با فشار بالا و زمان‌بندی دقیق، احتراق بهینه و کارایی بیشتری ایجاد می‌کند.
• کاهش مصرف سوخت: مدیریت دقیق سوخت‌رسانی باعث کاهش هدررفت سوخت و مصرف بهینه آن می‌شود.
• کاهش آلایندگی: تزریق چند مرحله‌ای و احتراق کامل‌تر، انتشار گازهای آلاینده مانند NOx و دوده را کاهش می‌دهد.
• کاهش صدا و لرزش موتور: پیش‌تزریق سوخت، فشار احتراق را در سیلندر کنترل می‌کند و عملکرد روان‌تری ایجاد می‌کند.
• انعطاف‌پذیری بالا: سیستم می‌تواند برای شرایط مختلف رانندگی (مانند بار زیاد یا دور پایین) تنظیم شود.
• مناسب برای استانداردهای آلایندگی: این سیستم به راحتی با استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای مانند یورو ۵ و یورو ۶ سازگار است.

معایب

• پیچیدگی و هزینه بالا: به دلیل فناوری پیشرفته، ساخت، نصب و تعمیر این سیستم گران‌تر است.
• حساسیت به کیفیت سوخت: استفاده از سوخت‌های بی‌کیفیت می‌تواند باعث آسیب به پمپ فشار بالا و انژکتورها شود.
• نیاز به نگهداری تخصصی: تعمیر و عیب‌یابی این سیستم نیازمند تجهیزات و دانش فنی پیشرفته است.
• احتمال خرابی قطعات حساس: اجزایی مانند پمپ فشار بالا، انژکتورها و سنسورها به دلیل فشار و دمای بالا حساسیت بیشتری به خرابی دارند.

اجزای اصلی سیستم Common Rail

پمپ فشار بالا: سوخت را به فشار بالا رسانده و به ریل مشترک ارسال می‌کند.
ریل سوخت مشترک: سوخت را تحت فشار نگه می‌دارد و به انژکتورها توزیع می‌کند.
انژکتورها: سوخت را به صورت پودر به داخل سیلندر تزریق می‌کنند.
واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ): مدیریت زمان، مقدار و فشار تزریق سوخت را بر عهده دارد.
سنسورها: شامل سنسور فشار سوخت، سنسور دمای موتور، سنسور موقعیت میل‌لنگ و غیره.

کاربردها

خودروهای دیزلی سواری و سنگین، به دلیل نیاز به گشتاور بالا و مصرف سوخت کمتر.
برخی از خودروهای بنزینی مدرن.
وسایل نقلیه سنگین مانند کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و ماشین‌آلات کشاورزی.

تفاوت سیستم تزریق مشترک با سیستم‌های قدیمی

ویژگی Common Rail سیستم‌های قدیمی (پمپ انژکتوری)
فشار تزریق سوخت بسیار بالا (۴۰۰-۲۵۰۰ بار) کمتر از ۵۰۰ بار
تعداد انژکتورها کنترل الکترونیکی برای هر سیلندر مکانیکی و محدود به طراحی پمپ
انعطاف‌پذیری در تزریق تزریق چند مرحله‌ای تزریق یکنواخت و غیر دقیق
آلایندگی بسیار کم بیشتر
پیچیدگی سیستم بالا کمتر

عملکرد در شرایط مختلف

استارت سرد: پیش‌تزریق باعث می‌شود موتور در دماهای پایین به راحتی روشن شود.
شتاب‌گیری: تزریق اصلی با مقدار سوخت بیشتر و فشار بالاتر باعث افزایش گشتاور و توان می‌شود.
رانندگی عادی: تزریق سوخت بهینه برای کاهش مصرف و آلایندگی تنظیم می‌شود.

آینده فناوری Common Rail

افزایش فشار تزریق برای کاهش آلایندگی بیشتر.
توسعه انژکتورهای سریع‌تر و دقیق‌تر.
بهبود سازگاری با سوخت‌های جایگزین مانند بیودیزل.
کاهش هزینه تولید و نگهداری برای گسترش بیشتر در بازار خودرو.

۶. سیستم تزریق پورت شده

سیستم تزریق پورت شده یا تزریق سوخت در منیفولد ( Port Fuel Injection – PFI ) یکی از متداول‌ترین سیستم‌های سوخت‌رسانی در خودروهای بنزینی است. در این سیستم، سوخت به جای تزریق مستقیم به داخل محفظه احتراق، در نزدیکی سوپاپ ورودی و داخل منیفولد هوا تزریق می‌شود. این فناوری سال‌ها به دلیل سادگی، کارایی و هزینه تولید پایین، در خودروهای سواری استفاده شده است.

ویژگی‌ها و نحوه عملکرد

محل تزریق: سوخت در منیفولد ورودی و نزدیک به سوپاپ ورودی هر سیلندر تزریق می‌شود و با هوای ورودی ترکیب می‌گردد. این مخلوط قبل از ورود به محفظه احتراق از طریق سوپاپ ورودی به طور کامل با یکدیگر مخلوط می‌شود.
تزریق غیرمستقیم: برخلاف سیستم‌های تزریق مستقیم ( GDI )، سوخت در این سیستم قبل از ورود به سیلندر با هوا ترکیب می‌شود.
کنترل تزریق: تزریق سوخت توسط واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) بر اساس داده‌های حسگرهای مختلف (مانند دمای موتور، موقعیت میل‌لنگ، فشار منیفولد، و سرعت خودرو) تنظیم می‌شود.
انژکتورهای تک نقطه‌ای برای هر سیلندر: هر سیلندر معمولاً یک انژکتور مخصوص دارد که وظیفه تزریق سوخت را به منیفولد ورودی بر عهده دارد.
فشار سوخت متوسط: فشار سوخت در این سیستم معمولاً در محدوده ۳ تا ۵ بار است، که در مقایسه با سیستم‌های تزریق مستقیم کمتر است.

مزایا

• سادگی و هزینه کمتر: طراحی و ساخت این سیستم در مقایسه با سیستم‌های پیشرفته‌تر (مانند GDI) ساده‌تر و ارزان‌تر است.
• کاهش رسوبات کربنی: چون سوخت در منیفولد تزریق می‌شود، باعث شستشوی سوپاپ‌های ورودی می‌گردد و از تجمع رسوبات کربنی جلوگیری می‌کند.
• قابلیت تعمیر آسان: تعمیرات و نگهداری سیستم PFI به دلیل پیچیدگی کمتر، راحت‌تر است.
• کارایی مناسب برای موتورهای غیر توربوشارژ: این سیستم برای خودروهای با قدرت متوسط و بدون توربوشارژ به خوبی عمل می‌کند.
• کاهش صدا: احتراق در این سیستم نرم‌تر است و صدای کمتری تولید می‌کند.
• قابلیت استفاده از سوخت‌های متنوع: سیستم PFI می‌تواند با سوخت‌هایی با کیفیت پایین‌تر نیز به خوبی کار کند.

معایب

• راندمان کمتر در مقایسه با GDI: چون مخلوط سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر تشکیل می‌شود، دقت و فشار احتراق کمتر است که منجر به کاهش راندمان حرارتی می‌شود.
• مصرف سوخت بالاتر: به دلیل تزریق غیرمستقیم، میزان مصرف سوخت در مقایسه با سیستم‌های GDI بیشتر است.
• آلایندگی بیشتر: احتراق کامل‌تر در سیستم‌های تزریق مستقیم باعث کاهش آلایندگی نسبت به PFI می‌شود.
• عدم سازگاری با موتورهای با تراکم بالا: این سیستم نمی‌تواند به خوبی با موتورهای پیشرفته با نسبت تراکم بالا مانند EF7 یا موتورهای توربوشارژ سازگار شود.

اجزای اصلی سیستم PFI

پمپ سوخت: وظیفه تأمین سوخت از باک به انژکتورها با فشار متوسط را بر عهده دارد.
انژکتورها: سوخت را به صورت اسپری به منیفولد ورودی تزریق می‌کنند.
منیفولد ورودی هوا: محلی که سوخت و هوا با یکدیگر ترکیب می‌شوند و به سمت محفظه احتراق هدایت می‌شوند.
واحد کنترل الکترونیکی (ECU): وظیفه مدیریت زمان و مقدار تزریق سوخت بر اساس شرایط موتور را بر عهده دارد.
سنسورها: حسگرهایی مانند حسگر اکسیژن، حسگر فشار منیفولد (MAP)، حسگر دمای هوا و حسگر موقعیت میل‌لنگ برای بهینه‌سازی تزریق سوخت استفاده می‌شوند.

انواع سیستم تزریق پورت شده

تزریق هم‌زمان ( Simultaneous Injection ): تمام انژکتورها سوخت را به صورت هم‌زمان تزریق می‌کنند.
تزریق ترتیبی ( Sequential Injection ): انژکتورها به صورت جداگانه و بر اساس زمان‌بندی باز شدن سوپاپ‌های ورودی سوخت تزریق می‌کنند.
تزریق دسته‌ای ( Batch Injection ): انژکتورها به صورت گروهی و با زمان‌بندی مشخص سوخت را تزریق می‌کنند.

کاربردها

خودروهای بنزینی اقتصادی با راندمان متوسط.
خودروهای قدیمی‌تر و مدل‌هایی که نیاز به فشار تزریق بالا ندارند.
خودروهایی که نیاز به هزینه تعمیر و نگهداری پایین دارند.

مقایسه سیستم PFI با GDI

ویژگی سیستم PFI (Port Fuel Injection) سیستم GDI (Gasoline Direct Injection)
محل تزریق سوخت منیفولد ورودی محفظه احتراق
فشار سوخت ۳-۵ بار ۲۰۰-۵۰۰ بار
راندمان احتراق متوسط بسیار بالا
مصرف سوخت بیشتر کمتر
آلایندگی بیشتر کمتر
رسوبات کربنی کمتر بیشتر
پیچیدگی سیستم کمتر بیشتر

چرا سیستم PFI هنوز کاربرد دارد؟

با وجود پیشرفت‌های سیستم‌های تزریق مستقیم، سیستم PFI به دلیل مزایایی مانند هزینه تولید کمتر، سادگی و نیازهای تعمیر و نگهداری پایین‌تر، همچنان در خودروهای اقتصادی و بازارهای در حال توسعه به کار می‌رود.

۷. سیستم تزریق طبقه‌بندی شده

سیستم تزریق طبقه‌بندی شده ( Stratified Injection ) یکی از فناوری‌های پیشرفته در سیستم‌های سوخت‌رسانی مستقیم است که بیشتر در موتورهای تزریق مستقیم بنزینی ( Gasoline Direct Injection – GDI ) استفاده می‌شود. این سیستم برای بهبود راندمان احتراق و کاهش مصرف سوخت طراحی شده است و به گونه‌ای عمل می‌کند که مخلوط سوخت و هوا در داخل محفظه احتراق به صورت هدفمند و لایه‌بندی شده ( Stratified ) تشکیل شود.

مفهوم لایه‌بندی در احتراق

در سیستم‌های تزریق طبقه‌بندی شده، مخلوط سوخت و هوا به گونه‌ای مدیریت می‌شود که:
در نزدیکی شمع جرقه‌زن (Spark Plug): مخلوط غنی‌تر از سوخت (سوخت بیشتر و هوا کمتر) وجود دارد. این بخش برای ایجاد احتراق پایدار و شروع فرآیند احتراق طراحی شده است.
در نواحی دورتر از شمع: مخلوط ضعیف‌تر و رقیق‌تر (هوا بیشتر و سوخت کمتر) وجود دارد.
این بخش به کاهش مصرف سوخت و افزایش راندمان کمک می‌کند. این ترکیب باعث می‌شود که احتراق با انرژی کمتر آغاز شود و سپس به طور کامل در سراسر محفظه گسترش یابد.

ویژگی‌های کلیدی سیستم تزریق طبقه‌بندی شده

تزریق مستقیم سوخت: سوخت مستقیماً به داخل محفظه احتراق و نزدیک شمع جرقه‌زن تزریق می‌شود.
زمان‌بندی دقیق تزریق: تزریق سوخت معمولاً در اواخر مرحله تراکم و نزدیک به زمان جرقه انجام می‌شود تا مخلوط طبقه‌بندی‌شده بهینه تشکیل شود.
کنترل دقیق مخلوط: با استفاده از واحد کنترل الکترونیکی ( ECU )، مقدار سوخت و زمان تزریق با دقت بالا تنظیم می‌شود.
احتراق کامل‌تر: لایه‌بندی مخلوط سوخت و هوا منجر به احتراق پایدار و کامل‌تر در سیلندر می‌شود.

مزایا

• کاهش مصرف سوخت: چون سوخت تنها در ناحیه موردنیاز برای جرقه متمرکز است و احتراق با مخلوط رقیق‌تر انجام می‌شود، مصرف سوخت بهینه‌تر می‌شود.
• کاهش آلایندگی: احتراق کامل‌تر باعث کاهش تولید گازهای مضر مانند CO و HC می‌شود. به دلیل استفاده از مخلوط رقیق‌تر، میزان NOx نیز کاهش می‌یابد.
• راندمان حرارتی بالا: تزریق سوخت مستقیم و طبقه‌بندی‌شده باعث افزایش راندمان حرارتی موتور می‌شود.
• عملکرد بهتر در شرایط بار سبک: در سرعت‌های پایین و شرایط بار کم، سیستم تزریق طبقه‌بندی‌شده باعث کاهش قابل توجه مصرف سوخت می‌شود.

معایب

• پیچیدگی سیستم: نیاز به انژکتورها و واحد کنترل بسیار پیشرفته، باعث افزایش پیچیدگی و هزینه تولید می‌شود.
• رسوبات کربنی: به دلیل عدم شستشوی سوپاپ‌های ورودی توسط سوخت، تجمع رسوبات کربنی بر روی سوپاپ‌ها و محفظه احتراق ممکن است افزایش یابد.
• حساسیت به کیفیت سوخت: سیستم تزریق طبقه‌بندی‌شده به سوخت با کیفیت بالا و میزان گوگرد پایین نیاز دارد.
• مشکلات در عملکرد در دماهای پایین: در شرایط سرد، تشکیل مخلوط طبقه‌بندی‌شده ممکن است دشوار باشد و باعث مشکلات استارت سرد شود.

نحوه عملکرد در شرایط مختلف

بار سبک یا دور آرام: سیستم در حالت طبقه‌بندی‌شده کار می‌کند. مخلوط سوخت غنی در نزدیکی شمع و مخلوط رقیق در سایر نقاط سیلندر وجود دارد. این حالت مصرف سوخت را کاهش می‌دهد.
بار سنگین یا سرعت بالا: سیستم به حالت همگن ( Homogeneous Mode ) تغییر می‌کند. در این حالت، سوخت و هوا به صورت یکنواخت در تمام محفظه احتراق توزیع می‌شوند تا توان بیشتری تولید شود.

اجزای اصلی سیستم تزریق طبقه‌بندی شده

انژکتورهای پیشرفته: انژکتورهایی با قابلیت تزریق دقیق و پاشش سوخت به شکل خاص برای ایجاد مخلوط لایه‌بندی‌شده.
واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ): مدیریت دقیق زمان‌بندی و مقدار تزریق سوخت را انجام می‌دهد.
حسگرهای متعدد: حسگرهایی برای اندازه‌گیری دمای موتور، فشار هوا، موقعیت میل‌لنگ، دمای اگزوز و غیره برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم.
محفظه احتراق طراحی‌شده: شکل محفظه احتراق به گونه‌ای طراحی می‌شود که از ایجاد جریان‌های مناسب هوا و تشکیل مخلوط طبقه‌بندی‌شده پشتیبانی کند.

مقایسه سیستم تزریق طبقه‌بندی شده با تزریق مستقیم همگن

کاربردهای سیستم تزریق طبقه‌بندی شده

خودروهای مدرن با موتورهای توربوشارژ و تزریق مستقیم.
خودروهایی که نیاز به مصرف سوخت کم و آلایندگی پایین دارند.
موتورهایی با استانداردهای سخت‌گیرانه آلایندگی (مانند یورو ۶)

چالش‌ها و آینده سیستم تزریق طبقه‌بندی شده

کاهش رسوبات کربنی: استفاده از افزودنی‌های سوخت و بهبود طراحی انژکتورها برای جلوگیری از تجمع رسوبات.
سازگاری با سوخت‌های جایگزین: تحقیق و توسعه برای سازگاری سیستم با سوخت‌هایی مانند بیواتانول و سوخت‌های مصنوعی.
کاهش هزینه تولید: بهینه‌سازی طراحی برای کاهش هزینه تولید و افزایش استفاده در خودروهای اقتصادی.

نتیجه گیری

سیستم‌های سوخت‌رسانی انژکتوری در خودروها با هدف بهبود عملکرد موتور، کاهش مصرف سوخت، و کاهش آلایندگی طراحی و توسعه یافته‌اند. هر یک از این سیستم‌ها با توجه به فناوری و طراحی خود، ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاصی دارند.