آشنایی با انواع سیستم سوخت رسانی خودرو
سیستمهای مختلف سوخت رسانی خودرو (انژکتوری و کاربراتوری) با کمک اجزا و مکانیزمهای مخصوص خود، سوخت را برای حرکت و عملکرد صحیح موتور آماده میکنند. در موتورهای احتراق داخلی خودرو، تأمین سوخت مناسب برای سیلندرها ضروری است؛ به همین دلیل، همه خودروها به سیستم سوخترسانی بنزینی یا گازوئیلی مجهز هستند تا مقدار دقیق و تنظیمشده سوخت را به موتور برسانند. در این فرایند، سوخت داخل باک یا مخزن سوخت خودرو ذخیره شده و سپس توسط پمپ بنزین (پمپ سوخت) از طریق لاینها و شیلنگهای سوخت کشیده میشود و پس از عبور از فیلتر سوخت برای تصفیه ناخالصیها، به کاربراتور یا سیستم انژکتوری میرسد. در نهایت، سوخت در محفظه سیلندر موتور با هوا مخلوط، تبخیر و آماده احتراق و تولید انرژی میشود که نتیجه آن، روشن شدن موتور، افزایش توان و کارکرد نرمتر خودرو است.
معرفی سيستم های مختلف سوخت رسان خودرو
احتراق چیست؟
ℹ️ به واکنش شیمیایی میان سوخت (مثل بنزین یا گازوئیل) و اکسیژن هوا که در آن سوخت میسوزد و انرژی حرارتی و مکانیکی برای کارکرد موتور خودرو آزاد میشود، احتراق (سوختن سوخت در موتور) گفته میشود. این فرآیند اساس کار کردن موتورهای احتراق داخلی خودرو است.
احتراق کامل چیست؟
🔥 در احتراق کامل سوخت در موتور خودرو، سوخت با اکسیژن کافی ترکیب میشود و محصول اصلی واکنش، فقط دیاکسید کربن (CO₂) و بخار آب (H₂O) است. در این حالت، راندمان موتور بالاتر، مصرف سوخت کمتر و آلودگی هوا حداقل خواهد بود.
احتراق ناقص چیست؟
⚠️ در احتراق ناقص موتور خودرو به دلیل کمبود اکسیژن یا نامناسب بودن نسبت سوخت به هوا، سوخت به طور کامل نمیسوزد و علاوه بر دیاکسید کربن و آب، گازهای آلایندهای مانند مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NOx) و ذرات نسوخته تولید میشود. این نوع احتراق باعث کاهش توان موتور، افزایش مصرف سوخت و افزایش آلودگی هوا میشود.
نحوه حرکت خودرو بعد از تزریق سوخت در سیستمهای سوخترسانی مختلف
🚗 بعد از اینکه سیستم سوخترسانی خودرو (انژکتوری یا کاربراتوری) سوخت را به موتور میرساند، مخلوط سوخت و هوا داخل محفظه احتراق (سیلندر) فشرده شده و با جرقه شمع میسوزد. گازهای داغ منبسط شده و پیستونها را به حرکت درمیآورند. حرکت رفت و برگشتی پیستونها از طریق شاتون و میللنگ به گیربکس و چرخها منتقل میشود و در نهایت باعث حرکت خودرو میگردد. نحوه و کیفیت پاشش سوخت به سیلندرها بسته به نوع سیستم سوخترسانی انژکتوری یا کاربراتوری است و روی قدرت، شتاب، مصرف سوخت و آلایندگی خودرو تاثیر مستقیم دارد.
اجزای اصلی سیستم سوخت رسانی خودرو
مدار و سیستم سوخت رسانی در خودروهای بنزینی و گازوئیلی از چند بخش مهم تشکیل شده است که هر کدام نقش مشخصی در ذخیره، انتقال و آمادهسازی سوخت برای احتراق در موتور دارند:
⛽ باک یا مخزن سوخت: محلی برای ذخیره بنزین یا گازوئیل که سوخت مورد نیاز موتور در آن نگهداری میشود.
📏 سیستم اندازهگیری و تزریق سوخت: شامل قطعاتی است که مقدار دقیق سوخت را برای ارسال به موتور تنظیم و آماده تزریق میکند.
🧵 لولهها و خطوط سوخت: بین مخزن سوخت و موتور قرار دارند و وظیفه انتقال سوخت از باک به سمت پمپ و سپس کاربراتور یا انژکتور را بر عهده دارند.
🚿 پمپ بنزین (پمپ سوخت): قطعهای که با ایجاد فشار، سوخت را از باک مکش کرده و به سمت سیستم پاشش سوخت ارسال میکند.
💨 کاربراتور یا انژکتور سوخت: مسئول تنظیم نسبت سوخت و هوا و پاشش آن به داخل سیلندر یا مانیفولد هوا است؛ در خودروهای قدیمیتر کاربراتور و در خودروهای جدیدتر سیستم انژکتوری استفاده میشود.
🌬️ مانیفولد هوا و سوخت (مانیفولد گاز): مسیری است که مخلوط سوخت و هوا از طریق آن به سمت سیلندرهای موتور هدایت میشود.
🚘 اگزوز (سیستم تخلیه دود): وظیفه خارج کردن گازهای حاصل از احتراق از محفظه سیلندر و هدایت آنها به بیرون از خودرو را بر عهده دارد و نقش مهمی در کاهش صدا و آلایندگی دارد.
مخزن سوخت یا باک خودرو
⛽ باک سوخت مخزن اصلی نگهداری بنزین یا گازوئیل در خودرو است که معمولاً در قسمت عقب خودرو قرار میگیرد. این مخزن به کمک ترمیستور، تریگر یا سنسور الکترونیکی میزان سوخت را اندازهگیری کرده و اطلاعات را به گیج بنزین روی کیلومترشمار ارسال میکند. در طراحی محل نصب باک، مواردی مثل مسیر سوخترسانی، محل قرارگیری سایر اجزا و ایمنی در برابر تصادف و نشت سوخت بسیار مهم هستند.
ترمیستور و نقش آن در سوخت رسانی خودرو
ℹ️ ترمیستور داخل باک سوخت قرار دارد و تا زمانی که درون بنزین است، خنک مانده و مقاومت الکتریکیاش بالا میماند. با کاهش سطح سوخت، ترمیستور گرم شده و تغییر مقاومت آن باعث میشود چراغ هشدار کمبود سوخت روی صفحه آمپر روشن شود و راننده را از کم بودن بنزین آگاه کند.
پمپ سوخت
💧 پمپ سوخت وظیفه دارد بنزین یا گازوئیل را از باک بیرون کشیده و با فشار مناسب به سمت موتور و سیستم سوخترسانی ارسال کند. به طور کلی دو نوع پمپ سوخت در خودروها به کار میرود:
-
پمپ مکانیکی در خودروهای کاربراتوری
-
پمپ الکتریکی در خودروهای انژکتوری
نقش فیلتر سوخت در سیستم سوخت رسانی خودرو
🧽 فیلتر سوخت در مسیر قبل و بعد از پمپ سوخت قرار میگیرد تا ناخالصیها، رسوبات و ذرات معلق موجود در سوخت را جدا کند. این کار باعث میشود انژکتورها و قطعات حساس موتور آسیب نبینند، احتراق بهتر انجام شود، مصرف سوخت کاهش یابد و عملکرد موتور نرمتر و پایدارتر باشد.
سیستم انژکتور در خودروها
💉 سیستم انژکتور سوخت ابتدا توسط Herbert Akroyd Stuart برای موتورهای دیزلی طراحی شد و بعدها توسط شرکتهایی مانند بوش و کامینز توسعه پیدا کرد. در موتورهای بنزینی نیز در سال 1925، «یوناس هاسلمن» اولین سیستم انژکتور بنزینی را معرفی کرد. امروز تقریباً تمام خودروهای مدرن از سیستم انژکتور الکترونیکی استفاده میکنند.
عملکرد انژکتور در سیستم سوخترسانی
⚙️ انژکتور در سیستم سوخترسانی خودرو مثل یک شیر برقی بسیار دقیق عمل میکند که در زمانهای مشخص، باز و بسته شده و مقدار دقیقی سوخت را به موتور تزریق میکند. بسته به طراحی، سوخت میتواند:
-
مستقیماً وارد محفظه احتراق سیلندر (سیستم GDI) شود
-
یا به داخل مانیفولد هوا / بدنه دریچه گاز پاشیده شود
انژکتورها مثل اسپری عطر سوخت را به شکل ذرات بسیار ریز پخش میکنند تا اختلاط سوخت و هوا بهتر شده، احتراق کاملتری صورت گیرد و توان موتور و راندمان سوخت افزایش یابد.
روشهای مختلف پاشش سوخت در سیستمهای انژکتوری
🔄 در سیستمهای پاشش الکترونیکی بنزین سه روش رایج وجود دارد:
-
پاشش همزمان: همه انژکتورها تقریباً در یک زمان پاشش میکنند.
-
پاشش ترتیبی (Sequential): هر انژکتور بر اساس ترتیب احتراق سیلندرها کنترل میشود (رایج در خودروهای امروزی).
-
پاشش گروهی (Group): انژکتورها به صورت جفت جفت و گروهی فرمان میگیرند.
نحوه کار سیستمهای سوخت رسان انژکتوری
🚗 سیستمهای سوخترسان انژکتوری به دلیل دقت بالا در کنترل سوخت، توان بیشتر، مصرف سوخت کمتر و آلایندگی پایینتر، امروزه بسیار محبوب هستند. در این سیستمها دو نوع تزریق اصلی وجود دارد:
تزریق چند نقطهای (MPI)
🔸 در سیستم Multi-Point Injection (MPI) برای هر سیلندر یک انژکتور جداگانه در نظر گرفته میشود. این کار باعث میشود ترکیب سوخت و هوا یکنواختتر شده، احتراق کاملتر و راندمان موتور بیشتر شود.
تزریق مستقیم بنزین (GDI)
🔸 در سیستم Gasoline Direct Injection (GDI) سوخت مستقیماً داخل سیلندر تزریق میشود. ECU یا همان واحد کنترل الکترونیکی موتور مقدار و زمان تزریق سوخت را بر اساس شرایطی مثل دور موتور، بار موتور و دمای کارکرد تنظیم میکند.
⚙️ نتیجه این نوع تزریق:
-
قدرت و شتاب بیشتر
-
کاهش مصرف سوخت
-
آلایندگی کمتر
البته پیچیدگی و هزینه بالاتر تعمیر و نگهداری نسبت به کاربراتور و سیستمهای سادهتر از معایب آن است.
سیستم کاربراتور در خودروها
🛠️ کاربراتور یکی از قدیمیترین سیستمهای سوخترسانی است که اولین نسخه آن در سال 1826 توسط «ساموئل موی» ساخته شد و بعدها «کارل بنز» نسخه مدرن آن را ثبت کرد. کاربراتورها تا اواخر دهه 1980 در بسیاری از خودروها استفاده میشدند.
🎯 وظیفه کاربراتور این است که سوخت و هوا را با نسبت مناسب مخلوط کرده و به موتور برساند. این سیستم بیشتر مکانیکی و غیر الکترونیکی است و به همین دلیل تنظیم آن دستی بوده و دقت آن نسبت به سیستمهای انژکتوری کمتر است. با پیشرفت فناوری، به دلیل مصرف سوخت بالاتر، آلودگی بیشتر و دقت کمتر، کاربراتورها جای خود را به سیستمهای انژکتوری هوشمند دادهاند.
نحوه کار کاربراتورها
⚙️ کاربراتور در سیستم سوخت رسانی خودرو وظیفه دارد سوخت (بنزین) را با هوا مخلوط کرده و آن را به سمت محفظه احتراق موتور بفرستد. داخل کاربراتور، جت یا نازلهایی وجود دارد که سوخت را به درون مسیر هوا میپاشند. مقدار سوختی که از این جتها عبور میکند، به میزان هوایی که به داخل کاربراتور کشیده میشود بستگی دارد؛ یعنی هرچه هوای ورودی بیشتر باشد، سوخت بیشتری هم مکیده و مخلوط میشود.
⚠️ یکی از مهمترین محدودیتهای کاربراتور خودرو این است که نمیتواند نسبت سوخت به هوا را برای هر سیلندر بهصورت جداگانه و دقیق تنظیم کند؛ بلکه یک مخلوط کلی برای همه سیلندرها فراهم میکند. در نتیجه، نسبت سوخت و هوا برای هر سیلندر فقط تقریبی است، نه کاملاً دقیق. اگر برای هر سیلندر یک کاربراتور جداگانه وجود داشت، این مشکل تا حد زیادی برطرف میشد.
🏁 با وجود این، کاربراتورها هنوز هم در دنیای تیونینگ و ورزشهای موتوری محبوب هستند. دلیل آن:
-
ساختار سادهتر و مکانیکی
-
نبودن قطعات الکترونیکی پیچیده
-
کاهش خطر بازگشت سوخت به باک در تصادفات
به همین خاطر در برخی موتورهای مسابقهای و کلاسیک، هنوز هم از سیستم سوخت رسانی کاربراتوری استفاده میشود و عمر حضور کاربراتور در صنعت خودروسازی نسبت به انژکتور بیشتر بوده است.
تفاوتهای کاربراتور و انژکتور در سیستم سوخت رسانی ماشین
دو سیستم کاربراتور و انژکتور تفاوتهای زیادی در نحوه عملکرد، مصرف سوخت، بازده موتور، تعمیر و نگهداری و آلایندگی دارند. در ادامه مهمترین این تفاوتها را بررسی میکنیم:
تفاوت کاربراتور و انژکتور از نظر عملکرد
⚙️ سیستم انژکتوری به صورت کاملاً الکترونیکی کنترل شده و میتواند مقدار سوخت ورودی به هر سیلندر را دقیق، یکنواخت و متناسب با شرایط موتور تنظیم کند. این سیستم در برابر تغییرات فشار هوا، دما و شرایط رانندگی واکنش سریع و هوشمند دارد.
اما کاربراتور یک سیستم مکانیکی است و نمیتواند نسبت دقیق سوخت و هوا را برای هر سیلندر تنظیم کند. در نتیجه با تغییر شرایط محیطی و دمای سوخت، تنظیمات آن دچار خطا میشود.
تفاوت صرفهجویی در مصرف سوخت
⛽ انژکتور مصرف سوخت کمتری دارد زیرا مقدار پاشش سوخت را بر اساس پارامترهایی مثل دور موتور، دمای موتور، فشار هوا و موقعیت دریچه گاز تنظیم میکند. این دقت باعث میشود هیچ سوختی هدر نرود و راندمان سوخت بالا باشد.
در مقابل، کاربراتور قادر به تنظیم دقیق سوخت در شرایط مختلف نیست و معمولاً سوخت بیشتری مصرف میکند.
تفاوت از نظر تعمیر و نگهداری
🔧 کاربراتور از نظر تعمیر و سرویس راحتتر است؛ ساختار مکانیکی ساده و قابل تنظیم دستی دارد. تمیزکردن، تعویض و تعمیر آن هزینه زیادی ندارد.
اما سیستم انژکتوری پیچیدهتر و الکترونیکی است؛ بنابراین تعمیر، تنظیم و تعویض انژکتورها نیاز به تکنسین حرفهای دارد و معمولاً هزینه بیشتری دارد.
بازده موتور و شتابگیری بیشتر در انژکتور
🚀 در سیستم انژکتوری، سوخت دقیقاً متناسب با نیاز موتور تزریق میشود. این موضوع باعث:
-
احتراق کاملتر
-
تولید توان بیشتر
-
گشتاور قویتر
-
شتابگیری بهتر خودرو
میشود.
اما در خودروهای کاربراتوری، به دلیل مخلوط غیر دقیق سوخت و هوا، بازده موتور پایینتر است.
نقش ECU در سیستمهای انژکتوری
💻 ECU (کامپیوتر خودرو) در سیستمهای انژکتوری وظیفه کنترل کامل تزریق سوخت را بر عهده دارد.
ECU عوامل مختلفی مثل:
-
دمای موتور
-
دور موتور
-
فشار هوا
-
میزان گاز
را بررسی کرده و بر اساس آنها پاشش سوخت را تنظیم میکند.
این قابلیت باعث میشود خودرو در هوای سرد راحتتر روشن شود و عملکردی بسیار پایدارتر داشته باشد.
آلایندگی کمتر خودروهای انژکتوری
🌿 یکی از بزرگترین تفاوتها در آلایندگی است. سیستم انژکتوری به دلیل کنترل دقیق مخلوط سوخت و هوا، به احتراق کاملتر نزدیک میشود. در این حالت گازهای خروجی بیشتر شامل دیاکسید کربن و بخار آب هستند و مقدار مونوکسید کربن و آلایندههای خطرناک بسیار کمتر است.
اما در کاربراتور، به دلیل احتراق ناقص، میزان آلایندگی بسیار بالاتر است.
سیستم سوخت رسانی TBI
🧩 سیستم سوخت رسانی TBI (Throttle Body Injection) یکی از اولین انواع سیستمهای انژکتوری است که بعد از کنار رفتن کاربراتور در خودروها معرفی شد. در این سیستم، به جای کاربراتور سنتی، یک یا چند انژکتور روی دریچه گاز (بدنه دریچه گاز) قرار میگیرند و سوخت را در مسیر هوای ورودی موتور تزریق میکنند.
🛠️ TBI از نظر شیوه کار، شباهت زیادی به کاربراتور دارد؛ زیرا همچنان سوخت به کمک مکش ایجاد شده توسط موتور وارد سیلندرها میشود، اما تفاوت مهم آن در این است که کل فرآیند تزریق سوخت توسط کامپیوتر خودرو (ECU) کنترل میشود. ECU مقدار دقیق سوخت مورد نیاز موتور را محاسبه کرده و به انژکتور فرمان میدهد تا همان مقدار را تزریق کند. این دقت بالاتر باعث میشود هدررفت سوخت کمتر شده، مصرف سوخت بهینهتر و عملکرد خودرو کارآمدتر شود.
⚙️ در سیستم سوخت رسانی TBI، هوای ورودی سوخت را از طریق مسیر مخصوص به داخل مانیفولد و سپس محفظههای احتراق میکشد. سوخت و هوا در این مسیر با هم مخلوط شده و مخلوط آمادهشده وارد سیلندرها میشود تا با احتراق، انرژی لازم برای حرکت موتور و خودرو را تولید کند. به طور کلی، TBI را میتوان پل ارتباطی بین کاربراتورهای قدیمی و سیستمهای انژکتوری پیشرفته چند نقطهای (MPI) دانست.
سیستم های تزریق سوخت چند نقطهای یا MPFI
💠 سیستمهای تزریق سوخت چند نقطهای (MPFI) مخفف Multi-Port Fuel Injection بوده و یکی از رایجترین و کارآمدترین روشهای سوخترسانی در خودروهای مدرن محسوب میشوند.
در این سیستم، برخلاف TBI که تنها از یک نقطه سوخت را وارد مسیر هوا میکند، تزریق سوخت از چندین نقطه انجام میشود. به همین دلیل، MPFI یک مرحله بالاتر و پیشرفتهتر از سیستمهای سوخترسانی TBI به شمار میرود و کنترل دقیقتری بر مقدار سوخت ورودی به هر سیلندر دارد.
نحوه کار سیستم MPFI
⚙️ در سیستم تزریق سوخت چند نقطهای، برای هر سیلندر یک انژکتور مجزا در نظر گرفته میشود که روی پورت ورودی هوا نصب شده است؛ یعنی درست در بخش خارجی هر سیلندر.
در این حالت:
-
هر سیلندر سوخت مخصوص به خود را دریافت میکند.
-
در یک موتور شش سیلندر، شش انژکتور وجود دارد.
-
در حالت معمول، این انژکتورها بهطور همزمان اسپری میکنند؛ اما در برخی سیستمها حالت تزریق ترتیبی (Sequential Injection) نیز وجود دارد که بازدهی بیشتری دارد.
مزایای سیستم سوخترسانی MPFI
✨ مهمترین مزایای این سیستم عبارتند از:
💡 کنترل مجزا برای هر نازل: هر انژکتور در زمان دقیق و بهینه فعال میشود و باعث میشود سوخت کاملاً وارد دریچه ورودی شود.
⛽ کاهش هدررفت سوخت: پاشش دقیق باعث میشود سوخت کمتر تلف شود و راندمان موتور بالاتر رود.
🔥 ایجاد بهترین نسبت هوا به سوخت: ترکیب یکنواختتر سوخت و هوا منجر به احتراق کاملتر و تولید توان بیشتر میشود.
🚗 راندمان بالاتر نسبت به TBI: MPFI ها سوخت را مستقیمتر و دقیقتر وارد هر سیلندر میکنند، بنابراین عملکرد بسیار کارآمدتر دارند.
🚀 بازده بهتر در تزریق ترتیبی: در سیستمهای MPFI که به صورت Sequential عمل میکنند، مصرف سوخت کاهش و قدرت موتور افزایش مییابد.
معایب سیستم MPFI
با وجود مزایای زیاد، این سیستم نیز محدودیتها و مشکلاتی دارد:
⏳ باقی ماندن سوخت در دوره انتظار: هنگام آمادهباش چرخه بعدی تزریق ممکن است مقداری سوخت باقی بماند.
💧 تراکم سوخت: سوخت میتواند به صورت مایع متراکم شود و به همین دلیل قبل از ورود به سیلندر بهطور کامل قابل استفاده نباشد.
انژکتور روی موتورهای دیزلی
💠 انژکتور در موتورهای دیزلی یکی از حساسترین و پیچیدهترین قطعات موتور است و برخلاف تصور اولیه، عملکرد بسیار دقیقی دارد. محل قرارگیری انژکتور بسته به نوع طراحی و مدل موتور دیزلی میتواند متفاوت باشد، اما نقش آن در تمامی موتورهای دیزلی یکسان است: تزریق سوخت با فشار بسیار بالا به داخل سیلندر.
عملکرد و ویژگیهای انژکتور دیزلی
⚙️ اگرچه سیستم انژکتوری از نظر ظاهری ساده به نظر میرسد، اما انژکتور در موتورهای دیزلی باید شرایط بسیار سختی را تحمل کند؛ از جمله:
-
دمای فوقالعاده بالا داخل سیلندر
-
فشارهای بسیار زیاد حاصل از تراکم شدید
-
نیاز به پاشش دقیق و اسپری بسیار ریز سوخت
انژکتور هنگام تزریق، سوخت را به شکل ذرات بسیار ریز وارد سیلندر میکند تا احتراق کاملتری رخ دهد. این احتراق یکنواخت باید بهگونهای باشد که تمام فضای سیلندر را پوشش دهد و موتور بیشترین توان را تولید کند.
کمک به بهبود احتراق در موتور دیزلی
🔥 برخی موتورهای دیزل برای ایجاد چرخش بهتر هوا یا بهبود پاشش سوخت از:
-
سوپاپهای القایی ویژه
-
محفظههای پیشاحتراق (Pre-Chamber)
-
یا طراحیهای ویژه محفظه احتراق
استفاده میکنند. این قابلیتها کمک میکنند تا سوخت بهتر پخش شده و احتراق کاملتر انجام شود.
تزریق مستقیم سوخت در موتورهای دیزلی
⛽ برخلاف برخی موتورها که پاشش غیرمستقیم دارند، تمام موتورهای دیزلی از تزریق مستقیم (Direct Injection) استفاده میکنند. یعنی سوخت دیزل مستقیماً وارد محفظه احتراق سیلندر میشود. این موضوع باعث:
-
افزایش قدرت
-
صرفهجویی در مصرف سوخت
-
کاهش آلایندگی نسبت به سیستمهای قدیمی
میشود.
نقش شمع حرارتی (Glow Plug) در موتور دیزلی
🔥 شمع حرارتی یا Glow Plug یکی از اجزای مهم موتورهای دیزلی است، مخصوصاً هنگام روشن کردن موتور سرد.
در شروع به کار، ممکن است هوای فشردهشده داخل سیلندر به دمای کافی برای اشتعال سوخت نرسد؛ در این شرایط، شمع حرارتی:
-
محفظه احتراق را گرم میکند،
-
دمای هوای ورودی را بالا میبرد،
-
و کمک میکند موتور دیزل سرد بهراحتی روشن شود.
با اینکه فناوری تزریق مستقیم سوخت پیشرفت زیادی داشته و در بسیاری از خودروهای مدرن نیاز به Glow Plug کاهش یافته، اما همچنان بسیاری از موتورهای دیزلی مجهز به این قطعه هستند تا راندمان احتراق بهتر و استارت آسانتر فراهم شود.