المحركات

نظام وقود السيارة ومكوناته

ماذا تحتاج السيارة للتحرك؟ بالتأكيد الجواب الأول الذي لدينا جميعًا هو الوقود. فكيف يصل هذا الوقود إلى محرك السيارة لتحويله إلى طاقة ميكانيكية وتحريك السيارة؟ هذا ما يفعله نظام وقود السيارة. يعمل نظام الوقود أو نظام حقن الوقود في السيارة بوظيفة مشابهة لنظام الدورة الدموية في الجسم.

أي أنها ملزمة بتوفير الطاقة اللازمة لتشغيل أجزاء مختلفة من السيارة. لذلك ، يعد هذا النظام من أهم الأنظمة التقنية للسيارة ، ولصحته وجودة أدائه تأثير مباشر على كفاءة السيارة وأنظمتها الأخرى. نريد دراسة المزيد من التفاصيل عن هذا النظام مع أنواعه.

مهام نظام وقود السيارة

تتمثل وظيفة نظام الوقود في السيارات في حقن مزيج من الهواء والوقود الأمثل في محرك السيارة. يجب أن يتم ذلك وفقًا لظروف تشغيل المحرك في جميع الأوقات. هذا يعني أن التزود بالوقود يجب أن يتم تكييفه وفقًا لظروف المحرك المختلفة أثناء التشغيل. أي أثناء بدء التشغيل الأولي وعندما يكون المحرك باردًا ، فإن المرحلة بعد بدء تشغيل المحرك وتسخينه ، وعندما تبدأ السيارة في التحرك والتسارع ، يحتاج المحرك إلى الوقود ليتم حقنه بسرعات مختلفة ، ويجب أن يتم حقن الوقود بسرعات مختلفة. تحافظ على هذه السرعات ، اضبط الحقن.

يعود تاريخ استخدام أنظمة التزود بالوقود في السيارات إلى ثمانينيات القرن الثامن عشر. لكن تطوير هذه الأنظمة وتطوير أدائها بدأ في العشرينات من القرن الماضي مع شركة بوش.

أنواع أنظمة وقود السيارات

تنقسم أنظمة التزويد بالوقود إلى فئتين عامتين: المكربن ​​والحاقن. كانت أنظمة المكربن ​​(Carburetor) هي النظام المشترك الوحيد قبل الثمانينيات. ولكن منذ الثمانينيات فصاعدًا ، بدأ صانعو السيارات في التفكير أكثر في إدارة السيارات ذات الكفاءة في استهلاك الوقود ، تليها إدارة أداء المحرك على نطاق أوسع. خلاف ذلك ، لن يكونوا قادرين على الامتثال للقوانين البيئية ، وسوف تتضرر صناعة السيارات بشكل خطير من هذه القوانين.

أيضًا ، لم تتمكن الأنظمة القديمة من تلبية احتياجات المحركات الأحدث. لذلك ، دخلت أنظمة الحقن هذا المجال. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين النظامين في كيفية حقن الوقود في الأسطوانات. تقوم أنظمة حاقن الوقود برش الوقود في الأسطوانة في جزيئات دقيقة جدًا ، بينما تقوم أنظمة المكربن ​​بحقن الوقود في الأسطوانة.

1. نظام التزود بالوقود المكربن

أساس هذا النظام هو وضع مكونه الرئيسي ، المكربن ​​، في منتصف مشعب الهواء. (مشعب الهواء أو مجمع المدخل هو الجزء المسؤول عن توجيه خليط وقود الهواء إلى غرفة الاحتراق أو الأسطوانة.) يخلق المكربن ​​فراغًا ويدخل الهواء عند امتصاص الوقود في الأسطوانات ، ووقود الهواء الخليط جاهز وسيتم توفير الاحتراق للمحرك. تشمل المكونات الرئيسية لهذا النظام ما يلي:

  • خزان بنزين
  • محطة بنزين
  • سوخت أنابيب الوقود
  • فلتر بنزين
  • المكربن
  • صمام أمان

ومع ذلك ، فإن الجزء الرئيسي من هذا النظام هو المكربن ​​، وهو المسؤول عن تحضير خليط وقود الهواء ليناسب ظروف المحرك المختلفة.

  • كيف يعمل المكربن ​​وأنواعه

كما ذكرنا ، يوجد المكربن ​​في منتصف مشعب الهواء. عندما يتحرك المكبس لأسفل في الأسطوانة ، ينفتح صمام خانق المكربن ​​ويدخل الهواء إلى المكربن ​​من خلال هذه المضخة الخاصة ، ويختلط بالوقود داخل الجسم ثم يُحقن خليط الوقود والهواء في الأسطوانة. عند مدخل خانق المكربن ​​، يوجد جزء يسمى فنتوري والذي يخلق فراغًا في الهواء الداخل. يتسبب هذا الفراغ في امتصاص الوقود من تهزهز المكربن. Ziggler هو خزان الوقود داخل المكربن.

يتم نقل الوقود إلى هذا الخزان من خلال أنابيب الوقود. ترتبط هذه الأنابيب أيضًا بمحطة الوقود التي تمتص الوقود من الخزان. لذلك ، فإن المكونات الرئيسية لكل مكربن ​​هي غرفة ولوحة الغاز ، وغرفة ولوحة الخانق ، والجسم ، وغرفة البادئ ، ومضخة الفنتوري أو المسرع. تنقسم المكربنات إلى ثلاث فئات:

– المكربن ​​مع تدفق الهواء من أعلى إلى أسفل:

المكربنات التي تستخدم الجاذبية لتدفق خليط من الوقود والهواء إلى المحرك. لا تزال هذه المكربنات مستخدمة في بعض السيارات.

– المكربن ​​مع تدفق الهواء من الأسفل إلى الأعلى:

تستخدم هذه المكربنات ، التي عفا عليها الزمن تمامًا ، الوقود الصلب لدخول المحرك. كان أداء هذه المكربنات سيئًا للغاية في الطقس البارد.

– المكربن ​​مع تدفق الهواء الأفقي:

تم استخدام هذا النوع من المكربن ​​، الذي يحتوي على فنتوري ثابت ومتغير ، في السيارات القديمة مثل Peykan.

  • عيوب نظام التزويد بالوقود المكربن

تشير حقيقة استخدام المكربن ​​في جميع أنظمة الوقود تقريبًا حتى الستينيات ، ثم تم التخلي عنها تدريجيًا بعد تطور صناعة السيارات واختراع أنظمة الحقن ، إلى أن هذه الأنظمة بها نقاط ضعف لا يمكن التغلب عليها ولا يمكن التغلب عليها. نستعرض بإيجاز بعض هذه العيوب ؛

– الخلط المتناسب بين الوقود والهواء: هذه النسبة ، التي يجب مراعاتها بدقة في ظروف محرك معينة ، لم تكن عادةً مناسبة في أنظمة المكربن. فقط في بعض الحالات لوحظ هذا كما كان ينبغي.

– يعتمد النظام بشكل كبير على الظروف البيئية: إعداد المكربن ​​، للتشغيل السليم والتشغيل السليم ، يكون مسؤولاً متى وأينما يحدث. هذا يعني أنه مع تغير ساعات اليوم وظروفه أو تغير الموقع وظروف الطقس ، لا يمتلك المكربن ​​القدرة على التكيف تلقائيًا مع الوضع الجديد. مثل المشاكل الشائعة التي يواجهها أصحاب سيارات المكربن ​​\ u200b \ u200b عند تشغيل سياراتهم في الشتاء أو في الصباح الباكر.

التوزيع غير المتكافئ للوقود على الأسطوانات: نظرًا لأن الوقود في هذه الأنظمة يتم توزيعه بين الأسطوانات مباشرة من خلال المكربن ​​دون تدخل المنظم ، يتم سكب المزيد من الوقود في الأسطوانات بالقرب من المكربن ​​ووقود أقل في الأسطوانات الأبعد بسبب توازن المحرك.

– الاعتماد على نوع البنزين: إعداد المكربن ​​، بالإضافة إلى الوقت والمكان ، يعتمد أيضًا على نوع البنزين ، وبتغيير أوكتان البنزين المستهلك ، لا يستطيع المكربن ​​تجديد إعداداته تلقائيًا. لذلك ، فإن تغيير جودة البنزين بعد ضبط المكربن ​​، يؤدي مرة أخرى إلى إضعاف أدائه.

بصرف النظر عن هذه النقاط السلبية ، يعاني المكربن ​​أيضًا من مشاكل مثل خنق المكربن ​​وقفل الغاز وتعقيد الإعدادات والإصلاحات.

2. نظام تزويد الحاقن بالوقود

أصبحت أنظمة الحاقن موجودة في كل مكان تقريبًا في صناعة السيارات بسبب تحسين أداء المحرك. هذه الأنظمة ، مثل المحاقن ، ترش الوقود في الأسطوانات. تم استخدام نظام وقود الحاقن لأول مرة بواسطة شفروليه وبونتياك في الخمسينيات من القرن الماضي. ثم قدمت بنز أول سيارة تعمل بالبنزين ذات حاقن. لكن هذه كانت أمثلة على الحقن الميكانيكية ، وقدمت شركة كرايسلر أول سيارة مزودة بحقن كهربائي إلى العالم. المكونات الرئيسية لهذا النظام هي:

‌ مستشعر الخانق:

يتم قياس كمية الوقود الدقيقة لظروف المحرك بمساعدة هذا المستشعر.

جهاز استشعار درجة حرارة الهواء في هوا:

يقيس هذا المستشعر درجة حرارة الهواء ، مما يؤثر على كمية الوقود وظروف المحرك.

مستشعر ضغط الهواء:

يقيس هذا المستشعر مقدار ضغط الهواء الداخل إلى المحرك في ظروف مختلفة. يتم ضبط فتح وإغلاق صمام الغاز من خلال تقرير هذا المستشعر.

مستشعر سرعة المحرك دور:

يقيس هذا المستشعر ، الذي يحتوي على مجال مغناطيسي ، سرعة المحرك لتحديد وقت الاشتعال الدقيق لشمعات الإشعال.

مستشعر التأثير:

سيؤدي الاحتراق غير الكامل في المحرك إلى حدوث صدمات للمحرك. هذا المستشعر مسؤول عن الإبلاغ عن هذه الصدمات وينتج عنها احتراق غير كامل داخل الأسطوانة.

– جهاز استشعار درجة حرارة الماء:

يتم قياس درجة حرارة ماء المحرك بواسطة هذا المستشعر. إذا كانت درجة حرارة ماء المحرك مرتفعة للغاية ، فسيتم تنشيط نظام التبريد وإذا كان باردًا ، فسيتم إنشاء وضع الخانق. أيضًا ، يتم تحديد مقدار ووقت حقن الوقود عند ارتفاع درجة حرارة ماء المحرك من خلال تقرير هذا المستشعر.

جهاز استشعار الأوكسجين:

يتم قياس محتوى الأكسجين لغازات العادم من المحرك بواسطة هذا المستشعر. هذا يمنع المحرك من الاحتراق والتسبب في تلوث مفرط. وبالتالي ، يشير وجود الكثير من الأكسجين في الغازات إلى أن الوقود رقيق وأن القليل جدًا من الأكسجين هو علامة على تركيزه. مع تقرير هذا المستشعر ، يتم تحديد كمية الوقود الدقيقة لتحسين أداء المحرك.

∗ حاقن:

هذا الجزء هو الجزء الميكانيكي الكهربائي لنظام وقود الحاقن ، وكما يوحي اسمه ، فهو الجزء الرئيسي من هذا النوع من نظام الوقود. يقوم هذا الحاقن بالكمية الدقيقة للوقود خلف مدخل الأسطوانة.

∗ ملف مزدوج:

يُرى هذا الجزء في أنظمة الحقن بدون Delco ويقوم بالإشعال. اليوم ، يتم استخدام ملف واحد لكل أسطوانة ويتم الاشتعال بشكل فردي.

کو دلکو:

إنها مسؤولة عن تنظيم الاحتراق. تقوم شركة Delco بذلك من خلال مساعدة الملف على توليد تيار أقوى ونقله إلى الأسطوانات. تقوم شركة Delco بتوزيع الكهرباء بين الاسطوانات لإشعالها.

تعد المضخات وأنابيب الوقود وفلاتر الوقود وقضبان وقود سوخت ومشعبات الهواء والجسم ووحدة التحكم الكهربائية (ECU) ومنظم الضغط ومفتاح القصور الذاتي ومقياس الجهد الخانق أجزاء أخرى من هذا النظام. يتم إرسال جميع التقارير الخاصة بأجهزة استشعار نظام الوقود بالحقن إلى وحدة التحكم الإلكترونية في السيارة أو الكمبيوتر ، وفي هذا القسم ، يتم تحديد الكمية الدقيقة للوقود الذي يجب حقنه في الأسطوانات بواسطة الحاقن. تقوم المستشعرات أيضًا بالإبلاغ عن الأعطال المحتملة إلى وحدة التحكم الإلكترونية.

  • كيف يعمل نظام حاقن الوقود وأنواعه

في هذا النظام ، يتم حقن الوقود في أنابيب النقل وسكة الوقود بضغط عالٍ ويتم نقله إلى الحاقن بواسطة مضخة ، والتي يمكن أن تكون كهربائية أو ميكانيكية. يقوم الحاقن ، الذي يعمل مثل حقنة الحقن في هذا النظام ، برش مسحوق الوقود من خلال إبرته في أسطوانة الهواء. وبهذه الطريقة ، يتم توفير مزيج الوقود والهواء الذي يتطلبه المحرك للاحتراق.

يتم تحديد كمية الوقود ومدة حقنه بواسطة الحاقن في الأسطوانة بدقة بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية أو كمبيوتر السيارة وفقًا للمعلومات الواردة من المستشعرات. يمكن تغيير حلقة حاقن الوقود من أدنى زاوية إلى أعلى زاوية بواسطة الحاقن ، وبالتالي ضبط كمية الوقود المحقون في الأسطوانات وتركيزها. هناك أنواع مختلفة من أنظمة وقود الحاقن ، والتي تنقسم إلى فئتين عامتين ، ميكانيكي وكهربائي. لقد أصبح استخدام أنظمة الوقود بالحقن الميكانيكي قديمًا في صناعة السيارات لسنوات عديدة. أسماء وأساليب هذه الأنظمة هي كما يلي:

– أنظمة الحقن الميكانيكية

-نظام K-Jetronik: هذا النظام ، وهو النوع الأساسي من أنظمة تزويد الوقود ، اخترعته شركة Bosch ويتم فيه حقن الوقود ميكانيكيًا ومستمرًا. في هذا النظام ، يحل الحاقن فقط محل المكربن ​​في أنظمة التزويد بالوقود المكربن ​​ولا توجد وحدة تحكم إلكترونية ومستشعراتها الحساسة.

نظام KE-Jetronik: مثال أكثر تقدمًا لنظام KE-Jetronik حيث يتم تعديل حقن وقود الحاقن ميكانيكيًا ومتقطعًا بواسطة وحدة التحكم في النظام. توجد وحدة تحكم في هذا النظام ليست كهربائية ولا تحتوي على مستشعرات حساسة لوحدة التحكم الإلكترونية.

– أنظمة الحاقن الكهربائية (EFI)

-نظام L-Jetronik: في هذا النظام ، يقوم الحاقن ، الذي ليس له اتصال ميكانيكي بالمحرك ، بحقن الوقود بشكل دوري في مشعب الهواء. يتواصل الحاقن في هذا النظام فقط مع وحدة التحكم الإلكترونية.

أنظمة LH-Jetronik: شكل أكثر تقدمًا من نظام LH-Jetronik يتم فيه قياس نسبة خلط الهواء والوقود بدقة أكبر.

تک نظام حقن الوقود أحادي النقطة (SPFI): في هذا النظام ، يتم استخدام حاقن لعملية الرش وسيكون وقت الرش للوصول إلى الوقود لكل 4 أسطوانات أطول. يتم تقسيم هذا المقدار والوقت ، المحدد بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية ، على مشعب المدخل في الأسطوانات. والفرق بين هذا النظام والأنظمة السابقة هو أن ظروف الوقود أكثر تناسبًا مع حالة المحرك ، والتي يتم ضبطها بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية.

نظام حقن الوقود متعدد النقاط (MPFI): في هذا النظام ، يتم استخدام حاقن واحد لكل أسطوانة والحاقن ، المثبت على سكة الوقود ، يقوم برش الوقود على الجزء الخلفي من صمام هواء مدخل الأسطوانة. في هذا النظام ، يكون معدل تغير حالات الوقود من وقت الحقن إلى وقت الاحتراق أقل بكثير من نظام SPFI ، مما يؤدي إلى احتراق أفضل. يعد هذا النظام حاليًا أكثر أنظمة حقن الوقود شيوعًا المستخدمة في السيارات.

نظام حقن الوقود المباشر (GDI): هذا النظام هو مثال أكثر تقدمًا للنظام السابق ، MPFI ، حيث يتم حقن الوقود مباشرة في الأسطوانة ويتم إزالة صمامات مدخل الأسطوانات. نظرًا لارتفاع تكلفة الإنتاج وحساسية الأجزاء ، يتم استخدام هذا النظام في الغالب في الفورمولا 1 وسيارات السباق أو المنتجات الفاخرة باهظة الثمن.

  • مزايا استخدام أنظمة الحقن

لقد ذكرنا بالفعل بعض مزايا هذا النظام على الأنظمة القديمة. سنقوم الآن بفحص هذه الفوائد بمزيد من التفصيل.

– زيادة كفاءة المحرك: نظرًا للجمع الدقيق بين الهواء والوقود لظروف المحرك المختلفة ، فقد تحسنت كفاءته مع هذا النظام بشكل كبير. في الواقع ، في هذا النظام ، مع زيادة الكفاءة الحجمية والحرارية للمحرك ، يزيد عزم الدوران بنسبة تصل إلى 15٪ ويتحسن أداء المحرك.

 زيادة سرعة التسارع: تحدث هذه الميزة ، التي يتم ملاحظتها في كل من الرش متعدد النقاط والنقطة الواحدة ، بسبب سرعة التشغيل ، ومطابقة ظروف الوقود ونسبة الاختلاط مع الهواء وحالة المحرك. بالطبع ، هذه الميزة ملحوظة أكثر فأكثر في أنظمة الحقن المباشر متعددة النقاط ، لأنه في هذه الطريقة ، عن طريق الرش المباشر للوقود داخل الأسطوانات ، لا توجد مشكلة في تكثيف الوقود والوقت اللازم لقياس هذه النسبة.

– بداية أفضل في الطقس البارد: في نظام الحاقن ، تحدد وحدة التحكم الإلكترونية بمساعدة مستشعرات درجة حرارة الهواء وسرعة المحرك كمية الوقود بما يتناسب مع درجة الحرارة وسرعة المحرك وتضع الظروف المناسبة للرش بواسطة الحاقن. هذا يعني أنه في درجات الحرارة المنخفضة ، لا توجد مشكلة في بدء تشغيل السيارة وتشغيلها.

– استهلاك أقل للوقود: تحديد كمية الوقود التي يحتاجها المحرك في ظروف مختلفة له تأثير مباشر على منع فقدان الوقود. يتم تحديد هذه القيمة وضبطها بشكل صحيح من خلال المعلومات حول تشغيل المحرك مثل سرعة المحرك ودرجة الحرارة والحمل والنسبة المئوية لفتح الخانق في أنظمة الحاقن.

– تقليل نسبة تلوث السيارة: هذه الميزة ناتجة عن ثبات نسبة الوقود والهواء في الخليط. يتم ضبط استقرار هذه النسبة أيضًا بواسطة أجهزة الاستشعار وتقاريرها الدقيقة. هذا هو العامل الأكثر أهمية في تطوير أنظمة وقود الحاقن ، وهو المحدد الرئيسي لمعايير انبعاث السيارة.

التوزيع الموحد للوقود في الأسطوانات ، وزيادة سقف خرج طاقة السيارة ، والاستجابة الأسرع لخانق السيارة ، وقطع الوقود في مرحلة التسارع السلبي ، هي مزايا أخرى لهذا النوع من النظام.

عيوب النظم حاقن ويمكن أن يعزى فقط إلى ارتفاع تكلفة مكونات النظام ، من حساسية و الحاجة إلى المزيد من الرعاية ، من إصلاحات أكثر صعوبة وإيلاما، و حاجتهم للمرشح أفضل في استهلاك الوقود .

الاختلافات بين محاقن الديزل والبنزين

في أنظمة حقن الديزل ، يتم احتراق الوقود والاشتعال داخل الأسطوانات وبشكل تلقائي. بهذه الطريقة ، مع دخول الهواء إلى الأسطوانة وزيادة كثافتها ودرجة حرارتها ، يتم توفير شروط انفجار الديزل. في نفس الوقت ، يتم إجراء عملية الحقن ويتم إشعال وقود المكبس ويبدأ المحرك. لكن في مركبات البنزين ، يدخل خليط الوقود والهواء الأسطوانة معًا وتتم عملية الاحتراق من خلال نظام الإشعال وشمعات  الإشعال. وبالتالي ، تتطلب سيارات الديزل كثافة هواء داخل الأسطوانات أعلى من كثافة سيارات البنزين.

تستخدم سيارات الديزل أيضًا الهواء المحيط للشفط داخل الأسطوانات ، لكن سيارات البنزين لديها نظام وقود وتهوية منفصل يجمع مزيج الغاز والوقود في الأسطوانات. وحدة التحكم الإلكترونية مسؤولة عن ضبط وقت اشتعال شمعات الإشعال ونسبة خليط الهواء والوقود داخل الأسطوانات.

أخيرًا ، تنتج محركات الديزل طاقة أكبر من محركات البنزين ، ولكن لها أيضًا انبعاثات أعلى. وتجدر الإشارة إلى أنه في السنوات الأخيرة ، قامت Mazda Motor بتصميم وبناء محرك بنزين بأداء محركات الديزل. تم استخدام هذا المحرك في بعض المنتجات الجديدة لشركة صناعة السيارات هذه وكان له كفاءة جيدة. ميزة هذا المحرك على محركات البنزين التقليدية هي تقليل استهلاك الوقود.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى