تاریخچه ی از سیستم های مدیریت موتور و مدیریت سوخت

سوخت رسانی انژکتوری بنزینی

تاریخچه ی مختصری از سیستم های مدیریت موتور و مدیریت سوخت

سيستم هاي تزريق سوخت بنزين در موتورهاي جرقه اي ، از ديرباز مورد توجه سازندگان خودرو بوده است و در اين راستا فعاليتهاي زيادي انجام شده است كه منجر به توليد انواع سيستمهاي سوخت رساني بنزيني انژكتوري Jetronic شده است.

انژکتورinjector که معادل فارسی آن افشانه یا اسپری کننده است در واقع یک شیر پودر کننده سوخت بر روی هوای ورودی(موتور بنزینی) یا متراکم شده( موتور دیزل) می باشد.

انژکتوردراوایل قرن بیستم توسط رابرت بوش بنیانگذار کمپانی بوش (bosch) درآلمان اختراع شد. انژکتور هرچند امروزه درتمام موتورهای درونسوز شامل بنزینی ودیزل -گازسوزودوگانه سوز کاربرد دارد ولی در ابتدا صرفاً برای استفاده درموتورهای دیزل طراحی شد.

باید یادآور شد که مهمترین سیستم سوخت رسانی انژکتوری بنزینی باسیستم سوخت رسانی دیزل ،درزمان پاشش سوخت توسط انژکتوراست.بطوریکه درسیستم سوخت رسانی دیزل عمل پاشش سوخت پس ازتراکم هوا صورت گرفته اما درسیستم بنزینی پاشش سوخت برروی هوا،قبل ازعمل تراکم انجام میشود. انژکتور های الکترومغناطیسی که در موتورهای جدید استفاده می شوند بطور هوشمند توسط واحد مدیریت موتور (ECU)کنترل می شوند . از دیگر شرکتهای مهم سازنده انژکتور زیمنس می باشد.

تلاش ها به منظور تزریق سوخت ازحدود یک قرن پیش آغاز شد . درسال1898 شرکت موتور سازی Deutz پمپ پلانجری رابه منظور تزریق سوخت در سری محدودی از تولیدات خود بکار برد مدتی پس ازآن کاربردهای اثرونتوری برای طراحی کاربراتورکشف شدوسیستم های تزریق سوخت مبنی برتکنولوژی آن زمان ازدایره رقابت خارج شدند.

در سال 1912کمپانی بوش (BOSCH) آلمان شروع به تحقیقات برروی پمپ های تزریق بنزین کرد .کمپانی بوش پس ازسالها تلاش فراوان وصرف هزینه های بسیار،موفق شددر سال 1937 تولید انبوه سیستم تزریق سوخت انژکتوری مکانیکی جهت نصب برروی موتور هواپیما را آغاز کند. این موتور می توانست 1200 hp قدرت تولید کند. برتری این موتور که به دستورهیتلرطراحی شده بود نسبت به رقبایش در جریان جنگ جهانی دوم، عدم یخ زدگی ونتوری کاربراتور وخطرآتش سوزی بود که حاصل سیستم سوخترسانی انژکتوری میباشد .

مي توان گفت كه در آن زمان موتور كاربراتوري به نمونه انژكتوري برتري و ارجعيت داشت. ولي عدم استفاده از كاربوراتور و انتخاب انژكتور توسط آلماني ها به اين دليل بود كه كاربوراتورموتورهواپيما درمناطق نامناسب تمايل زياد به توليد يخ داشت و همچنين امتياز ديگر انواع انژكتوري تاثير ناپذير بودن عملكرد آن در حين انجام مانورهاي جنگي خطرناك بودوبرای اولین بار سیستم تزریق زمان بندی شده مکانیکی ساخته شد .

تبديل يك سيستم انژكتوری ديزل به سيستمي كه بنزين استفاده كند كاري بس مشكل است چون سوخت گازوييل كه يك روغن سبك وزن مي باشد باعث مي شود كه نوعي روغنكاري بين پمپ ها و سيلندرهاي سيستم انژكتوري انجام شود.در مقابل، بنزين سوختي بي نهايت خشك است و به طور كلي فاقد هر گونه قابليت روغنكاري مي باشد. بنابراين در تبديل از گازوييل به بنزين نياز به يك تحقيق بسيار دقيق در زمينه آلیاژهای مورد استفاده در ساختمان پيستون ها و سيلندرها بود .

در سال 1945 يك سيستم انژكتوري بنام هیل بورن توسط يك آمريكايي به نام "استوارت هيل بورن" براي اتومبيل فورد ساخته شد. اين سيستم فاقد هرگونه نوآوري بود اما امتياز آن كيفيت ساخت آن بود و در مقايسه با معروف ترين انواع كاربوراتوري آن زمان كه اتسرومبورگ نام داشت به مراتب كارآيي بهتري داشت. فقط يكي از نقاط ضعف سيستم هيل بورن اين بود كه تمامي سوختي كه از پمپ انژكتور به داخل كانال هاي ارتباطي پاشيده مي شد به داخل موتور راه پيدا نمي كرد. فشار در داخل نازل هاي سيستم تزريق از طريق اين كانال ها به باك بنزين برگردانده مي شود. در راه بازگشت ميزان اضافي سوخت پاشيده شده ،يك دريچه كوچك قراردارد كه در هنگام به اصطلاح تخت گاز كردن ،بخشي از اين سوخت برگردانده شده از طريق اين دريچه مورد استفاده قرار گرفته تا مخلوط سوخت مورد نياز حاصل شود. بعد از ورود طرح هيل بورن به بازار اظهار شد كه چنين طرح سيستم تزريق سوختي براي استفاده در مورتورهاي خياباني مناسب نيست.

حقيقت اين بود كه اين طرح به طور كلي طرحي مناسب براي اتومبيل هاي موتور بنزيني نبود.

بعد از چندي كمپاني جنرال موتورز سيستم انژكتوري روچستر را به عنوان جانشين براي كاربوراتورهاي چهار دهنه خود معرفي كرد كه متأسفانه اين سيستم نتوانست باعث به وجود آمدن نيروي توليدي بيشتري براي موتورها شود. اما اظهار مي شود كه اتومبيل با چنين سيستمي از شتاب بهتري برخوردار است. سيستم روچستر تا حدودي مشابه سيستم هيل بورن بود و در اين سيستم تنظيم جريان سوخت با تغيير فشار سوخت انجام مي گرفت.

متأسفانه براي روچستر و جنرال موتورز، مشكلات سوخت رساني در هنگام آهسته كار كردن موتور توسط مهندسين حل نگرديد و نازل هاي اسپري كننده تا حدودي در اين كار مؤثر بودند و اين حقيقت را مي شد از رنگ سياهي كه از اگزوز اين گونه اتومبيل متصاعد مي شد، دريافت.

درسال 1951برای اولین باریک واحدتزریق مستقیم بنزین به داخل سیلندر(GDI)که به عنوان بخشی ازقطعات استانداردیک خودروی کوچک طراحی شده بود،درمعرض دیدعموم قرارگرفت.

دراواخردهه پنجاه میلادی کمپانی مرسدس بنز یک واحد تزریق سوخت رابرروی اتومبیل اسپرت مرسدس SL-300 نصب کرد.
    درسال 1967تکنولوژی تزریق سوخت پیشرفت بسیار خوبی داشت ویک گام اساسی به جلووبه سوی تکامل وعملکردبراساس اطلاعات دریافتی از شرایط واقعی موتوربرداشت واولین سیستم تزریق سوخت الکترونیکی به نام D-jetronic که برمبنای کنترل فشار هوای ورودی کارمیکرد ،طراحی شد .
     درسال 1973 سیستم مدیریت سوخت L-jetronic که برمبنای کنترل جریان هوای ورودی کارمیکرد به بازارعرضه شد .

درهمان زمان سیستمی دیگر طراحی شد که درحد سیستم L-jetronic توانایی داشت. این سیستم K-jetronic نام داشت وتفاوت آن با سیستم L-jetronic دراین بودکه به جای استفاده ازسنسور مربوط به جریان هوا به شکل هیدرولیکی - مکانیکی جریان هواراکنترل می کرد .

سال 1979 سال بلوغ سیستم های مدیریت موتوربود چراکه سال 1979 سرآغازظهور یک سیستم جدید ، کامل وماندگاربرای 30سال بعد به نام Motronic بود

دراین سال باپیشرفت علم الکترونیک پردازشگرهای دیجیتالی برای موتورطراحی شد که می توانستند وظایف متعددی ازموتوررا به عهده گیرند .در موتورهاي انژكتوري با كنترل الكترونيكي تمام سيستم هاي يك موتور زير نظر واحد مديريت موتورECU عمل مي كنند. واحد مديريت موتور با دريافت اطلاعات مورد نياز خود با سرعت 1000 بار در ثانيه توسط حسگرها از ابزارها واجزاي مختلف ومحيط ، و پردازش آنها اقدام به تعيين شرايط پاشش سوخت و زمان جرقه زني مي كند. واحد بودن مركز تصميم گيري در يك موتور) كه يك هدف را با وجود دارا بودن اجزاء مختلف دنبال مي كنند) اين مزيت را دارد كه تمام موتور هماهنگ تر عمل میكند.

درواقع سیستم مدیریت موتور (Motronic) از یک سیستم مدیریت سوخت L-jetronic بایک برنامه الکترونیکی برای کنترل سیستم جرقه زنی ترکیب شده است.

L-jetronicسیستم مدیریت سوخت است که فقط می تواند با اطلاع ازشرایط هوای ورودی میزان سوخت ارسالی به موتوررا تنظیم کند در حالی که سیستم مدیریت موتور (Motronic) همان گونه که ازاسمش برمی آید تمام موتوررا مدیریت می کند یعنی علاوه بر سیستم سوخترسانی ، سیستم جرقه زنی راهم کنترل می کند .

سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی دو سیستم اساسی یک موتورهستند که اگر بتوانیم این دوسیستم رابا یک واحد کنترل مشترک مدیریت کنیم می توان ادعا کنیم که تمام موتوررامدیریت کرده ایم . کنترل همزمان سیستم سوخترسانی وسیستم جرقه زنی مشکل است ولی این مزیت رادارد که می توان با اعمال برنامه های متنوع برموتور قابلیت ها ومزایای جدید ومتفاوتی از موتوررا دریافت کرد.

درسال 1982 مدلی دیگرازسیستم تزریق سوخت K-jetronic درطرح های متنوع شامل یک مدارکنترل حلقه بسته الکترونیکی وسنسور اکسیژن لاندا با نام KE-jetronic به بازارعرضه شد . این سیستم مانند سیستم K-jetronic برمبنای یک سیستم تزریق سوخت هیدرولیکی –مکانیکی است ودرواقع سیستم K-jetronic به منظورافزایش انعطاف پذیری وتوانایی انجام وظایف بیشتر توسط یک واحد کنترل الکترونیکی پشتیبانی می شود . دراین زمان بود که روند تبدیل سیستم های سوخترسانی از کاربراتوری به سیستم سوخترسانی انژکتوری سرعت گرفت وشرکت های خودروسازی یکی پس از دیگری موتورهای تولیدی خود را به این سیستم ها مجهز می کردند واز آن به عنوان بهترین تبلیغ برای محصولاتشان استفاده می کردند وخودروهای خود رانسبت به رقبای کاربراتوری خود قوی تر، سریعتر و با آلودگی کمتر معرفی می کردند.

دراواسط دهه 80 میلادی بسیاری ازخودروهایی که خط تولید راترک می کردند مجهز به یکی ازسیستم هایی که دربالا معرفی شد بودند ولی قیمت بالای این سیستم ها باعث شده بود که درصد قابل توجهی از خودروهای تولیدی کماکان کاربراتوری بمانند وهمچنین تکنولوژی بالا وپیچیدگی زیاد این سیستم ها برای دارندگان این خودروها درکشورهای کمترتوسعه یافته مشکل سازشده بود ازاین رو بود که درسال1983 مدل مونو-جترونیک (Mono-jetronic) به مدل های بالا اضافه شد .این واحد تزریق سوخت تک نقطه ای کارآمد باقیمت پایین وسادگی بسیار امکان تجهیز خودروها ی کوچک به سیستم سوخترسانی انژکتوری را فراهم آورد .این سیستم درواقع نسخه ساده شده یک سیستم مدیریت سوخت انژکتوری ویا یک کاربراتور پیشرفته است که سوخت را اتمیزه تر وبادقت بالاتر به هواتزریق می کرد .ازاین سیستم بدلیل سادگی وارزانی بخصوص برای خودروهای کوچک ودرکشورهای جهان سوم ،بسیار استقبال شد .

درسال1992تعداد6/5میلیون واحدسیستم مدیریت موتورتولیدشدکه ازاین تعداد حدود5/2میلیون واحدسیستمهای مونوجترونیک ومونوموترونیک وحدود2میلیون واحدسیستمهای موترونیک بود.

درسال1997 حدود 40 میلیون خودرو درجهان تولید شد که بیش از 37 میلیون دستگاه از آنها مجهز به یکی ازانواع سیستم انژکتوری ساخت شرکت بوش بود . شرکت بوش (BOSCH) عمده ترین تولید کننده سیستم های انژکتوری برای خودروهاست .این شرکت آلمانی همواره در این زمینه ازنظر تکنولوژی ، کیفیت ونوآوری پیشتاز بوده وهمواره بهترین سیستم های جانبی موتورهای

درونسوز احتراق تراکمی واحتراق جرقه ای راتولید می کند وتاکنون بیشترین بار پیشرفت سیستم های سوخترسانی انژکتوری ،تزریق سوخت ومدیریت موتورومدیریت سوخت را برعهده داشته است .
دومین شرکت فعال دراین زمینه شرکت زیمنس آلمان میباشد.زیمنس پس ازبوش فعال ترین شرکت است که با صرف هزینه وانرژی بسیار پیشروی خوبی درزمینه تکنولوژی های نودارد .
ازدیگر شرکت های ارائه کننده این سیستم ها شرکت مگنتی مارلی وجانسون می باشد .

يکي از مهترين مسايلي که هميشه مورد توجه بوده کاهش مصرف سوخت و کم کردن آلايندگي موتورها و استفاده بهينه ازمنابع بوده و به همين خاطر طراحان خودروها چه در طراحي موتور و چه در طراحي بدنه هميشه اين مسئله را در نظر دارند. رسیدن به این مطلوب بدون استفاده از سیستم‌های تزریق سوخت الکترونیکی تقریباً غیرممكن است.
هم اکنون سیستم های انژکتوری تقریبا درتمام موتورهای درونسوز ازکوچکترین موتورهای بنزینی موترسیکلت های cc 125 با10 اسب بخارنیرو تا بزرگترین وقویترین موتورهای دیزل کشتی های اقیانوس پیما با حجم موتور 24 مترمکعب وقدرت 100 هزار اسب بخار (که می توانند 400،000 تن باررادردریا جابه جا کنند) وازموتورهایی که حداکثر دورمجاز آنها 2000 دوردر دقیقه است تا موتور اتومبیل های فرمول یک با دورموتور بالای 20 هزار دور دردقیقه نصب شده ودر سخت ترین شرایط بهترین بازده وکمترین آلودگی را برای موتورفراهم می کنند .

سيستم هاي سوخت رساني بکار گرفته شده در اتومبيلها در طي ساليان دراز تغييرات زيادي کرده است . سوبارو 1990 آخرين اتومبيلي در ايالات متحده بود که از کاربوراتور استفاده مي کرد . امروزه تمام اتومبيلهايي که در ايالات متحده بفروش مي رسند از سيستم انژکتوري استفاده مي کنند .اما در اروپا از حدود دهه 1980 ميلادي سيستم انژکتوري مورد استفاده قرار مي گرفته است .
در ايران هم حدوداً از سال 1380 بود که توليد خودروهاي انژکتوري آغاز شد و با توليد وانت نيسان با موتور انژکتوري ، نسل موتورهاي کاربراتوري براي هميشه در ايران منقرض شد. جالب است بدانيد که در بسياری از کشورهای پيشرفته استفاده از انژکتور در همان سالهای اول ساخت آن اجباری شد.

تهیه کنندگان: حبیب اله فتح آبادی- مجتبی سنائی