سیستم انژکتور، یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در تکنولوژی موتورهای احتراق داخلی است که جایگزین سیستمهای کاربراتوری قدیمی شده است. وظیفه اصلی انژکتور، پاشش دقیق و اتمیزه کردن سوخت به داخل موتور برای احتراق کامل‌تر و بهینه‌تر است. این سیستم‌ها در موتورهای بنزینی، دیزلی و گازی تفاوت‌های اساسی دارند که در ادامه به تفصیل توضیح داده می‌شوند:
۱. سیستمهای انژکتور موتور بنزینی (Gasoline Fuel Injection Systems)
در موتورهای بنزینی، سوخت باید با هوا مخلوط شده و سپس با جرقه شمع مشتعل شود. سیستمهای انژکتوری بنزینی از نظر محل و زمان پاشش سوخت متفاوت هستند:
الف) بر اساس محل پاشش:
سیستم تزریق تک نقطه‌ای (Single-Point Fuel Injection - SPFI یا Throttle Body Injection - TBI):
عملکرد: در این سیستم، تنها یک یا دو انژکتور در قسمت ورودی هوای مرکزی (بالای دریچه گاز) قرار می‌گیرند و سوخت را به صورت پودری به داخل منیفولد ورودی هوا (قبل از تقسیم به سیلندرها) پاشش می‌کنند. این سیستم شباهت زیادی به کاربراتور دارد، اما کنترل الکترونیکی دقیق‌تری دارد.
مزایا: ساده‌تر و ارزان‌تر از سیستمهای چند نقطه‌ای.
معایب: توزیع سوخت ممکن است بین سیلندرها یکنواخت نباشد، کنترل کمتری بر نسبت سوخت به هوا در هر سیلندر وجود دارد، و مصرف سوخت و آلایندگی بالاتری نسبت به سیستمهای پیشرفته‌تر دارد.
کاربرد: عمدتاً در خودروهای قدیمی‌تر و برخی موتورهای بنزینی کوچکتر.
سیستم تزریق چند نقطه‌ای (Multi-Point Fuel Injection - MPFI یا Port Fuel Injection - PFI):
عملکرد: در این سیستم، برای هر سیلندر یک انژکتور مجزا وجود دارد. این انژکتورها معمولاً در منیفولد ورودی هوا و درست در نزدیکی سوپاپ ورودی هر سیلندر قرار می‌گیرند. سوخت مستقیماً به پشت سوپاپ ورودی پاشش می‌شود و قبل از ورود به سیلندر با هوا مخلوط می‌گردد.
مزایا: توزیع سوخت یکنواخت‌تر بین سیلندرها، کنترل دقیق‌تر نسبت سوخت به هوا، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی، و بهبود عملکرد موتور.
معایب: پیچیده‌تر و گران‌تر از SPFI.
کاربرد: رایج‌ترین نوع سیستم انژکتوری در اکثر خودروهای بنزینی تولید شده در دهه‌های اخیر.
سیستم تزریق مستقیم بنزین (Gasoline Direct Injection - GDI یا DI):
عملکرد: در این سیستم، انژکتورها مستقیماً داخل محفظه احتراق (سیلندر) قرار می‌گیرند. سوخت با فشار بسیار بالا (معمولاً بالای ۱۰۰ بار) در لحظه مناسب (معمولاً در کورس مکش یا تراکم) مستقیماً به داخل سیلندر پاشش می‌شود.
مزایا:
راندمان بالا: امکان دستیابی به نسبت‌های تراکم بالاتر و راندمان حرارتی بهتر به دلیل اثر خنک‌کنندگی سوخت در داخل سیلندر.
کاهش مصرف سوخت: امکان تزریق لایه‌ای (Stratified Charge) در بارهای کم که باعث کاهش مصرف سوخت می‌شود.
افزایش توان: امکان پاشش دقیق‌تر و بیشتر سوخت در بارهای بالا.
کاهش آلایندگی: کنترل دقیق‌تر بر فرآیند احتراق.
معایب: پیچیدگی بیشتر، نیاز به پمپ سوخت با فشار بسیار بالا، احتمال تجمع کربن روی سوپاپ‌های ورودی (زیرا سوخت از روی آنها عبور نمی‌کند) و گران‌تر بودن.
کاربرد: در بسیاری از موتورهای بنزینی مدرن و پربازده (مثلاً موتورهای EcoBoost فورد، TSI فولکس‌واگن و...).
ب) بر اساس زمان‌بندی پاشش:
پاشش پیوسته (Continuous Injection): سوخت به صورت مداوم پاشش می‌شود و مقدار آن با تغییر فشار یا زمان باز بودن انژکتورها کنترل می‌گردد (مثلاً در سیستمهای K-Jetronic مکانیکی قدیمی).
پاشش متناوب (Intermittent Injection): سوخت به صورت پالسی و در فواصل زمانی مشخص پاشش می‌شود. این نوع خود به زیرمجموعه‌هایی تقسیم می‌شود:
پاشش همزمان (Simultaneous Injection): همه انژکتورها همزمان با هم پاشش می‌کنند.
پاشش گروهی/نیمه ترتیبی (Group/Semi-Sequential Injection): انژکتورها به صورت گروه‌هایی (مثلاً دو به دو) پاشش می‌کنند.
پاشش ترتیبی (Sequential Injection): هر انژکتور به صورت جداگانه و در زمان مناسب (معمولاً درست قبل از باز شدن سوپاپ ورودی سیلندر مربوطه) پاشش می‌کند. این دقیق‌ترین و کارآمدترین نوع پاشش در MPFI است.
۲. سیستمهای انژکتور موتور دیزلی (Diesel Fuel Injection Systems)
در موتورهای دیزلی، هوا به شدت فشرده شده و دمای آن بالا می‌رود، سپس سوخت (گازوئیل) با فشار بسیار بالا مستقیماً به داخل محفظه احتراق پاشش می‌شود و به دلیل دمای بالای هوا، خودبه‌خود مشتعل می‌گردد (احتراق فشرده‌سازی یا Compression Ignition). نیاز به فشار بسیار بالا در سیستمهای دیزلی، آنها را از بنزینی متمایز می‌کند.
انواع اصلی سیستمهای انژکتور دیزلی:
سیستم پمپ ردیفی (Inline Fuel Injection Pump):
عملکرد: شامل یک پمپ تزریق بزرگ است که دارای پیستون‌های جداگانه (به تعداد سیلندرها) است. این پیستون‌ها با حرکت میل بادامک و به صورت ردیفی، سوخت را با فشار بالا به انژکتورهای هر سیلندر می‌رسانند. میزان و زمان پاشش توسط سیستم مکانیکی یا الکترونیکی (EDC) کنترل می‌شود.
مزایا: دوام بالا، قابلیت اطمینان، مناسب برای موتورهای دیزلی سنگین و قدیمی‌تر.
معایب: کنترل دقیق پاشش در سرعت‌های بالا دشوار است، آلایندگی نسبتاً بالا، وزن و حجم زیاد.
کاربرد: در دیزل ژنراتورها و ماشین‌آلات سنگین قدیمی‌تر، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها.
سیستم پمپ توزیعی (Distributor Injection Pump یا Rotary Pump):
عملکرد: در این سیستم، یک پمپ واحد، سوخت را با فشار بالا تولید کرده و سپس آن را به وسیله یک توزیع‌کننده چرخشی (روتاری) به انژکتورهای هر سیلندر می‌فرستد.
مزایا: کوچکتر و سبک‌تر از پمپ ردیفی، هزینه تولید کمتر، مناسب برای موتورهای دیزلی با سرعت بالا (خودروها).
معایب: فشار تزریق کمتر از پمپ ردیفی، کنترل دقیق پاشش ممکن است محدودتر باشد.
کاربرد: در خودروهای دیزلی قدیمی‌تر و برخی دیزل ژنراتورهای کوچک.
سیستم یونیت انژکتور (Unit Injector System - UIS یا Pumpe Düse - PD):
عملکرد: در این سیستم، پمپ سوخت و انژکتور برای هر سیلندر به صورت یک واحد یکپارچه (یونیت) درآمده‌اند. این یونیت مستقیماً روی سرسیلندر نصب می‌شود و توسط میل بادامک یا فشار هیدرولیکی فعال می‌گردد. این ساختار باعث می‌شود سوخت با فشار بسیار بالا و بدون نیاز به لوله‌های فشار قوی طولانی به سیلندر تزریق شود.
مزایا: دستیابی به فشارهای تزریق بسیار بالا (تا ۲۰۰۰ بار)، کنترل دقیق زمان‌بندی و مقدار پاشش، کاهش آلایندگی و مصرف سوخت، بهبود عملکرد موتور.
معایب: پیچیدگی مکانیکی در سرسیلندر، هزینه تولید بالا.
کاربرد: در برخی موتورهای دیزلی کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و خودروهای سواری (به ویژه فولکس‌واگن و آئودی در گذشته).
سیستم ریلی مشترک (Common Rail Direct Injection - CRDI):
عملکرد: این پیشرفته‌ترین و رایج‌ترین سیستم انژکتور دیزلی امروزی است. یک پمپ فشار بالا (گاهی اوقات چندین پمپ) سوخت را به صورت مداوم با فشار بسیار بالا (۲۰۰۰ تا ۲۵۰۰ بار و حتی بیشتر) در یک لوله مشترک به نام "ریل مشترک" (Common Rail) ذخیره می‌کند. از این ریل، انژکتورهای الکترونیکی (پیزوالکتریک یا سولنوئیدی) در هر سیلندر، سوخت را با دقت فوق‌العاده و چندین بار در هر سیکل احتراق (تزریق اولیه، اصلی و پسین) به داخل سیلندر پاشش می‌کنند. ECU (واحد کنترل الکترونیکی) کنترل کامل و دقیقی بر زمان، فشار و مقدار پاشش دارد.
مزایا:
فشار تزریق بسیار بالا: اتمیزه شدن عالی سوخت.
تزریق چند مرحله‌ای: امکان کنترل دقیق‌تر فرآیند احتراق برای کاهش صدا، لرزش، مصرف سوخت و آلایندگی.
انعطاف‌پذیری بالا: قابلیت تنظیم پارامترهای پاشش بر اساس شرایط لحظه‌ای موتور.
عملکرد نرم و آرام‌تر.
معایب: پیچیدگی بالا، حساسیت زیاد به کیفیت سوخت، هزینه تعمیر و نگهداری بالاتر.
کاربرد: تقریباً در تمام موتورهای دیزلی مدرن خودروهای سواری، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و دیزل ژنراتورهای جدید.
۳. سیستمهای انژکتور موتور گازی (Gas Fuel Injection Systems)
موتورهای گازی (که با گاز طبیعی CNG/LNG یا LPG کار می‌کنند) نیز از سیستمهای انژکتوری برای سوخت‌رسانی استفاده می‌کنند. تفاوت اصلی در این است که سوخت به صورت گاز است، نه مایع.
سیستم انژکتور گازی تک نقطه‌ای (Single-Point Gas Injection):
عملکرد: مشابه SPFI بنزینی، یک یا چند انژکتور گاز در مسیر ورودی هوای موتور قرار می‌گیرند و گاز را قبل از دریچه گاز به هوا تزریق می‌کنند. این سیستم معمولاً در کیت‌های تبدیل CNG/LPG قدیمی‌تر استفاده می‌شود.
مزایا: ساده و ارزان.
معایب: توزیع یکنواخت گاز مشکل است، کنترل دقیق مخلوط هوا و سوخت سخت‌تر است، ممکن است باعث کاهش توان و افزایش مصرف شود.
سیستم انژکتور گازی چند نقطه‌ای (Multi-Point Gas Injection - MPGI یا Sequential Gas Injection - SGI):
عملکرد: رایج‌ترین و پیشرفته‌ترین نوع سیستم سوخت‌رسانی گازی. برای هر سیلندر یک انژکتور گازی مجزا (مخصوص گاز) وجود دارد که گاز را مستقیماً به پشت سوپاپ ورودی هر سیلندر پاشش می‌کند. این سیستم کاملاً تحت کنترل ECU گازی است که با ECU اصلی موتور ارتباط برقرار می‌کند و زمان‌بندی و مقدار پاشش گاز را با دقت بالا کنترل می‌کند.
مزایا:
عملکرد بهتر: نزدیک به عملکرد موتور بنزینی، حفظ توان موتور.
کاهش آلایندگی: کنترل دقیق‌تر احتراق.
مصرف بهینه: توزیع یکنواخت‌تر گاز.
عملکرد دوگانه‌سوز: قابلیت تعویض آسان بین بنزین و گاز.
معایب: پیچیدگی بیشتر، هزینه بالاتر نسبت به سیستمهای تک نقطه‌ای.
کاربرد: در اکثر خودروهای دوگانه‌سوز کارخانه‌ای و کیت‌های تبدیل پیشرفته CNG/LPG.
سیستم تزریق مستقیم گاز (Direct Gas Injection - DGI):
عملکرد: در این سیستم‌ها، گاز مستقیماً به داخل سیلندر تزریق می‌شود، مشابه GDI در موتورهای بنزینی. این تکنولوژی هنوز در حال توسعه است و پیچیدگی‌های خاص خود را دارد، به خصوص در مورد نحوه ذخیره و تزریق گاز با فشار بسیار بالا در دمای محیط.
مزایا: بالاترین راندمان و کمترین آلایندگی.
معایب: بسیار پیچیده و پرهزینه، نیاز به تکنولوژی‌های پیشرفته در انژکتورها و سیستم سوخت‌رسانی.
کاربرد: در حال حاضر کمتر رایج و عمدتاً در مراحل تحقیق و توسعه یا کاربردهای خاص.
اجزای مشترک در اکثر سیستمهای انژکتوری:
مخزن سوخت: (باک بنزین، مخزن گازوئیل، کپسول CNG/LPG)
پمپ سوخت: برای انتقال و افزایش فشار سوخت (پمپ بنزین، پمپ انژکتور دیزل، رگلاتور و شیر برقی در سیستم گاز).
فیلتر سوخت: برای جداسازی ناخالصی‌ها از سوخت.
ریل سوخت (Fuel Rail): لوله‌ای که سوخت با فشار بالا را به انژکتورها می‌رساند.
انژکتورها (Injectors): قطعات الکترومکانیکی (یا مکانیکی در سیستمهای قدیمی‌تر) که سوخت را به صورت پودری پاشش می‌کنند.
سنسورها (Sensors): اطلاعات مختلفی مانند دور موتور، دمای هوا و آب، فشار منیفولد، موقعیت میل لنگ، و میزان اکسیژن در اگزوز را به ECU می‌دهند. (مثلاً سنسور MAP/MAF، سنسور اکسیژن، سنسور دمای آب، سنسور دور موتور).
واحد کنترل الکترونیکی (Electronic Control Unit - ECU یا ECM): مغز سیستم انژکتور که با پردازش اطلاعات سنسورها، مقدار دقیق و زمان پاشش سوخت و زمان‌بندی جرقه (در موتورهای بنزینی و گازی) را محاسبه و کنترل می‌کند.
رگلاتور فشار (Pressure Regulator): برای حفظ فشار ثابت سوخت در ریل سوخت.
نتیجه‌گیری:
تکنولوژی انژکتور به طور چشمگیری راندمان، توان، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی در موتورهای احتراق داخلی را بهبود بخشیده است. انتخاب نوع سیستم انژکتور به نوع سوخت، اندازه موتور، کاربرد آن (خودرو، دیزل ژنراتور، ماشین‌آلات صنعتی) و استانداردهای آلایندگی بستگی دارد. موتور برق‌های مدرن و دیزل ژنراتورهای جدید تقریباً همگی از سیستمهای انژکتوری پیشرفته (به خصوص Common Rail برای دیزل و MPFI/GDI برای بنزین و SGI برای گاز) بهره می‌برند.
اجکتور:
واژه اجکتور (Ejector) در مهندسی و صنایع مختلف کاربرد دارد و معنای آن بسته به زمینه استفاده کمی متفاوت است. در زمینه موتور برق یا ژنراتور، "اجکتور" معمولاً به دو مفهوم اصلی اشاره می‌کند:
۱. اجکتور (Ejector) به عنوان یک پمپ وکیوم یا پمپ جت:
در این کاربرد، اجکتور یک وسیله مکانیکی ثابت (بدون قطعات متحرک) است که از اثر ونتوری (Venturi Effect) برای ایجاد مکش یا خلاء استفاده می‌کند. این نوع اجکتورها در برخی سیستمهای جانبی یک موتور برق بزرگ‌تر یا دیزل ژنراتورهای صنعتی می‌توانند کاربرد داشته باشند.
نحوه عملکرد:
یک اجکتور شامل یک نازل همگرا-واگرا (Converging-Diverging Nozzle) است. یک سیال پرفشار (که به آن سیال محرک یا Motive Fluid می‌گویند، مثلاً بخار آب، هوای فشرده، یا مایع) از طریق این نازل با سرعت بسیار زیاد عبور می‌کند. طبق اصل برنولی، افزایش سرعت سیال باعث کاهش فشار آن می‌شود. این کاهش فشار، یک منطقه کم‌فشار (خلاء) در اطراف نازل ایجاد می‌کند که باعث می‌شود سیال دیگری (سیال مکشی یا Suction Fluid، مثلاً هوا، گازهای غیرقابل کندانس، یا حتی آب) از یک ورودی جانبی به داخل اجکتور کشیده شود. سپس این دو سیال با هم مخلوط شده و از طریق یک دیفیوزر (Diffuser) خارج می‌شوند که در آن سرعت کاهش یافته و فشار تا حدی افزایش می‌یابد.
کاربرد در زمینه ژنراتورهای صنعتی بزرگ (به خصوص نیروگاه‌های بخار):
خلاءسازی کندانسورها (Condenser Vacuum Ejectors): در نیروگاه‌های تولید برق با توربین بخار، کندانسور (بخار چگالنده) نیاز به یک خلاء بالا دارد تا بخار خروجی از توربین به طور مؤثر چگالش یافته و راندمان سیستم بالا رود. هوا و گازهای غیرقابل کندانس (Non-condensable Gases) می‌توانند وارد کندانسور شوند و خلاء را از بین ببرند. اجکتورهای بخار (Steam Ejectors) با استفاده از بخار پرفشار، این هوا و گازها را از کندانسور مکش کرده و خلاء مورد نیاز را حفظ می‌کنند.
سیستمهای خنک‌کننده: در برخی سیستمهای خنک‌کننده صنعتی نیز ممکن است از اجکتورها برای ایجاد گردش سیال یا خلاء استفاده شود.
مزایای این نوع اجکتورها:
ساده و بدون قطعه متحرک: نگهداری آنها آسان و هزینه تعمیراتشان پایین است.
قابل اطمینان: به دلیل سادگی ساختار، کمتر دچار خرابی می‌شوند.
مناسب برای سیالات خورنده: می‌توانند با سیالات خورنده یا آلوده کار کنند.
۲. اشتباه رایج با "اکچویتور" (Actuator) یا "انژکتور" (Injector):
در برخی موارد ممکن است به اشتباه واژه‌های "اجکتور" و "اکچویتور" یا "انژکتور" به جای هم استفاده شوند. این سه قطعه کاملاً متفاوت هستند:
اکچویتور (Actuator) در موتور برق/دیزل ژنراتور:
چیست؟ اکچویتور یک محرک است. در دیزل ژنراتورها (و برخی موتورهای بنزینی)، اکچویتور (معمولاً الکتریکی یا هیدرولیکی) وظیفه کنترل دقیق میزان سوخت ورودی به موتور را بر عهده دارد.
نحوه عملکرد: این قطعه با دریافت سیگنال از گاورنر (Governor) یا ECU (واحد کنترل الکترونیکی)، دریچه سوخت را باز یا بسته می‌کند. زمانی که بار روی موتور افزایش می‌یابد، گاورنر به اکچویتور فرمان می‌دهد تا سوخت بیشتری به موتور برساند و سرعت موتور ثابت بماند. برعکس، با کاهش بار، سوخت کمتری تزریق می‌شود.
کاربرد: برای تنظیم خودکار دور موتور و فرکانس خروجی ژنراتور در برابر تغییرات بار. این قطعه برای پایداری و عملکرد بهینه موتور برق حیاتی است.
انژکتور (Injector) در موتور برق/دیزل ژنراتور:
چیست؟ انژکتور یک قطعه کلیدی در سیستم سوخت‌رسانی موتورهای مدرن (هم بنزینی و هم دیزلی) است که وظیفه پاشش سوخت را به صورت پودری و اتمیزه شده به داخل محفظه احتراق یا منیفولد هوا دارد.
نحوه عملکرد: سوخت تحت فشار از طریق یک نازل کوچک در انژکتور به صورت ذرات بسیار ریز پاشیده می‌شود. این پاشش دقیق و اتمیزه شدن سوخت برای احتراق کامل و بهینه در موتور ضروری است.
کاربرد: تأمین سوخت برای احتراق در موتور؛ جایگزین کاربراتور در سیستمهای سوخت‌رسانی مدرن.
خلاصه:
بنابراین، اگر منظور شما از "اجکتور موتور برق" یک قطعه‌ای در سیستم کنترل سوخت یا خود موتور است، به احتمال زیاد منظور شما اکچویتور یا انژکتور است. اما اگر منظور یک وسیله‌ای برای ایجاد خلاء یا مکش در یک سیستم بزرگ‌تر مانند نیروگاه بخار باشد، آنگاه منظور همان اجکتور (به معنای پمپ جت) است.
