مشکلاتی که برای انژکتورها به وجود می‌آید

[بهداد]

مشکلاتی که برای انژکتورها به وجود می‌آید
در شماره‌های گذشته به طور مفصل در مورد سیستم‌های انژکتوری و مزایای آن‌ها نسبت به کاربراتور توضیحاتی داده‌ایم. آنچه این بار قصد داریم مرور کنیم، ساختار داخلی انژکتور‌ها است چرا که بار اصلی تزریق سوخت در سیستم‌های انژکتوری بر دوش همین قطعه نسبتاً کوچک، پر اهمیت و گاهی اوقات گران قیمت است. انژکتور‌ها به عنوان بخشی از سیستم سوخت‌رسانی، وظیفه پاشش سوخت به داخل موتور را بر عهده دارند و از این نظر می‌توان آن‌ها را به سرباز‌های خط مقدم تشبیه کرد.

اساس کار سیستم‌های سوخت‌رسان انژکتوری (Fuel Injection System)، همان‌گونه که از نام آن پیدا است بر دوش انژکتور‌ها است. در حقیقت این انژکتور‌ها هستند که کنترل میزان و زمان پاشش سوخت را بر عهده دارند و با فرامینی که از ECU خودرو در‌یافت می‌کنند کنترل پاشش سوخت را انجام می‌دهند.

اما چرا از واژه «کنترل» استفاده می‌کنیم؟ به یک علت کاملاً ساده چون انژکتور‌ها با وجود اهمیتی که در چرخه سوخت‌رسانی خودرو دارند و البته بر‌خلاف باور عمومی، به تنهایی هیچ توانایی خاصی در زمینه پاشش سوخت ندارند. به نظر می‌رسد می‌خواهیم نقش انژکتور‌ها را کم رنگ کنیم. شاید هم این‌گونه باشد چون از یک نگاه ساده، انژکتور در حقیقت کار خاصی انجام نمی‌دهد بلکه فقط یک استوانه کوچک است که یک سر آن سوراخ ریزی قرار گرفته و سوخت از این سوراخ ریز با فشار به داخل مانیفولد هوا تزریق می‌شود. اما همین وظیفه به ظاهر ساده نیاز به سیستمی دقیق دارد که بهتر است پیش از پرداختن به ساختار انژکتور، آن را مرور کنیم.

از باک تا انژکتور
اساس کار سیستم‌های انژکتوری بر فشار بالای سوخت در زمان ورود به داخل سیلندر است و اصطلاح پاشش سوخت نیز از همین جا می‌آید در حالی که در مورد کاربراتور در حقیقت این جریان هوای ورودی به موتور بود که بنزین را با خود همراه می‌کرد و عملاً بنزین داخل سیلندر «ریخته» می‌شد به جای آنکه پاشیده شود. اما پاشش سوخت نیازمند افزایش فشار است و پمپ بنزین وظیفه این افزایش فشار را در سیستم بر عهده دارد. این پمپ بنزین از نوع برقی است و می‌تواند فشار لازم را فراهم کند و این فشار، بنزین را از باک به موتور می‌رساند. در موتور این بنزین وارد ریل سوخت می‌شود. ریل سوخت به طور ساده لوله‌ای است که بنزین از یک سوی آن وارد شده و مقداری از بنزین از سوی دیگر آن خارج می‌شود و بخشی از سوخت نیز بر حسب نیاز موتور برای احتراق مورد مصرف قرار می‌گیرد.

اکنون سوخت به موتور خودرو رسیده اما هنوز تا رسیدن به داخل سیلندر‌ها و در نهایت تولید نیرو یک گام دیگر باقی مانده است. بر روی ریل سوخت، به تعداد سیلندر‌های خودرو انژکتور‌هایی نصب شده است (البته مدل‌های تک انژکتوری در دهه 90 برای مدتی کوتاه رایج شد که نمونه‌هایی از آن را می‌توان در محصولات قدیمی‌تر دوو دید). این انژکتور‌ها از یک سو به ریل سوخت خودرو متصل‌اند و از سوی دیگر به بالای سیلندر و داخل مانیفولد هوا (البته محل این انژکتور‌ها در موتور‌های تزریق مستقیم سوخت متفاوت است). اکنون سوخت توانسته از باک خود را به داخل موتور برساند اما انژکتور‌ها نمی‌توانند بدون کنترل سوخت را وارد سیلندر کنند چرا که در غیر این صورت عملاً به طور پیوسته سوخت در حال پاشیده شدن به داخل سیلندر است در حالی که تنها در لحظه‌ای خاص و البته به میزانی خاص سوخت باید به موتور تزریق شود.

اینکه چگونه انژکتور می‌تواند میزان و زمان پاشش سوخت را کنترل کند را در ادامه بررسی خواهیم کرد اما در این زمینه انژکتور به طور کامل تابع دستوراتی است که از جانب ECU خودرو در‌یافت می‌کند. ECU با بررسی اطلاعات به دست آمده از سنسور‌های مختلفی از جمله سنسور موقعیت دریچه گاز، سنسور موقعیت میل سوپاپ، سنسور دمای موتور و سنسور اکسیژن و ...، زمان و مدت باز شدن انژکتور را تعیین کرده و از طریق سیستم‌های برق به انژکتور می‌رساند. به این ترتیب انژکتور براساس دستوری که ECU به آن می‌دهد در زمان مناسب و به مدت مشخص باز شده و سوخت پر فشار را به داخل مانیفولد تزریق می‌کند و این سوخت به همراه هوا در مرحله مکش وارد سیلندر می‌شود.

ساختار انژکتور
همان‌گونه که گفتیم انژکتور در حقیقت یک استوانه کوچک است که از یک سو به ریل سوخت متصل است و از سوی دیگر به داخل مانیفولد. به دلیل اتصال به ریل سوخت، همواره بنزین با فشار بالا داخل انژکتور وجود دارد ولی در حالت عادی انژکتور بسته است و این بنزین داخل انژکتور باقی می‌ماند و تنها در صوت باز شدن انژکتور است که بنزین می‌تواند وارد سیلندر شود.

ساختار انژکتور در شکل به طور کامل مشخص است. داخل بدنه انژکتور، مسیر باریکی برای عبور سوخت وجود دارد که در انتها به سوراخ بسیار ریز انتهای انژکتور می‌رسد. در مسیر این لوله یک قطعه کوچک فلزی مغناطیسی به شکل استوانه وجود دارد که یک سوزن ریز به انتهای آن متصل است که نقش سوپاپ انژکتور را بازی می‌کند. این سوزن در شرایط عادی سوراخ سر انژکتور را می‌بندد و به این ترتیب مانع از خروج سوخت پر فشار از انژکتور می‌شود و سوخت پشت این سوزن کوچک با فشار بالا متوقف می‌ماند. به این ترتیب بخش مربوط به بسته بودن انژکتور حل شده است اما اکنون زمان آن است که فرمان از ECU برای باز شدن انژکتور ارسال شود. برای این منظور، یک سیم پیچ به دور بدنه انژکتور نصب شده است. سیم پیچ‌ها به طور کلی با ورود جریان برق مستقیم مغناطیسی شده و مانند یک آهن‌ربا عمل می‌کنند و به این ترتیب می‌توانند قطعات آهنی را به سمت خود جذب کنند. این دقیقاً کاری است که در سیستم‌های درب باز‌کن برقی هم انجام می‌شود اما در انژکتور‌ها تمام این اتفاقات در ابعاد کوچک‌تری رخ می‌دهد. زمانی که نیاز به باز شدن انژکتور‌ها باشد، فرمان الکتریکی از جانب ECU ارسال می‌شود و این فرمان الکتریکی باعث آهن‌ربا شدن سیم پیچ شده و این آهن‌ربا، پیستون و به دنبال آن سوزن انژکتور را به سمت بالا می‌کشد. به این ترتیب سوزن انژکتور از سوراخ انژکتور دور شده و مسیر سوراخ خروجی انژکتور باز می‌شود و سوخت می‌تواند با فشار از این سوراخ جریان پیدا کند. حال انژکتوری داریم که باز شده و سوخت از آن جریان پیدا می‌کند. پروسه جریان یافتن سوخت از داخل انژکتور به طور معمول در حد چند میلی ثانیه است و باید این مسیر به سرعت بسته شود.

برای بسته شدن مسیر، ECU ارسال جریان الکتریکی را قطع می‌کند اما قطع جریان برق به تنهایی نمی‌تواند با سرعت لازم انژکتور را ببندد. برای این منظور به مجموعه سوپاپ یا سوزن انژکتور یک فنر متصل می‌شود که وظیفه دارد این مجموعه را به داخل بکشد تا در حالت عادی انژکتور بسته باشد. این فنر آنقدر قدرت دارد که بتواند انژکتور را سریع ببندد و در عین حال آنقدر قوی نیست که در مقابل نیروی مغناطیسی حاصل از سیم پیچ مقاومت کند و اجازه می‌دهد انژکتور در زمان لازم باز شود. به این ترتیب انژکتور می‌تواند در کسری از ثانیه باز شده و به سوخت پر فشار اجازه خروج بدهد و به سرعت هم بسته شود تا از خروج بی‌دلیل سوخت جلوگیری کند. پیش از این گفتیم پمپ بنزین وظیفه تامین فشار سوخت لازم برای پاشش به مجموعه موتور را بر عهده دارد. این فشار سوخت ثابت است و سیستم مدیریت موتور خودرو متناسب با نیاز موتور، زمان باز بودن انژکتور‌ها را تغییر می‌دهد تا از این طریق میزان بنزین تزریق شده به موتور تغییر کند. در دور‌های موتور پایین و در شرایطی که فشار کاری زیادی بر روی موتور نیست، انژکتور‌ها در زمانی بسیار کوتاه باز و بسته شده و به این ترتیب مقدار بسیار کمی از سوخت به داخل سیلندر پاشیده می‌شود. به این ترتیب بخشی از سوختی که از جانب پمپ به ریل سوخت فرستاده شده است مصرف نشده باقی می‌ماند و در صورتی که راهی به بیرون پیدا نکند باعث متوقف شدن فرآیند کاری سیستم می‌شود چرا که پمپ دیگر نمی‌تواند جریان بنزین را ایجاد کند. برای این منظور بنزین مصرف نشده از انتهای ریل سوخت و از طریق شیلنگی جداگانه بار دیگر به باک باز‌می‌گردد تا جریان سوخت برقرار شود. بد نیست بدانید یکی از راه‌های کشیدن بنزین از خودرو‌های جدید هم همین لوله برگشت سوخت است. باک بنزین بسیاری از خودرو‌ها دارای یک توری اولیه است تا از ورود اجسام بزرگ به باک جلوگیری کند و به این ترتیب نمی‌توان از باک آن‌ها با روش‌های قدیمی سوخت را در مواقع خاص بیرون کشید. برای این منظور کافی است لوله برگشت سوخت به باک را بیابید و آن را از موتور جدا کنید. در این لحظه با روشن شدن موتور، سوخت برگشتی از این باک جریان پیدا می‌کند و می‌توانید آن را از طریق ریختن در یک ظرف مورد استفاده قرار دهید. البته در نظر داشته باشید این روش به دلیل احتمال ریختن بنزین بر روی بخش‌های داغ موتور خطرات خاص خود را دارد و تنها در مواقع خاص باید از آن استفاده کرد زیرا بسیار خطرناک است.

توضیحات ساده شده کارکرد انژکتور در این بخش به معنی سادگی ساخت این مجموعه نیست چرا که ساخت انژکتور فرآیندی بسیار دقیق است و در حال حاضر نیز معدود شرکت‌هایی در سطح بین‌المللی توانایی تولید انژکتور را دارند چرا که تلورانس‌های تولیدی انژکتور در حد یک میکرون بوده و جزو دقیق‌ترین اجزا خودرو است.

یکی از نکات مهم در انژکتور، ترکیب مکانیک و الکترونیک در آن است و به همین دلیل عیب‌یابی آن نیاز به دانش ویژه‌ای دارد. انژکتور بر‌خلاف بسیاری از سنسور‌های موجود در موتور خودرو خرابی خود را به اطلاع ECU نمی‌رساند و برای بررسی خرابی احتمالی آن نیاز است انژکتور باز شده و کارکرد آن بررسی شود.

مشکلات انژکتور
در ایران انژکتور جزو قطعات حساس خودرو تقسیم‌بندی می‌شود هر چند در حالت عادی ممکن است انژکتور بدون مشکل چند 10 هزار کیلومتر کار کند. یکی از علل خرابی انژکتور در خودرو‌هایی که در کشورمان کار می‌کنند ناخالصی‌های فیزیکی موجود در بنزین است. این ناخالصی‌ها گاهی آنقدر ریز هستند که از فیلتر اولیه نصب شده بر روی پمپ بنزین و حتی فیلتر بنزین عبور می‌کنند و به انژکتور می‌رسند. انژکتور‌ها دارای یک فیلتر بسیار ظریف هستند که سوخت پیش از ورود به مجموعه انژکتور از آن عبور می‌کند تا برای آخرین مرتبه هرگونه ناخالصی داخلی آن پاک شود. این فیلتر بسیار ظریف بوده و ممکن است به مرور در اثر ذرات معلق داخلی بنزین بگیرد. به علاوه گاهی ذراتی کوچک و یا محلول در بنزین از این فیلتر عبور می‌کنند که بعداً می‌توانند بر روی سوراخ ریز خروجی انژکتور و یا فاصله میان سوزن انژکتور و دهانه آن رسوب کرده و میزان پاشش انژکتور را کم کنند. در این شرایط با توجه به اینکه یک خرابی مکانیکی رخ داده است، ECU خودرو متوجه مشکل نمی‌شود و مدت زمان پاشش سوخت تغییر نمی‌کند اما این انژکتور به دلیل آنکه نمی‌تواند سوخت کافی را به بیرون بپاشد باعث ضعف توان موتور می‌شود. یکی دیگر از منابع آلودگی انژکتور، اجزای مومی بنزین است که نمی‌توان آن را ویژه بنزین ایران دانست و کم و بیش در تمامی کشور‌ها دیده می‌شود. این ذرات در زمان روشن بودن موتور به دلیل گرمای اطراف انژکتور به سرعت آب و سپس بخار می‌شوند اما پس از آنکه موتور خودرو خاموش شده و انژکتور سرد می‌شود بر روی بخش‌های داخلی و خروجی انژکتور می‌نشینند و به مرور تشکیل رسوبی را می‌دهد که شکل، جهت و میزان پاشش سوخت انژکتور را تغییر می‌دهد و بدنه انژکتور را نیز کثیف می‌کنند. به طور کلی انژکتور نیز مانند بسیاری دیگر از بخش‌های خودرو طول عمر مشخصی داشته و تعویض دوره‌ای آن به خصوص در صورت بروز پدیده رسوب توصیه می‌شود چرا که انژکتور ساختار بسیار ظریفی دارد و این رسوبات بر کارآیی آن اثرات نامطلوبی بر جای می‌گذارند. از سوی دیگر شست‌وشوی انژکتور نیز باید به روش صحیح انجام شود. در ابتدا بهتر است انژکتور‌ها به وسیله دستگاهی که به این منظور طراحی شده است تحت آزمون قرار گیرند تا میزان و کیفیت پاشش سوخت آن‌ها ارزیابی شود. در مرحله بعد شست‌وشوی انژکتور باید با کمک دستگاه‌های مخصوص که بر‌اساس اولتراسونیک طراحی شده‌اند انجام شود تا اثر مناسبی بر جای بگذارد. در نهایت تعمیر کار باید در زمان بستن اورینگ‌های بالا و پایین انژکتور دقت کند تا از نشتی‌های احتمالی جلوگیری شود.