الاليات المختلفة لتوصيل الوقود Fuel delivery (الفصل الرابع)

                 السلام عليكم ورحمة الله وبركاته

ربما ورد علي أسماع ملاك السيارات وكثير من الذين ليست لهم معرفة كافية بهذا المجال كلمة Injection بشكل كثير ومتردد ومعناها حقن ولكن يقصد بها نظام حقن الوقود المعتمد في السيارات حديثة العهد ربما في العقود الخمسة أو الأربعة الأخيرة حيث أصبح لدينا نقلة استثنائية في نظام توصيل الوقود للمحرك لكي يتم استهلاكه وتدخلت التقنية الالكترونية في هذا الشأن بعدما كان يعتمد فقط في مبدأ الأمر علي المكربن أو الكربراتير (Carburetor) وكل هذا من أجل مايعرف بتحسين معدل الهواء للوقود Air/Fuel Ratio (خليط الاحتراق) الذي به يتم تغذية المحرك ليتم عمله, والان لدي البعض من القراء سؤال وهو ما اذا كان نظام حقن الوقود الالكتروني يعتمد فقط علي شكل واحد أم له سبل متنوعة ؟ وفيما يلي الاجابة بشيء من التفصيل وقبل كل شيء اليكم نبذة عن المكربن:

1- المكربن Carburetor : 

وهو عبارة عن خلاط للوقود والهواء وهو مبدئيا نظام فريد من نوعه قائم علي تغذية المحرك عن طريق مجمع الهواء Intake Manifold بالقدر المناسب من الهواء والوقود سواء عند بدء المحرك في الظروف الباردة أو حتي اثناء السير وعن طريق دخول القدر المناسب من خليط الاحتراق لكل عدد لفات ما للمحرك نقدر علي جعل السيارة تسير اما مسرعة أو بشكل هادئ ويتحكم بالقدر من الهواء والوقود في المكربن قطعة تشبه المحبس تعرف باسم المخنق Choke فاذا ماضغطنا علي دواسة الوقود يتم فتح هذا المخنق علي حسب قوة الضغط بالقدم علي الدواسة لكي يدخل القدر المطلوب من الخليط وبالتالي تتولد الطاقة اللازمة لعمل المحرك هذا بالاضافة لوجود أجزاء دقيقة داخل المكربن تغذي المحرك بقدر ضئيل من الوقود لاستمرار سيره بلا أية مشاكل في الوضع الخامل Idle ويوجد به مسمار دقيق يمكن من خلاله التحكم بكم الوقود الداخل للمحرك في وضع الخمول لكي يتم خفض أو رفع عدد اللفات وجدير بالذكر ان له مرشح للهواء Air Filter يركب فوقه لتنقية الهواء من الشوائب الدقيقة والأتربة حتي يدخل صافيا للمحرك وللمكربن ثلاثة أشكال تصميمية ويعتمد مسماه علي الية عمله فالمكربن ذي التيار الصاعد Updraft Carburetor يعتمد علي سحب الهواء من الأسفل وتغذية الوقود تكون عاملة بقوة الجاذبية والعكس صحيح حيث أن هناك نوع اخر يسمي بالمكربن ذي التيار النازل Downdraft Carburetor ويشبه الصورة السابقة حيث أن عمله يعتمد علي سحب الهواء من أعلي لأسفل كما أن هناك نوعا ثالثة وهو المكربن ذي التيار الجانبي Sidedraft Carburetor ويقوم هذا النوع علي مبدأ سحب الهواء من الجانب للمحرك ولكل نوع من هذه الأنواع غرض بحسب الجاذبية وقوة مضخة الوقود المستعملة في كل علي حدة ناهيك عن تصميم المحرك نفسه ولا أريد أن أطيل عليكم حتي لا أبتعد عن الغرض الأساسي من المقال.

2- حقن الوقود أحادي النقاط Single-Point Fuel Injection :

نوع بدائي في اللجوء لتقنية حقن الوقود الالكتروني وهو الأبسط من نوعه حيث يشبه كثيرا المكربن في أنه يعمل بفوهة/ات Nozzle/s لحقن الوقود لجسد المخنق Throttle Body المسئول عن حقن الوقود الي مجمع الهواء Intake Manifold, وقد كان هذا النظام مدخلا لبعض صناع السيارات لابتكار نظام أكثر تعقيدا وهو حقن الوقود متعدد النقاط MultiPoint Fuel Injection, وبالرغم من كونه أقل كفاءة من النظام متعدد النقاط سوي أنه أفضل من المكربن حيث أنه يقيس الوقود بشكل أدق من المكربن ويسهل صيانته فضلا عن انه أقل كلفة !

3- حقن الوقود متعدد النقاط Multipoint Fuel Injection :

كما تلاحظون فان هذا النظام يختلف عن سابقه حيث أنه يعتمد علي تخصيص حاقن وقود Injector لكل اسطوانة علي حدة بدلا من حاقن واحد للمخنق والذي بدوره يغذي لاحقا جميع الاسطوانات ونظرا لأن نظام الحقن متعدد النقاط يتم فيه تخصيص كل حاقن لكل اسطوانة فانه أيضا يسمي بالحقن المنفذي, حيث أن مدي قرب الحاقن من صمام السحب Intake Valve يضمن التغذية المثالية بالوقود لهذه الاسطوانة فالوقود سينهمر رذاذه بشكل سريع نحو الاسطوانة, ومن ميزاته التي يتفوق بها عن النوع السابق أحادي النقاط هو أنه يقيس الوقود بشكل أكثر دقة كما أنه يحقق النسبة المرجوة بين الوقود والهواء Air/Fuel Ratio ومايترتب علي ذلك من تحسن للأداء كما أنه نظريا سوف يقضي علي امكانية تبخر الوقود التي تكون في مجمعات الهواء الخاصة بنظام حقن الوقود أحادي النقاط والمكربن التقليدي والتي يكون فيها مجمع الهواء معدني التصميم لكي يمتص الحرارة من المحرك ويبخر الوقود السائل بداخله.
هذا ليس بضروري بالنسبة لمحركات تعمل بنظام الحقن المتعدد, فيمكن أن يصنع مجمع الهواء من مواد أخف وزنا حتي لو كانت المادة بلاستيك, فسينتج عن هذا ميزة اضافية وهي الاقتصاد في الوقود, كما أن مجمعات الهواء المعدنية يجب أن تكون مصممة لتتموضع فوق المحرك تماما لتوصيل الحرارة, بينما تلك البلاستيكية تتميز بالقدرة علي تموضعها بشكل أكثر ابداعا مايمنح المهندسين مرونة التصميم للمجمع.

نظرة عن قرب من داخل المحرك

4- حقن الوقود المتزامن Sequential Port Fuel Injection : 

يعتمد مبدأ عمله علي نفس السالف ذكره سوي أنه يعمل بشكل متزامن مع التوقيت الذي يفتح فيه صمام السحب Intake Manifold وذلك بشكل مستقل بحسب الوقت الذي يحين فيه شوط السحب لكل اسطوانة, ويشبه هذا نفس النظام الذي تعمل به شمعة الاحتراق Spark Plug حيث أنها تكون مضبوطة بوقت معين تصدر فيه شرارة لتفجير الخليط, ولكن الفارق ضئيل حيث يظهر التحسن مع هذه التقنية علي صعيد الكفاءة والانبعاثات بفارق قليل عن نظام حقن الوقود المستمر .

5-حقن الوقود المباشر Direct Fuel Injection :

هذا النظام فريد من نوعه حيث أنه يعد نقلة كبيرة لمبدأ حقن الوقود وهذا بسبب أنه ومن المسمي يقوم علي حقن الوقود مباشرة بلا انتظار لفتح صمام السحب الي غرفة الاحتراق, جدير بالذكر أن هذا النظام شائع بشكل كبير في محركات الديزل وتجدونه في سيارات شهيرة مثل Toyota ويعرف باسم D4D بيد أنه يستعمل مؤخرا في محركات البنزين ومثال ذلك محرك سيارة Ford Mustang GT طراز العام 2018 حيث أن محرك Coyote 5.0 استعملت فيه هذه التقنية وهي نظام عالي الضخ مباشر للوقود  بجانب نظام اخر منخفض الضخ غير مباشر (منفذي) كما أن هناك نظام خاص بشركة Hyundai وهو GDI ونظام من شركة Volkswagen وهو FSI, وهذا النظام صراحة أكثر دقة مما عليه كل الأنظمة المذكورة سالفا وذلك لمرونته مايهب المهندسين القدرة علي التحكم في حدوث شوط الطاقة داخل كل اسطوانة ويجعلهم يدققون النظر في اي اتجاه حتي يذهب فيه الخليط (هواء/وقود) داخل الاسطوانة ولأي اتجاه يجري الانفجار من نقطة الاشتعال.

فأشياء مثل شكل الاسطوانة والمكبس, وأماكن تموضع شمعة الاحتراق وحاقن الوقود وحتي كل من توقيت ومدة وكثافة الشرارة للأشعال, وحتي لو فرضنا تعدد شمعات الاحتراق لكل اسطوانة (وقد حدث بالفعل) فان كل هذه العناصر عليها عامل في احتراق الوقود بشكل متساو وكامل لجميع الاسطوانات, ويمكن اللجوء لهذا النظام بحال كان المحرك يعتمد علي وقود سلس (ذي أوكتين منخفض) ولغرض الانبعاثات الضئيلة, ولكن يعاب عليه ارتفع كلفة صيانته عن الأنظمة السابق ذكرها وذلك بسبب تراكم الكربون الضار داخل غرفة الاحتراق.

المراجع:
أنواع أنظمة حقن الوقود:  https://wishes2.com/HpRrV
محرك سيارة فورد موستانج:  https://wishes2.com/VI86u
صيانة أنظمة الحقن المباشر: https://wishes2.com/n3mI
المكربن: https://wishes2.com/7A3VS
المراجع باللغة الانجليزية.

                     والسلام عليكم ورحمة الله وبركاته