موتور، قلب تپنده هر خودرو یا دستگاهیست که برای جابجایی انسان، کالا و یا انجام کارهای سنگین نظیر حفاری به کار گرفته شود. عملکرد موتورهای احتراق داخلی را میتوان به طور مختصر، تولید گشتاور و توان مکانیکی با استفاده از احتراق سوخت دانست. این توان مکانیکی همانطور که فرمول فیزیک مربوط به آن بیان می دارد، از دو مولفه گشتاور و دور تشکیل شده است. وقتی صحبت از ماشین آلات در میان باشد قطعاً نیاز اصلی گشتاور است. بر خلاف صنعت سواری که سرعت (دور موتور) و گشتاور در تعادلی پایاپای توسط طراحان در نظر گرفت میشوند. از همین روست که موتورهای دیزل بواسطه امکان تولید گشتاور زیاد در دور های پایین، بطور گسترده در ماشین های باری و ماشین آلات خارج جاده ای مورد استفاده قرار می گیرند.

اساس کار احتراق در موتور دیزل بر یک چرخه ترمودینایکی استوار است که در آن تراکم مخلوط هوا و سوخت دیزل در فشاری خاص (که منجر به افزایش دمای مخلوط نیز میشود) به طور خود بخودی مشتعل شده و انرژی موجود در سوخت دیزل را به نیرویی تبدیل میکند که پیستون را به حرکت در می آورد. انفجار های پی در پی در سیلندر های مختلف، به چرخش مداوم میل لنگ و جان گرفتن تمام عملکرد های دستگاه که وابسته به چرخش موتور هستند، منجر می‌‌‌‌‌‌شود. بازدهی حرارتی احتراق در موتور های دیزل بنا بر دلایل علمی، بالاتر از موتور های بنزینی می‌باشد.

برای تولید این قدرت عظیم، در یک موتور دیزل مجموعه ای از سیستم های کاری مختلف از جمله سیستم خنک کاری، سیستم روغنکاری، سیستم هوارسانی و سیستم سوخت رسانی که هر یک قسمتی از کارکردهای موتور را تامین میکنند در کنار یکدیگر قرار گرفته اند. در این مقاله، تاریخچه تحول سیستم های سوخت رسانی در موتورهای دیزل را مرور کرده و تقسیم بندی کلی از اصلی ترین این سیستم ها ارائه می نماییم.

سیستم سوخت رسانی بایست میزان مناسب سوخت را، با فشار لازم برای پودر شدن، در زمان مناسب (که چند درجه قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا میباشد) به داخل محفظه احتراق تزریق نماید. در تمام انواع این سیستم اجزاء مشترکی به چشم میخورد، اجزائی مانند:

• مخزن سوخت
• پمپ اولیه، برای تغذیه سوخت در مدار تا پمپ اصلی
• پمپ اصلی که وظیفه ارسال میزان مناسب سوخت در زمان درست و با فشار بالا به ادامه سیستم را بر عهده دارد.
• گاورنر که وظیفه تامین میزان صحیح سوخت در دورهای مختلف و تحت بارهای متفاوت را بر عهده دارد. چراکه ساختار موتور دیزل به گونه ایست که میزان ارسال سوخت بایست بطور دائم کنترل شود، بدون این کنترل موتور دیزل از دور آرام به حالت خاموشی، و یا از دور بالا به حالت غیر قابل کنترل و در آستانه انفجار هدایت میشود.
• انژکتور که بایست سوخت را به طور اتمیزه شده به داخل محفظه احتراق تزریق کند.
• و در نهایت فیلتر هایی که وظیفه پالایش سوخت و محافظت از سیستم در برابر ذرات آلاینده و آب را بر عهده دارند.

اولین موتور دیزل توسط رودولف دیزل طراحی و ساخته شد. در نمونه های اولیه از هوای فشرده برای پاشش گازوئیل قبل از نقطه مرگ بالا به داخل محفظه احتراق استفاده میشد، چرا که پودر شدن سوخت دیزل و مخلوط شدن یکنواخت آن برای افزایش بازدهی حرارتی موتور الزامیست. این سیستم Air-Blast نامیده میشد. در این سیستم، چرخاندن کمپرسور مقداری از توان موتور را به خود اختصاص می‌داد اما توان خروجی خالص موتور باز هم از تمام موتورهای دیگر احتراق داخلی در زمان خود بیشتر بود.

سیستم های سوخت رسانی Solid fuel /hydraulic injection پس از آن طراحی و معرفی شد. در این نوع سیستم ها که هنوز هم رد پای آنها در موتور های دیزل بوفور یافت میشود، به جای استفاده از هوای فشرده، از یک جسم صلب به عنوان پلانجر برای تحت فشار قرار دادن سوخت برای پاشش صحیح آن در محفظه احتراق استفاده میشود. بر پایه این ابداع دامنه ی وسیعی از سیستم های امروزی سوخت رسانی، توسط سازندگان موتور به صنعت معرفی شده اند، از جمله:

• سیستم های پمپ و انژکتور جدا

گونه های اصلی این سیستم ها که در بازار با عنوان پمپ های ردیفی و آسیابی مشهور هستند از قدیم الایام و در موتور هایی با استاندارد آلایندگی TIER 1 به چشم می‌خورند. مکانیزم کار آنها عموماً به این شکل است که سوخت در یک پمپ که حرکت خود را از سینی جلوی موتور و با استفاده از چرخ دنده میگیرد، به فضای میان پلانجر های شیاردار هدایت میشود و با حرکت پلانجر ها در بارل ها میزان متناسبی از سوخت تحت فشار قرار گرفته و در زمان مناسب (قبل از نقطه مرگ بالا) از طریق لوله های فارسونگا به انژکتور ها هدایت میشوند. انژکتور ها در این سیستم دارای یک یا چند سوراخ هستند که سوخت تحت فشار به محض ورود به آنها به محفظه احتراق پاشیده میگردد.

در سیستم های ردیفی به تعداد سیلندر های موجود در موتور بارل و پلانجر داریم و این پلانجر ها در کنار هم بصورت خطی قرار گرفته اند. اما در پمپ آسیابی بارل و پلانجری ها بصورت دوار و شعاعی طراحی می‌شوند.

گونه ای دیگر از این سیستم ها به صورت پمپ های کوچک جدا از یکدیگر که هر کدام بصورت جداگانه توسط میل بادامک به حرکت در می آیند نیز طراحی و ساخته شده است. گرچه استفاده از این سیستم دیگر متداول نیست.

• سیستم های پمپچه ای

در این سیستم سوخت رسانی، افزایش فشار، اندازه گیری میزان تزریق و زمان بندی پاشش هر سه در خود انژکتور انجام میشود. به این قطعات پمپچه یا Unit Injector گفته میشود. در این سیستم ها سوخت ابتدائاً توسط یک پمپ اولیه با فشاری اندک از تانک به پمپچه ها هدایت می‌شود و تمام امور اصلی سوخت رسانی توسط هر پمپچه به طور مجزا توسط آن برای هر سیلندر انجام می‌گردد.

• سیستم PT (Pressure-Time)

در این سیستم سوخت‌رسانی که توسط شرکت کامینز طراحی و توسعه داده شده، فشار نه چندان زیادی در پمپ سوخت ایجاد میشود اما فشار اصلی و زمان بندی تزریق سوخت توسط خود انژکتورها کنترل میشود. در نسخه های اولیه سیستم سوخت PT از شیر های برقی و سولنوئید ها خبری نبود.

• سیستم ریل مشترک مکانیکی

این سیستم اولین بار توسط شرکت اطلس در سال ۱۹۲۰ در تولید موتورهای دیزل مورد استفاده قرار گرفت. اصول کار در این سیستم به این شکل است که با استفاده از یک ریل (انباره سوخت با فشار بالا) که توسط پمپ فشاربالا تغذیه می‌شود، امکان تزریق سوخت با زمان بندی و میزان مورد نظر توسط سوزن ها در هر زمان مورد نیاز فراهم میگردد. فشار در سیستم اولیه بین ۲۰۰۰ تا ۴۰۰۰ PSI بود. عنوان مکانیکی برای این سیستم به دلیل انتخاب شده بود که مکانیزم سوزن به شکلی طراحی شده بود که با هدایت فشار به انژکتور، سوزن درون انژکتور به بالا هدایت میشد و سوخت به درون محفظه احتراق پاشیده میشد.

با پیشرفت تکنولوژی و استفاده گسترده از سیستم های برقی و الکترونیکی در صنعت، هر یک از سیستم های سوخت رسانی ذکر شده، دچار تحولات شدند، گرچه اساس کار به لحاظ مکانیکی ثابت ماند، اما استفاده از شیر های برقی با دقت بالا، سنسورهای متعدد برای اندازه گیری سرعت چرخش دنده ها، اندازه گیری دقیق موقعیت میل سوپاپ و سنسورهای فشار برای اندازه گیری فشار سوخت باعث شد بازدهی موتورهای دیزل در عین کاهش آلایندگی و تطابق با استانداردهای بروز، به طرز چشم گیری افزایش پیدا کند. در این میان سیستم ریل مشترک الکترونیکی را میتوان یکی از محبوب ترین و پرکاربرد ترین ها در صنعت تولید موتور دیزل دانست.

نویسنده: حمیدرضا احراری