مضخة الحقن

مضخة الحقن هي الجهاز المسؤول عن ضخ الوقود إلى أسطوانات محرك الديزل . تقليديًا، كانت مضخة الحقن تُدار بشكل غير مباشر من عمود المرفق بواسطة تروس أو سلاسل أو سير مسنن (غالبًا ما يكون سير التوقيت ) الذي يُدير أيضًا عمود الكامات . تدور المضخة بنصف سرعة عمود المرفق في محرك الديزل التقليدي رباعي الأشواط . ويتم ضبط توقيتها بحيث يُحقن الوقود قبل نقطة المركز الميت العليا بقليل جدًا في شوط الضغط لتلك الأسطوانة. ومن الشائع أيضًا أن يُدار سير المضخة مباشرةً من عمود الكامات. في بعض الأنظمة، قد تصل ضغوط الحقن إلى 620  بار (8992  رطل لكل بوصة مربعة). ^{[ 1 ]}

نظراً للحاجة إلى حقن الوقود في بيئة ذات ضغط عالٍ جداً ، تولد المضخة ضغطاً هائلاً - يصل عادةً إلى 15000 رطل لكل بوصة مربعة (100 ميجا باسكال) أو أكثر في الأنظمة الحديثة. وهذا سبب وجيه لتوخي الحذر الشديد عند العمل على أنظمة الديزل؛ إذ يمكن للوقود المتسرب بهذا الضغط أن يخترق الجلد والملابس بسهولة ، ويُحقن في أنسجة الجسم، مما قد يُسبب مضاعفات طبية خطيرة تستدعي البتر . ^{[ 2 ]}

استخدمت مضخات الديزل القديمة تصميمًا خطيًا يتألف من سلسلة من أسطوانات الحقن التي تعمل بواسطة كامة، على غرار محرك خطي مصغر. تتميز المكابس بحجم شوط ثابت، ويتم التحكم في حجم الحقن (أي التحكم في التدفق) عن طريق تدوير الأسطوانات مقابل منفذ قطع يتوافق مع فتحة حلزونية في الأسطوانة. عند تدوير جميع الأسطوانات في وقت واحد، يتغير حجم الحقن فيها بشكل متزامن لإنتاج طاقة أكبر أو أقل من المحرك. لا تزال المضخات الخطية شائعة الاستخدام في المحركات الكبيرة متعددة الأسطوانات، مثل تلك الموجودة في الشاحنات، ومعدات البناء، والمحركات الثابتة، والمركبات الزراعية.

طُوّرت المضخة الدوارة أو مضخة التوزيع للاستخدام في السيارات والشاحنات الخفيفة. تعتمد هذه المضخة على أسطوانة حقن واحدة تُدار بواسطة لوحة كامة محورية، تقوم بحقن الوقود في خطوط الوقود الفردية عبر صمام توزيع دوار. في الإصدارات اللاحقة، مثل مضخة بوش VE، يتم تغيير توقيت الحقن تبعًا لسرعة عمود المرفق، مما يسمح بزيادة القدرة عند سرعات دوران عالية، وتشغيل أكثر سلاسة واقتصادًا في استهلاك الوقود عند سرعات دوران منخفضة. تحتوي بعض أنواع مضخات حقن التوزيع (أو VE اختصارًا لـ Verteilereinspritz بالألمانية) على نظام يعتمد على الضغط، مما يسمح بزيادة حجم الحقن عن المعدل الطبيعي، وبالتالي تمكين المحركات المزودة بشاحن توربيني أو شاحن فائق من توليد قدرة أكبر في ظروف الضغط العالي.

تتضمن جميع مضخات الحقن منظمًا لقطع إمداد الوقود إذا تجاوزت سرعة دوران عمود المرفق الحد المسموح به، إذ لا تتحمل الأجزاء المتحركة الثقيلة في محركات الديزل السرعات الزائدة، وقد يحدث تلف كارثي إذا تجاوزت هذه السرعة. ويمكن للمحركات المهملة والمستهلكة أن تستهلك زيت التشحيم عبر أنظمة تهوية علبة المرافق المتآكلة، مما يؤدي إلى زيادة سرعة المحرك بشكل مفرط حتى يتلف. ويعود ذلك إلى أن معظم محركات الديزل تنظم سرعتها فقط عن طريق التحكم في إمداد الوقود، ولا تحتوي معظمها على صمام خانق للتحكم في مدخل الهواء، باستثناء تلك المزودة بنظام إعادة تدوير غازات العادم (EGR) .

يجري التخلص التدريجي من المضخات الميكانيكية امتثالاً لتوجيهات الانبعاثات الدولية، ولزيادة الأداء وكفاءة استهلاك الوقود. منذ تسعينيات القرن الماضي، مثّلت المضخات التي تستخدم وحدات تحكم إلكترونية للتحكم في بعض وظائف المضخة الدوارة، ولكنها لا تزال تعمل بتوقيت ميكانيكي وتُغذّى بواسطة المحرك، مرحلةً وسيطةً بين التحكم الإلكتروني الكامل والتحكم الإلكتروني الكامل. وقد كانت محركات فولكس فاجن/أودي TDI من الجيل الأول، ذات الأربع والخمس أسطوانات، رائدةً في استخدام هذه المضخات قبل التحول إلى حاقنات الوقود الإلكترونية . استُخدمت هذه المضخات لتوفير تحكم أفضل في الحقن وتحسين أداء محركات الديزل في السيارات، وذلك عند تحولها من الحقن غير المباشر إلى محركات الحقن المباشر الأكثر كفاءةً، ولكنها أقل دقةً بطبيعتها، في تسعينيات القرن الماضي. بل إن وحدات التحكم الإلكترونية كانت قادرةً على تغيير تخميد قواعد تثبيت المحرك الهيدروليكية لتحسين الأداء. ومن أمثلة هذه المضخات: مضخات BOSCH VP30 وVP37 وVP44. ومنذ ذلك الحين، شهدنا تحولاً واسع النطاق نحو أنظمة حقن الديزل بالسكك المشتركة وأنظمة الحقن المباشر الإلكترونية. وتتيح هذه الأنظمة توليد ضغوط أعلى، وتحكماً أدق بكثير في أحجام الحقن، ومراحل حقن متعددة مقارنةً بالأنظمة الميكانيكية.

• حاقن الوحدة

يجب أن تكون ضغوط الحقن خلال العملية بأكملها أعلى من 1000-1200  بار للحصول على رذاذ جيد ومزيج جيد من الهواء والوقود؛ وقد لوحظ في الممارسة العملية ميل إلى 1600-1800 بار وأعلى.