تتمتع محركات الديزل بمكانة مهمة جدًا في التاريخ الصناعي، وغالبًا ما يتم رؤيتها في مجالات مثل الآلات الهندسية ونقل البضائع الكبيرة والسيارات والسفن.
بالمقارنة مع محركات البنزين، تتمتع محركات الديزل باقتصاد أفضل في استهلاك الوقود وتكاليف طاقة أقل (أسعار النفط)، ولكنها تعاني أيضًا من عيوب الضوضاء العالية والانبعاثات الضعيفة. في عملية تطوير محركات الديزل، خضعت طريقة حقن الوقود لثلاثة تغييرات رئيسية.
نظام حقن محرك الديزل
استخدمت محركات الديزل الأقدم أسطوانات غاز عالية الضغط لتوفير قدر معين من الضغط لنظام إمداد الوقود، لكن تأثير حقن الوقود كان ضعيفًا. لم يكن الأمر كذلك حتى ظهور مضخات الوقود الميكانيكية حيث أصبحت أسطوانات الغاز الضخمة تاريخاً.
يتم تشغيل نظام حقن الوقود الميكانيكي بواسطة عمود كامات المحرك ويستخدم مضخة زيت عالية الضغط لتوصيل الديزل إلى غرف الاحتراق لكل أسطوانة. يختلف ضغط حقن الوقود باختلاف سرعة المحرك، وهناك قيود كبيرة في التحكم في جوانب مختلفة مثل ضغط حقن الوقود وكمية الحقن وتوقيت الحقن. من الصعب تلبية جودة حقن الوقود لظروف العمل الفعلية للمحرك، مما يؤدي في النهاية إلى تأثير ذري ضعيف للديزل، وصعوبة التشغيل البارد، والدخان الأسود المجنون، وظواهر أخرى. هكذا ظهر نظام حقن الوقود الإلكتروني. حاليًا، تشتمل أنظمة الحقن الكهروميكانيكية للديزل السائدة بشكل أساسي على مضخات الوحدات الإلكترونية وأنظمة السكك الحديدية المشتركة عالية الضغط. يقسم نظام الوقود بمضخة الوحدة نظام إمداد الوقود إلى قسمين: دوائر الوقود ذات الضغط العالي والضغط المنخفض، وذلك لتلبية متطلبات ظروف العمل المختلفة لمحركات الديزل.
نظام السكك الحديدية المشتركة عالي الضغط هو نظام يمكنه فصل توليد ضغط الوقود بشكل كامل عن عملية الحقن. تكنولوجيا السكك الحديدية المشتركة ذات الجهد العالي. يشتمل نظام السكك الحديدية المشتركة ذات الضغط العالي بشكل أساسي على أربعة مكونات أساسية: حاقن الوقود، ومضخة الضغط العالي، وسكة الوقود ذات الضغط العالي، ووحدة التحكم الإلكترونية.
يستخدم حاقن الوقود بشكل رئيسي لتفتيت الديزل، ويتم التحكم فيه بواسطة صمام كهرومغناطيسي؛ وظيفة مضخة الضغط العالي هي ضغط الوقود من حالة الضغط المنخفض إلى حالة الضغط المرتفع. يتم استخدام سكة الوقود عالية الضغط بشكل أساسي لتخزين الوقود، ومن الضروري قمع تقلبات الضغط الناتجة عن إمداد مضخة الضغط العالي وفوهة حقن الوقود لضمان استقرار ضغط النظام. يصدر نظام التحكم الإلكتروني أوامر التحكم من خلال تحليل معلمات التشغيل المختلفة.
عندما يعمل النظام، تقوم مضخة الزيت ذات الضغط العالي بتوصيل الوقود إلى أنبوب إمداد الوقود المشترك. من خلال الجمع بين البيانات من مستشعر الضغط ووحدة التحكم الإلكترونية، فإنه يحقق التحكم الدقيق في ضغط الزيت داخل أنبوب إمداد الوقود المشترك، مما يؤدي إلى تغيير خلل ضغط إمداد الوقود تمامًا مع تغير سرعة المحرك. يتمتع نظام حقن الوقود هذا بالعديد من المزايا.
أولاً، إنه يحسن الاقتصاد في استهلاك الوقود لمحركات الديزل بشكل كبير عن طريق الفصل التام بين توقيت حقن الوقود وقياس حقن الوقود. يمكن تعديل استراتيجية حقن الوقود ديناميكيًا وفقًا لظروف تشغيل المحرك، مما يزيل القيود على سرعة المحرك ويسمح للمحرك بمطابقة أفضل تحكم في حقن الوقود في ظل ظروف التشغيل المختلفة.
الميزة الثانية هي أنه يمكن تحقيق الحقن المسبق للديزل. يعرف الكثير من الناس أن محركات الديزل تستخدم الإشعال بالضغط. عند العمل، يتم أولاً امتصاص الهواء وضغطه وتسخينه، ومن ثم حقنه في الديزل. من خلال استخدام نقطة الإشعال السفلية للديزل، يمكن أن يسبب احتراقًا تلقائيًا للديزل.
كان نظام حقن الوقود الميكانيكي السابق يستخدم لحقن وقود الديزل في الاسطوانة في وقت واحد بالقرب من المركز الميت العلوي للمكبس، مما يؤدي إلى ارتفاع تركيز الخليط في الاسطوانة وعدم استقرار تشغيل المحرك خلال فترة الاشتعال السريع، مما يؤدي إلى ارتفاع الضوضاء والاهتزاز . بعد إدخال نظام الحقن الإلكتروني يمكن إضافة عملية حقن مسبق قبل الحقن الرئيسي حيث يتم حقن كمية قليلة من الديزل داخل الأسطوانة للاحتراق المسبق وزيادة درجة الحرارة والضغط في الأسطوانة ومن ثم إجراء الحقن الثانوي والتي تشبه تقنية الاحتراق الطبقي لمحركات البنزين.
وميزة القيام بذلك هي أن درجة حرارة وضغط الاحتراق في الأسطوانة لم تعد ترتفع فجأة، مما يمكن أن يقلل من ضجيج المحرك واهتزازه، كما يزيد أيضًا من درجة حرارة الاحتراق في الأسطوانة، مما يقلل بشكل كبير من الهيدروكربونات في العادم، مما يجعل الديزل المحرك أكثر انسجاما مع معايير الانبعاثات الحالية.