الحقن المباشر

الحقن المباشر طريقة لتوصيل الوقود تُرشّ فيها كمية الوقود مباشرةً داخل غرفة الاحتراق فوق المكبس، بدلاً من رشّها في مجرى السحب قبل الصمامات. وفي محركات البنزين كثيراً ما تُسمّى هذه التقنية GDI أو FSI أو TSI أو ما شابه؛ أما في محركات الديزل، حيث باتت تعميمية، فهي ببساطة الطريقة التي يُدخَل بها الوقود. والدافع وراءها هو الدقة: فبوضع الوقود في المكان والزمان المطلوبين تماماً، يمكن للمحرك أن يستخلص شغلاً أكبر من كل قطرة وأن يلبّي أهداف الكفاءة والانبعاثات الأكثر صرامة.

ويكمن التباين مع الحقن في المنفذ، وهو الترتيب الأقدم الذي تحقن فيه الحاقنات الوقود في منفذ السحب حيث يمتزج بالهواء الداخل قبل أن يُسحب عبر الصمامات. أما الحقن المباشر فيستخدم مضخة عالية الضغط، يديرها عمود الكامات، لرفع ضغط الوقود إلى عشرات بل مئات الضغوط الجوية (البار)، أي أعلى بكثير من بضع وحدات بار في نظام المنفذ، وتقوم حاقنة لولبية أو بيزو دقيقة مركّبة في رأس الأسطوانة بإيصاله على شكل مخروط مرذاذ ناعم مباشرةً داخل الغرفة. ويمكن لنظام إدارة المحرك أن يقسّم ذلك إلى عدة دفعات حقن في الدورة الواحدة وأن يضبط التوقيت إلى أجزاء من درجة دوران عمود المرفق.

ويجلب هذا التحكم الدقيق فوائد عدة. فرشّ الوقود السائل داخل الأسطوانة يبرّد الشحنة الداخلة أثناء تبخّره، ما يكبح الخبط ويتيح نسبة انضغاط أعلى، وهي مفتاح كفاءة حرارية وقدرة أكبر. ويمكن مطابقة التغذية بالوقود بدقة مع الحِمل، بل تستطيع بعض أنظمة البنزين تشغيل خليط طبقي شديد الفقر تحت الحِمل الخفيف، مركِّزةً سحابة قابلة للاحتراق قرب شمعة الإشعال بينما يحوي بقية الأسطوانة هواءً زائداً. والنتيجة عادةً قدرة وعزم أكبر من سعة معيّنة مع استهلاك وقود أقل، ولهذا يقوم الحقن المباشر دعامةً لمحرك البنزين الحديث المُصغّر والمشحون توربينياً.

ولا يخلو هذا الأسلوب من مساوئ. فلأن الوقود لم يعد يغسل ظهر صمامات السحب، قد تتراكم هناك ترسبات الكربون والزيت بمرور الوقت، ما يستلزم أحياناً تنظيفاً بقشور الجوز أو تنظيفاً كيميائياً لاستعادة تدفق الهواء. كما تميل محركات البنزين ذات الحقن المباشر إلى إنتاج مادة جسيمية ناعمة أكثر من نظيراتها ذات الحقن في المنفذ، ما أدى إلى تركيب مرشّحات جسيمات البنزين لاستيفاء حدود الانبعاثات. وتزيد المكوّنات عالية الضغط والتفاوتات الضيقة للحاقنات من التكلفة وتستلزم وقوداً نظيفاً.

والحقن المباشر تجلٍّ من تجليات الحقن الإلكتروني للوقود، إذ يتشارك مع أي نظام EFI حديث المستشعرات ووحدة التحكم واستراتيجية الحلقة المغلقة، وتجمع كثير من محركات البنزين الحديثة بين الأسلوبين، مستخدمةً حاقنات المنفذ والحاقنات المباشرة معاً لتنال نقاط قوة كل منهما. وفي عالم الديزل يتحقق ذلك عبر نظام السكة المشتركة، حيث تغذّي سكة مشتركة عالية الضغط حاقنات متحكَّماً بها إلكترونياً من أجل احتراق هادئ وفعّال ومنخفض الانبعاثات.