حقن الوقود

حقن الوقود هو النظام الذي يوصل كمية مقننة بدقة من الوقود إلى المحرك عبر رشّها تحت ضغط، وقد حلّ محل المغذي (الكاربوريتر) الذي كان يؤدي هذه المهمة في كل سيارة تقريباً صُنعت قبل أواخر القرن العشرين. فبالتحكم الدقيق في كمية الوقود الداخلة إلى المحرك وتوقيتها، يتيح حقن الوقود مطابقةً أدق بين الوقود والهواء عبر جميع ظروف التشغيل، وهي الركيزة التي تقوم عليها كفاءة المحركات الحديثة وسلاسة قيادتها وقدرتها على الالتزام بمعايير الانبعاثات. وهو اليوم سمة عامة في كل سيارات البنزين والديزل الجديدة على حد سواء.

الوظيفة الأساسية هي التقنين والترذيذ. فالبخاخ في جوهره صمام كهرومغناطيسي مصنوع بدقة عالية ينفتح لبضعة أجزاء من الألف من الثانية ليطلق الوقود رذاذاً ناعماً مرذذاً. وكلما كان الترذيذ أنعم والتوقيت أدق، احترق الوقود بصورة أكمل. وبينما كان المغذي يعتمد على الشفط السلبي للهواء الداخل لسحب الوقود عبر فتحات ثابتة — وهو حل ميكانيكي بارع لكنه غير دقيق — فإن حقن الوقود يدفع فعلياً جرعة مقاسة إلى المحرك، تحكمها حساسات تقرأ حمل المحرك وسرعته وحرارته ومحتوى الأكسجين في العادم.

توجد عدة هندسات لهذا النظام. ففي الحقن في فتحة السحب (Port injection)، وهو الترتيب الراسخ لمحركات البنزين، ترشّ البخاخات الوقود في فتحات السحب أعلى صمامات السحب مباشرةً، حيث يمتزج بالهواء قبل دخول الأسطوانة. أما الحقن المباشر (Direct injection) فيرشّ الوقود بضغط بالغ الارتفاع مباشرةً داخل غرفة الاحتراق، مما يتيح دقة أكبر وانضغاطاً أعلى وكفاءة أفضل على حساب تعقيد إضافي وميل إلى إنتاج سخام ناعم. وتستخدم محركات الديزل حقن السكة المشتركة (Common-rail)، حيث تغذي سكة عالية الضغط مشتركة بخاخات مُتحكَّماً فيها إلكترونياً قادرة على إطلاق عدة دفعات مُشكَّلة بدقة في كل عملية احتراق عند ضغوط تتجاوز 2,000 بار.

يكاد يكون كل حقن وقود معاصر مُتحكَّماً فيه إلكترونياً، وهي منظومة تُعرف بحقن الوقود الإلكتروني (EFI). إذ يحسب حاسوب إدارة مركزي التغذية المثلى للوقود في كل لحظة عبر شبكة من الحساسات وحلقة تغذية راجعة مغلقة مبنية على حساس الأكسجين في العادم، مع ضبط مستمر للخليط لإبقائه قريباً من النسبة الكيميائية المثالية. وقد وُجدت أنظمة حقن ميكانيكية وكهروميكانيكية مبكرة منذ منتصف القرن العشرين، لكن ظهور الإلكترونيات الرخيصة الموثوقة هو ما جعل الحقن ميسوراً وأفضل بوضوح من المغذي.

الفوائد للمالك جوهرية وملموسة: تشغيل بارد موثوق دون خانق، وعمل أكثر سلاسة، واستجابة أفضل لدواسة الوقود، واقتصادية أحسن في الوقود، وانبعاثات أدنى بكثير. والمقابل هو تعقيد أكبر واعتماد على الإلكترونيات والمضخات عالية الضغط والوقود النظيف، وإن أثبتت الموثوقية تفوقها عملياً عبر عقود من التطوير.

يُفهم حقن الوقود على أفضل وجه جنباً إلى جنب مع متغيراته الرئيسية والإلكترونيات التي تديره: فحقن الوقود الإلكتروني يصف أسلوب التحكم، بينما يمثل الحقن المباشر وديزل السكة المشتركة أكثر استراتيجيات التوصيل تقدماً، وكلها تخدم محرك الاحتراق الداخلي ذاته الذي كان المغذي يغذيه بدقة أقل بكثير.