أنواع وتشغيل حاقنات الديزل هي قلب نظام حقن الوقود في محركات الديزل الحديثة. والغرض الرئيسي منها هو ذر وقود الديزل تحت ضغط عالٍ في غرفة الاحتراق، مما يخلق ضبابًا متجانسًا من القطرات الدقيقة التي تعزز الاختلاط الفعال مع الهواء الساخن المضغوط. تساهم عملية الحقن الدقيقة والمحكومة في تحسين أداء المحرك وتقليل الانبعاثات الملوثة وتحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود. هناك تقنيات مختلفة لحاقنات الديزل، ولكل منها خصائص تصميم وتحكم وتطبيق محددة. يتكون حاقن الديزل بشكل أساسي من: حامل الفوهة: كتلة فولاذية توجه الوقود من خط الضغط العالي إلى غرفة الضغط الداخلية؛ صمام إبرة (أو إبرة حاقن): مكبس مخروطي يغلق فتحات مخرج الفوهة بإحكام في حالة السكون؛ زنبرك: قوة تحافظ على الصمام مغلقًا حتى يتجاوز ضغط الوقود الحد المطلوب لفتحه؛ فوهة: جزء مثقوب بفتحة واحدة أو أكثر يتم من خلالها طرد الوقود تحت ضغط مرتفع للغاية؛ ملف أو بلورة كهرضغطية: مُشغِّل يسمح بفتح الصمام أو يمنعه عند استقبال إشارة كهربائية. وصلة الإرجاع: تُغلق الحاقن وتُفرّغ الوقود الزائد للتزييت الداخلي وإعادته إلى الخزان. خلال كل دورة تشغيل للمحرك، تُولّد مضخة الديزل ضغوطًا تتراوح بين 100 و2000 بار. عندما يصل الوقود المضغوط إلى حامل الفوهة ويتغلب على قوة الزنبرك، ترتفع الإبرة، مُطلقةً الوقود عبر فتحات الفوهة. عند تحرير الضغط، يدفع الزنبرك الإبرة للخلف باتجاه مقعدها المُحكم، مُقاطعًا التدفق. الحاقنات الكهرومغناطيسية (الملف اللولبي): تُعد حاقنات الملف اللولبي الأكثر شيوعًا في محركات الديزل من الجيل السابق. يتكون مغناطيسها الكهربائي من ملف من سلك نحاسي يُولّد مجالًا مغناطيسيًا عند استقباله تيارًا كهربائيًا. يتغلب هذا المجال على قوة الزنبرك ويرفع الإبرة، مُبدأً عملية الحقن. الخصائص: وقت الفتح/الإغلاق: حوالي 1 مللي ثانية، وهو كافٍ لمرحلة حقن واحدة. التحكم: يُدار بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) عبر نبضات كهربائية متغيرة العرض (PWM). المزايا: سعر معقول، متانة، وسهولة التكامل مع الأنظمة الميكانيكية والإلكترونية. القيود: استجابة أبطأ من الكهرضغطية؛ تحكم أقل دقة في الضغط والكمية للحقن القصير جدًا. تُستخدم هذه الحاقنات عادةً في أنظمة حقن السكك الحديدية المشتركة من الجيلين الأول والثاني، حيث يكون ضغط السكك الحديدية مرتفعًا، لكن وحدة التحكم الإلكترونية لا تتطلب حتى الآن نبضات قصيرة للغاية أو حقنًا متعددة في دورة واحدة. الحاقنات الكهرضغطية: تُمثل الحاقنات الكهرضغطية أحدث تطور في تكنولوجيا حقن الديزل. فبدلاً من الملف اللولبي، تستخدم بلورات كهرضغطية تتشوه فورًا عند تطبيق نبضة كهربائية وتنقل القوة مباشرة إلى الإبرة. الخصائص: سرعة الاستجابة: أعشار من الملي ثانية، مما يسمح بحقن متعدد في دورة واحدة (قبل الحقن، والحقن الرئيسي، وبعد الحقن). الدقة: دقة فائقة في التحكم في كمية الوقود، مما يُحسّن الاحتراق ويُقلل من انبعاثات أكاسيد النيتروجين والجسيمات. التعقيد والتكلفة: أكثر تكلفة وتتطلب دوائر إلكترونية محددة في وحدة التحكم الإلكترونية وإدارة حرارية دقيقة. التطبيقات: محركات ديزل عالية الكفاءة ومنخفضة الانبعاثات (يورو 6 وما فوق)، محركات توربينية عالية الأداء. بفضل قدرتها على إدارة تسلسلات حقن قصيرة جدًا، تعمل الحاقنات الكهروضغطية على سلاسة الاحتراق وتقليل ضوضاء المحرك وتحسين الراحة الصوتية. الحاقنات الميكانيكية وأنظمة المضخة-الحاقن قبل تعميم السكك الحديدية المشتركة، استخدمت أنظمة الديزل حاقنات ميكانيكية مع مضخات الموزع أو مضخات الوحدة: المضخة الدوارة (الموزع): تولد المضخة ضغطًا عاليًا وتوزعه على كل حاقن بالتتابع باستخدام دوار داخلي. المضخات المقلوبة (حاقن الوحدة): تحتوي كل أسطوانة على مضخة ضغط عالي مدمجة مباشرة في الحاقن. يتم توليد الضغط محليًا في كل وحدة. وحدة المضخة-الحاقن: مدمجة وقادرة على الوصول إلى ضغوط معتدلة (تصل إلى 900 بار). الميزة: تلغي الحاجة إلى أنابيب الضغط العالي وتقلل من عدد الأختام ونقاط التسرب. العيوب: وزن أكبر، تعقيد ميكانيكي، وضوضاء؛ تحكم حقن أقل تنوعًا من نظام الحقن المشترك. على الرغم من أن أنظمة المضخات والحاقنات أصبحت قديمة في سيارات الركاب، إلا أنها لا تزال تُستخدم في التطبيقات الصناعية والآلات الثقيلة نظرًا لبساطتها وتحملها للوقود منخفض الجودة. نظام الحقن المشترك: أحدث نظام الحقن المشترك ثورة في حقن الديزل في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين. يفصل تصميمه توليد الضغط عن قياس الوقود: "الحقن المشترك": أنبوب تراكم يحافظ على ثبات ضغط الوقود العالي (حتى 2500 بار) لجميع الأسطوانات. مضخات ضغط عالي مستقلة: ترفع الضغط إلى الحقن. حاقنات لولبية أو بيزو: يستقبل كل منها وقودًا مضغوطًا من الحقن ويقيسه تحت التحكم المباشر من وحدة التحكم الإلكترونية. المزايا: استقلالية ضغط الحقن وسرعة المحرك. إمكانية حقن دقيقة متعددة لكل دورة: تحسين الكفاءة، وتقليل الضوضاء وانبعاثات الملوثات. المرونة: التكيف التلقائي مع ظروف الحمل ودرجة الحرارة. السكك الحديدية المشتركة هي اليوم المعيار في محركات الديزل للسيارات، حيث تقدم أفضل مزيج من الاقتصاد في استهلاك الوقود والأداء والامتثال للوائح البيئية. الصيانة والأعطال الشائعة تؤثر حالة الحاقنات بشكل مباشر على أداء المحرك وطول عمره: الإبرة/الفوهة المسدودة أو البالية: تسبب فقدان الطاقة والاهتزاز والدخان الأسود. التسريبات الداخلية أو الخارجية: استهلاك مرتفع للوقود وصعوبة البدء البارد. الأعطال الكهربائية (الملف اللولبي المحترق أو البلورة الكهرضغطية التالفة): فشل المزامنة وفقدان الحقن في أسطوانة واحدة أو أكثر. تلوث الوقود: الرواسب والمياه تتلف المكونات الداخلية. عصر السكك الحديدية المشتركة (1997 حتى الآن) فصلت السكك الحديدية المشتركة توليد الضغط عن القياس، مما أحدث ثورة في حقن الديزل: أواخر التسعينيات: يصل معدل التدفق إلى 140-160 ميجا باسكال مع مضخات بوش CP1 وCP2، مما يسمح بالحقن المزدوج لكل دورة. الجيل الثاني: ضغوط تعزيز تتراوح بين 180-200 ميجا باسكال واستراتيجية ثلاثية المراحل (ما قبل الحقن والحقن الرئيسي وما بعده) لمعالجة انبعاثات الجسيمات وأكاسيد النيتروجين. الجيل الثالث: محركات كهرضغطية بأزمنة استجابة تبلغ 0.1 مللي ثانية، مما يتيح ما يصل إلى خمس حقن دقيقة وذرات فائقة. الجيل الرابع: ضغوط تصل إلى 250 ميجا باسكال مع تعزيز هيدروليكي داخلي في الحاقنات، وتحكم مُحسّن في الذروة الحرارية، وانبعاثات منخفضة للغاية [^10]. تتوافق أنظمة CR الحالية مع معايير Euro 6 واللوائح المستقبلية، مما يُحسّن استهلاك الوقود، ويُقلل الضوضاء، ويُمكّن من تقليص الحجم باستخدام الشواحن التوربينية.