وسایل ورودی حسگر ( sensor)
مهمترین عاملی که سبب شد سازندگان خودرو در ساخت سیستم سوخترسانی خودروهای خود از سیستم انژکتور به جای کاربراتور استفاده کنند، مزیت سیستم سوخت رسانی انژکتوری برای دستیابی به استانداردهای آلودگی مصرف سوخت بود. این واقعیت را نباید فراموش کرد که سیستم سوخترسانی انژکتوری از تمامی جهات نسبت به کاربراتور، برتری دارد. سیستم سوخترسانی انژکتوری هرگز دچار خفگی نمی شود و ذرات بسیار ریز سوخت را مستقیماً به درون موتور اسپری میکند. با این روش، بیشتر مشکلات استارت سرد موتور که مربوط به عملکردکاربراتور است، از میان میرود. همچنین، سوخترسانی انژکتوری- الکترونیکی، در مقایسه با کاربراتور مکانیکی، بسیار راحتتر با سیستمهای رایانهای کنترل موتور همراه و هماهنگ میشود. در سیستم سوخترسانی انژکتوری چند ورودی، هرسیلندر دارای انژکتور مخصوص به خود بوده و مخلوط یکنواختتری از سوخت و هوا را به هریک از سیلندرهای موتور میرساند. درنتیجه، باعث بهبود توان و عملکرد موتور میشود. یکی دیگر از انواع انژکتورها، سیستم انژکتوری پیدرپی سوخت است. در این سیستم، شلیک هریک از انژکتورهای منفرد بهطور جداگانه توسط رایانه کنترل و براساس توالی جرقههای موتور، زمان بندی شده است. این امر باعث بهبود توان موتور و کاهش میزان آلودگی خواهد شد. بنابراین دلایل بسیار ارزشمندی ازلحاظ مهندسی، برای استفاده از انژکتور به جای کاربراتور وجود دارد.
سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری اولیه، مکانیکی و بسیار پیچیدهتر از کاربراتورها بودند. در نتیجه بسیار گران بوده و موارد استفاده از آنها محدود بود. در 1957، شرکت شورولت، سیستم سوخترسانی انژکتوری مکانیکی روچستر را معرفی کرد که تا 1967 یکی از ویژگیهای بارز مدل "کوروت" بهشمار میرفت.
کشورهای اروپایی، از لحاظ کاربرد تکنولوژی انژکتور، بروزتر و پیشتاز هستند. شرکت بوش در اواخر دهه 1960 و اوایل دهه 70، اولین سیستم الکترونیکی را روی موتور فولکس واگن مدل اسکواربک ارائه کرد.
با آغاز دهه 1980 تقریباً تمام خودروسازان اروپایی از برخی انواع سیستم سوخترسانی انژکتوری چند ورودی شرکت بوش استفاده میکردند. در نیمه دهه 1980، شرکتهای خودروسازی امریکایی درگذار از کاربراتورهای الکترونیکی به سیستم سوخترسانی انژکتوری، ج‍زو اولین شرکتهایی بودند که به عنوان راه حلی موقت، به سیستم انژکتوری Throttle body روی آوردند. این سیستم که به اختصار آن را TBI مینامند، مشابه کاربراتور بوده، اما در آن از کاسه بنزین، شناور، سوپاپ سوزنی، لوله ونتوری، ژیگلور سوخت و پمپ شتاب دهنده یا خفگی، خبری نیست. دلیل عدم نیاز به این قطعات در سیستم TBI این است که سوخت به جای کشیده شدن توسط خلاء ورودی، به طور مستقیم به درون منیفولد ورودی افشانده میشود. این سیستم، از محفظهای گلویی با یک یا دو انژکتور و یک رگلاتور فشار تشکیل میشود.
فشار سوخت نیز توسط پمپی الکترونیکی فراهم میشود. این سیستم، از لحاظ نصب، نسبتاً ساده است و مشکلات اندکی دارد، اما از تمامی امتیازهای سیستم سوخترسانی انژکتوری تمام عیار نظیر سیستم انژکتوری پیدرپی برخوردار نیست.
پس از TBIها، گام بعدی در روند توسعه سیستمهای انژکتوری، سوختپاشی چند ورودی بود. هر سیلندر در موتورهای مجهز به این سیستم، دارای سوختپاشی مجزاست که در منیفولد ورودی یا در سیلندر و درست بالای دریچه ورودی نصب میشود. با وجود این سیستم در خودرو، یک موتور 4سیلندر دارای4 انژکتور، 6 سیلندر6 انژکتور و 8 سیلندر 8 انژکتور خواهد بود. سیستم انژکتوری چند ورودی، بهدلیل برخورداری از انژکتورهای بیشتر، بسیار گرانتر از دیگر سیستمهاست. درنظر گرفتن انژکتور جداگانه برای هریک از سیلندرها، باعث ایجاد تفاوتهایی آشکار در عملکرد موتور میشود. در دو موتور یکسان، یکی دارای سیستم سوخترسانی انژکتوری چند ورودی و دیگری دارای سیستم TBI، به دلیل توزیع سیلندر به سیلندر سوخت در حالت اول، توان خروجی 10 تا 40 اسب بخار بیشتر خواهد بود. همچنین تزریق مستقیم سوخت به دریچههای ورودی، نیازبه پیش گرم کردن منیفولد ورودی را برطرف میکند. این مسئله، آزادی عمل بیشتری در تنظیم لولهکشی ورودی سوخت به منظور تولید بیشترین گشتاور موتور فراهم میکند. همچنین، نیاز به پیش گرم شدن هوای ورودی، ازطریق عبورهوا از میان یک بخاری در اطراف منیفولد خروجی نیز برطرف خواهد شد. در واقع، تفاوتهای دیگری در سیستمهای انژکتوری چند ورودی وجود دارد که یکی از آنها ضرباهنگ انژکتورهاست. دربرخی سیستمها، تمامی انژکتورها به یکدیگر سیمکشی شده و بهطور همزمان در هر چرخش میل لنگ، یک بار پاشش میکنند. در انواع دیگر، انژکتورها بهطور جداگانه سیمکشی شده و به نوبت پاشش میکنند. این روش، نیازمند لوازم کنترل الکترونیکی گران قیمت است، اما با ایجاد تغییرات سریعتر در مخلوط سوخت و هوا، عملکردی بهتر دارد و واکنش مناسبتری به پدال گاز نشان میدهد.
انژکتور کثیف و تمییز کردن آن
استفاده از واژه کثیف در این مورد، غلطی مصطلح است. انژکتورها به ندرت با کثیفی مسدود میشوند. آنها معمولاً به دلیل انباشت رسوبهای روغن موجود در سوخت، دچار گرفتگی یا تنگی میشوند. این حالت، باعث کاهش میزان سوخت افشانده شده توسط انژکتور میشود و عامل عمده حرکت ضعیف موتور و استارت نزدن، تعلل یا توقف کامل موتور است. انژکتور سوخت، درواقع یک سوزن افشاننده است. در انژکتورهای مکانیکی، به هنگام افزایش فشار خط انتقال سوخت بر نیروی کششی که سوپاپ را بسته نگه میدارد، یک سوپاپ تحت فشار اجازه میدهد تا سوخت به سوزن انژکتور فوران کند. در انواع الکترونیکی، زمانی که انژکتور توسط رایانه فعال شد، سیم پیچ تحت فشار، فنری برای باز کردن سوپاپ میلهای یا توپی، فشار وارد کند. این عمل، باعث اعمال فشار به سوخت در مسیر حرکت آن برای جاری شدن در میان انژکتور و فوران از سوزن آن میشود.
انژکتورها طراحیهای گوناگونی دارند. در انژکتورهای اولیه ساخت شرکت بوش، از سوپاپ میلهای استفاده شده است که یکی از مستعدترین انواع برای گرفتگی است. در1989، شرکت جنرال موتورز طرح جدید انژکتورهای مولتک1 معرفی کرد که سوپاپ توپی داشت.
به ادعای جنرال موتورز، این طراحی در برابر گرفتگیها مقاومت بیشتری نشان میدهد. دیگر انژکتورها، از طراحی دیسک – سوپاپ برخوردارند و در برابر گرفتگیهای رایج انژکتورها، مقاوم هستند. واقعیت این است که همه انژکتورها میتوانند دچار گرفتگی شوند. انژکتور ساخت هیچ کارخانهای، در برابر این مشکل مصون نیست. کوچکترین انباشت رسوب نیز میتواند مشکل ایجاد کند زیرا سوراخ انژکتور بسیار کوچک است و برای بسته شدن جریان سوخت یا اختلال در حالت اسپری، به آلودگی زیادی نیاز ندارد. انژکتور برای احتراق خوب باید غبار مخروطی شکلی از سوخت تولید کند. فرسودگی یا رسوب در سوزن میتواند نوارهایی از سوخت مایع ایجاد کند که فرایند بخار شدن یا سوختن آن بخوبی انجام نمیشود. در واقع، این حالت میتواند باعث بروز مکث، مشکلات آلودگی و عملکرد نا مطلوب موتور شود.
انژکتور
انژکتور، بسته به نوع استفاده در موتور (با چرخههای کاری مختلف CIا2 یا SIا3 به گروههای زیر تقسیم میشود:
– موتورهای SI (انژکتور احتراق جرقهای یا همان موتورهای بنزینی معمولی):
– انژکتور الکتریکی
انژکتور مکانیکی
این نوع انژکتور در سیستمهای انژکتوری بنزینی اولیه و معمولاً K-jetronic بوش، استفاده میشده است. این سیستم از سوزن انژکتور، بدنه انژکتور، سیت انژکتور به همراه فنر و بشقابی که سوزن انژکتور را روی سیت آن میفشارد، تشکیل شده است. در این نوع انژکتور، فشار موجود در لوله انتقال سوخت، در این مدل مستقیماً به انژکتور منتقل میشود. گفتنی است که در این سیستم، به تعداد سیلندرهای موتور، لوله انتقال سوخت و انژکتور وجود دارد.
درصورت افزایش فشار لوله سوخت، (معمولاً بین 5/3 تا 5 بار) سوزن انژکتور از روی سیت خود بلند شده و به کمک ارتعاش سوزن باعث تزریق سوخت و اتمیزه شدن آن میشود. این نوع انژکتور در دو گونه معمولی و با پوشش هوایی، استفاده میشود. گونههای دارای پوشش هوایی از کیفیت پاشش و اتمیزه کردن به مراتب بهتری (بویژه در هنگام کارکردن موتور درحالت درجا یا بار کم) برخوردارند.
این نوع از انژکتور که به گونه کاراند از سلونوئیدی معروف است، در بیشتر خودروهای انژکتوری بنزینی صرفنظر از EFIا4 یا MPFIا5 بودن سیستم، استفاده می شود.
دراین سیستم، تمامی انژکتورها به ریل مشترک سوخت رسانی6 اتصال دارند و درون این ریل، سوخت با فشاری بین 5/2 تا 3 بار وجود دارد. انژکتور در این سیستم از بدنه (شامل سیم پیچ و راهنمای سوزن به همراه خود بدنه) و یک سوزن انژکتور، تشکیل میشود که این سوزن به آرمیچر داخل سلونوئید انژکتور متصل است.
اگر سیم پیچ، تحریک نشده باشد (جریانی از آن عبور نکند) سوزن انژکتور به وسیله یک فنر مارپیچی بر روی سیت خود فشرده میشود. در صورت تحریک، سیم پیچ آرمیچر (و به تبع آن سوزن) حدود 1/0 میلی متر از روی سیت بلند شده و این امکان را به سوخت میدهد که از میان یک اریفیس کوچک، تزریق شود. سوزن انژکتور برای بهدست آوردن بهترین حالت اتمیزه کردن، مجهز به دنبالهای خاص است.
در بعضی از سیستم ها، انژکتورها با لوله مشترک سوخت یکپارچه ساخته میشوند. در این سیستم، سوخت از کنار وارد انژکتور شده و از جهت مقابل ورودی به لوله بعدی و در نتیجه به انژکتور بعدی می رود. این حالت، موجب کاهش تبخیر و تشکیل حباب در سیستم به هنگام استارت زدن در حالت گرم میشود. همچنین، نیاز به سوخت جداگانه درمجرای ورودی انژکتور نیز مرتفع میشود.
درسیستمهای جدید سوختپاشی مستقیم FSIا7 (گونههائی که سوخت مستقیماً به درون اتاق احتراق تزریق میشود)، انژکتور از مکانیزم مشابهی استفاده میکند با این تفاوت که فشار کاری سیستم بالاتر و دمای کاری و مقاومت انژکتور،بیشتر از حالت قبلی است.
در مورد موتورهای CI (انژکتوری دیزل) نیز انژکتور به سه گروه اصلی تقسیم میشود:
– انژکتور مکانیکی
– انژکتور مکانیکی
این نوع از انژکتور در گونه اصلی انژکتور توپیدار و انژکتور نگهدار تولید میشود.
گونه توپیدار، مجهز به یک سوزن نازل است که در صورت افزایش فشار سوخت از حدی معین، توپی فشاری (و به تبع آن سوزن) از روی سیت خود بلند شده و با ارتعاش، موجب اتمیزه شدن و تزریق سوخت میشود. این سوزن در انتهای خود، یک دنباله تزریق برای کمک به اتمیزه شدن بهتر مخلوط سوخت دارد. در این سیستم، سوراخ تزریق به قطر حدود 8/0 تا 2 میلی متر انتخاب میشود. زاویه پاشش حداکثر 30 درجه و فشار گشایش انژکتور (فشار مورد نیاز برای بازکردن سوزن) 110 تا 120 بار است. کاربرد این سیستم، معمولاً در دیزلهای کم فشار و مجهز به اتاقک احتراق گردابی مقدماتی (در ایران معروف به نیم دیزل) است.
گونه دوم یا انژکتور نگهدار، ازلحاظ طرز کار کلی و مکانیزم، مشابه گونه قبلی است با این تفاوت که برای تزریق با زاویه بیشتر، سوزن درون یک محفظه مخصوص قرار میگیرد و دنباله تزریق نیز حذف میشود. این محفظه بسته به نوع انژکتور، عمل سوخت پاشی و اتمیزه کردن سوخت را به دو روش انجام میدهد:
1. به کمک سوراخ استوانهای
2. به کمک سوراخ مخروطی
در هر دو سیستم که از نظرکار تقریباً مشابه یکدیگرند، تعداد سوراخهای تزریق بسته به نوع انژکتور از یک تا 12 و قطر آنها از 2/0 تا 45/0 میلی متر متغیر است. زاویه پاشش حداکثر تا 180 درجه و فشار گشایش بین 150 تا 450بار است. کاربرد این سیستم برای دیزلهای پرفشار و تزریق مستقیم به درون اتاقک احتراق است.
هر دوگونه (توپیدار و نگهدار) به محفظه تعدیل فشار، واشرهای تنظیم فشار و لوله برگشت سوخت اضافی مجهز هستند.
انژکتور مکانیکی با حسگر
این سیستم، نظیر دوگونه قبلی انژکتور است با این تفاوت که یک حسگر الکتریکی، نقطه آغاز حرکت واقعی سوزن را حس کرده و آن را برای مقایسه مقادیر واقعی با مقادیر برنامهریزی شده، به سیستم کنترل موتور اعلام میکند.
انژکتور الکتریکی
این سیستم دقیقاً مشابه سیستم Common Rail خودروهای بنزینی است و تمامی انژکتورها مستقیماً به یک ریل مرکزی سوخت اتصال دارند. فشار موجود در ریل مرکزی بین 1200 تا 1800 بار است.
هر انژکتور به کمک سیگنال الکتریکیارسالی از سوی سلونوئید موجود بر روی انژکتور، تحریک شده و سوزن انژکتور برای تزریق از روی سیت خود بلند میشود. تفاوتهای این سیستم با سیستم Common Rail بنزینی، درفشار تزریق سیستم و همچنین موقعیت قرارگیری انژکتور و توانایی آن برای کارکرد در شرایط کاری پرفشار با حرارت بالا و ارتعاشات بسیار بالا ست.
حسگرهای به کار رفته در سیستم انژکتوری عبارتند از:
1. حسگر دمای هوا8
این حسگر در مسیر هوای ورودی به منیفولد هوا قرار گرفته و اطلاعات مربوط به دمای هوا و مقدار هوای ورودی به موتور را به واحد کنترل الکترونیکی ارسال میکند. واحد کنترل، این اطلاعات را برای تنظیم مقدار پاشش سوخت در منیفولد ورودی به کار میبرد. این حسگر در واقع حسگر حرارتی و بیانگر نوعی مقاومت است که با دمای هوای ورودی تغییر میکند. براساس ولتاژ خروجی، رایانه موتور، دمای هوای ورودی را تعیین کرده و مطابق با آن میزان سوخت تزریقی را تنظیم میکند.
2. حسگر دمای آب9
این حسگر بر روی سرسیلندر و منیفولد هوا قرار گرفته و اطلاعات مربوط به دمای آب خنک کننده را توسط یک مقاومت حساس در برابر حرارت به واحد کنترل موتور (براساس ولتاژ خروجی سنسور) ارسال میکند تا میزان گرم شدن موتور مشخص شود. در نتیجه، هنگامی که موتور سرد است، مخلوط مناسبی از هوا و بنزین را فراهم میکند.
3.حسگر فشار هوای منیفولد10
این حسگر توسط یک شیلنگ، میزان خلا داخل منیفولد را حس کرده و اختلاف ولتاژ را به واحد ECU ارسال میدارد. این حسگر بر روی بدنه خودرو در کنار ECU و شیر برقی EGR قرار دارد. توسط این دستگاه، اطلاعات نیازمندیهای سوخت تعیین شده و دستور پاشش سوخت به انژکتورها ارسال میشود. این حسگر، 5 ولت ولتاژ دارد. تمامی حسگرهای MAP به همین شیوه عمل میکنند.
4. حسگر اکسیژن11
این حسگر، مقدار اکسیژن گازهای خروجی منیفولد را اندازه گرفته و ولتاژی مناسب با اکسیژن موجود در سیستم را که نشانه رقیق یا غنی بودن مخلوط است، به واحد ECU ارسال میکند. ولتاژ کم، نشانه زیاد بودن اکسیژن و ولتاژ زیاد، نشانه کم بودن اکسیژن است. کنترل سوخت در این سیستم، به روش حلقه بسته انجام میشود. بنابراین، حسگر اکسیژن زمانی فعال میشود که دمای موتور به حد نرمال رسیده باشد (300 درجه سانتی گراد). این حسگر به تک سیم12 معروف است و تمامی اطلاعات از این طریق به ECU منتقل میشود. این واحد، تزریق سوخت را حسب نیاز موتورتغییر میدهد. این حسگر، در مسیر جریان گازهای خروجی نصب میشود. با اطلاع از مقدار اکسیژن در گازهای خروجی، ECU مقدار مخلوط سوخت و هوا را محاسبه خواهد کرد. واحد ECU از سیگنالهای ارسال شده از حسگر O2 استفاده میکند. روش استفاده از حلقه بسته، از این رو به کار میرود که موتور را تا حد امکان در نسبت استوکیومتریک (سوخت / هوا 7:1/14) نگه دارد.
5. حسگر وضعیت دریچه گاز13
این حسگر، از مقاومت متغیر دورانی تشکیل شده است و با گردش محور دریچه گاز، مقدار مقاومت تغییر کرده و باعث تغییر در ولتاژ خروجی حسگر موقعیت دریچه گاز میشود. این تغییر ولتاژ به ECU ارسال میشود تا آن را از میزان باز و بسته بودن دریچه گاز مطلع کند.
واحد ECU متناسب با درجه باز شدن دریچه گاز و یا به عبارتی ولتاژ خروجی حسگر، میزان شتاب را تعیین میکند و مطابق با آن، بهترین میزان تزریق سوخت را انجام میدهد. اتصال لغزنده این حسگر با محور دریچه گاز، هم محور است و با کوچکترین حرکت دریچه گاز، میزان بازبودن آن را حس کرده و در اثر باز و بسته شدن دریچه گاز، ولتاژ خروجی از حسگر تغییر میکند. به دلیل این تغییر، ولتاژ اطلاعات ECU ارسال شده و واحد کنترل موتور نیز مخلوط سوخت مورد نیاز را محاسبه میکند. این حسگر بر روی دریچه گاز نصب میشود.
6. حسگر دور موتور و موقعیت زاویه میل لنگ
این حسگر، از دیسک فلزی تشکیل شده تا بر روی آن شکافهایی در دور ردیف شعایی با زاویه معلوم نسبت به یکدیگر ایجاد شده است و دیسک را به چهار ناحیه با زاویه 90 درجه تقسیم میکند.
دوعدد دیود نوری (LED) و فتودیود در مقابل این شکافها قرار داده شده است و بر اثر گردش دیسک، هنگامی که شکاف در مقابل دیود مربوطه قرار میگیرد، با ولتاژ 5 ولت در خروجی حسگر ظاهر میشود. به این ترتیب، دور موتور و موقعیت زاویهای را به واحد (ECU) هدایت میکند. محل نصب حسگر، روی دلکو میباشد. ECU، زمان جرقه را انتخاب کرده وهنگام روشن شدن موتور، زمان جرقه، توسط دلکو کنترل میشود. وقتی موتور به کار افتاد، زمان جرقه به واحد کنترل ارسال شده و با روشن شدن موتور تعیین میشود. هدف از زمانبندی مورد بحث این است که با تنظیم زمان جرقه مرتبط با نقطه مرگ بالا، حداکثر قدرت در موتور بهدست آید. آوانس کلی جرقه از روی محاسبه اطلاعات دریافت شده از حسگرهای موتور که بر زمانبندی جرقه تاثیر میگذارد، محاسبه میشود. واحد کنترل موتور، این اطلاعات را از حسگرهای MAP و دور موتور، دریافت کرده و مقدار و زمان پاشش سوخت را نسبت به میزان هوای ورودی، محاسبه میکند.
پانوشت ها:ژ
1. Multec
2. Compression Ignition
3. Spark Ignition
4. Electronic Fuel Injection
5. Multi Point Fuel Injection
6. Common Rail
7. Fuel Stratified Injection
8. ATS: Air Temperature Sensor
9. CTS: Coolant Temperature Sensor
10 . MAP : Manifold Absolute Pressure
11 .Oxygen Sensor
12 . Ungeated
13 . TPS: Throttle Position Sensor
منابع:
1. http://www.zetecinside.com/xr2/injection.htm
2. http://www.aa1car.com/library/2003/ic30336.htm
3. http://www.autorepair.about.com/cs/fuelinjection/a/aa03030/a-2.htm
4. http://auto.howstuffworks.com/question257.htm
22