احتراق در موتورهای اشتعال – جرقه ای
موتورهای اشتعال ( احتراق ) جرقه ای یا اتو
اصول کارکرد
این سیستم ، یک موتور احتراقی می باشد که با استفاده از اشتعال بیرونی ، انرژی موجود در سوخت ( بنزین ) را به انرژی جنبشی ( سینتیک ) تبدیل می کند .
این نوع موتورها برای کارکرد خود از یک مخلوط سوخت – هوا ( بر پایه بنزین یا گاز ) استفاده می کنند .
هنگامی که پیستون در داخل سیلندر به سمت پایین حرکت می کند مخلوط سوخت هوا به داخل سیلندر کشیده شده و هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند این مخلوط به صورت متراکم در می آید.
این مخلوط ، سپس در فواصل زمانی معین و توسط شمع ها ، جهت احتراق آماده می شود . گرمایی که در طی مرحله احتراق حاصل می شود باعث بالا رفتن فشار سیلندر گردیده و سپس پیستون باعث به حرکت درآمدن میل لنگ شده و در نتیجه این فعل و انفعال ، انرژی مکانیکی ( قدرت ) حاصل می گردد .
پس از هر مرحله احتراق کامل ، گازهای موجود از سیلندر خارج شده و مخلوط تازه ای از سوخت – هوا به داخل سیلندر کشیده ( وارد )می شود . در موتوراتومبیلها تبدیل گازها ( جابه جایی گازهای موجود ) بر اساس اصول چهار مرحله آغاز احتراق ( چهار حالت موتور ) و نیز حرکت میل لنگ که برای هر احتراق کاملی مورد نیاز می باشد ، صورت می گیرد . ( شکل 1 )
اصول کارکرد موتورهای چهار زمانه ای
موتورهای احتراقی چهار زمانه ای از سوپاپهایی جهت کنترل جریان گاز بهره می گیرند .
چهار حالت موتور عبارتند از :
1- حالت تنفس
2- حالت تراکم و جرقه
3- حالت انفجار
4- حالت تخلیه
-حالت تنفس
سوپاپ هوا ( ورودی ) : باز
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت پایین
احتراق : وجود ندارد .
حرکت رو به پایین پیستون باعث افزایش حجم مفید داخل سیلندر شده و بدین طریق مخلوط سوخت – هوای تازه از داخل سوپاپ ورودی ، وارد سیلندر می شود .
– حالت تراکم و جرقه
سوپاپ هوا( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : فاز اشتعال اولیه
هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند باعث کاهش حجم مفید سیلندر شده و مخلوط سوخت – هوا را متراکم می کند .
درست چند لحظه قبل از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا شمع بالای سیلندر جرقه زده و باعث احتراق مخلوط سوخت – هوا می شود .
نسبت تراکم توسط مقدار حجم سیلندر و حجم تراکم مطابق ذیل محاسبه می شود:
ε=( V n + Vc ) Vc
نسبت تراکم در خودروهای مختلف بستگی به طراحی موتور دارد .
افزایش نسبت تراکم در موتورهای احتراق داخلی ، باعث افزایش بازده گرمایی و مصرف سوخت می گردد .
به طور مثال افزایش نسبت تراکم از 6:1 به 8:1 باعث زیاد شدن بازده گرمایی به مقدار 12 درصد می گردد .
آزادی عمل در افزایش نسبت تراکم ، توسط عامل به نام " ضربه " ( یا پیش اشتعال ) محدود می شود . " ضربه " بر اثر فشار ناخواسته و احتراق کنترل نشده به وجود می آید . این عامل باعث به وجود آمدن خساراتی به موتور می شود .
سوختهای نامناسب و نیز شکل نامناسب محفظه احتراق باعث بوجود آمدن این پدیده در نسبت تراکم های بالاتر می شود .
-مرحله قدرت
سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : بسته
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : به صورت کامل انجام گرفته است .
هنگامی که شمع ، جهت احتراق مخلوط سوخت – هوا جرقه می زند ، مخلوط گاز منفجر شده و در نتیجه دما افزایش پیدا می کند . در اثر این فعل و انفعال سطح فشار نیز در داخل سیلندر افزایش پیدا کرده و پیستون را به سمت حرکت می دهد .
نیروی حاصله از حرکت پیستون از طریق شاتون به میل لنگ و به شکل انرژی مکانیکی انتقال می یابد . این مرحله منبع اصلی قدرت موتور می باشد.
توان خروجی با افزایش سرعت موتور و گشتاور بیشتر و مطابق معادله ذیل افزایش می یابد :
P=M.ω
-مرحله تخلیه
سوپاپ هوا ( ورودی ) : بسته
سوپاپ دود ( خروجی ) : باز
حرکت پیستون : به سمت بالا
احتراق : وجود ندارد .
هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت می کند گازهای مصرف شده ( دود ) را از طریق سوپاپ دود باز شده به سمت بیرون حرکت می دهد . این سیکل پس از این مرحله دوباره تکرار خواهد شد . مدت زمان باز بودن سوپاپها در یک زاویه معین باعث جریان بهتر گاز شده و پر شدن تخلیه کامل سیلندر را بهبود می بخشد .
( شکل 2 )
سیستم های آرایش مخلوط سوخت – هوا
وظیفه سیستمهای کاربراتوری یا انژکتوری ، تامین مخلوط سوخت و هوا جهت شرایط کارکرد آنی موتور می باشد .
در سالهای اخیر سیستمهای انژکتوری روش جدیدی را ابداع نمودند که مزایایی از قبیل صرفه اقتصادی ، بازده بیشتر موتور ، قابلیت رانندگی بهتر و نیزآلودگی کمتر را در بر داشته است .
سیستمهای انژکتوری با تعیین دقیق مقدار هوای ورودی وظیفه تامین مقدار مشخصی از سوخت را مطابق با شرایط بار موتور به عهده داشته و نیز کمترین آلودگی خروجی را نیز در بر خواهند داشت . در این سیستم و به جهت ثابت نگه داشتن کمترین آلودگی ترکیب و ساختار مخلوط سوخت – هوا به صورت کاملاً دقیق کنترل می شود .
سیستم های انژکتوری چند نقطه ای
در این نوع سیستم از هر انژکتور به طور جداگانه برای پاشش سوخت ، مستقیماً از سوپاپ ورودی به داخل سیلندر مجزا استفاده می شود . به عنوان مثالی از این سیستم می توان سیستمهای KE-jetronic و L-jetronic رانام برد ( شکل 4 )
سیستمهای انژکتوری مکانیکی
سیستم K- jetronic یک سیستم انژکتوری مکانیکی با کاربردی وسیع می باشد این سیستم سوخت را بطور مداوم و پیوسته پاشش می کند .
سیستمهای انژکتوری مکانیکی – الکترونیکی
سیستم KE-jetronic نوع جدیدتری از سیستم K- jetronic و با قابلیتهای بیشتری می باشد . این سیستم محدوده بیشتری از اطلاعات کارکرد موتور را به سیستم کنترل حافظه باز الکترونیکی فراهم کرده و در نتیجه وظیفه تامین دقیق سوخت را در شرایط مختلف کارکرد موتور به عهده خواهد داشت .
سیستمهای انژکتوری الکترونیکی
سیستمهای انژکتوری الکترونیکی از انژکتورهای الکترو – مغناطیسی جهت پاشش سوخت به طور متناوب استفاده می کنند . به عنوان مثالی از این نوع سیستمها می توان سیستمهای L-ketronic و LH-jetronic و MotronicSystem را نام برد .
سیستم های انژکتوری تک نقطه ای
سیستم های انژکتوری تک نقطه ای ازیک واحد انژکتوری کنترل الکترونیکی و نیز یک انژکتور الکترو – مغناطیسی که مستقیماً در بالای دریچه گاز قرار دارد ، استفاده می کنند . این انژکتور سوخت را به صورت متناوب به داخل مانیفولد ورودی پاشش می کند . به عنوان مثالی از این نوع سیستم ، می توان Mono-jetronic را نام برد . ( شکل 5 )
مزایای سیستم های انژکتوری سوخت رسانی
کاهش مصرف سوخت
این سیستم تمامی اطلاعات ضروری کارکرد موتور ( نظیر سرعت موتور ، بار موتور، درجه حرارت ، میزان گشودگی دریچه گاز ) را جهت تطابق دقیق شرایط کارکرد دینامیکی یا ساکن ، مشخص کرده و بدینوسیله مقدار دقیق سوخت خورد نیاز موتور را تحت شرایط مشخص شده تامین می کند .
افزایش بازده موتور
سیستمهای K-jetronic و L-jetronic آزادی عمل بیشتری را جهت پر شدن کامل سیلندر ( بازده حجمی ) و گشتاور بالاتر فراهم می کند . این عمل باعث افزایش توان خروجی و نیزبهبود نمودار گشتاور خواهد شد . هم چنین Mono-jetronic قابلیت تطابق با سیستمهای اندازه گیری جداگانه سوخت و هوا رانیز دارا می باشد.
قابلیت شتابگیری سریع
تمامی سیستمهای انژکتوری خود را با تغییرات بار موتور در هر شرایط کارکرد ، بدون هیچ وقفه ای مطابقت می دهند . این قابلیت در هر دو سیستم انژکتوری تک نقطه ای و نیز سیستم چند نقطه ای وجود دارد . سیستمهای چند نقطه ای سوخت را مستقیماً به طرف سوپاپ ورودی پاشش می کنند . در این نوع سیستم مشکلات مربوط به تغلیظ سوخت را در داخل سیلندر وجود ندارد . در سیستمهای انژکتوری تک نقطه ای ، بایستی مشکل وجود لایه های تغلیظ شده سوخت در سیلندر را بطریقی رفع کرد . این مشکل با ایجاد سیستم طراحی جدید که سوخت را مخلوط کرده و اندازه می گیرد رفع خواهد شد .
قابلیت استارت بهتر در هوای سرد
مقدار دقیق سوخت با درجه حرارت موتور و سرعت استارتر مشخص گریده و امکان استارت سریع و پایداری سیستم موتوردر دور آرام را فراهم می کند .
در فاز گرم شدن موتور ، سیستم دقیقاً از مقدار مشخصی سوخت جهت راه اندازی سیستم و در پاسخگویی به نیاز دریچه گاز در تامین کمترین مقدار مصرف سوخت استفاده می کند .
آلودگی خروجی کمتر
در این سیستم مخلوط سوخت – هوا تاثیر مستقیمی بر عمل تجمع گازهای خروجی از اگزوز خواهد داشت . در صورت کارکرد موتور با کمترین سطح آلودگی خروجی سیستم تشکیل مخلوط سوخت – هوا بایستی نسبت این مخلوط در حد ثابتی نگه دارد . دقت کارکرد سیستمهای ketronic امکلان ثابت نگه داشتن شکل مخلوط سوخت – هوا را فراهم آورده است .
تاریخچه سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری
استفاده از سیستمهای سوخت رسانی انژکتوری به حدود 100 سال قبل باز می گردد . Gasmotorenfabik deutz سازنده پمپهای پلانجری پاشش سوخت از سال 1898 از این سیستم ابتدایی استفاده می کرد . مدت زمانی بعد ، استفاده از سیستم و تئوری در طراحی کامپیوتر ابداع گردید و سیستم های سوخت رسانی انژکتوری بر پایه طول مدت زمان پاشش سوخت ، بوجود مد . شرکت Bosch از سال 1912 تحقیقات وسیعی را در خصوص پمپهای انژکتوری بنزینی آغاز نمود. اولین موتور هواپیمایی که از سیستم انژکتوری Bosch استفاده می کرد با قدرت 1200 اسب بخار در سال 1937 وارد تولید سری گردید . مشکلات مربوط به سیستمهای کربراتوری از قبیل یخ زدگی و نیز خطرات آتش سوزی ، باعث بوجود آمدن انگیزه بیشتری در خصوص توسعه این دانش در صنعت هوانوردی گردید .
این پیشرفت نشانگر یک دوره جدید از سیستم انژکتوری در شرکت Bosch بود ولی تا زمان کاربرد این سیستم در خودروها راه طولانی باقی مانده است . در سال 1951 برای نخستین مرتبه سیستم انژکتوری پاشش مستقیم در یک خودروی کوچک نصب گردید . چند سال بعد این سیستم در خودروی 300SL از محصولات شرکت دایملر – بنز نصب گردید . درسالهای بعد پیشرفت های حاصله در خصوص ساخت و نصب پمپ های انژکتوری مکانیکی تداوم پیدا کرد . در سال 1967 این نوع سیستم گام بزرگتری رو به جلو برداشت . ابداع اولین سیستم انژکتوری الکترونیکی بنام سیستم کنترل فشار ورودی یا D-jetronic . در سال 1973 سیستم کنترل جریان هوا بنام L-jetronic در بازار خودرو ظاهر گردید و در همان زمان سیستم کنترل مکانیکی – هیدرولیکی و نیز سیستم مجهز به سنسور جریان هوا ابداع گردید . سال 1979 مقدمه ای جهت ظهور سیستم جدید دیگری بنام Motronic بود که از خصوصیات کنترل دیجیتال کارکرد موتور ، بهره برد . این سیستم شامل سیستم L-jetronic به همراه کنترل الکترونیکی اشتعال در موتور بود ( اولین میکروپروسسور در صنعت خودرو ) . در سال 1982 سیستم K-jetronic در شکل وسیع تری که شامل مدار کنترل حلقه بسته و سنسور اکسیژن ( لامبدا ) kejetronic بود در صنعت ظهور پیدا کرد . این سیستم به همراه سیستم mono – jetronic شرکت bosch و نیز سیستم پاشش تک نقطه ای در سال 1983 در خودروهای کوچک نصب گردید . در سال 1991 بیش از 37 میلیون خودرو در سرتا سر جهان مجهز به سیستمهای انژکتوری سوخت رسانی bosch گردیدند . 6/5 میلیون در سال 1992 مجهز به سیستم مدیریتی هوشمند شدند ، هم چنین تعداد 5/2 میلیون موتور کجهز به سیستم mono – jetronic و 2 میلیون موتور مجهز به سیستم های motronic شدند . امروزه سیستم های انژکتوری سوخت رسانی یکی از اجزاء ضروری صنعت خودرو سازی شده اند .
اصول کارکرد
سیستم اشتعال جهت آغاز مرحله احتراق در مخلوط متراکم شده سوخت – هوا و در زمان معینی بکار می رود . در موتورهای احتراق – جرقه ای ، این عمل توسط قوس الکتریکی ایجاد شده ما بین دو الکترود شمع ، انجام می گیرد . اشتعال صحیح ، زمینه ای برای عملکرد مناسب سیستم مبدل کاتالیتیکی در خودروها می باشد . عدم اشتعال به موقع ، منجر به وارد آمدن خسارت به مبدل کاتالیتیکی می شود که بر اثر گرمای زیاد ناشی سوخته شدن گازهای نسوخته در داخل مبدل کاتالیتیکی حاصل می شود .
نیازمندیهای سیستم
اشتعال در مخلوط
جهت اشتعالی قابل قبول در مخلوط استوکیومتریک سوخت – هوا قوس الکتریکی با انرژی معادل mj 2/0 مورد نیاز می باشد . بسته به غنی یا فقیر بودن مخلوط سوخت – هوا مقدار این انرژی نیز متغیر خواهد بود . این ارقام بیانگر بخشی از انرژی موجود در شمع ها می باشد . اگر انرژی اشتعال به مقدار کافی تولید نشود ، اشتعالی وجود نداشته و در نتیجه مخلوط سوخت – هوا بدرستی محترق نشده ودر نتیجه باعث بدکارکردن موتور خواهد شد. به همین علت ، بایستی انرژی اشتعال به حد کافی تولید گردد تا مخلوط سوخت – هوا تحت شرایط گوناگون ، محترق گردد. مخلوط قابل اشتغال کوچکی نیز ، جهت اشتعال کل مخلوط سوخت – هوا توسط شمع ، کافی می باشد . این مخلوط قابل اشتعال پس از احتراق ، اکثرا به سایر قسمتهای مخلوط داخل سیلندر انتقال می یابد. یک مخلوط مناسب از لحاظ عدم وجود مانع در عملکرد شمع ها ، خصوصیات اشتعال را بهبود بخشیده و مدت زمان جرقه و قوس الکتریکی بین دو الکترود را افزایش داده و بزرگتر می کند. موقعیت و طول جرقه توسط ابعاد شمع تعیین می گردد. مدت زمان اشتعال توسط نوع و طراحی سیستم اشتعال و نیز شرایط اشتعال آنی سیستم کنترل می گردد.
تولید جرقه
قبل از تولید جرقه ، به یک ولتاژ کافی جهت ایجاد قوس الکتریکی مابین دو الکترود شمع مورد نیاز می باشد. هنگامی که مرحله اشتغال آغاز می گردد ، ولتاژ سرالکترودها به سرعت از مقدار صفر تا ولتاژ نهایی مورد نیاز جهت ایجاد قوس الکتریکی ما بین دو سر الکترودها ، می رسد. ( ولتاژ اشتعال )
در نقطه اشتعال ، ولتاژ شمع ، کاهش پیدا کرده و ولتاژ را در حد ثابتی نگه می دارد. مخلوط سوخت – هوا تا زمانی که قوس الکتریکی ایجاد شده مابین دو سر الکترود وجود داشته باشد . قابل احتراق خواهد بود ( مدت زمان جرقه )
سرانجام ، قوس الکتریکیر سر الکترود شمع از بین رفته و ولتاژ به آرامی به صفر باز می گردد. ( شکل 1)
تلاطم و اغتشاش در مخلوط سوخت – هوا ، باعث از بین رفتن جرقه در شمع ها شده و در نتیجه منجر به احتراق ناقص در موتور می گردد. به همین علت ، انرژی موجود در کویل بایستی به اندازه ای باشد که مرحله اشتعال در شمع ها به طور کامل انجام گیرد.
تولید ولتاژ بالا و ذخیره انرژی
در سیستمهای مولد باطری ، ایجاد ولتاژ بالا جهت ایجاد جرقه در شمع ها ، به عهده کویل می باشد. کویل ، مطلابق با نیازهای شمع ها در رابطه با تولید جرقه طراحی شده و ولتاژی بسیار بالا را به همین منظور تولید می کنند. این سیستم ، ولتاژی در حدود( کیلوولت ) kv 30 – 25 و ذخیره انرژی در حدودmj 120 – 60 را تولید می کند.
محل و زمان اشتعال
در حدود 2 میلی ثانیه از زمان جرقه تا احتراق کامل ، زمان لازم می باشد. در صورت تغییر نکردن مخلوط ، این پریود زمانی به صورت ثابت باقی خواهدماند. شمع ها بایستی جهت تولید بهترین و مناسب ترین فشاراحتراق ر تمامی شرایط کارکرد موتور ، توانایی تولید قوس الکتریکی قبل از موعد مقرر را داشته باشند. ( آوانس جرقه ) جهت روشن کرن این مطلب ، به طور خلاصه یادآوری می کنیم که تایمینگ جرقه و یا به عبارتی زمان ایجاد جرقه شمع ها مرتبط با اصلی می باشد که به آن نقطه مرگ بالا یا TDC گفته می شود .
پس از این تعریف ، تایمینگ جرقه صحیح به زاویه قبل از نقطه مرگ بالا اطلاق می شود که به آن " آوانس جرقه " می گویند . تنظیم زمان جرقه پس از نقطه مرگ بالا را " ریتارد " یا دیربودن زمان جرقه می گویند . ( شکل 2 )
تایمینگ جرقه بایستی جهت نیل به اهداف ذیل بدرستی تنظیم گردد :
-بالاترین قدرت خروجی موتور
-مصرف سوخت کمتر
-جلوگیری از بوجود آمدن پدیده ضربه در موتور
-آلودگی خروجی کمتر
در عمل بسیاری از نیازهای سیستم پاسخگوی واکنش جزء به جزء در سیستم نمی باشند و جهت نیل به این هدف بایستی تطابق بین سیستم ها را بصورت جزء به جزء بوجود آورد .
جهت تنظیم صحیح و مناسب تایمینگ جرقه برای هر شرایط مستقل ، بایستی بسیاری از عوامل را در نظر گرفت که مهمترین این فاکتورها عبارتند از : سرعت موتور ، بار موتور ، طراحی موتور ، نوع سوخت و حالت دقیق کارکرد موتور ( به طور مثال : سیستم استارت ، دور آرام موتور، حالت بار کامل … )
تنظیمات اولیه مورد نیاز جهت تطابق تایمینگ جرقه با شرایط آنی موتور ، توسط اطلاعات سرعت و بار موتور بدست می آید . نسبت تراکم های بالاتر در موتورها منجر به افزایش پدیده ضربه زنی در موتور خودروها خواهد گردید . پدیده ضربه زنی در موتورها از احتراق خود بخودی مخلوط سوخت – هوا ناشی از عدم توانایی ارسال جرقه به سایر قسمتهای مخلوط در فاز اولیه اشتعال باعث اشتعال در قسمتهای بالایی مخلوط می شود . این پدیده در اثر آوانس بیش از حد جرقه تولید می گردد .پدیده ضربه منجر به افزایش درجه حرارت محفظه احتراق شده و در نتیجه باعث اشتعال پیش از موقع و افزایش بیش از حد فشار می شود .
احتراق بی موقع و ناگهانی باعث بوجود آمدن نوسان در فشار سیستم خواهد شد . این عوامل به صورت یک نمودار اضافی بر روی الگوی فشار نرمال قرار می گیرند . در ( شکل 3 ) در این شکل تفاوت دو نوع پدیده ضربه نشان داده شده است:
– پدیده ضربه در هنگام شتاب گیری وتحت بار زیاد و در سرعتهای پایین ( صدای قابل شنیدن )
– پدیده ضربه در سرعت های بالا که در دور موتور بالا و کارکرد تحت بار بالا می باشد .
وجود پدیده ضربه در سرعت های بالا برای عملکرد موتور بسیار بحرانی می باشد و به صورت غیر قابل شنیدن در حین کارکرد موتور می باشد . هم چنین پدیده ضربه زنی همراه با صدا نیز نمی تواند منبع قابل اعتمادی جهت پی بردن به وجود این عامل در موتور باشد. به هر حال تجهیزات الکترونیکی جدید ، قادر به شناسایی دقیق این پدیده می باشند . استمرار این پدیده باعث بوجود آمدن خسارات اساسی به موتور و شمع ها می گردد . ( به طور مثال باعث آسیب دیدن واشر سر سیلندر ، یاتاقانها و بوجود آمدن حفره بر روی پیستون می شوند . )
پدیده اشتعال نیز به چنین عواملی و نیز طراحی موتور مرتبط می باشد ( به طور مثال : شکل محفظه احتراق ، شکل و آرایش مخلوط سوخت – هوا ، مسیر ورود هوا و نیز در ارتباط با کیفیت خود سوخت نیز می یباشد . )
تایمینگ جرقه و آلودگی خروجی
تاثیر فاکتور λ و نیز تامینگ جرقه در مقدار مصرف دقیق سوخت و نیز آلودگی خروجی در تصاویر 4 و 5 نمایش داده شده اند .
در ابتدا با توجه به افزایش فاکتور λ مقدار مصرف سوخت کاهش می یابد ولی پس از رسیدن مقدار λ به حدود 2/1-1/1 شروع به افزایش مجدد می کند . با افزایش فاکتور λ بیشترین و مناسب ترین زاویه آوانس جرقه نیز بدست خواهد آمد ( این مقدار برابر آوانسی می باشد مکه طی آن کمترین حد مصرف سوخت حاصل خواهد شد . ) ارتباط بین مصرف سوخت ویژه و فاکتور λ به شرح ذیل می باشد :
کاهش مقدار هوا در مخلوط غنی سوخت – هوا باعث احتراق ناقص شده و در نتیجه باعث تاخیر در احتراق ( عدم احتراق در برخی نقاط مخلوط سوخت – هوا ) و در نتیجه باعث افزایش مصرف سوخت خواهد گردید . زاویه آوانس جرقه در نسبت های بالای مقدار هوا افزایش پیدا می کند ( به علت استمرار تاخیر در انتشار شعله در حین اشتعال ) و در اینحالت تایمینگ جرقه بایستی به اندازه ی آوانس شود که این تاخیر در احتراق را جبران می کند .
افزایش اولیه در مقدار مخلوط فقیر سوخت هوا را می توان به سردبودن دیواره های محفظه احتراق نسبت داد . به علت تاثیرات این سطوح سرد اشتعال نیز دچار افت خواهد شد . مخلوط بسیار فقیر سوخت – هوا باعث تاخیر در احتراق وو نیز عدم تولید اشتعال ( جرقه ) خواهد گردید . ( پدیده ای که با افزایش فرکانس در محدوه عملکرد بدست می آید . ) در محدوده کمتر از 2/1=λ آوانس جرقه بالا ، باعث افزایش مقدار گازهای هیدروکربن ( HC ) شده ولی محدوده کارکرد را به سوی مخلوط فقیر سوق خواهد داد . به همین علت است که آوانس جرقه زیاد ، سطح پایین تری از هیدروکربن ها را در محدوده فقیر مخلوط سوخت – هوا بالاتر از 25/1 = λ تولید خواهد کرد . اکسیدهای نیتروژن الگوی کاملاً متفاوتی را دارا می باشند. با افزایش اکسیژن ( o2 ) و درجه حرارت احتراق ، مقدار خروجی اکسیدهای نیتروژن نیز افزایش پیدا خواهد کرد . در نتیجه یک منحنی قوسی مطابق شکل 5 حاصل پیدا کرد . با افزایش مقدار اکسیژن ( o2 ) و درجه حرارت مقدار 05/1 = λ نیز افزایش پیدا خواهد کرد . این الگو هم چنین تاثیر مستقیم تایمینگ جرقه را در تولید اکسید نیتروژن نمایش می دهد . مقدار خروجی گازهای نیتروژن ( NOx ) به طور مستقیم با افزایش زاویه آوانس جرقه افزایش می یابد . تلاش برای ثابت نگه داشتن گازهای خروجی درحد شرایط نرمال کاکرد موتور در محدوده 4/1-2/1= λ نیازمند دقت بیشتری در تنظیم تایمینگ جرقه می باشد . از آنجاییکه مبدلهای کاتالیتیکی ، جهت عملکرد مطلوب کنترل مخلوط سوخت – هوا را درحد 1=λ به عهده دارند ، تنها عاملی که جهت کنترل مقدار گازهای خروجی به کار می رود و می تواند مثمر ثمر واقع شود ، زاویه آوانس جرقه می باشد .
سیستم مدیریت خودرو
سیستم Motronic وظایف خود را به صورت موازی با سایر سیستمهای خودرو انجام می دهد . به طور مثال همراه با واحد کنترل انتقال قدرت اتوماتیک به جهت کاهش در گشتاور موتور ( در نتیجه کاهش استهلاک این سیستم ) عمل می کند . سیستم Motronic هم چنین ، با واحد کنترل سیستم ABC جهت افزایش ضریب ایمنی خودرو نیز بدرستی عمل خواهد کرد . سیستم شماتیک ( شکل 1 ) بیانگر شکل کلی سیستم Motronic جهت کاهش محدوده گازهای آلاینده خروجی و نیز اطلاعات مورد نیاز در سیستمهای ( ODB ) خودروهای کالیفرنیا از سال 1993 به بعد می باشد .
سیستم سوخت رسانی
تامین سوخت
سیستم تامین سوخت
سیستم تامین سوخت بایستی قادر به تامین سوخت مورد نیاز موتور ، تحت تمامی شرایط کارکرد موتور باشد . پمپ الکتریکی ، سوخت را از میان فیلتر سوخت عبور داده و آن را از بانک به سمت ریل انژکتورها و در نهایت خود انژکتورها جهت پاشش انتقال می دهد . انژکتورها سوخت به دقت اندازه گیری شده رابه داخل مافیفولد ورودی پاشش می کنند . سوخت اضافی سپس از داخل رگلاتور فشار به داخل باک بر می گرد ( شکل 1 ) رگلاتور فشار ، فشار مانیفولد ورودی رادرحد استاندارد آن ثابت نگه می دارد . این خاصیت سبب جاری شدن یکنواخت سوخت در داخل ریل گشته ( اثر خنک کنندگی ) و از بوجود آمدن حبابهای بخار در سوخت جلوگیری می کند .
در نتیجه فشار سوخت پشت انژکتورها معمولاً به طور ثابت در حد Kpa 300 ( کیلو پاسکال ) باقی می ماند . در برخی مواقع ، طراحی سیستم تامین سوخت بگونه ایست که از بوجود آمدن تلاطم در خط سوخت رسانی جلوگیری می کند.
پمپ بنزین الکتریکی
پمپ الکتریکی جریان مداومی از سوخت را از طریق باک سوخت ، تامین می کند . این پمپ هم به صورت نصب شده در داخل باک و هم به صورت نصب شده در خط سوخت رسانی موجود می باشد . استفاده از پمپ های بنزین داخل باک مرسوم تر است ( شکل 2 و 3 ) این پمپ ها در داخل باک قرار گرفته و جهت جلوگیری از بوجود آمدن حبابهای بخار در خط برگشت سوخت ، مجهز به سنسور سطح سوخت و صفحه مدور می باشند . هنگامی که پمپ در حال کارکرد می باشد ، مشکلات مربوط به گرم شدن سوخت از بین رفته و یک پمپ تقویت کننده داخل باک وظیفه تامین سوخت از داخل باک را در فشار پایین بعهده دارد . جهت حصول اطمینان از ثابت ماندن فشار در سطح مطلوب همیشه ظرفیت ماکزیمم تامین سوخت بیشتر از ماکزیمم مقدار تئوری مورد نیاز می باشد . پمپ الکتریکی توسط فرمان ارسالی از ECU فعال می شود . یک مدار حفاظتی از تحویل سوخت در هنگامی که موتور در حال سکون بوده و سوئیچ موتور نیز باز باشد جلوگیری به عمل می آورد .
طراحی سیستم
پمپ بنزین الکتریکی شامل عناصر ذیل می باشد :
– مجموعه پمپ
– موتور الکتریکی و قاب آن
موتور الکتریکی و مجموعه پمپ به طور مشترک در یک محل قرار گرفته اند بطوریکه در داخل سوخت به طور شناور می باشند . این ترتیب قرار گیری باعث ایجاد خاصیت خنک کنندگی بهتری در موتور الکتریکی می گردد . بخاطر عدم وجود اکسیژن مخلوط قابل احتراقی تشکیل نشده و در نتیجه خطر وجود انفجار و آتش سوزی در سیستم وجود ندارد . قاب انتهایی شامل رابط های الکتریکی سوپاپ مانع برگشت سوخت و رابطه های فشار در سمت پر فشار سیستم می باشد . سوپاپ مانع برگشت فشار سیستم رالحظاتی پس از خاموش شدن واحد و جهت جلوگیری از تشکیل شدن حبابهای بخار ثابت نگه می دارد . ابزار و تجهیزات متوقف کننده دیگری نیز می تواند در بخش انتهایی پمپ بکار رود .
تغییر در طراحی سیستم
بسته به نوع انتظارات از سیستم طراحیهای مختلفی را جهت برآورده کردن این نیازها می توان در نظر گرفت ( شکل 4 )
پمپ های جابجایی مثبت
شبکه چرخان ( RZP ) و پمپ های دنده داخلی ( IZP ) هر دو دسته پمپ های جابجایی مثبت طبقه بندی می شوند . هر دو نوع این پمپ ها از طریق اندازه متغیر و محفظه چرخان جهت تامین سوخت و مکش آنها از طریق تغییر در حجم عمل می کنند . هنگامیکه حجم به بیشترین مقدار خود می رسد دریچه تامین سوخت بسته شده و دریچه تخلیه باز می شود سپس سوخت تحت فشار ، با فشاری بالا به سمت بیرون تخلیه می گردد و حجم محفظه کاهش می یابد . محفظه های پمپ توسط یک مدور عمل می کنند .نیروی گریز از مرکز و فشار سوخت باعث تخلیه سریع و پر فشار سوخت در مسیر خود می گردد . نیروی گریز از مرکز مابین صفحه مدور و مسیر آن ، باعث افزایش ثابتی در حجم می گردد .
پمپ دنده داخلی شامل یک دنده محرک می باشد که در مقابل یک حلقه گریز از مرکز حرکت می کند . این دنده حلقهای دارای یک دندانه بیشتر از دنده محرک می باشد . هنگامی که این دنده شروع به چرخش می کند محفظه ای متغییر ما بین دندانه ها ایجاد می گردد . پمپ های شبکه مدور جهت ایجاد فشار سوخت بیشتر از 600 کیلو پاسکال بکار می روند در حالیکه پمپ های دنده داخلی جهت ایجاد فشار بیشتر از 400 کیلو پاسکال بکار برده می شوند .
پمپ های هیدرولیک
پمپ های محیطی و کانال جانبی جزو پمپ های هیدرو کینتیک طبقه بندی می شوند. در این پمپ ها یک وسیله پیش برنده ( ایمپلر ) ذرات سوخت را شتاب داده و از این طریق قبل از اینکه سوخت رابداخل مانیفولد هدایت کند آنها را پر فشار می کند . پمپ های محیطی و کانال جانبی از لحاظ تعداد تیغه های بزرگتر و شکل آنها با یکدیگر تفاوت دارند ( هم چنین از لحاظ قرار گیری و موقعیت نیز با یکدیگر تفاوت هایی دارند ) به هر حال پمپ های محیطی تنها قادر به ایجاد فشار در محدوده 300 کیلو پالس می باشند و از این طریق سوختی دائمی و بدون نوسان را تامین خواهند کرد . این عامل سبب ایجاد صدای کمتری در حین کارکرد این نوع پمپ ها گردیده و بازار مناسبی را در جهت نصب بر روی خودروها فراهم می نماید . پمپ های کانال جانبی تنها قادر به تولید فشار بالاتر از 100 کیلو پاسکال می باشند . یکی از مهم ترین استفاده های این پمپ ها به عنوان یک پمپ تقویت کننده در سیستمهایی می باشد که از پمپ های نوع داخل خط سوخت رسانی استفاده می کنند . از دیگر مواردکاربرد این نوع پمپ ها به عنوان مرحله اول از پمپ های دو مرحله ای نوع داخل باک حساس به مشکلات استارت و نیز در سیستم های انژکتوری پاشش تک نقطه ای می باشد .
فیلتر سوخت
آلودگیهای موجود در سوخت باعث عدم عملکرد مناسب رگلاتور فشار و انژکتورها می گردد . فیلتر به همین دلیل فیلتر سوخت در پایین پمپ الکتریکی نصب می گردد . این فیلتر شامل یک المنت کاغذی به ضخامت در حدود 10 میکرومتر می باشد . مدت زمانی تعویض بر حسب حجم فیلتر و مقدار آلودگی موجود در سوخت تعیین می شود ( شکل 5 )
ریل سوخت
سوخت از طریق ریل سوخت جریان پیدا کرده و به تمامی انژکتورها توزیع می گردد . انژکتورها در ریل سوخت قرار گرفته و در انتهای این ریل نیز رگلاتور فشار قرار دارد . ابعاد ریل سوخت رسانی جهت جلوگیری از نوسانات فشار در حین کارکرد انژکتورهای می تواند در اندازه های مختلف انتخاب شود . این عاملباعث جلوگیری از تغییر در مقدار سوخت پاشش شده از انژکتورها و در نتیجه دربار و سرعت موتور می گردد . بسته به نوع طراحی موتور و نیازمندیهای سیستم ریل سوخت از انواع مختلف فولاد ، آلومینیوم و پلاستیک ، طراحی و ساخته می شود . هم چنین ممکن است در برخی مدلها ، سوپاپ تست جهت هواگیری و سرویس سیستم تعبیه شده باشد .
رگلاتور فشار
مقدار پاشش سوخت ، بایستی دقیقاً توسط مدت زمان پاشش مشخص گردد . به همین منظور اختلاف بین فشار سوخت در ریل توزیع سوخت و فشار در مانیفولد ورودی بایستی ثابت باقی بماند . به همین دلیل ، بایستی از وسیله ای که نسبت به تغییرات فشار حساس بوده و به نحوی آن را تنظیم کند ، استفاده کرد . رگلاتور فشار ، مقدار سوخت برگشتی به باک بنزین را جهت ثابت نگه داشتن افت فشا انژکتورها ، تنظیم می کند . رگلاتور فشار در انتهای سوخت رسانی نصب می گردد تا از بوجود آمدن نوسانات در جریان سوخت در ریل جلوگیری به عمل آورد. به هر حال رگلاتور می تواند در خط برگشت سوخت نیز تعبیه شود . رگلاتور فشار به عنوان یک دیافراگم کنترل کننده فشار عمل کرده و طراحی می شود ( شکل 6 ) دیافراگم پلاستیکی – فیبری ، رگلاتور فشار را به دو ناحیه تقسیم می کند :
– محفظه سوخت
– محفظه فشار
یک فنر نگهدارنده سوپاپ را که با دیافراگم یکپارچه شده است ، تحت فشار قرار می دهد . این فشار باعث می شود تا صفحه مربوطه ، نگهدارنده سوپاپ ( نشیمنگاه ) را به داخل فشار دهد . هنگامی که فشار توسط جریان سوخت به دیافراگم نیرو وارد می کند سوپاپ باز شده و اجازه عبور جریان را مستقیماً به داخل باک بنزین میسر می سازد . این مرحلهتا زمانی که دیافراگم به حالت اولیه خود بازنگشته و فشار دو طرف آن برابر نشده باشد ادامه خواهد یافت .
یک واحد ( خط ) پنوماتیکی ما بین فنر و مانیفولد ورودی جهت تطابق و واکنش در مقابل تغییرات خلاء مانیفولد تعبیه گردیده است . در نتیجه افت فشاردر انژکتورها ثابت باقی مانده و فقط توسط نیروی فنر و سطح تماس دیافراگم مشخص می گردد .
کاهنده فشار سوخت
سیکل های کارکرد انژکتورها و تخلیه زمانی ( پریودیک ) سوخت که از خصوصیات پمپ های جابجایی مثبت می باشد ، هر دو باعث بوجود آمدن نوسانات و تغییر در فشار سوخت خواهد شد .
تحت شرایط ناخواسته بوجود آمده در سیستم پایه های نگهدارنده پمپ سوخت الکتریکی خطوط سوخت رسانی و ریل سوخت رسانی این ارتعاشات را به کل بدنه خودرو انتقال می دهند . سر و صدای ناشی از این ارتعاشات را می توان با طراحی مناسب المنت پایه ها ( نگهدارنده ) و نیز بکاربردن کاهنده های فشار سوخت ، کاهش داد . ساختمان و شکل کلی کاهنده های فشار ( شکل 7 ) مشابه رگلاتور فشار می باشد در هر دو مورد ، نیاز جهت جابجایی دیافراگم از نشیمنگاه آن ، مطابق با فشار سوخت جهت عملکرد سیستم محاسبه می گردد .
این عمل سبب ایجاد محفظه سوخت متغیر می گرد که سوخت را قبول کرده و سپس آن را در زمانیکه فشار افت پیدا می کند ، تخلیه می کند . محفظه فنر می تواند به صورت مستقر در خط خلائی مانیفولد قرار گیرد که در این صورت تحت شرایط گوناگون کارکرد در صورت وجود نوسانات در فشار مطلق سوخت ، نیز عمل خواهد کرد . کاهنده فشار ، هم چنین ، تغییر پذیری نصب رگلاتور فشار را نیز آسان تر کرده ، بطوریکه می تواند هم در ریل سوخت و هم در خط برگشت سوخت قرار گیرد .
سیستم پاشش سوخت
تقاضا جهت رانندگی راحت و حرکت روان موتور و نیز از طرفی آلودگی خروجی کمتر در خودروها لزوم وجود سیستمی که تامین دقیق سوخت مورد نیاز موتور را در هر سیکل کارکرد مستقل به طور صحیح انجام دهد ، بیش از پیش ضروری می کرد . مقدار کاملاً دقیق و اندازه گیری شده ای از سوخت می بایست با مقدار متناسبی هوای ورودی جهت تشکیل این مخلوط ، به داخل محفظه احتراق پاشیده می شد . امروزه ، تایمینگ صحیح پاشش نیز به نیازهای بالا افزوده شده است . به همین علت هر سیلندری بطور مجزا ، مجهز به یک انژکتور الکترومغناطیسی گردیده است . انژکتورها مقدار کاملاً دقیقی از سوخت را در فواصل زمانی دقیق که توسط ECU کنترل می شود بهداخل سیلندر ورودی ( از طریق سوپاپ ورودی ) پاشش می کنند . مشکلات مربوط به تغلیظ سوخت در دیوارهای سیلندر که منجر به نوسانات و تغییر در مقدار ( λ ) می گردید ، در این سیستم وجود ندارد . به علت مانیفولد ورودی فقط هوای مورد نیاز جهت احتراق را هدایت می کند طراحی و آرایش آن بر اساس نیازمندیهای جریان گاز دینامیکی تغییر می کند .
انژکتور الکترومغناطیسی
انژکتور الکترومغناطیسی شامل یم آرمیچر سولونئیدی می باشد که در سوزن انژکتور واقع شده ( تصاویر 8 و 9 ) و با دقت در میان بدنه مرتبط حرکت می کند . هنگامیکه مجموعه بدون فعالیت می باشد ( پاششی صورت نمی گیرد ) ، فنر انژکتور سوزن را به داخل فشرده و محل عبور جریان رااز دریچه خروجی مسدود می کند . هنگامی که جریان به سیم پیچ می رسد آرمیچر سولونئیدی در حدود m µ 100-60 افزایش پیدا کرده و سوزن انژکتور را به سمت بالا می کشد و سپس جریان سوخت از دریچه کالیبر شده عبور خواهد کرد . زمان مورد نیاز جها فعالیت سیستم ها بین 8/1-5/1 ( میلی ثانیه ) و فرکانس تقریبی ( هرتز ) HZ 125-3 بسته به نوع پاشش و شرایط سرعت و بار موتور می باشد. انواع مختلفی از انژکتورها جهت حصول نیازمندیهای سیستم طراحی گردیده اند :
کویل
اصول عملکرد
کویل انرژی اشتعالی را در خود ذخیره کرده و ولتاژ بالایی را جهخت ایجاد جرقه در سر شمع ها تولید می کند .
طراحی و اصول کارکرد
کویل الکترونیکی مطابق قانون القاء عمل می کند . این مجموعه شامل دو سیم پیچ مغناطیسی می باشد ( سیم پیچ های اولیه و ثانویه )
انرژی ذخیره شده در حوزه مغناطیسی سیم پیچ اولیه به سمت سیم پیچ ثانویه انتقال خواهد یافت . نسبت انتقال برای جریان و ولتاژ ارتباط مستقیمی با تعداد سیم پیچ های اولیه و ثانویه کویل دارد . ( شکل 1 )
کویل های مدرن امروزی شامل صفحات تکی و نیز قاب پلاستیکی می باشند . سیم پیچ اولیه به دور بوبینی که مستقیماً برروی هسته مرکزی قرار دارد ، پیچیده شده است . افزایش قوس الکتریکی متناسب با شکل دیسک و محفظه سیم پیچ می باشد . قاب کویل توسط رزینهای اپوکسی و جهت ایجاد یک عایق مناسب ما بین دو سیم پیچ و نیز سیم پیچ ها با هسته مرکزی پر شده است .
تقسیم ولتاژ
تقسیم چرخشی ولتاژ
در سیستم های اشتعال معمولی ( قراردادی ) ، ولتاژ بالای ایجاد شده در کویل توسط یک مقسم ( دلکو ) مکانیکی به هر سیلندری انتقال می یابد . به علت استفاده سیستم Motronic از سیستم های الکترونیکی جهت تنظیم عملکردهای فرعی مقسم ( دلکو ) ساختمان و طرز کار مقسم ( دلکو ) می تواند به صورت ساده تری نیز درآید .
اجزای مستقل مقسم های ( دلکو ) ولتاژ بالا عبارتند از :
– محفظه عایق
– روتور به همراه مقاومت
– قاب مقسم ( دلکو ) و ترمینالهای تخلیه ( دشارژر )
دلکوهای ولتاژ بالا در محدوده مناسبی از زاویه داول و نیز نسبت صحیح با تعداد سیلندرها ، بهترین عملکرد خود راارائه می دهند . با تنظیم روتور را می توان محدوده مناسبی را برای موتورهای شش سیلندر فراهم آورد ولی در موتورهای هشت سیلندر به دو واحد چهار سیلندر نیاز می باشد .
تقسیم ثابت ولتاژ
تقسیم ولتاژ ثابت یا الکترونیکی به دو نوع تقسیم می شود :
1- سیستم کوئل های تک جرقه ای
هر سیلندر به طور مجزا دارای یک کویل و یک خروجی می باشد که سیستم Motronic نقطه اشتعال مناسبی را جهت هر کدام از سیلندرها فراهم می کند . بهترین موقعیت نصب ، دقیقاً در بالای شمع می باشد . دلکوهای ثابت با سیستم کویل تک جرقه ای ، برای تعداد سیلندرهای مجزا می باشد در این نوع سیستم محدودیتی در تنظیم آوانس جرقه وجود ندارد . لازم به ذکر است که جهت هماهنگی بیشتر سیستم ، از سنسور میل سوپاپ ( شکل 2 ) استفاده می شود .
2- سیستم کوئل های دو جرقه ای
سیستم کویل تکی با یک خروجی اشتعال ، جهت موتورهای دو سیلندر بکار می روند . هر انتهای سیم پیچ ثانویه به یک سر شمع متصل می باشد . سیلندرها به ترتیبی انتخاب می شوند که مرحله تراکم در یک سیلندر هم زمان با مرحله تخلیه در سیلندر دیگر می باشد . هنگامی که اشتعال رخ می دهد جرقه و قوس الکتریکی در هر دو شمع ایجاد می گردد . جهت جلوگیری از عدم اشتعال گازهای باقی مانده در سیلندر و نیز گازهای ورودی در حین مرحله تخلیه محدودیت کوچکی در زاویه آوانس جرقه وجود دارد . این سیستم بر خلاف سیستم کویل تک جرقه ای از سنسور میل سوپاپ استفاده نمی کند ( شکل 3 )
سنسور جریان هوا
سنسور جریان هوا مابین فیلتر هوا و دریچه گاز قرار گرفته و نسبت جریان حجمی هوای وارد شده بدال موتور را مشخص می کند . نیروی جریان هوا در مقابل نیروی ثابت برگشت فنر عمل کرده و زاویه تغییر پره هوا توسط پتانسیومتر اندازه گیری می شود . ولتاژ پتانسیومتر جهت مقایسه آن با ولتاژ اولیه به واحد ECU انتقال داده می شود . ولتاژ نهایی محاسبه شده به عنوان مرجعی جهت نسبت جریان حجمی هوای القا شده بکار می رود . واحد ECU پس از جمع آوری این اطلاعات نیازمندیهای سیستم را با توجه به تاثیرات تغییر ولتاژ پتانسیومتر فراهم می آورد . ( شکل 1 )
جهت جلوگیری از ایجاد نوسانات و تغییر در جریان حجم هوای ورودی ، سیستم ضربه گیر حجمی نیز به این سیستم اضافه شده است . سنسور جریان هوا ، هم چنین مجهز به سنسوردرجه حرارت نیز می باشد . این سنسور مقدار مقاومت حساس به درجه حرارت را به واحد کنترل ECU ارسال کرده و افزایش چگالی هوا را با توجه به تغییرات درجه حرارت هوای ورودی محاسبه می کند . سنسور جریان هوا هم اکنون در بسیاری از تولیداتی که از سیستم های Motronic و L-jetronic استفاده می کنند ، وجود دارد . سنسورهای بار ، که در ذیل توضیح داده خواهند شد ، در آینده جایگزین سنسور جریان هوا و کنترل پره خواهند شد .
جرم سنج هوا با سیستم سیم داغ
المنت گرمایی بکار برده شده در این سیستم ، یک سیم پلاتینی با قطر 70 میکرومتر می باشد . سنسور درجه حرارت به صورت یکپارچه با این سیستم درآمده و اطلاعات مربوط به تغییر درجه حرارت را در هوای ورودی فراهم می کند .
– اجزاء اصلی مدار کنترل عبارتند از یک مدار پلی و یک آمپلی فایر
سیمداغ و سنسور درجه حرارت هوای ورودی هر دو به عنوان مقاومت های حساس به درجه حرارت در این مدار عمل می کنند . ( شکل 2 الی 4 ) جریان گرم شونده ولتاژی را متناوب با جریان هوا تولید کرده و این سیگنال را به ECU انتقال می دهد .
جهت جلوگیری از جمع شدن وانباشته شدن ضایعات بر روی سیم پلاتینی ، سیم به مدت یک ثانیه پس از خاموش شدن سوئیچ موتور روشن مانده ئو ضایعات موجود بر روی آن تبخیر کرده و ازبین می برد .
جریان سنج هوا توسط سیستم فیلم داغ
المنت گرمایی موجود در این سیستم از نوع مقاومت پلاتینی می باشد که بر روی یک صفحه سرامیکی به همراه سایر المنت ها در مدار پلی قرار گرفته است . درجه حرارت آن توسط یک مقاومت حساس به گرما ( یا جریان هوا ) اندازه گیری می گردد . جدا کردن المنت گرمایی و سنسور جریان ، طراحی مدار کنترل را ساده تر خواهد کرد . برش های اره ای جهت جدا کردن المنت گرمایی و سنسور جریان ، طراحی مدار کنترل را ساده تر خواهد کرد . برش های اره ای جهت جدا کردن المنت گرمایی و سنسور جریان درجه حرارت هوای ورودی بکار می روند . مدار کامل کنترل در یک لایه تکی قرار گرفته است . ولتاژ المنت به عنوان مرجعی برای مقدار جریان هوا بکار می رود . این سیستم ، سپس ولتاژ حاصل شده را به اطلاعات مورد نیاز جهت ECU تبدیل می کند . ( شکل 7 )
با دانستن این مطلب که بیشتر ضایعات و آلودگیها بر روی لبه انتهایی سنسور قرار می گیرند المنت های منتقل کننده گرمایی در پایین دست جریان و در لایه سرامیکی آن قرار داده شده اند . این المنت ها هم چنین جهت جلوگیری از نفوذ این ضایعات در جریان احاطه شده سنسور بکار می روند .
سنسور فشار مانیفولد ورودی
یک مسیر پنوماتیکی ، مانیفولد ورودی را به سنسور فشار متصل می کند و این سنسور فشار مطلق داخل مانیفولد را مشخص می کند . این واحد به صورت یک مجموعه قابل نصب بر ECU و یا یک سنسور واقع در مانیفولد ورودی نیز بکار می رود . شیلنگی این واحد را به مانیفولد متصل می سازد . این سنسور به دو قسمت سلول ( شبکه ) فشار با دو المنت سنسور و یک محفظه جهت ارزیابی مدار بکار می رود . این دو قسمت بر روی لایه سرامیکی قرار گرفته اند . ( شکل 8 ) المنت شامل دیاگرام با لایه ضخیم منحنی شکل به همراه یک مرجع حجم با فشار داخلی معین می باشد . تغییر شکل دیا فراگم توسط فشار داخلی مانیفولد ورودی مشخص گردد . تعدادی از مقاومت ها در دیاگرام مشخص شده اند . مقدار رسانایی این المنت ها ( سنسورها ) با توجه به مقدار کشش مکانیکی تغییر پیدا می کند . این مقاومت ها در مدار پلی قرار گرفته اند ، بطوریکه هر تغییر شکلی در دیافراگم منتهی به تغییر در بالانس مدار پل می گردد . ولتاژ مدار به عنوان مرجعی جهت فشار مانیفولد ورودی بکار می رود . ( شکل 9 )
مدار ارزیابی ولتاژ حاصل را تقویت کرده و تاثیرات درجه حرارت را جبران کرده و منحنی فشار را به صورت خطی تبدیل می کند . سیگنال خروجی از مدار ارزیابی ، سپس به سمت ECU منتقل می گردد .
سنسور دریچه گاز
این سنسور ، سیگنالی را بر اساس تغییر زاویه درچه گاز به ECU ارسال می کند . این سیگنال اطلاعاتی مانند عملگرهای دینامیکی ، تشخیص مقدار بار سیستم ( دور آرام ، بار کامل و نیم بار ) و ذخیره اطلاعات کمکی و استفاده از آن در صورت خرابی سنسور اصلی را شامل می شود . سنسور دریچه گاز بر روی مجموعه دریچه گاز قرار گرفته است . بطوریکه بر روی شفت هم محور با دریچه گاز می باشد . یک پتانسیومتر ، تغییر زاویه پره دریچه گاز را مشخص کرده و نسبت ولتاژی را از طریق یک مدار مقاومتی به ECU انتقال می دهد ( شکل 10 و 11 )
جهت مشخص کردن دقیق بار سیستم از دو پتانسیومتر یکپارچه شده ، استفاده می شود . واحد کنترل مقدار حجم هوای ورودی را توسط مقدار زاویه دریچه گاز و سرعت موتور ، محاسبه می کند . اطلاعات ارسالی از سنسورهای درجه حرارت ، این امکان را به واحد کنترل می دهند تا تغییرات در مقدار حجم هوای ورودی رابا توجه به تغییر درجه حرارت جبران کند .
شرایط کارکرد سیستم
استارت
محاسبات ویژه ای جهت مشخص نمودن مقدار پاشش سوخت در خلال مدت مرحله استارت انجام می گیرد . هم چنین تایمینگ ( زمان ) پاشش ویژه ای نیز جهت شروع مرحله پاشش بایستی وجود داشته باشد . مقدار پاشش سوخت مطابق با درجه حرارت موتور افزایش می یابد تا ساختار فیلم موجود از سوخت را بر روی مانیفولد ارتقاء دهد .
بدین طریق نیازمندیهای سیستم در رابطه با افزایش مقدار سوخت جهت افزایش سرعت ، به راحتی جبران می شود . به محض اینکه موتور ، استارت خورد ، مقدار سوخت اضافی در ابتدای مرحله استارت کم شده و پس از روشن شدن کامل و پایان مرحله استارت این مقدار سوخت اضافی به طور کامل قطع می شود . زاویه آوانس جرقه با توجه به درجه حرارت و سرعت موتور جهت مرحله استارت زنی بطور خودکار تنظیم می گردد .
مرحله بعد از استارت
در این مرحله مقدار سوخت اضافی که توسط مدار مکمل تهیه می شود ، کاهش خواهد یافت . مقدار کاهش بر اساس درجه حرارت موتور و زمان سپری شده از مرحله شروع بکار استارت صورت می گیرد . زاویه آوانس جرقه ، جهت تصحیح مقدار سوخت و شرایط مختلف کارکرد سیستم ، تنظیم می شود . این مرحله پس از انتقال به مرحله گرم شدن موتور از حرکت باز می ایستد .
مرحله گرم شدن
مراحل مختلفی بسته به نوع طراحی موتور کنترل خروجی آن ، در فاز گرم شدن بکار برده می شود . معیارهای اصلی در این سیستم جهت کنترل عبارتند از : قابلیت رانندگی بهتر ، کاهش آلودگی و صرفه جویی در مصرف سوخت .
تاخیر در تایمینگ جرقه باعث افزایش درجه حرارت گازهای خروجی گردیده و مرحله گرم شدن ضعیفی را به وجود می آورد ، هم چنین استفاده از مخلوط غنی و پاشش کمکی هوا ، درجه حرارت گازهای خروجی راافزایش خواهد داد .
در این حالت هوا به پایین دست سیستم خروجی پاشیده شده و مدت زمان پس از مرحله استارت را کاهش می دهد . پمپ هوا ، وظیفه تامین مقدار هوای کمکی را به عهده دارد .
هنگامیکه درجه حرارت به اندازه کافی بالا باشد ، این مقدار هوای اضافی اکسیداسیون گازهای هیدروکربن ( HC ) و CO در سیستم خروجی راانجام داده و به طور همزمان درجه حرارت مطلوب خروجی را تامین می کند . ( شکل 1 )
هر دو مورد اندازه گیریها ، جهت عملکرد بهینه مبدل کاتالیتیکی بکار می رود . تنظیمات زاویه آوانس جرقه و زمان پاشش با دور آرام بالای موتور ، همراه شده و این موارد توسط یک پمپ ویژه هوا و کاهش زمان پس از استارت در مبدل کاتالیتیکی انجام می گیرد . هنگامی که مبدل کاتالیتیکی به درجه حرارت کارکرد خود می رسد ، مقدار پاشش در حد 1= λ تنظیم شده و این مرحله با تنظیم زاویه اشتعال همراه می گردد .
تصحیح ضرائب مرحله انتقال
شتابگیری / کاهش شتاب
قسمتی از سوخت که بداخل مانیفولد ورودی پاشیده می شود ، قادر به رسیدن به داخل سیلندر در زمان شروع مرحله بعدی احتراق نمی باشد . این قسمت از سوخت، لایه ای را بر روی سیلندر ایجاد کرده و مقدار واقعی سوخت در این لایه باقیمانده و جهت بارهای موتور به خوبی شروع بکار کرده و مدت زمان پاشش سوخت از انژکتورها را افزایش می دهد . قسمتی از سوخت در هنگامیکه دریچه گاز گشوده می شود ، جهت این لایه فیلم بکار می رود . مقدار مکملی از سوخت جهت پاسخگویی در برابر تغییرات بار سیستم و جلوگیری از کمبود سوخت ، دوباره شروع به پاشش خواهد کرد . مقدار سوخت مکملی که پاشیده شده است در دیواره ها باقی مانده و در طی کاهش بار سیستم مصرف خواهد شد . زمان پاشش در پاسخ به کاهش سوخت در طی مرحله کاهش شتاب ، کاهش خواهد یافت .
قطع سوخت در هنگام شتاب بیشتر از حد / تجدید جریان سوخت
هنگامی که دریچه گاز بسته می شود پاشش سوخت به منظور کاهش مصرف سوخت و کم کردن گازهای آلاینده خروجی قطع می شود . قطع پاشش سوخت زودتر از کاهش در زاویه آوانس جرقه و به جهت کم کردن گشتاور در خلال مدت مرحله انتقالی انجام می گیرد . زمانی که فعالیت مجدد مرحله سرعت آغاز می گردد . پاشش سوخت دوباره فعال می شود . سرعت های مختلفی در حافظه واحد کنترل ECU ذخیره شده و این سرعت مطابق با پارامترهای متلفی نظیر درجه حرارت موتور ، دور موتور محاسبه شده و از افت سرعت موتور بدون توجه به شرایط کارکرد ، جلوگیری می نماید .
هنگامی که پاشش سوخت دوباره شروع به فعالیت می کند ، سوخت مکملی جهت ساخته شدن دوباره سوخت در دیواره ها بهداخل سیلندر پاشیده شده و زاویه آوانس جرقه نیز جهت افزایش گشتاور ، تنظیم می شود .
کنترل حلقه بسته در دور آرام موتور
سوخت در دور آرام موتور توسط بازده موتور و نیز سرعت در دور آرام مشخص می گردد . قسمت عمده سوخت مصرف شده در خودروها و در ترافیک های سنگین داخل شهرها در دور آرام موتور انجام می گیرد . دور آرام موتور در چنین حالاتی و به جهت کاهش مصرف سوخت ، بایستی پایین تری سرعت خود را داشته باشد ، ولی این بدان معنی نیست که در صورت افت سرعت در دور آرام ، موتور شرایط عادی کارکرد خود را ( نظیر ریپ زدن ، بد کارکردن و … ) در هنگام ورود بارهای جانبی نظیر تجهیزات الکتریکی ، کولر ، انتقال قدرت اتوماتیک ، فرمان هیدرولیک ، از دست بدهد . )
عیب یابی سیستم
سیستم های سوخت رسانی انژکتوری توسط واحد کنترل الکترونیکی و سیستم های الکتریکی کنترل می شوند که امکان عیب یابی را در دو مبحث الکترونیکی و سیستم انژکتوری مهیا می سازد . قبل از بازرسی و بازدید سیستم جهت عیب یابی ابتدا چند دقیقه ای را با مالک خودرو در خصوص مشاهدات صورت گرفته صحبت کنید . مالک خودرو بهترین منبع شناسایی عیب به خصوص در عیوب موقتی خودرو می باشد . در خلال صحبت با مالک خودرو می توانید از نوع عیب و مواقع رخداد آن آگاه شده و سریعاً به نتیجه مطلوب برسید . استفاده صحیح و دقیق از دستگاه عیب یابی و توجه به سه عامل ذکر شده ذیل بسیاری از مشکلات موجود در سیستم های انژکتوری را بر طرف خواهد کرد :
1- مخلوط مناسب سوخت و هوا
2- فشار کمپرس موتور
3- تایمینگ جرقه صحیح و انتخاب و کارکرد مناسب شمع ها
– نکته مهم : 1- واحد کنترل ECU در صورت عدم مشاهده کد خطا و یا وجود قطعه معیوب در سیستم مورد بازدید قرار گرفته و در صورت نیاز تعویض شود .
2- در هنگام بازدید و بررسی قطعات ، تمامی اتصالات و کانکتورها و سیم کشی مربوطه را بازدید کنید .
3- برخی از معایب موجود در سیستم ، ممکن است توسط دستگاه عیب یابی مشخص نگردند در این مواقع استفاده از جداول عیب یابی صفحات بعد تا حدود زیادی در رفع عیب سیستم موثر واقع خواهد شد .
بازدید اولیه سیستم
در صورت عدم مشاهده وجود عیب توسط دستگاه عیب یاب ، موارد ذکر شده ذیل را به ترتیب اولویت انجام دهید . گاهی اوقات انجام مراحل ذکر شده ذیل قبل از شروع عیب یابی سیستم امکان شناسایی سریع تر مشکل را مهیا می سازد.
1