جترونيك يك سيستم تزريق سوخت تك نقطه اي )كم فشار) با كنترل الكترونيكي براي موتورهاي 4 سيلندر است.
مونو – جترونيك يك سيستم تزريق سوخت تك نقطه اي (كم فشار) با كنترل الكترونيكي براي موتورهاي 4 سيلندر است. در مقايسه با سيستم هاي تزريق چند نقطه اي مانند كايي-جترونيك يا لل-جترونيك كه هر سيلندر يك انزكتور جداگانه دارد در طرح منو-جترونيك فقط يك انزكتور الكتريكي (با استقرار الكتريكي) وجود دارد
قلب منو جترونيك واحد تزريق مركزي است كه در ادامه تشريح خواهد شد اين واحد از يك انزكتور با كارانداز سولئوئيدي براي تزريق متناوب سوخت بر روي دريچه گاز بهره مي گيرد
در اين طرح مانيفولد هوا سوخت را بين هر يك از سيلندرها توزيع ميكند .مونو-جترونيك طيف وسيعي از سنسورهاي مختلف را براي كنترل عملكرد موتور و تدارك پارامترهاي كنترلي لازم به منظور تبديل بهينه نسبت اختلاط به خدمت مي گيرد اين پارامتر ها عبارتند از:
- زاويه دريچه گاز
- سرعت موتور
- دماي موتور و دماي هواي ورودي به مانيفود
- موقعيت هاي دريچه گاز (هرزگردي- بار كامل(
- مقدار اكسيژن موجود در گازهاي اگروز
علاوه بر اين ها بسته به تجهيزات بكار رفته در خودرو ممكن است موارد زير نيز در كنترل نسبت اختلاط مؤثر باشند:
- وضعيت درگيري در گيربكس اتوماتيك D يا N
- وضعيت درگيري كلاچ كمپرسور كولر (درگير يا آزاد(
در مونو- جترونيك مدارات ورودي در ECU داده هاي سنسورها را براي انتقال به ميكروپرسور (ريزپردازنده) از مقادير آنالوگ به مقادير ديجيتال تبديل مي كنند. سپس داده هاي عملياتي در ميكروپروسسور به منظور تعيين شرايط عملياتي جاري موتور پردازش مي شوند. اين اطلاعات مبناي محاسبه سيگنال هاي لازم براي كنترل عناصر نهايي (كاراندازها) خواهند بود.
در مرحله بعد آمپلي فايرهاي خروجي سيگنال هاي توليد شده را براي انتقال به انژكتورها، كارانداز دريچه گاز و سوپاپ مربوط به جعبه جمع آوري سوخت هاي تبخير شده (عناصر نهايي) تقويت مي كنند
نسخه هاي مختلف مونو- جترونيك
توضيحاتي كه در ادامه ارائه مي گردد عملكرد نوعي سيستم مونو- جترونيك و نحوه استقرار عناصر مختلف آن است. البته نسخه هاي ديگري از اين سيستم براي دستيابي به اهداف ويژه ايي كه سازندگان خودروهاي مختلف تعيين مي كنند، وجود دارد.
سيستم مونو- جترويك وظايف مستقل زير را بر عهده دارد:
- جمع آوري داده هاي عملياتي
- پردازش داده هاي عملياتي
- تنظيم و تزريق سوخت
مأموريت اصلي
مأموريت اصلي سيستم مونو- جترونيك كنترل فرآيند تزريق سوخت است.
مأموريت هاي كمكي
مونو- جترونيك هم چنين چند مأموريت كمكي ديگر شامل كنترل هاي حلقه بسته و حلقه باز را بر عهده دارد كه به كمك آن ها عملكرد قطعات مرتبط با انتشار آلاينده ها را كنترل مي كند. اين وظايف شامل كنترل سرعت هرزگردي، كنترل حلقه بسته لاندا و سيستم كنترل حلقه باز آلاينده هاي تبخيرشونده است.
سوخت رساني
سيستم سوخت رساني وظيفه دارد سوخت را از باك به انژكتور الكتريكي برساند.
تحويل سوخت
پمپ الكتريكي به صورت پيوسته سوخت را از باك و از طريق فيلتر به واحد تزريق مركزي ارسال مي كند. پمپ هاي الكتريكي را مي توان هم در باك و هم در خارج باك مستقر كرد.
پمپ هايي كه در خارج باك قرار مي گيرند در مدار سوخت رساني بر روي يك ورق فرم دار از بدنه خودرو بين باك و فيلتر نصب مي شوند.
مونو- جترونيك معمولاً از پمپ داخل باك بهره مي گيرد. اين پمپ در داخل باك معمولاً بر روي يك نگهدارنده مخصوص مستقر مي شود. اين نگهدارنده شامل يك فيلتر اضافي در سمت ورودي پمپ، يك شاخص سطح سوخت و يك كاسه مدور است كه به عنوان مخزن عمل مي كند. علاوه بر اين ها نگهدارنده پمپ اتصالات الكتريكي و هيدروليكي مورد نياز پمپ را نيز در بر دارد.
پمپ سوخت الكتريكي
پمپ و موتور الكتريكي در داخل يك محفظه مشترك قرار دارند. سوخت به طور پيوسته در اطراف پمپ و موتور جريان دارد تا آنها را خنك نمايد. با توجه به اين كه ضرورتي براي آب بندي دقيق بين پمپ و موتور وجود ندارد لذا عملكرد موتور الكتريكي بهتر خواهد شد. از آن جا كه هيچ وقت مخلوط قابل اشتعال در داخل موتور تشكيل نمي شود، بنابراين خطري از نظر انفجار وجود ندارد. درپوش سمت خروجي پمپ حاوي اتصالات الكتريكي، سوپاپ يك طرفه و اتصال پرفشار هيدروليكي است. سوپاپ يك طرفه پس از آن كه پمپ غيرفعال مي شود، فشار اوليه داخل سيستم را براي مدت زمان محدودي حفظ مي كند، كه اين امر از تشيكل حباب در صورت گرم بودن سوخت جلوگيري مي كند. علاوه بر اين درپوش خروجي پمپ مي تواند شامل قطعاتي براي حذف تداخل الكترومغناطيسي باشد
پمپي كه ساختمان آن در بالا تشريح شد رايج ترين پمپ در سيستم مونو- جترونيك است. عملكرد اين پمپ در سيستم هايي كه فشار اوليه آن ها كم است بسيار مطلوب مي باشد. پمپ مذكور از نوح جرياني و دو مرحله اي است، بدين ترتيب كه يك پمپ با كانال جانبي به عنوان پمپ مقدماتي (مرحله مقدماتي) و يك پمپ توربيني به عنوان پمپ اصلي مورد استفاده قرار گرفته اند. براي هر دو مرحله از يك ايمپلر مشترك استفاده مي گردد.
مدار بخش مقدماتي پمپ داراي يك كانال جانبي در هر دو طرف ايمپلر مي باشد به طوري كه يك كانال بر روي درپوش پمپ و كانال ديگر بر روي محفظه پمپ قرار دارد. انرژي جنبشي سوخت كه به وسيله چرخش تيغه هاي ايمپلر ايجاد شده است، در كانال هاي جانبي به انرژي فشاري تبديل مي گردد. سوخت در انتهاي اين كانال ها جمع شده و از مرحله مقدماتي خارج و وارد بخش اصلي مي شود. يك مجراي فراگيري در محل خروجي كانال جنبي بين مرحله مقدماتي و مرحله اصلي پيش بيني شده است. سوخت اضافي به همراه حباب هايي كه ممكن است تشكيل شوند پيوسته از طريق اين مجرا به داخل تانك برگشت داده مي شوند.
مرحله اصلي و مقدماتي دقيقاً يكسان عمل مي كنند. اختلاف اصلي در طرح چرخ ايمپلر و شكل كانال هايي است كه طرفين تيغه ها را دور تا دور احاطه مي كنند. در انتهاي كانال مربوطه به مرحله اصلي قطعه اي براي تخليه سريع وجود دارد. اين قطعه به شكل يك صفحه ديافراگمي است كه مجرايي را بر روي درپوش ورودي مي بندد و به عنوان سوپاپ تخليه عمل مي كند
هنگامي كه سوپاپ تخليه بسته باشد، سوخت به داخل محفظه موتور الكتريكي فشرده شده و از آن جا از طريق سوپاپ يك طرفه به داخل مدار ارسال مي گردد. در دماهاي زياد از آن جا كه حبابي هاي بخار سوخت قبلاً حذف شده اند، عملكرد اين پمپ با توجه به خصوصيات عالي ارسال سوخت و بي صدايي و ثبات آن بسيار مشهود و برجسته است. مزيت ديگر پمپ نوع جرياني مربوط به خاصيت ارسال آن ها است كه تقريباً فشاري بدون نوسان تدارك مي بينند. اين ويژگي علاوه بر اين در عملكرد آرام پمپ نيز مؤثر است.
فيلتراسيون سوخت
سوخت حاوي آلودگي و ناخالصي مي تواند عملكرد صحيح انژكتور و رگلاتور فشار را مختل كند. بنابراين يك فيلتر در خط سوخت رساني بين پمپ الكتريكي و واحد مركزي تزريق ترجيحاً در زير خودرو و در محلي كه از برخورد سنگ حفاظت شود، نصب مي گردد.
فيلتر سوخت
فيلتر سوخت از نوع كاغذي است. المان كاغذي فيلتر داراي منافذي به قطر متوسط 15 ميكرومتر مي باشد و شامل يك لوله كاغذي با كناره هاي آب بندي شده است. به منظور جداسازي كامل طرف آلوده المان فيلتر از طرف تميز آن، لبه هاي المان كاغذي به محفظه فيلتر كه از يك ماده پلاستيكي فشرده ساخته مي شود، جوش مي گردد. لوله كاغذي به وسيله يك درپوش و به كمك يك پايه در مركز درپوش نگهداشته مي شود. عمر خدمتي فيلتر بر حسب ميزان آلودگي و حجم فيلتر معمولاً بين 30000 تا 80000 كيلومتر است.
كنترل فشار سوخت
وظيفه رگلاتور اين است كه اختلاف بين فشار خط سوخت و فشار در محل نازل انژكتور (مانيفولد ورودي( را در حدود kpa100 (يك صد كيلوپاسكال) تثبيت كند. در سيستم مونو- جترونيك، رگلاتور بخشي از مدار هيدروليكي مجتمع شده واحد تزريق مركزي است.
رگلاتور فشار
در اين رگلاتور يك ديافراگم لاستيكي محفظه رگلاتور را به دو ناحيه پائيني )محفظه سوخت) و بالايي (محفظه فنر) تقسيم مي كند. از طرف فنر مارپيچي فشاري بر ديافراگم اعمال مي شود. يك صفحه سوپاپ متحرك كه از طريق يك نگهدارنده به ديافراگم متصل شده است به وسيله فنر بر نشيمنگاه خود فشرده مي شود (سوپاپ با نشيمنگاه تخت(.
هنگامي كه نيروي حاصل از فشار مؤثر سوخت روي سطح سوپاپ، بر نيروي فنر غلبه كند، سوپاپ صفحه اي به آرامي از محل خود بلند مي شود، در نتيجه سوخت اضافي مي تواند به باك مراجعت كند. در اين وضعيت تعادل، اختلاف فشار بين محفظه هاي بالايي و پائيني رگلاتور معادل 100 كيلو پاسكال خواهد بود.
مجاري تخليه موجود در محفظه فنر، فشار داخلي اين محفظه را مطابق با فشار در محل نازل انژكتور تثبيت مي كند. ميزان بلند شدن صفحه سوپاپ بر حسب مقدار سوخت ارسالي و مقدار سوختي كه عملاً مورد نياز است تغيير مي كند.
مشخصات فنر و سطح ديافراگم طوري انتخاب مي شوند كه در محدوده وسيع ارسال سوخت (كمترين ارسال تا بيشترين ارسال) فشار سوخت داراي يك تولرانس كوچك و ثابت باشد. هنگامي كه موتور خاموش مي شود، ارسال سوخت نيز متوقف مي گردد. سپس سوپاپ يك طرفه داخل پمپ الكتريكي بسته مي شود (سوپاپ رگلاتور فشار نيز بسته مي شود) و فشار در داخل خط سوخت رساني براي مدت زمان معيني ثابت مي ماند.
با بهره گيري از اين طرح امكان تشكيل حباب هاي بخار سوخت در نتيجه افزايش دما هنگام توقف عملكرد سيستم به شكل مؤثري منتفي مي شود. بنابراين مشكلات مربوط به روشن كردن موتور داغ مرتفع مي گردد.
كنترل انتشار آلاينده هاي تبخيري
به منظور كاهش انتشار تركيبات هيدروكربن (يخار بنزين) در فضا، قوانين وضع شده در چند كشور خروج بخارات سوخت از باك و انتشار آن در اتمسفر را ممنوع كرده است (در حال حاضر اين قوانين از سوي بسياري از كشورها پذيرفته شده است(
بنابراين خودروها بايستي مجهز به سيستمي براي كنترل تبخير ذرات سوخت باشند به طوري كه باك بنزين به يك محفظه حاوي زغال متصل شود. بدين ترتيب دانه هاي زغال داخل محفظه، ذرات سوخت موجود در بخار عبوري را جذب مي كنند. سپس براي انتقال سوخت از محفظه به موتور بخشي از هواي مكش شده به وسيله موتور به منظور بازيافت ذرات سوخت از داخل محفظه زغال عبور مي كند. هواي ورودي پس از عبور از داخل محفظه و غني شدن توسط ذرات هيدروكربن از داخل مانيفولد ورودي عبور كرده و براي احتراق وارد موتور مي شوند.
قوطي زغال
ابعاد قوطي حاوي زغال طوري انتخاب مي شود كه يك حالت تعادل بين مقدار سوخت جذب شده و مقدار بازيافت شده توسط هواي در حال عبور از ميان آن حفظ شود. كوچك ساختن ابعاد محفظه تا حد امكان، جريان هواي عبوري از آن را در تمام شرايط عملياتي موتور (از هرزگردي تا بار كامل) در بالاترين حد تثبيت مي كند. ميزان جريان هواي عبوري از داخل محفظه (جريان بازيافت) ضرورتاً به وسيله اختلاف فشار بين مانيفولد ورودي و فشار محيط تعيين مي شود. از آن جا كه اين اختلاف در شرايط هرزگردي موتور مقدار قابل توجهي است، بنابراين حجم هواي بازيافت به منظور پيشگيري از مشكلات مربوط به كيفيت رانندگي بايستي كمترين مقدار باشد. در بارهاي بيشتر موتور يعني شرايطي كه دقيقاً عكس حالت قبلي است، حجم جريان بازيافت بايد خيلي زياد باشد، هر چند كه در اين شرايط اختلاف فشار قابل حصول مقدار خيلي كمي است. براي اندازه گيري دقيق جريان بخار سوختي كه همراه هواي عبوري از داخل محفظه وارد موتور مي شود از سوپاپي كه به وسيله ECU كنترل مي گردد استفاده مي شود.
جمع آوري داده هاي عملياتي
به منظور دستيابي به اطلاعات لحظه اي در مورد شرايط عملياتي جاري موتور چند سنسور مختلف تمام داده هاي عملياتي ضروري را جمع آوري مي كنند. سپس اين اطلاعات به شكل سيگنال هاي الكتريكي به ECU منتقل مي شوند.
در ECU سيگنال هاي آنالوگ به ديجيتال تبديل شده و براي كنترل عناصر كنترل شونده نهايي پردازش مي شوند.
شارژ موتور با هوا
در اين سيستم اطلاعات مورد نياز براي تعيين نسبت اختلاط هوا به سوخت از طريق بررسي ميزان هواي ورودي به ازاي هر سيكل به دست مي آيد. هر بار كه جرم هوا اندازه گيري مي شود، امكان تطبيق مقدار سوخت تزريق شده از طريق تغيير زمان باز ماندن انژكتور فراهم مي گردد.
در مونو- جترونيك هواي وارد شده به موتور به طور غيرمستقيم و با استفاده از يك تناسب معين بين زاويه دريچه گاز á و سرعت موتور n تعيين مي شود. براي اين كه اين طرح قادر به كار باشد، بايد ارتباط بين زاويه دريچه گاز و ميزان عبور جريان هوا در داخل محفظه دريچه گاز در همه واحدهاي توليد شده با تولرانس هاي خيلي بسته تثبيت شود (يعني اختلاف ابعاد واحدهاي توليد شده كمترين مقدار باشد(
راننده حجم هواي ورودي به موتور را به وسيله پدال گاز كنترل مي كند. اين امر ميزان باز شدن دريچه گاز و عامل بار موتور را تعيين مي كند. زاويه دريچه گاز á به وسيله پتانسيومتر دريچه گاز ثبت مي شود. از طرف ديگر سرعت موتر n و غلظت هواي ورودي نيز به عنوان تغيرهاي اضافي در تعيين جرم هواي ورودي به كمك متغير اصلي يعني زاويه درچه گاز á مي آيند.
هواي ورودي به عنوان تابعي از á و n براي هر موتور مفروضي به وسيله داينامومتر موتور (دستگاه سنجش قدرت موتور) تعيين مي شود. اين منحني ها اندازه شارژ سيلندر را به ازاي وضعيت هاي مختلف دريچه گاز á و دور موتور n ياد مي كنند.
اگر اطلاعات مربوط به عكس العمل يك موتور از قبل معلوم باشد و با فرض ثابت بودن غلظت هوا، مي توان اندازه شارژ هوا را فقط با استفاده از زاويه á و سرعت n )دستگاه مختصات á/n( به دقت تعيين كرد.
بنابراين مجموعه دريچه گاز مونو- جترونيك يك سنجشگر بي نهايت دقيق جرم هوا است و علاوه بر آن يك سيگنال خيلي دقيق متناسب با زاويه دريچه گاز براي ECU فراهم مي كند. اطلاعات مربوط به سرعت موتور نيز به وسيله سيستم جرقه زني تهيه مي شود. چون اختلاف بين فشار سيستم سوخت در ناحيه نازل انژكتور و فشار هوا بايد در يك سطح ثابت باقي بماند، لذا مقدار سوخت تزريق شده به ازاي ارسال هر پالس تزريق تنها تابع زمان بازماندن انژكتور است.
به منظور دستيابي به يك نسبت هوا به سوخت خاص بايستي طول زمان تزريق متناسب با ميزان شارژ هوا باشد. به عبارت ديگر، طول تزريق مستقيماً تابع á و n است. در مونو- جترونيك اين ارتباط از نمودار برنامه لاندا با متغيرهاي ورودي á و n فرمان مي گيرد. اين سيستم براي جبران نوسانات غلظت هواي ورودي كه تابع دما و فشار مي باشد برنامه ريزي شده است. دماي هواي ورودي در ابتداي ورود به واحد تزريق مركزي اندازه گيري شده و اطلاعات اساسي لازم براي تعيين ضريب اصلاح به ECU ارسال مي گردد.
تمام سيستم هاي مونو- جترونيك داراي كنترل حلقه بستهً لاندا بود و براي آن كه قادر باشند با قوانين سخت گازهاي اگزوز در ايالات متحده سازگاري يابند، طوري طراحي مي شوند كه نسبت هوا به سوخت دقيقاً در حد 1=ë تثبيت گردد. علاوه بر اين كنترل حلقه بسته لاندا انطباق پذيرق مخلوط را در شرايط عملياتي مختلف با حد مذكور افزايش مي دهد. به عبارت ديگر اين سيستم هوشمند طوري برنامه ريزي شده كه بتواند خود را با شرايط مختلف وفق دهد.
ضرايب اصلاح مربوط به تغيير در فشار اتمسفر )خصوصاً در اثر تغيير ارتفاع ) با ضرايب اصلاح ديگري كه براي جبران تفاوت هاي ناشي از تولرانس هاي توليد و همين طور تغييرات ناشي از فرسودگي سيستم طراحي شده اند كامل مي گردند. هر بار كه موتور خاموش مي شود، سيستم ضرايب اصلاح را ذخيره مي كند. به طوري كه اين ضرايب بلافاصله بعد از روشن شدن مجدد موتور فعال هستند. اين سيستم كه جرم هواي ورودي را به طور غيرمستقيم اندازه گيري مي كند (كنترل آن بر مبناي پارامترهاي كنترلي /ná است) از طريق كنترل مخلوط هوا و سوخت عمل نموده و علاوه بر آن سيستم كنترل حلقه بسته لاندا نيز براي دستيابي به يك نسبت اختلاط دقيق و ثابت سيستم را پشتيباني مي كند، بدون آن كه نيازي به اندازه گيري مستقيم جرم هوا داشته باشد.
زاويه دريچه گاز
واحد كنترل الكترونيكي مونو- جترونيك به منظور محاسبه موقعيت زاويه اي و سرعت زاويه اي دريچه گاز از زاويه á استفاده مي كند. موقعيت زاويه اي دريچه گاز يك پارامتر ورودي مهم براي تعيين حجم هواي ورودي است. بنابراين عامل اصلي در تعيين ميزان تزريق محسوب مي شود. هنگام بسته شدن دريچه گاز كليد حالت هرزگردي، كارانداز دريچه گاز را با يك سيگنال كمكي معرف وضعيت جاري تغذيه مي كند.
اطلاعات مربوط به سرعت زاويه اي دريچه گاز اصولاً براي جبران نسبت اختلاط در ضمن تغيير بار موتور مورد استفاده قرار مي گيرد. تحليل سيگنال á از طريق اندازه گيري شارژ هوا صورت مي گيرد. براي حصول اطمينان از كيفيت مطلوب رانندگي و سطح پايين انتشار آلاينده ها فرآيند اندازه گيري شارژ هوا و حجم تزريق بايستي در كمترين مراحل ديجيتالي ممكن انجام شود تا تولرانس قيمت هوا به سوخت در محدوده 2% تثبيت شود.
بخشي از نمودار برنامه كه معرف بيشترين تغييرات در مقدار شارژ ورودي در رابطه با تغيير á مي باشد به وسيله كمترين مقادير باز بودن دريچه گاز (á) و سرعت هاي كم موتور يعني حالت هرزگردي و نيمه بار محدود مي شود. در اين محدوده تغييري به اندازه 1.5 درجه در زاويه دريچه گاز، مقدار شارژ هوا يا فاكتور هواي لاندا را معادل 17% تغيير مي دهد. اين در حالي است كه در خارج از اين محدوده (زاويه هاي بزرگتر دريچه گاز) تغيير مشابهي در زاويه دريچه گاز تاثير تقريباً ناچيزي در مقدار شارژ هوا دارد. اين بدان معني است كه در شرايط هرزگردي و نيمه بار به منظور حصول اطمينان از صحت نسبت اختلاط تحليل زاويه اي سطح بالايي مورد نياز مي باشد.
پتانسيومتر دريچه گاز
بازوي جاروبك پتانسيومتر به انتهاي شافت دريچه گاز بسته مي شود. نوارهاي مقاومت پتانسيومتر واتصالات الكتريكي بر روي يك صفحه پلاستيكي قرار دارند كه به مجموعه تزريق متصل مي شود. منبع تغذيه براي اين پتانسيومتر يك چشمه 5 ولتي تثبيت شده است.
تحليل سطح بالاي سيگنال كه براي سيستم ضروري است از طريق تقسيم زاويه حركت دريچه گاز از حالت هرزگردي تا بار كامل بين دو نوار مقاومت حاصل مي شود.
افت ولتاژ در مسير هر يك از اين مقاومت ها خطي است. با هر يك از نوارهاي مقاومت يك نوار ثانويه (كلكتور) موازي است. نوارهاي مقاومت و نوارهاي كلكتور با استفاده از تكنيك لايه اي ساخته مي شوند. بازوي پتانسيومتر چهار جاروبك را حمل مي كند كه هر كدام از آن ها با يك نوار تماس حاصل مي كنند. جاروبك هاي مربوط به نوار مقاومت و نوار كلكتور به صورت دو جفت مجزا به هم متصل هستند، بنابراين سيگنال از نوار مقاومت به نوار كلكتور منتقل مي شود
نوار 1 محدوده زاويه اي 24.....0 درجه را مي پوشاند و نوار 2 محدوده زاويه اي 90.....18 درجه را پوشش مي دهد. سيگنال هاي زاويه á مربوط به هر يك از نوارها در ECU جداگانه تبديل مي شوند چون هر كدام از آنها يك مدار مبدل آنالوگ/ ديجيتال جداگانه دارند.
علاوه بر اين چون دما و سايش مي تواند بر مقادير مقاومت ها تاثير بگذارد لذا ECU با استفاده از اين اطلاعات نسبت هاي ولتاژ را به منظور جبران نوسانات ناشي از دما و فرسايش در پتانسيومتر ارزيابي مي كند. درپوش پتانسيومتر داراي يك اورينگ است كه دور تا دور در شيار آن قرار مي گيرد و از نفوذ رطوبت و آلودگي به داخل پتانسيومتر جلوگيري مي كند. محفظه پتانسيومتر از طريق يك قطعه تخليه به فشار اتمسفر مرتبط مي شود.
سرعت موتور
اطلاعات مربوط به سرعت موتر كه براي سيستم كنترل /ná مورد نياز است با بررسي نوبتي سيستم جرقه زني موتور حاصل مي شود. سپس اين سيگنال ها در ECU پردازش مي شوند.
سيگنال هاي سيستم جرقه زني يا پالس هايي است كه قبلاً در مدار تريگرينگ جرقه پردازش شده اند و يا سيگنال ولتاژ قابل حصول از ترمينال شماره 1 كويل (سر القاءدار سيم پيچ اوليه كويل) است.
همزمان از اين پالس ها براي تريگرينگ پالس هاي تزريق نيز استفاده مي شود. يعني هر پالس جرقه فرمان شروع يك پالس تزريق را صادر مي كند
دماي موتور تاثير قابل ملاحظه اي بر مصرف سوخت دارد. بنابراين يك سنسور دما در داخل مدار خنك كاري، دماي موتور را اندازه گرفته و يك سيگنال الكتريكي را براي ECU فراهم مي كند. در نتيجه متناسب با تغييرات دما ميزان سوخت تزريقي نيز تغيير مي يابد.
سنسور دماي موتور
سنسور دماي موتور شامل يك پوشش فلزي و يك مقاومت نيمه هادي (NTC) است (NTC= ضريب حرارتي منفي). مقاومت سنسور با دما تغيير كرده و ECU نيز اين تغيير را ارزيابي مي كند. در نتيجه متناسب با افزايش دما ميزان تزريق سوخت كاهش مي يابد
دماي هواي ورودي
دانسيته هواي ورودي با دما تغيير مي كند. بنابراين لازم است متناسب با تغييرات غلظت هوا حجم تزريق نيز اصلاح شود. براي جبران اين تاثير، يك سنسور دما در بخش ورودي دريچه گاز نصب مي شود و دماي هواي ورودي را بررسي و به ECU انتقال مي دهد.
سنسور دماي هوا
سنسور دماي هوا شامل يك المان مقاومت NTC است. از اين رو قادر است تغييرات دماي هواي ورودي را به سرعت ثبت كند. مقاومت NTC از انتهاي خرطومي شكل سنسور بيرون آمده و در سطحي كه بيشترين جريان هوا در آن جاري است قرار مي گيرد. يك سوكت چهار پايه اتصالات الكتريكي لازم براي اين سنسور و انژكتور را فراهم مي كند.
شرايط عملياتي مختلف موتور
در بين شرايط متفاوتي كه موتور با آن روبرو است دو وضعيت هرزگردي و باركامل از اهميت ويژه اي برخوردارند، بنابراين بايد اين دو حالت را به دقت ثبت نمود تا بتوان مقدار سوخت تزريق شده در اين دو حالت را بهينه كرد و از طرف ديگر فرآيند غني سازي سوخت در بار كامل و قطع سوخت در شرايط overrun را نيز به درستي انجام داد.
حالت هرزگردي موتور به وسيله يك كنتاكت از كليد دريچه گاز كه در حالت هرزگردي بسته مي شود، ثبت مي گردد. اين كليد توسط يك پلانچر كوچك در داخل كارانداز دريچه گاز بسته مي شود حالت بار كامل نيز بر مبناي سيگنال الكتريكي ارسال شده از پتانسيومتر دريچه گاز براي ECU قابل تشخيص است.
ولتاژ باطري
زمان هاي مربوط به جذب و دفع آريچر سولنوئيد در داخل انژكتور برحسب ولتاژ باطري تغيير مي كند. چنان چه ولتاژ سيستم در ضمن عملكرد دچار نوسان شود، ECU زمان بندي تزريق را به منظور جبران تأخيرهاي ايجاد شده در عكس العمل انژكتور تنظيم مي كند.
علاوه بر اين ECU با طولاني كردن زمان تزريق پاسخي مناسب را به ولتاژهاي كم سيستم در ضمن استارت موتور در هواي سرد ارائه مي كند. هم چنين طولاني شدن زمان تزريق تأثيرات ولتاژ القايي را در مشخصه ارسال پمپ الكتريكي كه سبب مي شود تحت اين شرايط فشار داخل سيستم به حداكثر تعيين شده نرسد، جبران مي كند. ECU ولتاژ باطري را به شكل يك سيگنال پيوسته (آنالوگ) كه از طريق يك مبدل A/D (آنالوگ/ ديجيتال ) به ميكروپروسسور منتقل مي شود، دريافت مي كند.
سيگنال هاي كنترل ارسالي از كولر يا گيربكس اتوماتيك
هنگامي كه كولر خودرو روشن مي شود و يا گيربكس اتوماتيك درگير مي شود بار اعمال شده بر موتور معمولاً باعث كاهش دور هرزگردي موتور مي شود. براي جبران اين دور شرايط استفاده از كولر (روشن شدن كمپرسور كولر) و همين طور قرار گرفتن گيربكس اتوماتيك در حالت D (Drive) توسط ECU به عنوان سيگنال هاي سويچينگ ثبت مي شوند. سپس ECU سيگنال كنترل دور هرزگردي را به منظور جبران افت دور، اصلاح مي كند. در اين شرايط ممكن است افزايش دور هرزگردي موتور به منظور كاركرد مؤثر كولر مورد نياز باشد. اما هنگامي كه گيربكس اتوماتيك در وضعيت D قرار مي گيرد اغلب كاهش دور مورد نياز است (تا خودرو حركت نكند)
نركيب مخلوط
نظر به اين كه گازهاي اگروز با استفاده از مبدل كاتاليزوري سه گانه بهسازي مي شوند، لذا تركيب مخلوط هوا و سوخت بايستي در يك نسبت صحيح به دقت تثبيت شود. براي اين منظور يك سنسور اكسيژن لاندا در معرض جريان گازهاي اگروز قرار گرفته و يك سيگنال الكتريكي را كه نمايانگر تركيب جاري مخلوط است براي ECU فراهم مي كند. سپس ECU از اين سيگنال در كنترل حلقه بسته لاندا جهت دستيابي به نسبت استوكيومتري (1=ë) استفاده مي كند. سنسور اكسيژن لاندا در سيستم اگروز موتور و در موقعيتي مستقر مي شود كه دريافت گرماي كافي توسط سنسور به منظور عملكرد صحيح در كل محدوده عملياتي موتور تضمين شود.
سنسور اكسيژن لاندا
هم چنان كه اشاره شد سنسور اكسيژن لاندا در داخل سيستم اگروز مستقر مي شود. طرح سنسور لاندا به گونه اي است كه الكترود خارجي آن در معرض گازهاي اگزوز و الكترود داخلي آن در تماس با هواي اتمسفر باشد. سنسور لاندا شامل يك محفظه سراميكي مخصوصي است كه سطح خارجي آن با يك پوشش نفوذپذير در مقابل گاز از جنس الكترودهاي پلاتين روكش شده است. عملكرد سنسور بر اساس اين واقعيت است كه ماده سراميكي متخلخل است و به اكسيژن هاي موجود در هوا اجازه عبور مي دهد (الكتروليت جامد). در دماهاي بالاتر، سراميك هادي مي شود و اگر غلظت اكسيژن در يك طرف آن با طرف ديگر تفاوت داشته باشد، ولتاژي بين الكترود هاي آن توليد مي شود. در نسبت اختلاط استوكيومتري (1=ë) جهشي در ولتاژ خروجي سنسور ايجاد مي شود. اين ولتاژ به عنوان سيگنال سنجش مورد استفاده قرار مي گيرد بدنه سراميكي سنسور در داخل يك محفظه رزوه شده نگهداري مي شود و يك لوله محافظ و همين طور اتصالات الكتريكي لازم براي آن پيش بيني شده است. سطح سراميكي سنسور با يك لايه پلاتيني متخلخل با منافذ بسيار ريز پوشش شده است. اين لايه در يك طرف سنسور تاثير زيادي بر خصوصيات آن دارد. اما در طرف ديگر به عنوان يك اتصال عمل مي كند. بر روي لايه پلاتيني آن طرف سنسور كه در معرض گازهاي داغ اگروز قرار مي گيرد، يك روكش سراميكي متخلخل با چسبندگي زياد و تخلخل بالا ايجاد مي شود. علاوه بر اين لوله محافظ نيز به منظور جلوگيري از تشكيل رسوب محصولات احتراق بر روي لايه سراميكي سنسور پيش بيني شده است. اين لوله داراي چندين شيار است به طوري كه كارهاي اگروز و ذرات حاصل از احتراق به سراميك سنسور نمي رسند. اين لوله علاوه بر ايجاد حفاظت هاي مكانيكي، تغييرات دماي سنسور را در هنگام تغييرات بارگذاري موتور (لحظات گذر) به طور مؤثر كاهش مي دهد.
يك پوشش محافظ فلزي نيز در سمت ديگر سنسور (طرف كنتاكت) نصب شده است. اين پوشش علاوه بر آن كه يك فنر بشقابي را در بر مي گيرد، قطر داخلي آن نيز جبران فشار داخل سنسور را تضمين مي كند. اتصالات الكتريكي از طريق يك عايق به بيرون سنسور ارتباط مي يابند. ولتاژ و مقاومت داخلي سنسور وابسته به دما است.
كنترل حلقه بسته مؤثر تحت دماهاي بالاتر از 350 درجه سانتيگراد (در سنسورهاي بدون گرم كن) و بالاتر از 200 درجه سانتيگراد (در سنسورهاي مجهز به گرم كن) امكان پذير مي شود.
سنسور اكسيژن لاندا مجهز به گرم كن
چون ايجاد كنترل حلقه بسته مؤثر توسط سنسور لاندا مستلزم دستيابي به دماي بالاتر از 350 درجه سانتيگراد است و دماي اگزوز در لحظات اوليه روشن شدن موتور كمتر از مقدار فوق است، بنابراين به منظور گرم شدن سريعتر سنسور لاندا از سنسورهاي مجهز به گرم كن داخلي استفاده مي شود. طرح سنسور اكسيژن لانلدا با گرم كن به مقدار زيادي مشابه نوع معمولي آن است. بدنه سراميكي فعال سنسور از داخل به وسيله يك المنت حرارتي سراميكي گرم مي شود، تا دماي آن حتي در صورت سرد بودن گازهاي اگروز در حد عملكرد يعني 350 درجه سانتي گراد تثبيت شود. اين سنسور داراي يك لوله محافظ است كه مجراي عبور گاز در آن نسبت به نوع معمولي كوچكتر است. علاوه بر ساير عوامل حفاظتي، اين لوله از سرد شدن سراميك سنسور در هنگام خنك بودن گاز اگزوز جلوگيري مي كند. مزاياي اين نوع سنسور اكسيژن عبارتند از:
1- توانايي ايجاد كنترل حلقه بسته در دماهاي پايين گاز اگروز (مثلاً در حالت هرزگردي)
2- تقريباً به طور كامل مستقل بودن از تغييرات دماي گازهاي اگزور.
3- عكس العمل سريع و به حداقل رسيدن تاخير زماني قبل از ايجاد كنترل مؤثر لاندا متعاقب روشن كردن موتور سرد.
4- سطح كم آلاينده ها به علت كاهش زمان لازم براي فعال شدن سنسور
5- انعطاف بيشتر در مورد محل نصب سنسور (چون عملكرد سنسور وابسته به گرماي اگزوز نيست، لذا ضرورت نصب سنسور در محلي كه گرماي كافي به آن برسد، منتفي است)
پردازش داده هاي عملياتي
براي اين منظور ECU اطلاعات مربوط به عملكرد موتور را كه از سنسورهاي مختلف دريافت نموده، پردازش مي كند. سپس از اين اطلاعات با توجه به وظايف برنامه ريزي شده براي توليد سيگنال هاي كارانداز انژكتور، دريچه گاز و سوپاپ مربوط به قوطي جمع آوري بخارات بنزين استفاده مي كند.
واحد كنترل الكترونيكي (ECU)
واحد كنترل در داخل يك محفظه فايبرگلاس ضدآب ساخته شده از پلاستيك پلي آميد قرار مي گيرد. براي آن كه واحد كنترل از گرماي موتور در امان باشد، آن را يا در داخل اطاق خودرو و يا در محفظه زير داشبورد جاي مي دهند.
تمام قطعات الكترونيكي ECU بر روي يك برد مدار چاپي نصب مي شوند. بخش آمپلي فاير خروجي و رگلاتور ولتاژ كه وظيفه آن تثبيت ولتاژ در سطح 5 ولت براي تغذيه عناصر الكترونيكي است، به خاطر تبادل حرارتي بهتر بر روي يك رادياتور (heat sink) نصب مي گردند.
يك كانكتور 25 پايه واحد كنترل را به باطري، سنسورها وكاراندازها (عناصر كنترل نهايي) مرتبط مي سازد.
مبدل آنالوگ ديجيتال
سيگنال هاي ارسال شده از پتانسيومتر دريچ گاز، سسور لندا، سنسور دماي موتور و سيگنال ولتاژ باطري، سيگنال مقدار هواي ورودي و همين طور سيگنال ولتاژ مرجع كه در ECU توليد مي شود، سيگنال هاي پيوسته آنالوگ هستند. اين سيگنال هاي آنالوگ به وسيله يك مبدل ديجيتالي به عبارات ديجيتالي تبديل و از طريق خطوط ارتباطي (data bus) به ميكروپروسسور منتقل مي شوند. يك ورودي آنالوگ/ ديجيتال طوري به كار مي رود كه بر حسب ولتاژ ورودي ركوردهاي مختلف اطلاعات را مي توان در حافظه خواندني آدرس دهي كرد (كدگذاري اطلاعات). سيگنال سرعت موتور كه به وسيله سيستم جرقه زني توليد مي شود در يك مدار مجتمع (IC) ارزيابي مي گردد. علاوه بر اين از سيگنال سرعت موتور براي كنترل رله پمپ سوخت از طريق يك مرحله خروجي نيز استفاده مي شود.
ميكروپروسسور
ميكروپروسسور قلب واحد كنترل است. ميكروپروسسور از طريق خطوط ارتباطي و خطوط آدرس (data and address bus) با حافظه فقط خواندني قابل برنامه ريزي (Eprom) و حافظه با دسترس تصادفي (RAM) مرتبط مي شود.
حافظه خواندني حاوي كد برنامه و اطلاعاتي براي تعيين پارامترهاي عملياتي است. حافظه RAM نيز مقادير انطباقي[1] را ذخيره مي كند )خودآموزي). هنگام خاموش كردن موتور، اين مدول حافظه به منظور حفظ داده هاي انطباقي پيوست با باطري خودرو مرتبط مي ماند.
يك نوسان ساز (اسيلاتور) كوارتز با فركانس 6 مگاهرتز سرعت ساعت پايه را كه براي عمليات محاسباتي مورد نياز است، فراهم مي كند. يك بخش رابط سيگنال، اندازه و شكل سيگنال هاي كنترل را قبل از انتقال به ميكروپروسسور تبدل مي كند. اين سگينال ها شامل، سيگنال تنظيم مربوط به كليد سرعت هرزگردي موتور، سيگنال مربوط به فعاليت سيستم عيب ياب، سيگنال وضعيت دسته دنده در خودروهاي مجهز به گيربكس اتوماتيك N يا Dو سيگنال فعال بودن سيستم كولر و نيز سيگنال درگير بودن كمپرسور كولر، در خودروهاي مجهز به تهويه مطبوع است.
بخش هاي خروجي
سيگنال هاي كنترل كننده لازم براي كنترل انژكتورها، كارانداز دريچه گاز، سوپاپ قوطي بازيافت بخارات سوخت و رله پمپ سوخت به وسيله چند بخش خروجي راه انداز توليد مي شوند. در بعضي از خودروها چند لامپ عيب ياب نصب شده است كه در صورت بروز نقص در بخش سنسورها و يا كاراندازها راننده را آگاه مي سازند. علاوه بر اين، لامپ هاي اخطار به عنوان رابطي براي اعلام فعاليت سيستم عيب ياب نيز عمل مي كنند.
نمودار برنامه لاندا
پس از آن كه موتور گرم شد، براي تبديل دقيق نسبت هوا به سوخت در تمام نقاط عملكرد استاتيكي موتور (حالتي كه خودرو ساكن است و موتور در جا كار مي كند) از نمودار سه بعدي لاندا استفاده قرار مي كند. اين نمودار به شكل الكترونيكي در بخش مدارات ديجيتال ECU ذخيره مي شود. اطلاعات مرجع نيز به صورت تجربي و از طريق آزمايش موتور بر روي داينامومتر تعيين مي گردد. در سيستم مديريت موتور مجهز به كنترل حلقه بسته لاندا مانند مونو- جترونيك اين آزمايشات به منظور انتخاب بهينه تايمينگ و حجم تزريق در يك موتور خاص و تحت تمام شرايط عملياتي (هرزگردي، نيمه بار، بار كامل و... ) صورت مي گيرد و نتايج آن به شكل يك نمودار ترسيم مي شود. نموداري كه از اين طريق حاصل مي شود، نسبت هوا به سوخت را در كل محدوده عملياتي موتور پيوسته در حالت ايده آل (نسبت استوكيومتري) تثبيت مي كند.
نمودار لاندا در مونو- جترونيك شامل 225 مختصات كنترلي است. اين مختصات ها مربوط به 15 حالت مرجع از پارامترهاي كنترلي زاويه دريچه گاز α و سوخت موتور n مي باشند. يعني 15 حالت مختلف از دريچه گاز روي محور α (xها) و 15 سرعت متفاوت موتور روي محور n (yها) انتخاب مي شود و از برخورد هر يك از اين نقاط با هم 225 مختصات مختلف حاصل مي گردد. سپس حجم تزريق بهينه براي هريك از اين نقاط بر روي محور طول زماني تزريق (zها) ثبت مي گردد. از آنجا كه منحني هاي دستگاه مختصاتي á/n كاملاً غيرخطي هستند نبز و با توجه به لزوم تجزيه و تحليل سطح بالا و سريع در سوخت هرزگردي و در محدوده نيمه بار، نقاط اطلاعات در اين ناحيه از نمودار خيلي نزديك به هم واقع مي شوند. مختصات واقع شده در بين مختصات مرجع با استفاده از اينترپولاسيون (معدل گيري) خطي در ECU تعيين مي شوند.
چون نمودار لاندا براي عملكرد و محدوده دمايي نرمال طراحي شده است، لذا ضروري است هنگامي كه دماي موتور از محدوده نرمال خارج مي شود و يا شرايط عملياتي ويژه اي به وجود مي آيد، زمان بندي و طول تزريق اصلاح شود.
اگر ECU از روي سيگنال هاي ارسالي از طرف سنسور لاندا انحرافي را از مقدار 1=λ ثبت كند و در نتيجه براي يك دوره زماني نسبتاً طولاني جهت اصلاح زمان تزريق پايه تحت فشار باشد، مقادير لازم براي اصلاح مخلوط را توليد و در يك فرآيند انطباق داخلي آنها را ذخيره مي كند. پس از آن اين مقادير براي تكميل نقشه و نوسازي اطلاعات مؤثر خواهند بود.
اين طرح، جبران مداوم هر يك از تولرانس ها و همين طور تغييرات پيوسته در ويژگي هاي عكس العملي موتور و متعلقات مجموعه تزريق سوخت را تضمين مي كند.
تزريق سوخت
سيستم تزريق سوخت بايستي قادر باشد كه حداقل سوخت مورد نياز موتور (در سرعت هرزگردي با بار صفر) و نيز حداكثر سوخت را در حالت تمام گاز (بار كامل( اندازه گيري كند.
مختصات كنترلي مربوط به اين شرايط بايستي در محدوده خطي روي منحني هاي انژكتور قرار گيرد.. يكي از مهم ترين مشكلات مربوط به مونو- جترونيك توزيع يكنواخت مخلوط هوا و سوخت بين تمام سيلندرها است.
صرف نظر از طرح مانيفولد ورودي توزيع مخلوط به مقدار زيادي وابسته به محل استقرار انژكتور و كيفيت تهيه مخلوط هوا و سوخت است. موقعيت ايده آل براي نصب انژكتور در داخل محفظه مونو- جترونيك در مراحل تحقيق و توسعه تعيين مي گردد.
براي هر موتوري ايجاد تغييرات خاص در نحوه عملكرد سيستم ضروري نيست. محفظه واحد تزريق مركزي به وسيله يك پايه مخصوص در مركز جريان هواي ورودي مستقر مي شود و طوري طراحي مي گردد كه از جهت آيروديناميكي حداكثر راندمان را داشته باشد. اين محفظه حاوي انژكتور است و مستقيماً در بالاي دريچه گاز نصب مي شود تا اختلاط سوخت و هواي ورودي تشديد شود. در اين محل سوخت توسط انژكتور به خوبي اتميزه شده و به شكل يك جت مخروطي كه رأس آن در نوك انژكتور و قاعده آن بر روي دريچه گاز است تزريق مي گردد، به طوري كه ذرات سوخت به ناحيه اي كه هواي در حال عبور داراي بيشترين سرعت است پاشيده مي شوند.
انژكتور به وسيله چند اورينگ نبت به محيط خارج آب بندي مي گردد. واحد تزريق مركزي در قسمت فوقني به وسيله يك درپوش پلاستكي نيم دايره اي مسدود مي شود. اين درپوش هم شامل اتصالات الكتريكي است و هم استقرار صحيح و محوري انژكتور را تضمين مي كند.
انژكتور
انژكتور اين سيستم شامل محفظه و مجموعه قطعات تزريق است. محفظه انژكتور حاوي سيم پيچ سولنوئيد و اتصالات الكتريكي است. مجموعه تزريق نيز شامل بدنه سوپاپ است كه سوزن و آرميچر و سولنوئيد را نگهداري مي كند. در حالت عادي يك فنر مارپيچي به كمك فشار اوليه سوخت، سوزن را بر نشيمنگاه خود مي فشارد. با اعمال ولتاژ و فعال شدن سولنوئيد، سوزن درحدود 05/0 ميلي متر از روي سيت خود بلند مي شود (برحسب طرح انژكتور). بنابراين سوخت مي تواند از طريق يك نازل مارپيچي خارج شود. يك زبانه متصل به انتهاي سوزن از داخل انژكتور به بيرون امتداد مي يابد كه شكل اين زبانه اتميزه شدن سوخت در حد بسيار عالي را تضمين مي كند.
فاصله بين زبانه و بدنه سوپاپ مقدار عبور سوخت حالت استاتيكي سوپاپ را معين مي كند. به عبارت ديگر حداكثر سوختي كه مي تواند هنگام باز ماندن دائمي سوپاپ از ميان آن جاري شود به اين فاصله بستگي دارد. مقادير ديناميكي سوخت تزريق شده در حالت عملكرد و تزريق تناوبي نيز به فنر سوپاپ، جرم سوزن سوپاپ، مدار مغناطيس و بخش خروجي ECU بستگي دارد. چون فشار سوخت ثابت است مقدار سوختي كه عملاً تزريق مي شود تنها وابسته به زمان باز ماندن انژكتور است (مكانيك خودرو طول تزريق). با توجه به فركانس تسلسلي تزريق (طول تزريق). با توجه به فركانس تسلسلي تزريق (هر پالس جرقه فرمان يك پالس تزريق را صادر مي كند) زمان هاي سويچينگ انژكتور بايد بسيار كوتاه باشد. زمان هاي مربوط به جذب و دفع سوزن از طريق كاهش جرم آرميچر و سوزن و نيز بهينه سازي مدار مغناطيسي سولنوئيد در كمتر از يك ميلي ثانيه تثبيت مي شود. بدين ترتيب اندازه گيري دقيق سوخت حتي براي كمترين مقدار تزريق نيز تضمين مي گردد.
گرد آورنده : مسعود براتلو
منبع : سايت رسانه اي شركت رنو پارس