سیستم سوخت رسانی الکترونیکی خودرو

يكي از روشهاي مناسب جهت سالم سازي محيط زيست در جهان ، كاهش گازهاي آلاينده متصاعد شده از موتورها مي‌باشد كه در نسل جديد خودروها توسط جايگزين كردن سيستم سوخت‌ رساني انژكتوري الكترونيكي بجاي سيستم كاربراتوري ، گام مهمي در اين جهت برداشته شده است .

 مهمترين دليل براي انتخاب اين سيستم  :

1- بالارفتن راندمان حرارتي و افزايش قدرت حجمي

2- توزيع يكنواخت سوخت در كليه سيلندرها

3-گشتاور بالا در دورهاي پايين

4-عدم نياز به ذخيره بنزين در مانيفولد ورودي

5-كاهش مصرف سوخت

6-كاركرد بهتر در هواي سرد

7-كاهش گازهاي آلاينده خروجي

8-تنظيم دور آرام (800 - 850 RPM )

9-عدم نياز به گرم كردن مانيفولد هوا

يكي ديگر از دلايل جايگزين سيستم انژكتوري به جاي كاربراتوري بهبود كاركرد و افزايش بازدهي و توان اتومبيل مي‌باشد .

مهمترين هدف سيستم كنترل الكترونيكي موتور ، اعمال تنظيم دقيق بر روي دو عامل مي‌باشد:

1-كنترل نسبت سوخت به هوا

2-كنترل زمان بندي جرقه

امروزه سيستمهاي الكترونيكي تزريق سوخت با وجود گران بودن به عنوان بهترين راه حل مورد استفاده قرار گرفته‌اند . در مورد پرايد انژكتوري مورد بحث در كشور ما ، روش اندازه منيفولد (MAP ) با كمك سنسور هوا ( ATS) مي‌باشد .

مزاياي خودروي انژكتوري نسبت به خودري كاربراتوري:

1-كاهش ناگهاني قدرت در سر پيچهاي تند در خودروي كاربراتوري :

هر تغييري در جهت حركت خودرو باعث وارد آمدن نيروي گريز از مركز به آن مي‌شود و اين نيرو به تمام قسمتهاي خودرو وارد مي‌گردد كه از جمله اين قسمتها پياله سوخت است . پيچهاي تند تمايل دارن كه سوخت را در پياله سوخت در ديواره به سمت بالا بياورند . بنا بر اين با بالا برن شناور مانع دريافت سوخت بيشتر شده و افت قدرت ايجاد مي‌گردد . اين مشكل به دليل عدم وجود كاربراتور در خودروي انژكتوري ، وجود ندارد .

 2-عدم توزيع يكنواخت سوخت در سيلندر ها :

پس از اختلاط سوخت و هوا در كاربراتور ، مخلوط حاصله به صورت موجي حركت مي‌كند كه باعث تغيير در سرعت جريان مي‌گردد و اين تغيير براي هريك از دهانه‌هاي ورودي هوا متفاوت مي‌باشد و اين تفاوت علت اصلي عدم توضيع سوخت يكنواخت در سيلندرها مي‌باشد و بعضي از سيلندرها با سوخت غني‌تر نسبت به ديگران پر مي‌شود ، بنا بر اين به جهت كامل پر شدن ديگر سيلندرها مجبوريم سوخت را مقداري غني‌تر در نظر بگيريم و اين موضوع يكي از علل افزايش مصرف سوخت و آلودگي هوا مي‌باشد .

3-پلاتين به كار رفته در سيستم جرقه زني معمولي داراي بعضي مشكلات مكانيكي بوده و عمر آن محدود مي‌باشد .

4-جريان عبوري از مدار اوليه كويل بايد به 4 آمپر محدود گردد در غير اين صورت پلاتين آسيب مي‌بيند يا لااقل عمر آن كاهش مي‌يابد .

5-عدم نياز به گرم كرده مانيفولد ورودي در هواي سرد در سيستم انژكتور :  در سيستم انژكتوري موتور در هواي سرد به راحتي روشن    مي‌شود ، چون ECU  بر اساس دماي موتور مقدار پاشش سوخت را بيشتر مي‌كند و به تدريج با گرم شدن موتور زمان پاشش نيز كمتر مي‌گردد .

6-تعداد قطعات فرسايشي درسيستم انژكتور نسبت به سيستم كاربراتوري كمتر مي‌باشد .

7-فقيرسازي مقدار سوخت در شتاب منفي خودرو:پس از مشخص افت ولتاژ سنسور موقعيت دريچه گاز (TPS) ، ECU درميابد كه بايد ميزان سوخت را كاهش دهد بنا بر اين طول پالس ارسالي از TPS  به ECU كاهش يافته تا مصرف سوخت كاهش يابد . هنگامي كه دريچه گاز كاملآ بسته است پاشش سوخت قطع مي‌شود .

 8-قطع جريان سوخت جهت جلوگيري از افزايش دور معيني از موتور :

براي جلو گيري از صدمه ديدن موتور در نتيجه افزايش بيش‌ از حد دور آن ، ECU  انژكتورها را پس از گذشتن دور موتور از حد معين ، از كار مي‌اندازد . هر زمان كه دور موتور كاهش يافت و به زير مقدار آستانه‌اي رسيد دوباره انژكتورها پاشش سوخت را انجام مي‌دهند

9- در صورتي كه به هر دليل موتور خاموش شد ، پمپ بنزين قطع شده و احتمال آتش سوزي در تصادفات كاهش مي‌يابد .

10- سرويس و نگهداري سيستم انژكتوري از كاربراتوري راحت‌تر بوده و نياز به تنظيمات دلكو و دريچه گاز ندارد .

11- در نتيجه احتراق كامل و سيستم جرقه زني بادوام ، قدرت خروجي در پرايد انژكتوري در حدود 3 اسب بخار از نوع كاربراتوري بيشتر مي‌باشد .( افزايش راندمان حجمي )

12- در سيستم كاربراتور سوخت قطرات سوخت به دليل خلأ منيفولد به داخل كشيده شده و با هواي جريان بالا دست مخلوط مي‌شوند . احتمال زياد وجود دارد كه قطرات سوخت در   ديواره مانيفولد به همان حالت باقي بمانند و تعادل مخلوط سوخت و هوا را به هم بزنند . اما در سيستم انژكتور سوخت تحت فشار هواي ورودي به داخل منيفولد مي‌رود و به دليل اينكه انژكتور نزديك سوپاپ گاز قرار دارد احتمال اينكه در ديواره منيفولد قطره ايجاد شود حيلي كم مي‌باشد و تمام سوخت به داخل سيلندر مي‌رود و اجازه مي‌دهد كه نسبت استوكيومتري هوا و سوخت دقيق كنترل شود .

سنسورها :

1- سنسور دماي هوا (ATS)

اين سنسور در مسير دستگاه هواي هواكش قرار گرفته است و اطلاعات مربوت به دماي هوا و مقدار هواي ورودي را به موتور را به واحد كنترل الكترونيكي ارسال مي‌دارد .

واحد كنترل اين اطلاعات را به جهت تنظيم مقدار پاشش سوخت در مانيفولد ورودي به كار مي‌برد . اين سنسور در واقع يك سنسور حرارتي مي‌باشد كه نوعي مقاومت است كه آن با دماي هواي ورودي تغيير مي‌كند بر اساس ولتاژ خروجي ، كامپيوتر موتور دماي هواي ورودي را تعين كرده و مطابق با آن ميزان سوخت تزريقي را تنظيم مي‌كند .

2- سنسور دماي آب (CTS )

اين سنسور بر روي سر سيلندر و بر روي منيفولد هوا قرار گرفته است .

اين سنسور اطلاعات مربوط به درجه حرارت آب خنك كننده را توسط يك مقاومت حساس در برابر حرارت به واحد كنترل موتور بر اساس ولتاژ خروجي سنسور مربوطه ، گرم شدن موتور را تشخيص داده و در نتيجه مخلوط مناسبي از هوا و بنزين را در هنگامي كه موتور سرد است فراهم مي‌كند .

3- سنسور فشار هواي منيفولد ( MAP)

اي سنسور توسط يك شيلنگ ميزان خلأ‌ داخل منيفولد را حس كرده و اختلاف ولتاژ را به واحد ECU ارسال مي‌دارد اين سنسور بر روي بدنه خودرو در كنار ECU و شير برقي EGR و كنيستر قرار دارد .

 ECU توسط اين اطلاعات نيازمنديهاي سوخت دستگاه را تعين كرده و به انژكتورها دستور پاشش سوخت را ارسال مي‌دارد اين سنسور داراي ولتاژ 5 ولت مي‌باشد  فشار مطلق برابر است با فشار بارمتريك منهاي خلايي كه توسط پيستونها ايجاد مي‌شود . به طور مثال اگر فشار بارومتريك در سطح دريا برابرHg 30 و خلا مانيفولد برابر Hg20 در اين صورت فشار مطلق برابر Hg 10 مي‌باشد . تمامي سنسورهاي MAP  به اين طريق عمل مي‌كنند .

4- سنسور اكسيژن

اين سنسور مقدار اكسيژن گازهاي خروجي را كه در منيفولد دود مي‌باشند اندازه گرفته و ولتاژي مناسب با اكسيژن موجود در سيستم كه نشانه رقيق يا غني بودن مخلوط مي‌باشد به واحد ECU ارسال مي‌كند ولتاز كم نشانه زياد بودن اكسيژن و ولتاژ زياد نشانه مك بودن اكسيژن است .كنترل سوخت در اين سيستم به روش حلقه بسته انجام مي‌گيرد بنا بر اين سنسور اكسيژنزماني فعال مي گردد كه دماي موتور به حد نرمال رسيده باشد . (300درجه سانتيگراد )

 اين سنسور به سنسور تك سيم ( Unheated ) معروف است و تمامي اطلاعات از اين طريق به ECU   منتقل مي‌گردد و اين واحد نيز تزريق سوخت را بر حسب نياز تغيير مي دهد .

اين سنسور در مسير جريان گازهاي خروجي نصب مي‌شود . با دانستن مقدار اكسيژن در گازهاي خروجي ECU مقدار مخلوط سوخت و هوا را محاسبه خواهد كرد واحد ECU از سيگنالهاي ارسال شده از سنسور O2 استفاده مي‌كند ( به عنوان يكي از پارامترهايي كه زمان پاشش را محاسبه مي‌كند .

 روش استفاده از حلقه بسته به اين جهت به كار مي رود تا موتور را تا حد امكان در يك نسبت استوكيومتريك (سوخت / هوا   1 :7/14 ) نگه دارد .

( در موقعيتهايي كه بار كمتري به موتور وارد مي‌شود ) .

5- سنسور وضعيت دريچه گاز (TPS ) اين سنسور از يك مقاومت متغير دوراني تشكيل شده است و با گردش محور دريچه گاز مقدار مقاومت تغيير كرده و باعث تغيير در ولتاژ خروجي سنسور موقعيت دريچه گاز مي‌گردد . اين تغيير ولتاژ  بهECU ارسال شده ، تا از ميزان باز و بسته بوده دريچه گاز مطلع سازد .

 واحد ECU متناسب با درجه باز شدن دريچه گاز و يا به عبارتي ولتاژ خروجي اين سنسور ميزان شتاب را تعين مي‌كند و مطابق با آن بهترين تزريق سوخت را انجام مي‌دهد .

 اتصال لغزنده اين سنسور با محور دريچه گاز هم محور بوده و با كوچكترين حركت درچه گاز ميزان بازبودن آن را حس كرده و در اثر بار و بسته شدن دريچه گاز ولتاژ خروجي از سنسور تغيير مي‌كند و بر اثر اين تغيير ولتاژ اطلاعات ECU ارسال شده و واحد كنترل موتور نيز مخلوط سوخت مورد نياز را محاسبه مي‌نمايد . اين سنسور بر روي دريچه گاز نصب مي‌گردد .

6- سنسور دور موتور و موقعيت زاويه ميلنگ:

اين سنسور از يك ديسك فلزي تشكيل شده است كه بر روي آن شكاف‌هايي در دور رديف شعايي با زاويه معلوم نسبت به يكديگر ايجاد شده است و ديسك را به چهار ناحيه با زاويه 90 درجه تقسيم مي‌كند .

دو عدد ديود نوري (LED) و فتوديود در مقابل اين شكافها قرار داده شده است و در اثر گردش ديسك هنگامي كه يك شكاف در مقابل ديود مربوطه قرار مي‌گيرد با ولتاژ پنج ولت در خروجي سنسور ظاهر مي‌گردد . بدين ترتيب دور موتور و وقعيت زاويه‌اي را به واحد (ECU ) هدايت مي‌كند . محل نصب اين سنسور بر روس=ي دلكو مي‌باشد . ECU زمان جرقه را انتخاب كرده و در هنگام روشن شدن موتور زمان جرقه توسط دلكو كنترل مي‌شود . وقتي موتور به كار افتاد زمان جرقه به واحد كنترل ارسال شده و با روشن شدن موتور تعين مي‌شود . هدف زمانبندي در اين است كه با تنظيم زمان جرقه در رابطه با نقطه مرگ بالا حد اكثر قدرت در موتور بدست آيد . آوانس كلي جرقه از روي محاسبه اطلاعات دريافت شده از سنسورهاي موتور كه روي زمانبندي جرقه تاثير مي‌گذارد محاسبه مي‌گردد . واحد كترل موتور اين اطلاعات را از سنسورهاي MAP و      و دور موتور حس كرده و مقدار و زمان پاشش سوخت نسبت به ميزان هواي ورودي محاسبه مي‌گردد .

عملگرها  ( ACTUATORS ) اطلاعاتي كه واحد كنترل موتور از سنسورها دريافت مي‌كند ، توسط عملگرها فعال مي‌شود تا يك سوخت مناسب را جهت احتراق كامل فراهم سازد . عملگرها شامل اجزاء زير مي‌باشند :

انژكتور :

انژكتور يك سولونوئيد الكتريكي است كه به صورت ديجيتالي عمل مي‌كند ودستكاه ECU انژكتورها را در شرايط مختلف و با ارسال پالسهاي الكتريكي كنترل مي‌كند . هنگامي‌كه جريان الكتريكي به انژكتورها مي‌رسد سولونوئيد دريچه پاشش را باز كرده و در اثر اختلاف فشار مابين لوله سوخت رساني در  منيفولد هوا سوخت به صورت پودر شده به پش سوپاپ هوا پاشيده مي‌شود .

  طول زمان تزريق توسط ECU تعين مي‌گردد . انژكتور از يك سوپاپ سوزني و يك سولونوئيد تشكيل شده است با اعمال ولتاژ به انژكتور سولونوئيد درگير شده و انژكتور را جهت تحويل سوخت باز مي‌كند . هنگامي كه به هر كدام از انژكتورها ولتاژ مي‌رسد سوزن انژكتور آهنربا شده و سمت بالا حركت مي‌كند و بدين ترتيب مسير بنزين ورودي به سيلندر را باز مي‌كنند . با قطع جريان سوزن انژكتور توسط نيروي فنر به جاي خود بر مي‌گردد و نازل بسته مي‌شود .

2- شير برقي ( EGR )

يك نوع سولونوئيد است كه به فرمان ECU باز و بسته مي‌شود يكي از گازهاي آلاينده خروجي از موتور اكسيد ازت مي‌باشد . گاز ازت در درجه حرارت بالا در اتلق احتراق تشكيل مي شود . بدين ترتيب كه پيوند N2 و O2 شكسته شده و با يكديگر تركيبات NOX را مي‌سازند كه مضر جهت محيط زيست مي‌باشند . براي كاهش تشكيل مقدار اكسيد ازت بايستي درجه حرارت حاصل از حرارت را كاهش داد . بدين منظور سيستم EGR  طراحي شده است كه به طريق زير عمل مي‌كند . تمامي اين سيستمها به اين طريق عمل مي‌كنند كه كازهاي خروجي را به منيفولد هدايت كرده تا درجه حرارت محفظه احتراق را پائين نگه دارند در نهايت آلودگي خروجي كمتر گردد . شير برقي EGR  در حالت عادي باز است يعني هنگامي كه موتور روشن مي‌شود شير برقي با ولتاژ 12 ولت مستقيم فعال شده وسوپاپ آن به وسيله آهن رباي ايجاد شده در سولونوئيد باز مي‌شود و كانال شير را به هواي آزاد وصل مي‌كند بنا بر اين شير مكانيكي EGR كه به وسيله خلا تانك آرامش كار مي‌كند بسته است زماني كه دور موتور ازحالت دور آرام به دور متوسط مي‌رسد جريان الكتريسيته در در شير برقي قطع شده و شيلنگ خلا به به شيلنگ شير مكانيكي EGR وطل مي‌شود در نتيجه مقداري از گاز خروجي از اگزوز به اتاق احتراق جهت كاهش حرارت حاصل از احتراق هدايت مي‌شود بدين ترتيب از تشكيل NOX  كاسته مي‌شود با رسال فرمان از ECU به شير برقي EGR سولونوئيد آن باز شده و توسط خلا سوپاپ آن عمل مي‌كند .

 

شير برقي EGR  در موارد زير عمل نخواهد كرد :

A: در حالت كار كرد سرد موتور

B: در حالت دور آرام

C: در بار سنگين موتور

3- شير برقي دور آرام ISC

اين سولونوئيد تامين كننده هواي مورد نياز در مراحل مختلف دور آرام مي‌باشد تا موتور در مراحل مختلف دورهاي موتور بهترين مخلوط سوخت و هوا را داشته باشد . هنگامي‌ كه دريچه اصلي گاز بسته مي‌شود يا پا از روي پدال برداشته مي‌شود سنسور دريچه گاز وضعيت را از طريق ارسال سيگنالي به ECU اطلاع مي دهد . در اين صورت شير برقي دور آرام با فرمان ECU باز مي‌شود .

4- شير برقي كنيستر ( استكاني ضد تبخير )

اين سولونوئيد به وسيله دستكاه ECU كنترل مي شود . 

پالسهاي الكتريكي دريافت شده از ECU يك حوزه مغناطيسي را در سيم پيچ سولونوئيد ايجاد كرده و در نتيجه هسته آن تحريك شده آن به سمت بالا كشيده مي‌شود و كانال ورودي را به كانال خروجي متصل مي‌نمايد .

بدين ترتيب در هنگام استارت زدن سولونوئيد را تحريك مي‌كند تا بخار بنزين انباشته شده در مخزن كنيستر را به وسيله كانالي كه روي مخزن آرامش قرار دارد به منيفولد ورودي هدايت كند .

5 – كوئل

دستگاه كوئل اين سيستم ( خشك ) پرس الكتريكي ساخته شده است

هنگامي كه سوئيچ باز مي‌شود واحد كنترل موتور بر اساس اطلاعات دريافت شده از سنسور دور موتور توسط پالس ارسالي ، جريان سيمپيچ اوليه كوئل را قطع و وصل مي‌كنند و بين دو الكترود شمع ايجاد جرقه مي‌نمايد و بدين ترتيب زمان دقيق جرقه را كنترل مي‌كند

6 – رله اصلي

 رله اصلي داراي يك كنتاكت است كه در پايين هسته قرار دارد و مقناطيس ايجاد شده توسط سيم‌پيچ بر روي هسته ، عمل كنتاكت را كنترل مي‌كند .

زماني كه سوئيچ باز مي‌شود ولتاژ باتري از سوئيچ به رله اصلي ارسال مي گردد و اين رله وظيفه دارد ولتاژ باتري را به عملگرها منتقل كند .

 در نتيجه پمپ سوخت و انژكتورها و سيستم جرقه براي راه‌اندازي موتور فعال مي‌شوند . رله وظيفه دارد كه جريان الكتريكي را به سيستم موتور رسانده و جريان مطمئني را جهت جلوگيري از جريان سوخت در هنگامي كه موتور در حال حركت نمي‌باشد ، توليد كند .

رله ها با يك جريان كم عبور جريان زيادي را امكان پذير مي‌سازد .

7- پمپ سوخت

از نوع پروانه‌اي با موتور DC  ، زماني كه سوئيچ باز مي‌شود رله اصلي به وسيله ولتاژ باتري فعال مي‌شود و پمپ سوخت‌ رساني را فعال مي‌سازد .

در نهايت سوخت به وسيله پمپ در فضايي اطراف موتور پمپ و مدار سيستم سوخت رساني جريان مي‌يابد و فشار در حدودbar 5/5 ، سيستم سوخت رساني را تغذيه مي‌كند .

بنزين توسط پره‌ها به سمت بالا كشيده مي‌شود . پمپ بنزين در داخل باك نصب شده و هميشه در بنزين شناور است . اين امر سر وصدايناشياز كار پمپ را جذب كرده و هم مانع ايجاد حباب هوا مي‌شود هنگامي كه موتور خاموش است سوپاپ يكطرفه عمل كرده و اين سوپاپ با حفظ كردن فشار بنزين ، امكان روشن كردن موتور داده و مانع از تشكيل بخار در لوله بنزين در دماي بالا مي‌گردد .

 ECU( واحد كنترل الكترونيكي موتور ) :

 واحد كنترل موتور ، مدت زمان پاشش سوخت را بر اساس سيگنال حجم هواي ورودي و سيگنال دور موتور محاسبه مي‌كند و سپس بر اساس آن مدت زمان واقعي پاشش سوخت را كه مورد احتياج موتور مي‌باشد با تنظيم مدت پاشش مبنا بر اساس سيگنالهاي دريافتي از سنسورهاي مختلف و شرايط كار كرد موتور معين مي‌سازد .

 در عين حال ECU زاويه آوانس جرقه مبنا بر اساس سرعت موتور و حجم هواي ورودي را محاسبه كرده كه بر پايه اطلاعات دريافتي از سنسورهاي مختلف خودرو مي‌باشد . واحد كنترل موتور سيگنالهاي مناسبي را بر اساس اطلاعات دريافتي از سنسورها به دستگاه جرقه زن ارسال مي‌نمايد .

 رگلاتور فشار:

اين رگلاتور فشار بنزين در داخل ريل سوخت و پشت انژكتورها را در حدود bar=kg/cm 3  نگه مي‌دارد . اين قطعه روي لوله تزريق كننده سوخت در پايين دستگاه جريان نصب مي‌گردد .

 

محفظه اي كه فنر رگلاتور در آن قرار دارد ، توسط يك لوله مكش به كانال هواي ورودي در مخزن آرامش وصل شده است و در اثر خلا منيفولد نيروي فشار فنر كاهش مي‌يابد و در نتيجه اگر نيروي فشار دهنده فنر كمتر از فشار بنزين داخل رگلاتور باشد ديافراگم به سمت بالا هل داده مي‌شود و ضمن اينكه بنزين اضافي از راه سوپاپ يكطرفه بهن باك بر مي‌گردد و فشار اضافي نيز با اين عمل كاهش مي‌يابد و مجددا فشار داخل ريل سوخت ثابت نگه داشته مي‌شود .