مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

مدیریت الکترونیکی دریچه گاز در واقع برنامه کنترل سیستم‌هایی که دریچه‌گاز برقی دارند. در مقاله‌های قبلی در مورد دو عضو مهم این سیستم یعنی واحد سنسور پدال گاز و واحد دریچه‌گاز برقی مطالبی بیان شد. این مقاله در مورد نحوه کنترل و ارتباط بین این دو واحد خواهد بود. سطح مقاله برای کاربرانی با سیستم‌های مدیریت موتور آشنایی دارند مناسب است.

عملکرد عمومی مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

در مقاله سنسور پدال گاز در مورد دلیل استفاده از سیستم کنترل دریچه‌گاز به روش برقی مطالبی بیان شد. (پیشنهاد می‌شود ابتدا آن را مطالعه کنید). کنترل دریچه گاز توسط واحد ECM یا همان ایسیو موتور انجام می‌شود. ایسیو موتور به اطلاعات زیادی دسترسی دارد. این اطلاعات توسط سنسورهای مختلف به این واحد ارسال می‌شود؛ بنابراین این واحد مرجع مناسبی برای تعیین میزان‌باز شدن دریچه‌گاز است.

1- ایسیو موتور 2- سنسور پدال گاز 3- موتور دریچه‌گاز 4- سنسور دریچه گاز
A- اطلاعات ارسالی از سنسور پدال گاز
B- فرمان به موتور دریچه گاز
C- بازخورد از سنسور دریچه گاز
شکل 1- ساختار مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، اطلاعات میزان فشرده شدن پدال گاز توسط سنسور پدال گاز به واحد ایسیو موتور ارسال می‌شود. ایسیو موتور با توجه به اطلاعات موجود فرمان حرکت موتور دریچه‌گاز را صادر می‌کند. و همزمان از طریق سنسور دریچه گاز صحت عملکرد آن را بررسی می‌کند و در صورت لزوم آن را تصحیح می‌کند. شکل 2 از دیدگاه مدیریتی عملکرد این سیستم را نشان می‌دهد.

1- نیازهای داخلی گشتاور 2- نیازهای خارجی گشتاور 3- مقایسه و بررسی 4- حداکثر بازده
شکل 2- ساختار مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

منظور از نیازهای داخلی، همان نیازهای سیستم موتور است و منظور از نیازهای خارجی نیاز سایر سیستم‌های خودرو + نیاز راننده برای شرایط رانندگی است. کلیات این نیازها در شکل 3 آمده است.

شکل 3- برخی از نیازهای خودرو که روی گشتاور موتور تاثیر دارند

مزایای مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

باتوجه‌به موارد اشاره شده استفاده از این سیستم دارای مزایایی است که در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4- مزایای استفاده از سیستم مدیریت الکترونیکی دریچه گاز

1. کاهش اجزا مکانیکی متحرک مانند کابل سیم گاز و در نتیجه کاهش تاثیر خرابی‌های ناشی از استهلاک قطعات متحرک مکانیکی
2. تطبیق بهتر و راحت‌تر با سیستم‌های نوین مدیریت حرکت مانند، کروز کنترل، کروز کنترل تطبیقی، مدیریت ترمز , مدیریت پایداری خودرو
3. مدیریت تغییر دوربرای تطبیق با سیستم انتقال گشتاور. متناسب با نوع سیستم انتقال قدرت بکار روفته در خودرو، هر خودرو حداکثر تغییر سرعت دورانی دارد. اگر دور موتور ناگانی بالا برود و میزان تغییرات دور بیش از حد تحمل مجموعه انتقال قدرت بکار رفته در خودرو باشد. حالت لغزش بین موتور و جعبه دنده یا سایر اجزا سیستم انتقال قدرت بوجود می اید بنابراینبهتر است از افزایش ناگهانی دور موتور پرهیز شود.
4. کاهش تلفات پمپ‌های مختلف مانند پمپ بنزین، توربو و … باز کردن دریچه‌گاز در سرعت‌های بالا در نتیجه میزان گشتاور بیشتری ایجاد خواهد شد.. بعلاوه به دلیل دقیق بودن نسبت هوا به سوخت میزان نیاز به سیستم‌های کمکی مانند EGR کمتر خواهد بود و در صورتی که EGR نیز وارد عمل شود میزان بازده حرارتی موتور نیز بالاتر خواهد رفت.
5. شتاب گیری نرم و روان، هر چه تغییرات دریچه گاز روان‌تر اتفاق بیافتد، شتابگیری خودرو نیز با شیب ملایم‌تری رخ خواهد داد اجزا مختلف خودرو تحت نوسانات کمتری قرار گرفته و استهلاک آنها کمتر خواهد شد.
6. عدم نیاز به استپر موتور

عملکرد سیستم دریچه گاز

به‌صورت ساده می‌توان عملکرد سیستم را به دو بخش کلی دسته‌بندی کرد.

• حالت آزاد بودن پدال گاز
• حالت فشردن پدال گاز

هر یک از این دو مرحله کاری در سه‌فاز مختلف اجرایی می‌شود.

مرحله اول: حالت رها بودن پدال گاز

هنگامی که موتور روشن باشد و پدال گاز فشرده نشود به این معنی است که موتور در حالت دور درجا قرار دارد. شکل 5

شکل 5- فاز اول: تشخیص شرایط دور درجا بر اساس اطلاعات دریافتی از سنسورپدال گاز

باتوجه‌به اینکه ایسیو تغییرات ولتاژی بر اساس عملکرد سنسور پدال گاز (نوع نشان‌داده‌شده در شکل پتانسیومتری تفاضلی است) دریافت نمی‌کند؛ بنابراین فرایند کنترل دریچه‌گاز در حالت دور درجا شروع می‌شود. (شکل 6)

شکل 6- فاز دوم: آغاز فرایند کنترل موتور دریچه‌گاز با ارسال سیگنال

همانطور که در شکل 6 مشاهده می‌شود ایسیو پس از دریافت اطلاعات (شکل 5) و بررسی نیاز داخلی موتور (دمای هوا- فشار هوا- دمای موتور….) , فرمان چرخش دریچه گاز را از طریق ارسال سیگنال PWM واحد دریچه‌گاز صادر می‌کند. در این حالت دریچه‌گاز در زاویه بسیار کمی نسبت به حالت بسته بودن قرار می‌گیرد.
حال وضعیت قرارگرفتن پروانه‌ای دریچه‌گاز توسط سنسور دریچه گاز تشخیص‌داده‌شده و به اطلاع ایسیو می‌رسد. (شکل 7)

شکل 7- فاز سوم: فرایند تصحیح موقعیت دریچه‌گاز در دور آرام

پس از دریافت اطلاعات موقعیت دریچه‌گاز توسط ایسیو، واحد بررسی و مقایسه ورودی‌های مختلف و نیازهای موتور را مجدداً کنترل می‌کند. درصورتی‌که ضرورتی برای تغییردادن زاویه پروانه‌ای دریچه‌گاز وجود داشته باشد. ECU موتور فرمان تصحیح زاویه دریچه گاز را به واحد موتور ارسال می‌کند. این فرایند به‌صورت دایمی انفاق می‌افتد و هر زمان تغییر کوچکی در نیازهای داخلی موتور بروز کند، ایسیو فرمان جدیدی برای موتور دریچه‌گاز ارسال خواهد کرد.

مرحله دوم: حالت فشردن پدال گاز

زمانی که رانند پدال گاز را فشار می‌دهد. تغییرات ولتاژ خروجی متناسب با میزان فشرده‌شدن در سنسور پدال گاز اتفاق می‌افتد. (شکل 8)

شکل 8- فاز اول: دریافت اطلاعات پدال و شرایط موتور

پس از اینکه ECM از میزان فشرده شده پدال مطلع شد. باتوجه‌به نیاز داخلی موتور فرمان حرکت دریچه‌گاز را صادر می‌کند. هم زمان با این موضوع ایسیو موتور فرمان تغییرات مناسب برای تایمینگ جرقه و تایمینگ و مدت‌زمان پاشش انژکتور را نیز صادر می‌کند.
در فاز دوم فرایند تصحیح اولیه آغاز می‌شود. این فاز نیز مانند حالت دور درجا، اطلاعات محل قرارگرفتن دریچه‌گاز از طریق پتانسیومتر دریچه گاز به ایسیو ارسال می‌شود. (شکل 9)

شکل 9- فاز دوم: تصحیح اولیه زاویه دریچه‌گاز در زمان فشردن پدال

همانطور که در شکل مشخص است. اطلاعات دریافتی از موقعیت دریچه گاز باعث می‌شود ایسیو بتواند به‌صورت دقیق محل قرارگرفتن پروانه‌ای را تشخیص دهد و در صورت نیاز فرمان تغییر زاویه را به موتور دریچه‌گاز ارسال کند.

در فاز سوم فشردن پدال گاز، کنترل یونیت نیازهای بیرونی کنترل گشتاور را نیز بررسی کرده و در تغییر زاویه دریچه‌گاز تأثیر می‌دهد. (شکل 10)

شکل 10- فاز سوم: تصحیح تکمیلی با کمک بررسی سایر نیازهای موتور

در این فاز عوامل خارجی که روی گشتاور موتور مؤثر هستند نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد. موارد مربوط به کروز کنترل، سیستم‌های محدودیت سرعت خودرو، سیستم ترمز موتوری (EBC) در سیستم‌های دیزل، سیستم پایداری خودرو (TCS) نیز در تعیین موقعیت دریچه‌گاز مؤثر خواهند بود.
در این مقاله به‌صورت خلاصه روش عملکرد سیستم مدیریت الکترونیکی دریچه گاز بیان شد. در مقاله‌های بعدی به عیب‌یابی اجزا این سیستم پرداخته می‌شود.

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی