مکانیک خودرو عمومی -بخش 08

سیستم مدیریت موتور(Engine Management System)

برای روشن شدن موتور، علاوه بر حداقل دوران میل‌لنگ، پارامترهای دیگری به شرح زیر نیز باید ایجاد شود:

• ترکیب سوخت و هوا به نسبت جرمی تقریبی یک گرم بنزین به 14/7 گرم هوا
• تعیین زمان و مقدار پاشش بنزین
• تامین ولتاژ جریان برقی بین 5 تا 50 کیلوولت برای ایجاد جرقه بین الکترودهای شمع
• تعیین زمان جرقه
• کنترل دمای مایع خنک‌کننده موتور

تامین و اجرای موارد فوق برعهده سیستم مدیریت موتور یا EMS است. شکل 1 اجزای EMS را نشان می‌دهد.

1-واحد کنترل الکترونیکی یا(ECU)  2 -دسته‌سیم 3-دیاگ 4- سنسور دور موتور 5-سنسور میل‌سوپاپ 6- سنسور فشار و دمای هوای ورودی یا (TMAP) 7- سنسور دمای مایع خنک‌کننده 8-سنسور دریچه گاز 9-سنسور سرعت خودرو 10-سنسور اکسیژن 11-سنسور ناک 12-سوئیچ اینرسی 13-سوئیچ 14-باتری 15-انژکتور 16-پمپ بنزین 17-کویل دوبل 18-وایر شمع 19-شمع 20-استپر موتور 21-شیر برقی کنیستر 22-رله دوبل 23-فن رادیاتور 24-چراغ چک 25-دورسنج موتور
شکل 1-اجزای EMS موتور بنزینی

شکل 2 جانمایی اجزای مختلف EMS را نشان می‌دهد.

1– کنیستر 2- شیر قطع کن 3- شیر برقی کنیستر 4- سنسور فشار و دمای هوای ورودی (TMAP) 5- ریل سوخت و انژکتور 6- کویل‌ها و شمع‌های جرقه 7- سنسور میل بادامک 8- پمپ برقی هوای ثانویه 9– شیر هوای ثانویه 10- اندازه‌گیر جرم هوای ورودی به موتور 11- دریچۀ گاز الکترونیکی (ETC) 12- شیر برقی( EGR) 13- سنسورناک 14- سنسور دور موتور 15- سنسور دمای مایع خنک‌ کنندۀ موتور 16- سنسور‌های اکسیژن بالادستی و پائین‌دستی یا سنسورها لاندا 17- (ECU )  18- به دستگاه عیب یاب 19- چراغ عیب‌یاب 20- به ایموبیلایزر 21- سنسور فشار باک بنزین 22- پمپ بنزین برقی مستقر در باک بنزین 23- سنسور پدال گاز 24- باتری

شکل 2-جانمایی اجزای مختلف EMS موتور بنزینی

در ادامه به معرفی وظیفه مختصر اجزای EMS پرداخته می‌شود:

بنزين

بنزين سوختی است كه در موتورهاي با سيكل اتو مورد استفاده قرار مي گيرد، اين سوخت تركيبي از هيدروكربن هاي مختلف مي باشد و بايد به شكلي باشد تا خاصيت ضربه زنی نداشته باشد به همين دليل درجه اكتان را تعريف مي كنند. سوخت ايزواكتان سوختي است كه حداكثر مقاومت در مقابل خودسوزي را دارد. درحالی كه سوخت هپتان حداقل مقاومت در مقابل خودسوزی دارد بنابراين با تركيب مقادير مختلف اين سوخت‌ها، بنزين با درجه اكتان متفاوت حاصل می‌شود که طبیعتا هرچقدر میزان اکتان موجود در بنزین بیشتر باشد، عملکرد موتور بهتر خواهد بود.

1-واحد کنترل الکترونیکی یا ECU

با توجه به شکل 3 واحد کنترل الکترونیکی در واقع یک برد الکترونیکی است که از قبل برنامه‌های عملیاتی مرتبط با میزان پاشش بنزین و زمان‌بندی جرقه برای آن بارگذاری شده است و این برد الکترونیکی از طریق دریافت سیگنال سنسورها و پردازش آنها، سه پارامتر زیر را تعیین و با ارسال فرامین کنترلی برای عملگرها، این سه پارامتر را محقق می‌کند:

• زمان پاشش بنزین توسط انژکتور
• میزان پاشش بنزین توسط انژکتور
• زمان ایجاد قوس الکتریکی یا جرقه بین الکترودهای شمع جرقه

شکل 3-واحد کنترل الکترونیکی یا ECU

2-دسته‌سیم

مجموعه از کابل‌ها، کانکتورها و اتصالات برقی که ارتباط بین سنسورها، واحد کنترل الکترونیکی، عملگرها، دستگاه عیب‌یاب یا دیاگ و سایر سیستم‌ها را محقق می‌کند، دسته‌سیم نامیده می‌شود. یک نوع دسته‌سیم در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4-یک نوع دسته‌سیم

3-دستگاه عیب‌یاب یا Diag

دستگاه عیب‌یاب از طریق اندازه‌گیری مقاومت، ولتاژ و نمایش دادن سیگنال‌های بخش‌های مختلف EMS، ، عملیات عیب‌یابی را آسان‌تر می‌کند. مهمترین پارامترهایی که دستگاه دیاگ در اختیار قرار می‌دهد به شرح زیر است:

• خواندن کدهای خطا (Reading of fault codes)
• پاک کردن کدهای خطا (Clearing of fault codes)
• اندازه‌گیری پارامترها (Parameteres measurement)
• تست عملگرها (Actuatore Test)

شکل 5 یک نوع دستگاه عیب‌یاب یا دیاگ را نشان می‌دهد.

شکل 5-یک نوع دستگاه عیب‌یاب یا دیاگ

4-سنسور موقعیت میل‌لنگ (CKP) و دور موتور (ESS)

سنسور دور موتور در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6-سنسور دور موتور

وظایف سنسور دور موتور به عنوان مهمترین سنسور سیستم مدیریت موتور به شرح زیر است:

1. تعیین دور موتور
2. تعیین موقعیت پیستون‌ها، زمان جرقه، آوانس جرقه و زمان پاشش سوخت
3. دستیابی به وضعیت عملکردی موتور (شتاب، قدرت و …) از طریق مقایسۀ اطلاعات سنسور دور موتور و سنسور موقعیت دریچۀ گاز
4. تعیین وضعیت روشن یا خاموش بودن موتور، جهت فعال یا غیرفعال کردن رلۀ اصلی و رلۀ پمپ بنزین رلۀ دوبل
5. دستیابی به وضعیت دندۀ ‌گیر بکس از طریق مقایسۀ اطلاعات سنسور دور موتور و سنسور سرعت خودرو و تزریق سوخت بهینه جهت شتابگیری مطلوب و کاهش مصرف سوخت و آلایندگی
6. تشخیص حداکثر دور مجاز موتور و اعمال وضعیت قطع پاشش سوخت یا Cut off برای انژکتورها در شرایط Overrun یا دور حداکثر

5-سنسور موقعیت میل‌سوپاپ (CMP)

شکل 7 سنسور موقعیت میل‌سوپاپ را نشان می‌دهد.

شکل 7-سنسور موقعیت میل‌سوپاپ

از آنجایی که دور میل‌سوپاپ نصف دور میل‌لنگ است، با داشتن مرجعی از حرکت میل‌سوپاپ، ECU به راحتی می‌تواند فاز حرکت پیستون سیلندرها را تعیین کند. لذا از این سنسور علاوه بر استفاده برای اندازه‌گیری دور میل‌سوپاپ، برای تعیین فاز حرکت پیستون‌ها نیز به کار گرفته می‌شود.

6-سنسور فشار و دمای هوای ورودی (TMAP)

شکل 8 سنسور فشار و دمای هوای ورودی به موتور را نشان می‌دهد. این سنسور بر روی مانیفولد هوا نصب می‌شود و وظیفه آن اندازه‌گیری فشار و دمای هوای ورودی به موتور است تا بتوان با استفاده از این اطلاعات، دقت اندازه‌گیری هوای ورودی به موتور را افزایش داد و متناسب به مقدار دقیق هوای ورودی به موتور، میزان دبی جرمی بنزین تزریقی نیز با دقت بیشتری اندازه‌گیری شود.

شکل 8-سنسور فشار مطلق مانیفولد

7-سنسور دمای مایع خنک‌کننده موتور (CTS)

شکل 9 سنسور دمای مایع خنک‌کننده موتور را نشان می‌دهد. این سنسور در سر سیلندر و معمولاً کنار هوزینگ‌ ترموستات نصب می‌گردد. وظیفۀ این سنسور ارسال اطلاعات مربوط به دمای مایع خنک‌کنندۀ موتور به ECU است. ECU از طریق مقایسۀ این اطلاعات با اطلاعات سنسوری دمای هوای ورودی (ITS)، نیاز و یا عدم نیاز به وضعیت ساسات را تشخیص می‌دهد و از طرفی ECU از طریق اطلاعات CTS، وضعیت پاشش سوخت و همچنین راه اندازی فن‌های خنک کنندۀ موتور را کنترل می‌نماید.

شکل 9-سنسور دمای مایع خنک‌کننده موتور

8-سنسور موقعیت دریچه گاز (TPS)

شکل 10 سنسور موقعیت دریچه گاز را نشان می‌دهد.این سنسور در راستای محور دریچۀ گاز نصب می‌گردد و وظیفۀ آن تعیین موقعیت دریچۀ گاز برای ECU می‌باشد و همچنین از تغییرات سیگنال ولتاژ این سنسور، ECU نرخ افزایش سرعت یا شتابگیری موتور را احساس کی‌کند و پروتکل مورد نظر را برای شتابگیری مناسب موتور و خودرو و اجرا می‌کند. چنانچه راننده پدال گاز را به صورت ناگهانی فشار دهد، ECU تزریق بنزین را زیاد می‌کند و باعث افزایش توان موتور و شتابگیری مطلوب می‌شود. در حالیکه اگر راننده به صورت ناگهانی پای خود را از روی پدال گاز بردارد، برای جلوگیری از افزایش مصرف سوخت و آلایندگی، ECU پروتکل قطع پاشش سوخت یا Cutoff انژکتورها را اجرا می‌کند. در این حالت ECU با کاهش دادن زمان پاشش انژکتورها و یا در بعضی موارد قطع کامل پاشش سوخت، از افزایش آلایندگی و مصرف سوخت جلوگیری می‌کند. از طرفی ECU به مقایسه اطلاعات این سنسور با اطلاعات سنسور دورموتور و سنسور سرعت خودرو، وضعیت قدرت و Overrun را نیز تشخیص می‌دهد. در وضعیت قدرت با افزایش زمان تزریق سوخت، قدرت موتور افزایش می‌یابد و در وضعیت Overrun با کاهش زمان تزریق سوخت، مصرف سوخت و آلودگی کاهش می‌یابد.

شکل 10-سنسور موقعیت دریچه گاز

9-سنسور سرعت خودرو (VSS)

شکل 11 سنسور سرعت خودرو را نشان می‌دهد. این سنسور بر روی پوستۀ گیربکس نصب شده و حرکت خودرو را بوسیلۀ چرخ دنده کیلومترشمار واقع بر روی خروجی گیربکس یا کرانویل ديفرانسيل دریافت می‌کند. ECU با دریافت اطلاعات سرعت خودرو از طریق این سنسور و مقایسۀ این اطلاعات با سایر داده‌ها، بخصوص وضعیت دور موتور و پدال گاز، شرایط عملکردی خودرو را تشخیص داده و مدت زمان تزریق سوخت و آلایندگی را بهینه می‌کند.
در خودروهای مجهز به سیستم ترمز ضدقفل(ABS)، این سنسور بعضا حذف می‌شود و اطلاعات سرعت خودرو از طریق خطوط شبکه در اختیار ECU موتور نیز قرار می‌گیرد.

شکل 11-سنسور سرعت خودرو

10-سنسور اکسیژن یا سنسور لاندا

شکل 12 سنسور اکسیژن را نشان می‌دهد. برای کنترل آلایندگی CO به صورت حلقه بسته، از این سنسور استفاده می‌شود. این سنسور در مسیر دود خروجی روی مانیفولد دود یا لولۀ اگزوز نصب می‌گردد. درصورتیکه مقدار CO موجود در دور خروجی زیاد باشد ولتاژ خروجی این سنسور به عدد یک نزدیک می‌شود و ECU با تحلیل اطلاعات این سنسور و کاهش میزان پاشش سوخت توسط انژکتورها یا افزایش میزان هوای ورودی به موتور توسط استپرموتور یا دریچه گاز برقی، تلاش می‌کند تا میزان مونوکسید کربن را به حد مجاز برساند.

شکل 12-سنسور اکسیژن

11-سنسور کوبش یا ضربه‌زنی موتور (Knock Sensor)

شکل 13 سنسور ضربه‌زنی را نشان می‌دهد. برخی عوامل مانند نسبت تراکم بالا، آوانس جرقۀ زیاد، مصرف سوخت کم و غیره باعث ایجاد ضربه‌زنی یا Knock در موتور خودرو می‌شود. در واقع ضربه‌زنی یا Knock ناشی از ایجاد احتراق انفجارگونه در محفظه احتراق است که و باعث آسیب دیدن قطعات موتور بخصوص پیستون می‌شود. در گذشته با استفاده از سرب موجود در بنزین، تا حدودی، ضربه‌زنی را کنترل می‌کردند ولی امروز به علت سمی بودن سرب و عدم استفاده از آن در بنزین باید، بوسیلۀ سنسور Knock، ابتدا ضربه‌زنی را تشخیص داده و ECU برای کنترل آن به کاهش مقدار آوانس جرقه و افزایش مصرف سوخت، اقدام می‌کند.

شکل 13-سنسور ضربه‌زنی موتور

12-سوئیچ اینرسی

شکل 14 سنسور سوئیچ اینرسی را نشان می‌دهد.این سوئیچ وظیفه قطع کردن جریان برق رلۀ پمپ بنزین یا برق پمپ بنزین در تصادفات را بر عهده دارد و در نتیجه از آتش سوزی خودرو جلوگیری می‌کند.

شکل 14-سوئیچ اینرسی

13-سوئیچ مجهز به سیستم ضد سرقت یا ایموبیلایزر

شکل 15 سوئیچ خودرو را نشان می‌دهد. برای افزایش سطح امنیت خودرو و جلوگیری یا کاهش سرقت خودرو از سوئیچ مجهز به سیستم ایموبیلایزر استفاده می‌شود. با استفاده از سیستم ایموبیلایزر، اگر سوئیچی از روی بخش مکانیکی سوئیچ خودرو کپی شود و کلید کپی شده، مجهز به ترانسپوندر نباشد و موتور استارت می‌خورد ولی روشن نمی‌شود و از اینرو امکان سرقت خودرو کاهش می‌یابد.

شکل 15-سوئیچ خودرو

14-باتری

شکل 16 باتری خودرو را نشان می‌دهد. باتری مورد استفاده در خودرو از نوع سربی اسیدی است و جریان برق مورد نیاز مصرف‌کننده‌های الکتریکی خودرو را تامین می‌کند. که در دو نوع بدون نیاز به نگهداری(Maintenance Free(MF)) و معمولی تولید و عرضه می‌شود. نوع معمولی دارای درپوش سرریز الکترولیت است و نوع MF بدون درپوش سرریز الکترولیت است. قطب مثبت باتری قطورتر و قطب منفی باتری دارای قطر کمتری است و هیچگاه نباید قطب مثبت و منفی را برعکس متصل کرد.

شکل 16-باتری خودرو

15-انژکتور

شکل 17 انژکتور موتور بنزینی را نشان می‌دهد. انژکتور یک شیر الکترومغناطیسی است به نحوی که در حالت عادی مجرای تزریق سوخت مسدود است و هنگامی که سیم پیچ انژکتور جریان برق با ولتاژ 12 ولت را از رلۀ دوبل دریافت کرده و منفی خود را از ECU دریافت کند، سیم‌پیچ انژکتور مغناطیس شده و بنابراین هستۀ سیم‌پیچ و سوزن انژکتور به اندازۀ 0/1 میلی‌متر به سمت بالا حرکت کرده و مسیر تزریق سوخت باز می‌شود.

شکل 17-انژکتور موتور بنزینی

16-پمپ بنزین

شکل 18 مجموعه پمپ بنزین را نشان می‌دهد. پمپ بنزین، ترکیبی از یک موتور الکتریکی و یک پمپ مکانیکی پروانه‌ای است. ولتاژ عملکردی پمپ بنزین 12 ولت می‌باشد که از طریق رلۀ دوبل تأمین می‌گردد. فشار ریل سوخت بعد از ثابت شدن توسط سوپاپ فشار شکن و یا رگولاتور در حدود 3/5 بار می‌باشد. چنانچه سوئیچ روشن شود ولی استارت زده نشود، 2 تا 3 ثانیه بعد از روشن شدن سوئیچ پمپ بنزین کار می‌کند و چون ECU اطلاعات چرخش میل لنگ را از سنسور دور موتور یا میل بادامک دریافت نمی‌کند، برق رلۀ دوبل و در نتیجه پمپ بنزین را قطع می‌کند.

شکل 18-پمپ بنزین

17-کویل دوبل

شکل 19 کویل دوبل را نشان می‌دهد. كويل در حقيقت ترانسفورماتور افزاينده مي¬باشدكه برق فشار ضعيف 12 ولت باتري را به برق فشار قوي با ولتاژ بين 5000 تا 50000 ولت، برای تشکیل قوس الکتریکی یا جرقه در محفظه احتراق تبديل مي‌كند.

شکل 19 -کویل دوبل

18-وایرشمع

شکل 20 وایرشمع را نشان می‌دهد. واير شمع يا وايرهاي فشار قوي كه وظيفه انتقال جريان برق فشار قوي را از ترمينال مركزی كويل به ترمينال مركزی دلكو و همچنين از ترمينالهاي دلكو به شمع¬ها را برعهده دارند بايد خصوصيات زير را داشته باشند:

1. عايق آن، مقاومت الكتريكی تا 40000 ولت را داشته باشد و در مايعات و هوا، جريان برق را از خود عبور ندهد.
2. در برابر تغييرات دمايی از Cº 40- تا Cº 260 به خوبی مقاومت كند.
3. از توليد امواج الكترومغناطيسی و تداخل آن با دستگاههاي الكترونيكی جلوگيری كند.
4. در حدود 160000 كيلومتر عمر مفيد داشته و به مدت 10 سال استحكام و دوام مناسب داشته باشد.

شکل 20-وایرشمع

19-شمع جرقه

شکل 21 شمع جرقه را نشان می‌دهد. وظيفة شمع توليد جرقه در محفظة احتراق به جهت محترق نمودن مخلوط سوخت و هوا مي¬باشد. شمع بايد ولتاژي در حدود 30000 ولت را از خود عبور داده و عايق شمع بايد تا دماي Cº 1200 خصوصيات عايق بودن را به خوبی داشته باشد و همچنين شمع بايد فشار محفظه ‌احتراق را در حدود 50 بار تحمل نمايد.

شکل 21-شمع جرقه

20-موتور مرحله‌ای دور آرام یا موتور پله‌ای (Stepper Motor)

شکل 22 استپرموتور یا موتور پله‌ای را نشان می‌دهد. موتورهایی که دریچۀ گاز آنها بوسیلۀ موتور الکتریکی کنترل نمی‌شود و بوسیلۀ سیم به پدال گاز متصل است، باید مجرای کنارگذری در مجاورت دریچۀ گاز وجود داشته باشد تا با کنترل هوای ورودی از این مجرای کنارگذر، دور موتور و آلایندگی موتور کنترل شود. این موضوع بر عهده استپرموتور است و به طور کلی وظایف زیر را برعهده دارد:

1. کنترل دور موتور و آلودگی در حالت دور آرام
2. کنترل دور موتور در وضعیت دورآرام، هنگام استفاده از کولر، فرمان هیدورلیک، افزایش بارالکتریکی بر روی آلترناتور و غیره.
3. کنترل میزان هوای ورودی به موتور، هنگامی که راننده به طور ناگهانی پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارد و نهایتاً کنترل آلایندگی.

شکل 22-استپرموتور یا موتور پله‌ای

21-شیر برقی کنیستر

شکل 23 شیر برقی کنیستر را نشان می‌دهد. کنیستر، یک قوطی حاوی زغال احیا شده است که خاصیت جذب بخارات بنزین دارد. هنگام خاموش بودن خودرو، بخارات بنزین تولید شده در باک توسط زغال‌های احیا شدۀ کنیستر جذب می‌شوند، هنگامی که موتور روشن شود، ECU در زمان‌های خاص دستور باز شدن شیر برقی کنیستر را صادر می‌نماید، از اینرو خلاء مانیفولد به داخل کنیستر اعمال می‌شود و درنتيجه بخارات بنزین به مانیفولد هوا و سیلندرها هدایت شده و باعث ایجاد احتراق مناسب در زمان‌هاي تشخیص داده شده توسط ECU شده و از آلودگی محیط نیز جلوگیری می‌شود.

شکل 23-شیر برقی کنیستر

22-رله دوبل

شکل 24 رله دوبل را نشان می‌دهد.

شکل 24-رله دوبل

رلۀ دوبل شامل دو رلۀ پمپ بنزین و اصلی می‌باشد.
رلۀ اصلی، جريان برق اصلي و بعضاً سیم‌پیچ رلۀ پمپ بنزین را تأمین می‌کند.
رلۀ پمپ بنزین در هنگام روشن شدن سوئیچ جریان برق با ولتاژ 12 ولت را به قسمت‌های زیر ارسال می‌کند:

• پمپ بنزین
• انژکتور
• سیم پیچ‌های اولیۀ کویل دوبل
• شیرهای برقی کنیستر و EGR
• المنت گرمکن سنسور اکسیژن
• المنت گرمکن هوزینگ دریچۀ گاز

23-فن رادیاتور

شکل 25 فن رادیاتور را نشان می‌دهد. برای خنک کردن مایع خنک‌کننده موتور، پروانه در جلوی رادیاتور نصب می‌شود که توسط موتور الکتریکی دوران می‌کند. واحد کنترل الکترونیکی یا ECU، با دریافت و تحلیل اطلاعات سنسور دمای مایع خنک‌کننده، هنگامی که دمای مایع خنک‌کننده به مقادیر از قبل تعیین شده برسد، فن رادیاتور را با دور کند یا تند فعال می‌کند و با عبور جریان هوا از بین شبکه‌های رادیاتور، عملیات خنک‌کاری تسریع می‌شود. در بسیاری از خودروهای امروزی، موتور فن خنک‌کننده فقط دارای دور کند و تند نیست و با دور متغیر کار می‌کند.

شکل 25-فن رادیاتور

24-چراغ چک یا چراغ نشان دهندۀ عیب (MIL) یا (Check Engine)

شکل 26 شماتیک چراغ اخطار درج شده در جلو آمپر را نشان می‌دهد. این چراغ در حالت عادی کارکرد سیستم، باید با روشن بودن سوئیچ روشن باشد و با روشن شدن موتور خاموش شود. در موارد زیر چراغ اخطارسیستم انژکتوری روشن مانده و یا روشن و خاموش می‌شود:

• خرابی سنسور اکسیژن
• خرابی یا سوختن سیم‌پیچ اولیۀ کویل
• خرابی یا سوختن سیم‌پیچ انژکتور
• خرابی سنسور ناک
• خرابی ECU

شکل 26-چراغ چک موتور

25-دورسنج موتور

شکل 27 دورسنج موتور را نشان می‌دهد. تعداد دوران میل‌لنگ از طریق دورسنج تعبیه شده در جلوآمپر به راننده نمایش داده می‌شود تا راننده از وضعیت دور موتور با خبر باشد و ضمن کنترل دور موتور از ورود دور موتور به ناحیه قرمز رنگ یا خطرناک پیشگیری شود. ورود دور موتور به ناحیه قرمز رنگ، خطرناک بوده و احتمال شاتون زدن یا شکستن شاتون وجود دارد به همین دلیل باید از افزایش بی‌رویه دور موتور و ورود به ناحیه قرمزرنگ خودداری کرد.

شکل 27-دورسنج موتور

26-مبدل کاتالیستی

مبدل کاتالیستی از مواد فعال مانند اکسید آلومینیوم و فلزهای پلاتینیوم و پالادیوم ساخته شده است و وظیفۀ تبدیل محصولات احتراق ناقص(NOx، CO و HC ) به CO2، و H2O است. شکل 28 یک نوع مبدل کاتالیسی را نشان می‌دهد.

شکل 28-مبدل کاتالیستی