سیستم جرقه زنی برنامه دار

سیستم جرقه زنی برنامه دار

• مروری بر جرقه زنی برنامه دار

جرقه زنی برنامه دار اصطلاحی است که شرکت رًوِر و بعضی سازندگان دیگر به کار می برند. فورد، بوش و سایر سازندگان این سیستم را سیستم آوانس جرقه الکترونیکی می نامند. ابداع سیستم جرقه زنی الکترونیکی انرژی ثابت گام مهمی به جلو بود و هنوز هم این سیستم کاربردهای فراوان دارد. اما محدودیت اصلی آن تکیه بر اجزای مکانیکی برای آوانس دور و بار موتور است. در بسیاری از موارد، این اجزای مکانیکی نمی توانند نیاز های موتور را به خوبی مرتفع کنند.

سیستم های جرقه زنی برنامه دار، با سیستم های قدیمی تفاوت مهمی دارند زیرا به شیوه رقمی کار می کنند. بدین ترتیب می توان اطلاعات مربوط به شرایط و نیازهای کاری هر موتور خاص را در حافظه واحد کنترل الکترونیکی موتور برنامه ریزی کرد. داده هایی که در حافظه فقط خواندنی (رًم) ذخیره می شود حاصل آزمونهای دقیق موتور روی دینامومتر و تحقیقات توسعه ای بعدی روی خودرو، تحت شرایط کاری مختلف، است.

• مزایای سیستم جرقه زنی برنامه دار

سیستم جرقه زنی برنامه دار چندین حسن به روش زیر دارد:

1-  زمان جرقه زنی را می توان به دقت و متناسب با هر کاربرد، در گستره ای از شرایط بهره برداری ، تنظیم کرد.

2-  از ورودی های کنترلی دیگر، از قبیل دمای آب خنک کن موتور و دمای هوای محیط می توان استفاده کرد.

3-  موتور راحت تر روشن می شود، مصرف سوخت و، در نتیجه، میزان آلایندگی کاهش می یابد و دور آرام بهتر کنترل می شود.

4-  ورودی های دیگر، از قبیل کوبش موتور، را نیز می توان به حساب آورد.

5-  تعداد قطعات سایش یابنده در سیستم جرقه زنی بسیار کاهش می یابد.

سیستم جرقه زنی برنامه دار می تواند به صورت مجزا، یا به منزله بخشی از سیستم کنترل سوخت باشد. این سیستم امکانات نامحدودی برای اداره سیستم کنترل موتور فراهم می کند.

• حسگر ها و اطلاعات ورودی

در شکل 1 طرح سیستم جرقه زنی برنامه دار رًوِر نشان داده شده است. واحد کنترل الکترونیکی موتور، برای محاسبه خروجی های مربوط به زمان جرقه زنی و مکث به اطلاعات ورودی خاصی نیاز دارد.

شکل 1

طرح سیستم جرقه زنی برنامه دار رًوِر. 1. واحد کنترل الکترونیکی سیستم جرقه زنی برنامه دار؛2. حسگر دمای آب؛ 3. حسگر کوبش؛ 4. حسگر میل لنگ و القاکن؛ 5. کوئل؛ 6. مغزی سوئیچ؛ 7. دلکو ولتاژ بالا؛ 8. واحد کنترل الکترونیکی سیستم سوخت پاشی

دور و وضعیت موتور- حسگر میل لنگ

حسگر میل لنگ یک حسگر ساده رلوکتانسی است است که در شکل 2 مشاهده می شود.این وسیله از یک آهنربای دائمی، یک سیم پیچ و یک هسته از آهن نرم تشکیل شده است. حسگر میل لنگ در نزدیکی صفحه القا کن نصب می شود. این صفحه 34 دندانه دارد که به فاصله 10 درجه از یکدیگر، روی محیط صفحه قرار دارند. در این صفحه جای دو دندانه، در محل مشخصی قبل از نقطه مرگ بالایی خالی است. بسیاری از سازندگان از این روش، با تفاوتهای جزئی، استفاده می کنند. وقتی یک دندانه از صفحه القا کن از برابر هسته حسگر عبور می کند رلوکتانس مدار مفناطیسی تغییر می کند. در نتیجه ولتاژی در سیم پیچ القا می شود که فرکانس شکل موجی آن با دور موتور متناسب است. «دندانه» ای که جای آن خالی است سبب «جا افتادن» یک موج خروجی می شود و در نتیجه می توان وضعیت موتور را تعیین کرد.

شکل 2

بار موتور – حسگر فشار مطلق منیفولد

بار موتور با فشار منیفولد متناسب است زیرا تحت بار زیاد فشار منیفولد افزایش و تحت بار کم، مثلا در هنگام رانندگی با سرعت بهینه، فشار منیفولد کاهش می یابد. بنابراین حسگر بار موتور نوعی تراگردان فشار است. این حسگر ها روی واحد کنترل الکترونیکی یا به صورت واحدی مجزا نصب می شوند و با لوله به ورودی منیفولد اتصال می یابند. در داخل لوله غالبا مانعی تعبیه می شود تا نوسانات فشار را میرا کند؛ یک تله بخار نیز در داخل لوله نصب می شود تا از رسیدن بخار بنزین به حسگر جلوگیری کند.

دمای موتور – حسگر دمای آب

دمای آب خنک کن به وسیله یک ترمیستور ساده اندازه گیری می شود(فشنگی آب)؛ در بسیاری از موارد از همین حسگر برای به کار انداختن درجه آب و تامین اطلاعات لازم برای سیستم کنترل سوخت استفاده می شود.

انفجار – حسگر کوبش

کوبش ناشی از احتراق، اگر به مدت طولانی ادامه پیدا کند، می تواند به موتور صدمه بزند. این کوبش یا انفجار سوخت ناشی از بیش از حد آوانس بودن جرقه است. اما به طور کلی موتور هنگامی بیشترین بازده را دارد که تا حد ممکن آوانس باشد. برای حصول به این وضعیت، داده های ذخیره شده در نقشه تنظیم زمانی اولیه، تا جایی که ممکن است نزدیک به حد کوبش موتور انتخاب می شوند(شکل 3). حسگر کوبش حاشیه خطا را تامین می کند. این حسگر نوعی شتاب سنج، غالبا از نوع پیزوالکتریکی است. این حسگر را روی موتور نصب می کنند. در موتورهای راست چهار سیلندر این حسگر بین سیلندرهای 2 و 3 نصب می شود. موتور های خورجینی به دو حسگر نیاز دارند و در هر طرف موتور یک حسگر باید نصب گردد. واحد کنترل الکترونیکی به سیگنال های دریافتی از حسگر کوبش که در پنجره کوبش موتور هر سیلندر قرار دارد پاسخ می دهد؛ حسگر در فاصله چند درجه از نقطه مرگ بالایی، در هر دو طرف، قرار می گیرد. بدین ترتیب لرزش سوپاپها به عنوان کوبش تعبیر نخواهد شد. سیگنالی که از حسگر می رسد در واحد کنترل الکترونیکی فیلتر می شود تا نویز نامطلوب آن حذف شود. در صورتی که کوبش آشکارسازی شد، جرقه در جهارمین پالس جرقه زنی پس از آشکار سازی(در موتور چهار سیلندر) ریتارد می شود؛ ریتار شدن جرقه به صورت پله ای انجام می شود تا دیگر اثری از کوبش مشاهده نشود.سازندگان مختلف پله های متفاوتی را انتخاب کرده اند، اما پله 2 درجه ای متداول تر است. سپس جرقه، به آهستگی و در پله های کوچکتر از یک درجه، در طی چندین دور کار موتور آوانس مس شود تا جایی که جرقه دوباره، به اندازه مورد نیاز حافظه آوانس شود. با این شیوه کنترل دقیق می توان از موتور در ناحیه ای بسیار نزدیک به حد کوبش بهره برداری کرد، بدون آنکه خظر آسیب دیدن موتور وجود داشته باشد.

شکل 3

ولتاژ باتری

اگر ولتاژ باتری کاهش پیدا کند باید زمان مکث را تصحیح کرد زیرا ولتاژ کمتری به کوئل می رسد و زمان مکث باید اندکی افزایش یابد. این اطلاعات را غالبا به صورت نقشه صحیح مکث در حافظه واحد کنترل الکترونیکی ذخیره می کنند.

• واحد کنترل الکترونیکی

با افزایش پیچیدگی های سیستم ها، اطلاعاتی که باید در تراشه های حافظه واحد کنترل الکترونیکی ذخیره شود نیز افزایش یافته است. در صورت های اولیه سیستم جرقه زنی برنامه دار که رور تولید کرده بود، زمان جرقه زنی بادقت 1.8+- درجه تنظیم می شد، در حالی که دقت تنظیم دلکوی معمولی 8+- درجه است. اطلاعات حاصل از آزمونهایی که روی دینامومتر انجام می شود و نیز اطلاعات عملی حاصل از راندن خودرو در حافظه فقط خواندنی (رم) ذخیره می شود. نقشه تنظیم زمانی اولیه شامل آوانس جرقه صحیح برای 16 دور و 16 وضعیت بارگذاری مختلف موتور است.

از یک نقشه سه بعدی مجزا(شکل 4) نیز استفاده می کنند که 8 دور و 8 دما را شامل می شود. از این نقشه برای اضافه کردن تصحیحات مربوط به دمای آب موتور به تنظیم زمانی اولیه استفاده می شود. بدین ترتیب راندن پذیری خودرو بهبود می یابد و به کمک این نقشه می توان زمان لازم برای گرم شدن موتور را کاهش داد. این داده ها در معرض تصحیح بار در دمای کمتر از 70 درجه سانتی گراد نیز قرار می گیرند.

شکل 4

توجه کنید که واحد کنترل الکترونیکی نیز زاویه مکث را، هم به صورت تابعی از دور موتور برای تامین انرژی خروجی ثابت و هم به صورت تابعی از تغییر ولتاژ باتری، تصحیح می کند. وقتی ولتاژ باتری کاهش یابد زمان مکث باید اندکی افزایش یابد و در صورت افزایش ولتاژ باتری زمان مکث را اندکی کاهش داد.

در شکل 5 نمودار بلوکی واحد کنترل الکترونیکی سیستم جرقه زنی برنامه دار، به عنوان نمونه، نشان داده شده است. در این واحد سیگنالهای ورودی پردازش می شوند و داده های بدست آمده در حافظه دستیابی تصادفی (رم) ذخیره می شود. در این سیستم ها از یک ریز کنترلگر برای اجرای ترتیب های واکشی مورد نیاز برنامه استفاده می شود. رور، همراه با بسیاری از سازندگان دیگر، برای نشان دادن بار موتور از یک حسگر فشار استفاده می کند که از یک محفظه جو سنج فلزی و چند کرنش سنج تشکیل شده است.

شکل 5

سیستم جرقه زنی برنامه دار رور، شامل واحد کنترل الکترونیکی، بسیار اعتماد پذیر از کار درآمد و در مقایسه با سایر سیستم هایی که در آن زمان به کار می رفت بسیار پیشرفته بود.

• خروجی سیستم جرقه زنی

خروجی سیستمی مانند این سیستم جرقه زنی برنامه دار بسیار ساده است.طبقه خروجی، که در بیشتر سیستم های جرقه زنی الکترونیکی یکسان است، از ترانزیستورهای ولتاژ بالایی تشکیل می شود که بخشی از زوج دارلینگتون را تشکیل می دهند یا این زوج آنها را تحریک می کند. بدین ترتیب می توان جریان اولیه کوئل را کنترل کرد. نقطه قطع جریان کوئل زمان جرقه زنی را کنترل می کند و نقطه وصل، کنترل دوره مکث را برعهده دارد.

• سیستم تقسیم برق ولتاژ بالا

سیستم تقسیم برق ولتاژ بالا به یک سیستم جرقه زنی معمولی شبیه است. اما در این سیستم چکش برق روی سر میل سوپاپ سوار می شود و درِ دلکو روی آن قرار می گیرد. درِ دلکو را از ماده ای به نام ولوکس می سازند که شبیه رزین اپوکسی است، اما مشخصه های الکتریکی بهتری دارد. مثلا کمتر در معرض اثر برق دزدی قرار می گیرد. درِ دلکو روی صفحه ثابتی قرار می گیرد که از کراسلاین ساخته شده، نقش پایه را دارد و در عین حال مانع از نشت روغن از کاسه نمد میل سوپاپ و روغنی شدن درِ دلکو و چکش برق می شود. وظیفه مهم دیگر این صفحه جلوگیری از تجمع گاز های مضری مانند اوزون و دی اکسید نیتریت است و این گازها را درهوا پخش میکند. این گاز ها در نتیجه عمل الکترولیتی ناشی از جهش جرقه در شکاف هوای بین چکش برق و قطعات درِ دلکو تولید می شوند چکش برق نیز از کراسلاین ساخته می شود، اما آن را با فلز تقویت می کنند تا بتواند تنش های ناشی از نصب را تحمل کند.