مقاله بررسی كنترل الكترونيكي موتور ديزل (EDC)

دسته بندي : فنی و مهندسی » برق، الکترونیک، مخابرات
مقاله بررسي كنترل الكترونيكي موتور ديزل (EDC) در 37 صفحه ورد قابل ويرايش

شرايط فني

امروزه، در وراي پيشرفت‌هائي كه در زمينه‌ي تزريق سوخت موتور ديزل صورت گرفته، كاهش مصرف سوخت و افزايش در توان و گشتاور، فاكتورهاي بسيار مهمي به شمار مي‌آيند. در گذشته، اهميت اين فاكتورها موجب استفاده‌ي بيشتر از موتورهاي ديزل با تزريق مستقيم (DI) بوده است. در مقام مقايسه با موتورهاي ديزل با پيش محفظه و يا مجهز به محفظه‌ي گردابي، كه به نام موتورهاي با تزريق غير مستقيم (IDI) معروفند، موتورهاي با تزريق مستقيم داراي فشار تزريق بيشتري هستند. اين امر منجر به اختلاط بهتر سوخت- هوا گشته و احتراق در ان كاملتر صورت مي‌گيرد. در موتورهاي با تزريق مستقيم، با توجه به اين واقعيت كه اختلاط بهتر انجام مي‌شود و به علت عدم وجود پيش محفظه و يا محفظه گردابي، هيچ گونه تلفات ناشي از سريز سوخت وجود ندارد و نسبت به موتورهاي با تزريق غير مستقيم، مصرف سوخت 15-10 درصد كاهش مي‌يابد.

علاوه بر اين، موتورهاي مدرن امروزي بيشتر در معرض مقررات سخت مربوط به گاز اگزوز و صدا هستند. اين امر باعث شده است كه از سيستم تزريق سوخت موتور ديزل، انتظارات بيشتري مطرح شود، از جمله:

- فشارهاي بالا در تزريق سوخت،

- منحني بنيادي‌تري از آهنگ سوخت‌دهي،

- شروع تزريق متغير،

- تزريق پيلوتي،

- سازگاري مقدار سوخت تزريقي، فشار تقويت يافته، و كميت سوخت تزريقي در يك مرحله‌ي كاري معين،

- كميت سوخت راه‌انداز وابسته به درجه‌ي حرارت،

- كنترل دور آرام مستقل از بار وارده بر موتور،

- تنظيم سرعت مطلوب با توجه به مصرف سوخت و بازده،

- به كارگيري چرخش دوباره‌ي گاز اگزوز، EGR با كنترل خودكار،

- كاهش در تولرانس‌ها و افزايش در دقت، در تمام طول عمر مفيد وسيله‌ي نقليه.

گاورنرهاي مكانيكي متداول (وزنه‌هاي گريز از مركز) با به كارگيري چندين وسيله‌ي اضافه‌شده، شرايط متنوع در حين كار را ثبت مي‌كنند تا تشكيل مخلوط با كيفيت بالا تضمين شود. بنابراين، اين نوع گاورنرها به يك كنترل ساده‌ي دستي در موتور محدود مي‌شوند، در صورتي كه عمل كننده‌هاي مهم و متنوعي وجود دارند كه امكان ثبت آن‌ها توسط اين وسائل وجود ندارد و يا اگر هم ثبت شوند، سرعت كار مطلوب نخواهد بود.

مرور كلي سيستم

در سال‌هاي گذشته، به علت افزايش، چشم‌گير در توان محاسبه‌اي ميكروكنترلرهاي موجود در بازار، تبعيت كنترل الكترونيكي ديزل (EDC) از مقررات و شرايطي را كه پيشتر يادآور شديم را ممكن ساخته است.

برخلاف خودروهاي ديزلي مجهز به پمپ‌هاي انژكتور رديفي يا آسيابي متداول، راننده‌ي يك وسيله‌ي نقليه كنترل شده توسط EDC نمي‌تواند هيچ گونه اثر مستقيم روي پمپ انژكتور داشته باشد، به عنوان مثال كنترل مقدار سوخت تزريقي كه به طور متداول به وسيله‌ي پدال گاز و يا سيم گاز انجام مي‌شود، در اينجا حاصل متغيرهاي عمل كننده‌ي متنوعي از جمله وضعيت كاري، داده‌هاي توسط راننده، آلاينده‌هاي گاز اگزوز و نظائر آن است.

بدين معني كه يك سيستم ايمني پيشرفته‌اي بايد به كار برده شود تا خطاها و ايرادات را تشخيص دهد و به نسبت شدت و حدت، راه‌كارهاي مناسب براي رفع آن‌ها را ارائه دهد (به عنوان مثال: محدوديت گشتاور، يا راندن اظطراري خودرو در گستره‌ي دور آرام (رساندن خودرو به كارگاه). سيستم EDC هم چنين امكان تبادل بين مقادير به دست آمده در اين سيستم با مقادير حاصل از ساير سيستم‌هاي الكترونيكي در خودرو به وجود آيد (به عنوان مثال با سيستم كنترل كشش (TCS) و كنترل الكترونيكي تعويض دنده.) بدين ترتيب، اين سيستم مي‌تواند با كل سيستم خودرو ادغام شود.

پردازش داده‌هاي EDC

سيگنال‌هاي ورودي

حس‌گرها همراه با عمل كننده‌ها، وسيله ارتباطي بين خودرو و واحد پردازش داده‌هاي آن هستند. سيگنال‌هاي حاصل از حس گرها، از طريق مدار الكتريكي محافظ و اگر لازم باشد از طريق مبدل‌هاي سيگنال و آمپلي‌فايرها، وارد يك واحد و يا واحدهاي متعدد كنترل الكترونيكي (ECU) مي‌شوند.

- سيگنال‌هاي ورودي پيوسته (مثال: اطلاعات حاصل از حس‌گرهاي پيوسته مربوط به مقدار هواي مكيده شده توسط موتور، درجه حرارت هواي ورودي و حرارت خود موتور، ولتاژ باطري و نظائر آن‌ها) به وسيله مبدل پيوسته/ گسسته در ريز پردازنده ECU، به مقادير گسسته تبديل مي‌شوند.

- سيگنال‌هاي ورودي گسسته (مثال: سيگنال‌هاي كليد قطع و وصل، يا سيگنال حس‌گر گسسته از قبيل پالس‌هاي سرعت دوراني از حس‌گر Hall مي‌توانند به طور مستقيم توسط ريزپردازنده‌ها پردازش مي‌شوند.

- به منظور از بين بردن پالس‌هاي تداخل كننده، سيگنال‌هاي پالسي شكل كه از حس‌گرهاي القائي دريافت مي‌شوند و حاوي اطلاعاتي مانند دور موتور و علامت تنظيم موتور هستند، توسط مدار ويژه‌اي در ECU بهبود يافته و به موج مربعي تبديل مي‌شوند.

اصلاح سيگنال، بسته به ميزان پيچيدگي داخلي حس‌گر، به طور كامل و يا نسبي در داخل حس‌گر مي تواند انجام شود. شرايط كاري كه در نقطه‌ي نصب پيش مي‌آيد تعيين كننده‌ي ميزان بارگذاري حس‌گر است.

اصلاح سيگنال

مدار محافظ براي محدود ساختن سيگنال‌هاي ورودي در حد حداكثر ولتاژ از پيش تعيين شده به كار مي‌رود. سيگنال اصلي با استفاده از صافي، تقريباً به طور كامل از وجود سيگنال‌هاي تداخلي آزاد شده و سپس تقويت مي‌يابد تا بتواند با ولتاژ ورودي واحد ECU متناسب باشد.

پردازش سيگنال در ECU

ريزپردازنده‌هاي ECU غالباً سيگنال‌هاي ورودي را به صورت گسسته (Digital) پردازش مي‌نمايند و به همين جهت نياز به يك برنامه‌ي خاصي است. اين برنامه در حافظه ROM و يا Flash- EPROM ذخيره مي‌شود.

علاوه بر اين، منحني‌هاي مشخصه موتور و اطلاعات مربوط به مديريت موتور نيز در حافظه‌ي Flash- EPROM ذخيره مي‌شوند. داده‌هاي تثبيت كننده، اطلاعات مربوط به كاليبراسيون و ساخت، هم‌چنين داده‌هاي مربوط به خطاها ايرادات كه در حين كار ممكن است پيش آيند، همگي در يك حافظه‌ي غير فرار خواندن/ نوشتن EEPROM ذخيره مي‌شوند.

با وجود تنوع بسيار وسيع در انواع موتورها و ادوات، انواع ECU داراي يك كد «نوع» هستند. با استفاده از اين كد، نقشه‌هائي كه براي يك كار خاص در يك كارخانه و يا تعميرگاه لازم است، از ميان نقشه‌هاي ذخيره شده در EEPROM انتخاب مي‌شوند.

ساير متغيرهاي ECU طوري طراحي مي‌شوند كه در پايان توليد وسيله‌ي نقليه، سري كامل داده‌ها بتوانند در داخل Flash- EPROM برنامه‌ريزي شوند. اين كار موجب كاهش تنوع در ECU مورد احتياج كارخانجات وسائط نقليه مي‌شود.

يك RAM فرار جهت ذخيره‌ي داده‌هاي متغير (مثل داده‌هاي محاسبه‌اي و مقادير سيگنال)، مورد نياز است. و براي درست عمل كردن اين RAM نياز به يك انرژي دائمي مي‌باشد. به عبارت ديگر، در صورتي كه سويچ برق خودرو قطع شود و يا اتصال باطري از خودرو جدا گردد، ECU خاموش شده، تمامي اطلاعات ذخيره شده از بين مي‌رود. در اين حالت كميت‌هاي سازگاري (مقاديري كه در رابطه با شرايط عمومي موتور و وسيله‌ي نقليه شناخته شده‌اند) پس از روشن شدن ECU بايد دوباره نصب شوند. براي جلوگيري از اين امر، مقادير سازگاري به جاي RAM در يك EEPROM ذخيره مي‌شوند.

سيگنال‌هاي خروجي

ريزپردازنده‌ها با سيگنال‌هاي خروجي خود بخش‌هاي خروجي را به كار مي‌اندازند. به طور معمول اين بخش‌ها براي ارتباط مستقيم با عمل كننده‌ها داراي قدرت كافي هستند. به كار افتادن هر كدام از عمل كننده‌ها در رابطه با تعريف يك سيستم خاصي مي‌باشد. اين بخش‌هاي خروجي در مقابل هر گونه اتصال كوتاه به زمين يا به ولتاژ باطري و يا در مقابل صدمات ناشي از اضافه بار محافظت شده‌اند. اشكالات نخست توسط بخش‌هاي خروجي تشخيص داده شده، پس از آن، به ريز پردازنده گزارش مي‌شود وضعيت مشابه در مدارات باز خازن نيز تعبيه شده است.

علاوه بر اين، تعدادي از سيگنال‌هاي خروجي از طريق وسيله ارتباطي به ساير سيستم‌هاي موجود در وسيله‌ي نقليه منتقل مي‌شوند.

عمل كننده سولنوئيدي

همان‌طور كه در پمپ انژكتور رديفي مجهز به گاورنر مكانيكي ملاحظه شد، مقدار سوخت تزريقي متناسب با وضعيت قرار گرفتن شانه‌ي كنترل و دور موتور مي‌باشد. عمل‌كننده‌ي سولنوئيدي به طور مستقيم به پمپ وصل است و حركت خطي آن‌ مي‌تواند شانه را تغيير دهد. وقتي جريان برق از سولنوئيد قطع مي‌شود، يك فنر به شانه‌ي كنترل در جهت «خاموش» نيرو وارد مي‌كند كه موجب قطع شدن جريان سوخت به موتور مي‌شود. ولي وقتي سولنوئيد انرژي‌دار شد، نيروئي در جهت مخالف نيروي فنر شانه وارد مي‌سازد. با افزايش اين نيرو كه همراه با افزايش جريان برق در سولنوئيد است، مقدار سوخت تزريقي در موتور بيشتر مي‌شود. بدين معني كه حركت شانه، به نسبت جريان برق، بطور پيوسته تغيير مي‌يابد، و مقدار سوخت تزريقي را بين مقادير صفر و حداكثر تنظيم مي‌كند.

مقدار سوخت تزريقي

مقدار سوخت تزريقي، بر روي مشخصات راه‌اندازي موتور، دور آرام، توان موتور، قابليت رانندگي و نيز روي ذرات خروجي از اگزوز تاثير زيادي دارد. در راستاي همين اثرات مي‌باشد كه در ECU نقشه‌هائي به صورت نقشه‌هاي رايانه‌اي براي راه‌اندازي موتور،دور آرام، وضعيت تمام- بار، مشخصه پدال گاز، محدوديت دود، و مشخصه‌ي پمپ انژكتور آماده مي‌شود.



وضعيتي كه شانه در آن قرار گرفته در واقع تعيين كننده مقدار سوخت تزريقي است. روش‌هاي استاندارد تنظيم كه در گاورنرهاي مكانيكي RQ و RQV متداول است، مي‌تواند براي بهبود هدايت خودرو به كار برده شود. راننده گشتاور و يا دور مورد لزوم موتور را به وسيله‌ي يك پتانسيومتر تعيين مي‌كند و با استفاده از آن، وضعيت پدال گاز تعيين مي‌شود. با استفاده از اطلاعات نقشه‌هاي ذخيره شده و نيز كميت‌هاي حقيقي كه از حس‌گرها دريافت مي‌شود، ECU مقدار سوخت لازم، و يا به عبارت ديگر موقعيت لازم در حركت شانه را محاسبه مي‌كند. اين موقعيت محاسبه شده‌ي شانه، به عنوان يك متغير مرجع براي انجام كنترل خودكار به كار مي‌رود. ECU به عنوان يك كنترل كننده‌ي وضعيت عمل مي‌كند و وضعيت واقعي شانه، در نتيجه، تغييرات سيستم كنترل را ثبت مي‌كند. كنترل كننده‌ي وضعيت (ECU) اين اطمينان را ايجاد مي‌كند كه شانه به سرعت و به طور صحيح در وضعيت جديد خود قرار گرفته است.

دور آرام

دور آرام موتور براي يك مقدار از پيش تعيين شده، جداي از مقدار بار وارده، تنظيم مي‌گردد. اگر لازم باشد، اين تنظيم مي‌تواند از طريق دستگاه كنترل سرعت خودرو (وسيله‌اي براي انتخاب سرعت دلخواه و تثبيت آن) واقع در روي پانل انجام شود.

دور متوسط

با فعال ساختن يك وسيله‌ي كنترل دور ميانه، مي‌توان قدرت اضافي لازم براي كاراندازي ماشين‌هائي مثل بالابرها را تامين كرد. اين كنترل كننده، دور موتور را بدون توجه به بار وارده در حد معيني حفظ مي‌كند. وسيله مزبور، وقتي موتور در جا كار مي‌كند، توسط تنظيم كننده‌ي سرعت خودرو در پانل كنترل به كار مي‌افتد. با به كارگيري يك كليد در پانل خودرو و با استفاده از اطلاعات ذخيره شده، مي‌توان دور موتور را در يك حدي به طور ثابت نگاه داشت. علاوه بر اين، با استفاده از تنظيم كننده سرعت پيش‌روي خودرو، مي‌توان سرعت‌هاي دلخواه را از پيش انتخاب كرد.

سرعت پيش‌روي خودرو

به منظور كنترل سرعت پيش‌روي، تنظيم كننده سرعت پيش‌روي خودرو سيگنال دريافتي از مسافت سنج و يا از حس‌گر سرعت را ارزيابي مي‌كند. اين سيگنال با سرعت از پيش تعيين شده مقايسه گشته، و براي محدود كردن دور موتور به كار مي‌رود.

يك مجموعه چهار كليدي در پانل كنترل جهت راه‌اندازي و يا از كار انداختن تنظيم كننده و ثبت كننده سرعت پيش‌روي خودرو به كار مي‌رود:

1- افزايش سرعت و انتخاب (ذخيره)؛ وقتي كليد مربوطه زده مي‌شود، خودرو شتاب بر مي‌دارد. سرعت خودرو در لحظه‌اي كه كليد خاموش مي‌شود به عنوان يك سرعت مرجع براي خودرو ذخيره مي‌شود (سرعت انتخاب شده).

2- كاهش سرعت و انتخاب (ذخيره)؛ وقتي دكمه مربوطه زده شود، شتاب خودرو گرفته مي‌شود. در اين‌جا نيز سرعت خودرو در لحظه‌اي كه دكمه رها مي‌شود به عنوان سرعت تعيين شده براي خودرو ذخيره مي‌شود (سرعت انتخاب شده).

3- فعال نمودن دوباره؛ وقتي اين دكمه رده مي‌شود، سرعت خودرو با آخرين سرعتي كه انتخاب شده و در حافظه ذخيره گشته است مطابقت پيدا مي‌كند.

4- دكمه خاموش؛ با زدن اين دكمه دستگاه كنترل سرعت خودرو به طور كلي از كار مي‌افتد.

ديگر وظايف

وظايف ترمز موتور (اگزوز)

وقتي ترمز موتور (يا ترمز اگزوز) به كار مي‌افتد، مقدار سوخت تحويلي در حد صفر و يا در حد دور آرام مي‌رسد. براي اين كار ECU سيگنال دريافتي از دكمه مربوط به ترمز موتور را پردازش مي كند.

حفاظت در مقابل داغ شدن

به محض آن‌كه درجه‌ي حرارت خنك كننده از حد تعيين شده تجاوز كند، حداكثر گشتاور موتور كاهش مي‌يابد.

ممانعت از روشن شدن موتور در سرازيري.

هنگامي كه EDC خاموش است، يك فنر برگشتي، شانه را در وضعيت خاموش قرار مي‌دهد. اين عمل مانع از روشن شدن ناخواسته‌ي موتور مي‌گردد. به عنوان مثال، خودروي كه در جاده شيب‌دار متوقف شده و خود به خود حركت مي‌كند.

خاموش كن كليدي موتور

امروزه خاموش كردن موتور به وسيله كليد راه‌انداز، جايگزين خاموش كن مكانيكي كه قبلاً متداول بود، گشته است. كليد راه‌انداز جريان برق را از خاموش كن الكتريكي (ELAB) و نيز از عمل كننده سولنوئيدي شانه قطع كرده و با اين عمل جريان سوخت را به موتور مي‌بندد.

وسيله‌ ارتباطي

مي‌توان به وسيله‌ي يك خط سيگنال مقادير مربوط به EDC را (به عنوان مثال: مقدار سوخت تزريقي، موقعيت پدال گاز) به ساير سيستم‌هاي موجود در خودرو مثل تعويض دنده منتقل نمود. اين سيستم‌ها مي‌توانند به وسيله‌ي يك مدار جداگانه مقدار سوخت تزريقي را بين دور آرام و وضعيت تمام- بار تعيين كنند. سازگاري با TCS (كنترل كشش) امكان‌پذير است.