ماشینهای ECM

بخشی از مقاله

ماشینهای ECM

رودلف دیزل در سال 1892 (یعنی 16 سال پس از اختراع موتورهای بنزینی) ایده توسعه
موتور دیزل را بنا نهاد. هدف او از این ایده، ساخت موتوری با راندمان بالاتر نسبت به موتورهای بنزینی آن زمان بود که راندمان مناسبی نداشتند. امروزه موتورهای دیزلی در تمام رده خودروها اعم از سواری و سنگین بکار می روند.
اختلاف های عمده بین موتورهای بنزینی و گازوئیلی عبارتند از:
1. موتورهای بنزینی مخلوط سوخت و هوا را مکش کرده و پس از متراکم نمودن، با جرقه شمع آن را محترق می سازند. موتورهای دیزلی تنها هوا را مکش نموده، آن را متراکم می کند سپس سوخت را با فشار بالا در این هوای فشرده تزریق می نماید. حرارت ناشی از هوای فشرده به محض ورود سوخت آن را محترق می سازد.

2. نسبت تراکم موتورهای بنزینی بین 8 تا 12 می باشد در حالیکه نسبت تراکم در موتورهای دیزل بین 14 تا 25 می باشد و هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد موتور دیزل راندمان بهتری خواهد داشت.
3. موتورهای بنزینی یا از سیستم کاربراتوری استفاده می کنند که در آن هوا و سوخت قبل از ورود به سیلندر با هم مخلوط می شود یا از سیستم پاشش در پورت ورودی بهره می گیرند که در آن سوخت در ابتدای زمان مکش و در پورت ورودی (خارج از سیلندر) و با فشار پایین پاشیده می شود. این در حالیست که موتورهای دیزل از پاشش سوخت با فشار بالا و درون محفظه احتراق استفاده می کنند. توجه کنید که موتورهای دیزل شمع ندارند و تنها بواسطه حرارت ناشی از هوای متراکم شده سوخت را محترق می کنند. البته شایان ذکر است که در راستای بهبودعملکرد موتورهای بنزینی نیز تحقیقات بسیاری صورت پذیرفته است تا پاشش سوخت بصورت مستقیم انجام پذیرد که موتور GDI حاصل این تلاش می باشد.

4. انژکتور در موتورهای دیزل یکی از قطعات پیچیده می باشد که همواره موضوع بحث بسیاری از کارهای تجربی واقع شده است. در هر موتوری ممکن است در جای متفاوتی نصب شده باشد. انژکتور بایستی در برابر فشار و دمای بالای درون سیلندر مقاومت داشته و سوخت را بصورت مناسب به هوای فشرده وارد نماید. ایجاد چرخش مناسب در ذرات سوخت و توزیع مناسب آن در سیلندر از دیگر مسائل موتور دیزل می باشد. بنابراین در بعضی از موتورهای دیزل سوپاپهای مکش خاص، محفظه پیش احتراق و دیگر تجهیزات برای چرخش مناسب هوا درون محفظه احتراق و بهبود فرآیند احتراق بکار گرفته شده است.
از دیگر موارد قابل توجه در موتورهای دیزل نسبت تراکم بالای آن می باشد که می تواند قدرت بیشتری را تولید نماید. در حالیکه در موتورهای بنزینی بدلیل مخلوط بودن سوخت و هوا در حین تراکم محدودیت در نسبت تراکم وجود دارد. چرا که پدیده Knocking یا ضربه زدن (احتراق آنی تمام محتویات محفظه احتراق) رخ می دهد.
در بعضی از موتورهای دیزل یک رشته ملتهب درون سیلندر وجود دارد. هنگامی که موتور سرد است و فرآیند تراکم نمی تواند به اندازه کافی دمای هوا را جهت احتراق بالا ببرد، این رشته ملتهب که بصورت الکتریکی گرم می شود به فرآیند احتراق کمک می کند تا رژیم استارت سرد و گرم شدن موتور سپری شود.
امروزه در موتورهای پیشرفته دیزل تمام وظایف به کمک یک سِستم مدیریت موتور (ECM) کنترل می شود. این سِستم ریز اطلاعات موتور از قبیل دور، دمای آب، دبی جرمی هوای ورودی،فشار ریل سوخت،فشار Boost، موقعیت نقطه مرگ بالا و ... را دریافت کرده و توسط انژکتورها،شیر EGR، عملگر فشار Boost و ...... موتور را کنترل می نماید. همچنین در موتورهای بزرگ تر از رشته ملتهب نیز استفاده نمی شود. ECM با دریافت دمای هوای محیط و شرایط موتور آنرا در شرایط آب و هوای سرد ریتارد کرده و انژکتورها سوخت را در زمانی دیرتر پاشش می کنند.
گازوئیل (سوخت موتورهای دیزلی) نسبت به بنزین سنگین تر و روغنی تر می باشد و قابلیت تبخیر آن نسبت به بنزین کمتر است. همچنین نقطه جوش گازوئیل از آب بالاتر می باشد. از آنجا که تعداد کربنهای گازوئیل بیشتر از بنزین می باشد ( بنزین C8H18 و گازوئیل C14H30 ) عمل پالایش آن نیز سریعتر از بنزین و بهمین دلیل از بنزین ارزانتر است.
گازوئیل دارای دانسیته انرژی بالاتری نسبت به بنزین می باشد (حدود 1.2 برابر). این مساله بعلاوه راندمان کاری بهتر موتور دیزل، بیانگر دلیل پیمایش بیشتر موتور دیزل در مقایسه با موتور بنزینی مشابه می باشد.
ظرف دو سال گذشته فروش خودروهای دیزل رده سواری افزایش چشم گیری داشته است. در سال 2001 فروش این خودروها در اروپای غربی با تولید 5.45 میلیون خودرو 12% رشد داشته که حدود 36.1% فروش کل خودروهای رده سواری را در بر می گرفت. در سال 2002 این رقم به 5.92 میلیون خودرو رسیده که قریب به 9% رشد بیشتر را نشان می دهد و این میزان حدود 40.8% فروش کل خودروهای رده سواری بوده است. دو شرکت عمده VW Audi Group , DimlerChrysler برای اولین بار خودروهای سواری دیزلی بیشتری نسبت به بنزینی در اروپای غربی فروخته اند و

سومین شرکت، PSA، اکنون 50% از محصولات رده سواری خود را دیزل تولید می کند؛ این آمار بیانگر رشد روزافزون خودروهای سواری دیزل می باشد که دو عامل مهم را به یدک می کشد صرفه اقتصادی در مصرف سوخت ( گازوئیل به جای بنزین) و کارآمد بودن آن (راندمان بالا نسبت به موتورهای بنزینی).

سيستم سوخت رساني HEUI
تكنولوژي پيشرفته، عملكرد بهتر
سيستم سوخت رساني HEUI (سيستم پاشش سوخت با عملكرد هيدروليكي و كنترل الكترونيكي) يكي از مهمترين اختراعات قرن اخير در زمينه تكنولوژي موتورهاي ديزل است. HEUI

بسياري از محدوديتهاي مكانيكي و معمول انژكتورهاي الكترونيكي را برداشته و استانداردهاي تازه اي براي مصرف بهينه و مطمئن سوخت و كنترل آلودگي معرفي مي نمايد. سيستم فوق العاده پيشرفته HEUI كه در حال حاضر استاندارد بكار رفته در گستره وسيعي از موتورها و ماشينهاي كاترپيلار است براي فعال ساختن انژكتورهاي سوخت بجاي انرژي مكانيكي از انرژي هيدروليك استفاده مي كند. سيستم HEUI همزمان با عملكرد ECM (مدول كنترل الكترونيكي) موجب كنترل بسيار دقيق اندازه و زمان بندي سوخت شده كه اين امر خود موجب عملكرد بي نظير و اقتصادي موتور مي شود.
به خاطر نوع عملكرد، دقت و ساير قابليتهاي اثبات شده، انژكتورها در سيستم HEUI از اهميت بسياري برخوردارند.
سيستم سوخت HEUI
پاسخگوي نياز به آلودگي كمتر، مصرف اقتصادي تر و عملكرد بهتر
تكنولوژي انژكتورهاي HEUI باعث شده كه طرز تفكر مالكان، تكنسينها و اپراتورهاي ماشين آلات درباره نحوه عملكرد موتورهاي ديزل تغيير كند. كارآيي سيستم HEUI از يونيت انژكتورهاي مكانيكي و الكترونيكي معمول برتر بوده و ارزش بيشتري به سرمايه گذاري شما در ماشين آلات و موتورهاي كاترپيلار مي دهد.
تنظيم دقيق فشار پاشش سوخت در هر سرعت موتور
در سيستم سوخت قديمي و معمول، تمام مسير سوخت زير فشار بالا قرار دارد. در سيستم HEUI تا زماني كه سوخت به داخل سيلندر تزريق شود، سوخت در فشار پايين قرار مي گيرد و فشار سوخت بصورت هيدروليكي از طريق ارسال سيگنال از ECM (مدول كنترل الكترونيكي) ايجاد مي شود.
فشار پاشش سوخت در سيستم سوخت رساني HEUI ارتباطي به سرعت موتور ندارد.
HEUI فشار پاشش را بصورت الكترونيكي تنظيم مي كند. اين توانايي بي نظير بدين معناست كه تنظيم فشار تزريق اصلاً به دور ميل لنگ وابسته نيست. بيشترين فشار پاشش سوخت را مي توان در سرعتهاي بالا بدست آورد كه در اين حالت بيشترين صرفه اقتصادي، كاهش دود و بازده بهتري نيز خواهيم داشت.
نگاهي دقيق به سيستم HEUI
سيستم HEUI داراي 4 قسمت است:

1. انژكتورHEUI : از انرژي هيدروليك روغن موتور تحت فشار قرار گرفته جهت پاشش استفاده مي كند (نه از انرژي مكانيكي حاصل از ميل بادامك).
فشار پاشش سوخت توسط فـشـار ورودي روغن ( 3300PSIتا 800) كنترل شده در حالي كه مقدار پاشش سوخت توسط ECM اندازه گيـري مي شود.
2. (ECM) مدول كنترل الكترونيكي: اين كامپيوتر بسيار پيشرفته با دقت زياد ميزان پاشش سوخت و ساير سيستمهاي ديگر موتور را مديريت مي كند. سولونوئيد انژكتوري HEUI بوسيله علائم الكترونيكي توليد شده در ECM تحريك مي شود. ريزپردازنده ECM با استفاده از نرم افزار مربوطه و پردازش اطلاعات وارد شده از سنسورهاي چندتايي و همچنين پارامترهاي كاربري اپراتور حداكثر عملكرد موتور را در هر شرايطي فراهم مي كند.
3. پمپ روغن فشار بالا: پمپ روغن محوري دبي متغير نصب شده روي سيستم، روغن ذخيره شده را سريعاٌ در زمان استارت سرد ارسال مي كند.
4. شير كنترل فشار فعال كننده انژكتور سوخت: اين شير بصورت الكترونيكي ميزان خروچي پمپ روغن و فشار پاشش را تنظيم مي كند.
در سيستم HEUI هماهنگي و همكاري 4 قسمت اصلي موجب دقت، اطمينان، نگهداري و تعمير آسان مي شود.
HEUI اعتباري نو در سرمايه گذاري موتور و تجهيزات آن
عملكرد بهتر: موتورهاي مجهز به انژكتورهاي HEUI از عملكرد بهتري برخوردار بوده و مشكلات كار در ارتفاعات را كاهش داده‌اند.
مصرف سوخت كمتر: قابليت پاشش سوخت در زواياي مختلف ميل لنگ در مقايسه با انژكتورهاي مكانيكي، مصرف سوخت را 7/2درصد كاهش مي‌دهد. حداقل مصرف سوخت به معني كاهش آلاينده هاي گازي و دود سفيد به هنگام استارت در هواي سرد است.

عملكرد بهينه: كنترل مقدار سوخت آزاد شده در هنگام تأخير احتراق و زمان پاشش اصلي كه به نام منحني پاشش شناخته مي شود اين توانايي را براي سيستمهاي HEUI امكان پذير ساخته كه عملكردي غيروابسته به دور موتور دارا باشند. اين ويژگي، گرماي آزاد شده موتور را بهبود بخشيده و همچنين در كاهش آلودگي و سر و صدا مؤثر خواهد بود.
كاهش دود و آلاينده هاي خاص
از آنجايي كه عملكرد انژكتورهاي HEUI به سرعت موتور مرتبط نيست، مي توان در موارد بسياري در فشار تزريق بالا باقي ماند. (مي تواند در دامنه عملياتي گسترده اي فشار پاشش بالايي را فر

اهم نمايد). تنظيم الكترونيكي اين فشارها موجب بهبود پاشش و عملكرد بهينه در دور كند موتور مي شود.
كاهش صداي موتور: ويژگي پاشش دوتايي باعث كنترل دقيق تر مصرف سوخت و كاهش صدا مي شود. از جمله ساير مزايا مي توان به كاهش بارهاي ضربه اي در اثر تضعيف ضربه به اجزاي اصلي و محرك نام برد.
انژكتورهاي بازيافتي HEUI از لحاظ استحكام و كارآيي همانند انژكتورهاي نو هستند.
كاترپيلار در فرآيند بازيافت با بهره گيري از تكنيكهاي Art-Salvage، كتاب راهنماي استفاده مجدد، سيستمهاي پيشرفته ساخت و كنترل دقيق كيفيت، اجزاي انژكتورهاي كاركرده را به همان كيفيت و بازده اوليه بر مي گرداند. يكي از مهمترين قسمتهاي اين فرآيند، آزمايش است. تكنسينهاي باتجربه و ماهر با بكارگيري همان تجهيزات پيشرفته قادر به كنترل كيفيت اجزاي جديد خواهند بود. سرمايه گذاري زياد كاترپيلار برتكنيكهاي اندازه گيري حاكي از آن است كه تمامي استانداردها دقيقاً رعايت شده اند.
محافظت از سيستم HEUI با كمك فيلترهاي بسيار كارآمد كاترپيلار
فيلترهاي سوخت بسيار كارآمد كاترپيلار با دارا بودن مشخصه هاي مهمي مانند گردش مارپيچي، جوشهاي آكريليك و تيوب مركزي غير فلزي، عمل محافظت از موتور در برابر ذرات آلاينده سوخت را انجام مي دهند.
موتورهاي امروزي كاترپيلار در مقايسه با انواع قبلي داراي توان بالاتر اسب بخار، بازده بيشتر و صرفه اقتصادي بيشتري هستند ولي اين اجزاي ظريف، بيشتر در معرض فرسايش و خطرات ناشي از آلودگي سيستم هستند. در حقيقت علت اصلي ايجاد نقص در سيستم سوخت رساني به علت وجود مواد فرساينده با ابعاد كوچكتر از 10 ميكرن است.
فيلترهاي سوخت كاترپيلار با كمك فيلترهاي بسيار ريز، قادر به جداسازي 98درصد ذرات با قطر 2 ميكرن و يا حتي كوچكتر است. با جداسازي اكثر ذرات ريز، ميزان محافظت انژكتورها، پمپ ها و ساير اجزا سيستم سوخت به حداكثر خود مي رسد.

زمان بندي عملکرد انژکتورها و مدارات کنترل :
طراحي انژکتورها و مدارات کنترل آن و همچنين برنامه ريزي ECM تعيين مي کند که هر انژکتور چه زماني سوخت را به هر سيلندر تحويل دهد .

اگر انژکتور بر اساس مکان زاويه اي ميل لنگ عمل کند ، به آن پاشش سنکرونيزه گويند . بنابر کاربردهاي مختلف موتور ها ، سه روش اصلي پاشش عبارتند از :
- همزمان
- گروهي
- متوالي
در تمام اين روشها ، ولتاژ بوسيله سويچ احتراق يا رله اصلي EFI تامين مي شود . و ECM با فعال کردن ترانزيستور اتصال بدنه ( منفي ) ، مدار کنترل را کامل کرده و به اين ترتيب انژکتورها را کنترل مي کند .
روشهاي همزمان و گروهي امروزه منسوخ شده اند و ديگر از آنها استفاده نمي شود .

در روش همزمان تمام انژکتورها همزمان با هم تحريک شده و همگي بوسيله يک مدار کنترل واحد کنترل مي شوند . در اين روش ، پاشش يکبار در هر چرخه موتور اتفاق مي افتد .
در روش گروهي ، انژکتورها در چند گروه ، گروهبندي شده اند . يک ترانزيستور اتصال بدنه براي هر گروه بطور مجزا تعبيه شده است .
در روش متوالي ، هر انژکتور بطور مجزا کنترل مي شود . و طوري زمان بندي شده اند که پاشش درست قبل از باز شدن سوپاپ ورودي انجام شود .
مزيت سيستم متوالي بر ديگر سيستم ها اينست که وقتي که راننده تغييري در شرايط رانندگي مي دهد ، سيستم متوالي مي تواند بسرعت پاسخ دهد . و تنها بايد تا باز شدن سوپاپ بعدي صبر کرد . اما در سيستم همزمان ، بايد صبر کرد تا موتور يک دور کامل بزند تا زمان پاشش فرا برسد .
در شرايط خاصي مثل زمان استارت و شتاب گيري ، ECM بدون توجه به مکان ميل لنگ سوخت بيشتري تزريق مي کند . که اين عمل ، پاشش غير سنکرونيزه ناميده مي شود .
کنترل حجم پاشش سوخت :
مقدار سوخت پاشيده شده بستگي به فشار داخل سيستم سوخت رساني و مدت زمان عملکرد انژکتور دارد . فشار داخل سيستم سوخت رساني بوسيله رگلاتور فشار کنترل مي شود و کنترل مدت زمان عملکرد انژکتورها بر عهده ECM است . مدت زمان عملکرد انژکتورها که گاهي طول نبض هم ناميده شده است ، با واحد میلی ثانیه ( ms ) اندازه گیری می شود .
استارت زدن موتور سرد معمولا نیاز به بیشترین طول نبض دارد . طول نبض اصولا تابعی است از بار موتور و دمای مایع خنک کننده . هر چقدر بار موتور بیشتر بوده و دریچه گاز بیشتر باز باشد ، طول نبض افزایش می یابد .
ECM طول نبض را بر پایه سیگنالهای دریافتی از سنسورها ، شرایط موتور و برنامه های خودش تنظیم می کند.

کنترل پاشش زمان استارت :
زمانی که سویچ در وضعیت استارت قرار می گیرد ، ECM ولتاژی از طریق ترمینال STA خود دریافت کرده و بر اساس دمای مایع خنک کننده ، طول نبض پایه را تعریف می کند .سپس بر اساس سیگنالهای دریافتی از سنسور دمای هوای ورودی منیفولد ، طول نبض را تنظیم می کند . ( در اتومبیلهایی که به MAP سنسور مجهزند ) .
ولتاژ باتری هم در تعیین طول نبض نقش دارد . زمانی که ولتاژ باتری پایین است ، انژکتورها آهسته تر عمل می کنند ( سوزن آهسته تر بالا می آید ) و طول نبض کاهش می یابد . ECM این مسئله را با افزودن طول نبض بطور خودکار حل می کند .
وقتی ECM سیگنال NE را از سنسور مکان میل لنگ دریافت می کند ، همه انژکتورها همزمان روشن می شوند . این عمل ، وجود مقدار کافی سوخت برای استارت زدن را تضمین می کند .
در درجه دمای زیر صفر ، طول نبض بشدت افزایش پیدا می کند تا بر مشکل تبخیر نا مناسب سوخت فائق آید .
کنترل پاشش سوخت زمان حرکت :
مدت زمان کل پاشش سوخت در سه مرحله تعیین می شود :

1- تعیین طول نبض پایه :
در اتومبیلهایی که در آنها از MAP سنسور استفاده شده است ، ECM حجم هوا را بوسیله اطلاعات دریافتی از MAP سنسور ، سنسور دمای هوای ورودی و مقادیر ذخیره شده در ECM تعیین می کند .
2- تصحیحات طول نبض بر اساس اطلاعات دریافتی از سنسورهای مختلف :
ECM طول نبض را بر اساس اطلاعات متنوع ورودی تصحیح می کند تا مقدار پاشش همیشه با شرایط مختلف متناسب باشد.
غنی سازی پس از استارت :
پس از استارت ، ECM مقداری سوخت اضافی برای مدت زمان مشخصی به موتور تزریق می کند تا عملکرد موتور را ثبات بخشد . این سوخت اضافی ، زمان استارت بیشترین مقدار را دارد و با گذش

ت زمان و گرم شدن موتور ، بتدریج کاهش می یابد . مقدار این سوخت اضافی رابطه عکس با دمای خنک کننده موتور دارد و زمانی که این دما به حدود 80-50 درجه سانتیگراد رسید ، قطع می شود .