المواضيع:
- الحقن المباشر وغير المباشر
- التحكم في ضغط الوقود عن طريق الحقن غير المباشر
- استراتيجية الحقن حقن متعدد النقاط
- الحاقن الكهرومغناطيسي (MPI)
- حاقن بيزو (DI)
- استراتيجيات الحقن الحقن المباشر
- حقن مزدوج
- قياس خصائص الجهد والتيار على حاقن متعدد النقاط
- توقيت الحقن بالنسبة إلى موضع العمود المرفقي
- وحدة التحكم الإلكترونية القيد الحالي
- تحديد الكمية المطلوبة من الوقود
- جدول VE
- جدول أفر
الحقن المباشر وغير المباشر:
تنقسم أنواع أنظمة الحقن لمحرك البنزين إلى حقن غير مباشر لصمام الخانق، وحقن غير مباشر لكل أسطوانة، وحقن مباشر عالي الضغط. تشرح الفقرات الموجودة في هذه الصفحة أنظمة الحقن المختلفة هذه.
الحقن غير المباشر:
يوجد حاقن أمام صمام الخانق. يتم رش الوقود على صمام الخانق، حيث يمتزج مع الهواء المتدفق في الماضي. العيب الرئيسي هو عدم وجود جرعة وقود دقيقة لكل أسطوانة؛ تحصل أسطوانة واحدة دائمًا على كمية أكبر أو أقل قليلاً من الأخرى. وبالتالي فإن النظام غير قابل للتعديل وبالتالي لم يعد يستخدم فيما يتعلق بالمتطلبات البيئية. ويسمى هذا النظام أيضًا بالحقن المركزي (Monopoint).
الحقن غير المباشر:
كل اسطوانة لها حاقن خاص بها. يقوم الحاقن بحقن الوقود في صمام السحب. ويضمن تدفق الهواء أيضًا الخلط في هذا النظام قبل دخول خليط الهواء والوقود إلى غرفة الاحتراق. الميزة التي يتميز بها الحقن غير المباشر هي أنه يمكن التحكم في كمية الوقود بشكل أكثر دقة. ويسمى هذا النظام أيضًا MPI (حقن متعدد النقاط) أو PFI (حقن الوقود بالمنفذ).
حقن مباشر:
توجد حاقنات DI (الحقن المباشر) أو DISI (إشعال الشرارة بالحقن المباشر) بجوار شمعة الإشعال، في الجزء العلوي من غرفة الاحتراق. يتم حقن الوقود من خلال هذا الحاقن عند ضغط مرتفع يبلغ حوالي 200 بار أثناء شوط السحب. وتتمثل المزايا الرئيسية لهذا النظام في إمكانية تعديل كمية الوقود بشكل أكثر دقة، وإمكانية إجراء الحقن عدة مرات أثناء شوط السحب، كما أن خليط الهواء والوقود يكون أكثر برودة. وهذا يجعل من الممكن للمصنعين زيادة نسبة ضغط المحرك. يمكن تصميم الحاقن على شكل حاقن بيزو أو ملف مغناطيسي.
يتطلب DI ضغوط حقن أعلى من MPI / PFI، لأن الحقن يتم أثناء شوط الضغط؛ يجب أن يكون الوقود متناثرًا بدرجة كافية أثناء ضغط الهواء الموجود في الأسطوانة. ولهذا السبب تمتلك شركة DI مضخة منفصلة للضغط العالي. تعمل مضخة الضغط العالي على زيادة ضغط الوقود في مخزن الوقود. يتم توصيل الحاقنات بمعرض الوقود هذا بواسطة الأنابيب. بمجرد أن ترسل إدارة المحرك إشارة إلى الحاقن، فإنه سيتم فتحه وإغلاقه في الوقت المطلوب.
تشمل مزايا DI مقارنة بـ PFI ما يلي:
- حقن أكثر دقة.
- الحقن المتعددة ممكنة؛
- يمكن تعديل وقت الحقن.
- ارتفاع الضغط الفعال فوق المكبس ممكن (وبالتالي تمكين تقليص الحجم مع نسبة ضغط أعلى)؛
- انخفاض استهلاك الوقود، وانخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
تشمل العيوب ما يلي:
- ارتفاع تكاليف النظام بسبب مضخة الوقود ذات الضغط العالي، والحاقن المتقدمة، ورأس الأسطوانة الأكثر تعقيدًا؛
- زيادة انبعاثات السخام (انبعاثات PM)؛
- يوفر الحقن المباشر في غرفة الاحتراق التبريد بدلاً من الحرارة اللازمة لتبخر الوقود.
يستخدم محرك الحقن المزدوج مزايا كلا النظامين. يمكن التبديل بين الحقن المباشر وغير المباشر حسب ظروف التشغيل. يتم وصف عملية وتطبيق الحقن المزدوج في الفقرة التي تحمل نفس الاسم في هذه الصفحة.
التحكم في ضغط الوقود بالحقن غير المباشر:
يعد ضغط الوقود الثابت شرطًا أساسيًا للتحكم الدقيق في حقن الوقود. يوجد ضغط الوقود (ضغط السكة) في الجزء العلوي من الحاقن ويكون ضغط مشعب السحب في الأسفل. يختلف الضغط في مشعب السحب باختلاف حمل المحرك، وبدون منظم الضغط، سيؤثر على فرق ضغط الوقود وبالتالي على كمية الحقن. ولهذا السبب نستخدم منظم ضغط الوقود. في هذا القسم سوف نتعمق في تشغيل وحدة التحكم هذه والغرض منها.
الصورة أدناه توضح مكونات محرك البنزين ذو الحقن غير المباشر ذو الحقن المتعدد النقاط. ننظر إلى تدفق الوقود من المضخة الموجودة في الخزان إلى الحاقن.
عندما تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية في مرحل مضخة الوقود، تعمل المضخة. تقوم المضخة بامتصاص الوقود من أدنى جزء ممكن من خزان الوقود وتدفع تدفق الوقود نحو مرشح الوقود. تبقى جزيئات الأوساخ الموجودة في الوقود في مادة المرشح. يصل الوقود المُفلتر بعد ذلك إلى مخزن الوقود. في معظم الحالات، يتم تركيب مخزن الوقود مباشرة على مدخل الحاقن.
يوجد ضغط ثابت في مخزن الوقود: فقط عندما يتم التحكم في الحاقن كهربائيًا بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية (انظر السلك الأزرق) يتم فتح الحاقن ويتم حقن الوقود في مشعب السحب على صمام السحب المفتوح. تعتمد كمية الوقود المحقون على:
- وقت الحقن (الذي تحدده وحدة التحكم الإلكترونية عن طريق إطالة أو تقصير إشارة الحقن)؛
- ضغط الوقود (مع وقت حقن يبلغ 2 مللي ثانية، سيقوم الحاقن بحقن كمية أكبر مما حسبته وحدة التحكم الإلكترونية إذا كان ضغط الوقود مرتفعًا جدًا).
يتم ضبط ضغط الوقود في مخزن الوقود (يُسمى أيضًا ضغط السكة) بناءً على حمل المحرك. سنناقش هذا بمزيد من التفصيل في القسم التالي.
بدون استخدام منظم الضغط، تنشأ المواقف التالية:
- عند سرعة التباطؤ، فإن الفراغ العالي (أي ضغط الهواء المنخفض) في مشعب السحب من شأنه أن ينتج ضغط وقود أعلى بشكل غير مرغوب فيه؛
- عند التسارع، يكون هناك فراغ أقل أو حتى بالكاد يوجد فراغ (حمولة كاملة) وينخفض ضغط الوقود، بينما يكون ضغط الوقود أعلى مطلوبًا.
يقوم منظم ضغط الوقود بزيادة أو تقليل ضغط البنزين في مخزن الوقود بناءً على ضغط الهواء في مشعب السحب. يمكننا اعتبار منظم ضغط الوقود بمثابة صمام ديناميكي، يسمح بفتحة بين خط الإمداد من مضخة الوقود وخط العودة.
على اليمين نرى مخطط ضغط الوقود حيث يكون فرق الضغط النسبي في جميع الظروف (الخمول، التحميل الجزئي والحمولة الكاملة) 4 بار بفضل منظم الضغط.
يشير الشرح أدناه إلى الصور التي توضح منظم الضغط في الوضع بدون فراغ. على اليمين يوجد منظم ضغط الوقود من شركة Bosch، والذي يستخدمه العديد من مصنعي السيارات.
بدون فراغ (يسار):
يتم إغلاق منظم الضغط في حالة السكون: يضغط الزنبرك على الحجاب الحاجز لإغلاقه، مما يمنع الوقود المزود من الوصول إلى خط العودة.
مع فراغ (وسط):
عندما ينخفض الضغط فوق الحجاب الحاجز، فإن ضغط الوقود على جانب العرض يدفع الحجاب الحاجز إلى أعلى مقابل قوة الزنبرك. يتم إنشاء فتحة يتم من خلالها تصريف الوقود المزود عبر خط العودة إلى خزان الوقود.
استراتيجية الحقن حقن متعدد النقاط:
أما في حالة الحقن المتعدد النقاط (غير المباشر) فتستخدم ثلاث طرق مختلفة للحقن:
- متزامن: يتم الحقن في نفس الوقت على جميع الأسطوانات.
- المجموعة: يتم الحقن لكل مجموعة. هناك تمييز بين مجموعة واحدة أو أكثر.
- متسلسل: يتم التحكم في كل حاقن بشكل منفصل وبالتالي يكون له لحظة حقن خاصة به.
يوضح نظام إدارة المحرك في الشكل أدناه عملية الحقن الجماعي. تحتوي حاقنات الأسطوانات 1 و 2 على مصدر طاقة مشترك (أحمر) وكلاهما متصل بالأرض في نفس الوقت (أخضر). حاقنات الأسطوانات 3 و 4 هي نفسها، ولكن يتم التحكم فيها بشكل منفصل عن الأسطوانات 1 و 2.
الحاقن الكهرومغناطيسي (MPI):
يتم استخدام الحاقن الكهرومغناطيسي في العديد من محركات البنزين التي لا تستخدم الحقن عالي الضغط (المباشر) مع مضخة منفصلة للضغط العالي. الوقود تحت ضغط ثابت قدره 1 بار عند مدخل الحاقن. يتم توفير ضغط الوقود عن طريق مضخة الوقود الموجودة في الخزان. في حالة الحقن متعدد النقاط (سيتم وصف ذلك لاحقًا في الصفحة)، يكون لكل أسطوانة حاقن خاص بها. يتم تركيب هذا الحاقن في مشعب السحب ويحقن الوقود بضغط يصل إلى 6 بار قبل فتح الصمام. بعد ذلك، يتوفر للوقود الوقت الكافي، عندما يبدأ صمام السحب في الفتح، ليختلط مع كل الأكسجين (المشار إليه في الشكل بالسهم الأزرق الداكن) المتدفق إلى الأسطوانة.
تنظر وحدة التحكم في المحرك إلى موضع العمود المرفقي لتنظيم توقيت الحقن وتوقيت الإشعال. استنادًا إلى عدة عوامل (المحرك ودرجة الحرارة المحيطة، والحمل، والسرعة، وما إلى ذلك)، ستعطي إشارة للحاقن في الوقت المناسب لفتحه. يحتوي قابس هذا الحاقن على سلكين. يحتوي أحدهما على زائد ثابت يبلغ حوالي 14 فولت. يتم توصيل السلك الآخر بالأرض بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية للسماح للتيار بالتدفق عبر ملف الحاقن. عندما يتم شحن الملف بشكل كافٍ، تفتح إبرة الحاقن مقابل قوة الزنبرك. عندما يتوقف التحكم، يضغط الزنبرك على إبرة الحاقن مرة أخرى يتم بعد ذلك إيقاف إمداد الوقود، وعندما يتوقف التحكم، يظل الملف مشحونًا كهربائيًا، وتشكل الطاقة الموجودة في الملف ذروة تحريضية، والتي يمكن ملاحظتها على راسم الذبذبات، ويبلغ جهد الحث لفترة وجيزة حوالي 60 فولت.
يتم تزويد هذه الحاقنات بالوقود عن طريق حاجز الوقود (يسمى أيضًا معرض الوقود). توفر مضخة التعزيز الموجودة في خزان الوقود الضغط في حاجز الوقود. يكون ضغط الوقود في السكة ثابتًا (حوالي 4 بار). نظرًا لأن الضغط منخفض جدًا، يتم ربط الحاقنات بمشبك قفل وحلقة دائرية للإغلاق. خاصة في السيارات القديمة حيث يتم تفكيك النظام، فمن الحكمة استبدال الحلقات قبل التثبيت.
عادةً ما يكون غلاف الحاقن مصنوعًا من البلاستيك. في الجزء العلوي من السكن نجد اتصال المكونات، وهو متصل داخليا بالملف. توجد حلقة مطاطية على شكل حرف O في الأعلى ينزلق فوقها معرض الوقود. يمكن العثور على حلقات دائرية أو حلقات مانعة للتسرب من التيفلون في الأسفل. تُستخدم الحلقة O بشكل أساسي في حاقنات MPI ذات الحقن منخفض الضغط، بينما يمكن العثور على حلقات التفلون في المحركات ذات الحقن عالي الضغط، مثل محرك FSI.
يتم لف الملف حول قلب الحاقن. في الصورة المرفقة يتم تمييز الملف باللون الأحمر. يوجد في وسط الحاقن، داخل الملف أيضًا، مكبس. يحتوي هذا المكبس على اقتران ميكانيكي بالإبرة. يوجد فوق المكبس زنبرك يحمل المكبس وبالتالي الإبرة في مقعدها، مما يغلق فتحة الحقن.
في حالة السكون، يكون الجهد الكهربي على طرفي الملف حوالي 14 فولت بالنسبة إلى الأرض. لتجهيز الحاقن، تقوم وحدة التحكم الإلكترونية في المحرك بتزويد جانب واحد من الملف بالأرض، بينما يتلقى الجانب الآخر جهدًا إيجابيًا. عند هذه النقطة، يبدأ التيار بالتدفق عبر الملف، مما يؤدي إلى تكوين مجال مغناطيسي. يسحب هذا المجال المغناطيسي المكبس وبالتالي إبرة الحقن إلى أعلى.
عندما يلزم إيقاف الحقن، تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بفصل الأرض، مما يتسبب في اختفاء المجال المغناطيسي. يقوم الزنبرك بدفع المكبس إلى الأسفل مرة أخرى، مما يتسبب في إغلاق الإبرة لإمدادات الوقود إلى غرفة الاحتراق.
يحتوي الحاقن عادةً على فتحات متعددة. وتكون هذه الفتحات صغيرة جدًا، بحيث يتم حقن الوقود من الحاقن إلى غرفة الاحتراق على شكل رذاذ. كلما كان الضباب أدق، كان تبخره أسهل.
حاقن بيزو (DI):
يمكن استخدام الحاقنات الانضغاطية في محركات البنزين والديزل. كانت BMW أول علامة تجارية تستخدم تقنية الضغط الانضغاطي في محركات البنزين، لكنها توقفت عن القيام بذلك مع المحركات الأحدث.
الحاقن الضغطي هو جزء من الحقن عالي الضغط. توفر مضخة الضغط العالي المنفصلة الضغط على حاجز الوقود. تقوم سكة الوقود هذه بتوزيع الوقود على جميع الحاقنات (انظر الصورة). ونظرا للضغوط العالية جدا، يتم استخدام أنابيب الألومنيوم مع الغدد. يجب دائمًا ربط الغدد (المثبتة على الأنبوب والحاقن) بالقوة الصحيحة. جاء ذلك في دليل إصلاح المحرك ذي الصلة.
يتمتع العنصر الانضغاطي الموجود في الحاقن بخاصية التغير في الطول عند توصيل جهد موجب أو سلبي به. يستخدم هذا مع الحاقن. بمجرد أن توفر وحدة التحكم في المحرك جهد تحكم يبلغ حوالي 100 إلى 150 فولت، يتوسع عنصر الضغط الانضغاطي بمقدار 0,03 مم تقريبًا. هذا التغيير في الطول كافٍ لإنشاء اتصال بين غرفة الضغط العالي والمنخفض. يبدأ الحقن على الفور. يمكن تشغيل وإيقاف العنصر الانضغاطي خلال جزء من الألف من الثانية. ومع ضغط الحقن المرتفع للغاية الذي يصل إلى 2000 بار، يوفر هذا حقنًا سريعًا ودقيقًا للغاية. تسمح هذه السرعات أيضًا بإجراء عمليات حقن متعددة واحدة تلو الأخرى.
تتميز الحقن المتعددة أثناء شوط السحب بميزة خلط الهواء بالوقود على النحو الأمثل. ويؤدي الضغط المرتفع إلى تناثر قطرات الوقود بشكل دقيق للغاية، بحيث تمتزج بشكل أفضل مع الهواء. يمكن إجراء ما يصل إلى 8 حقن أثناء السكتة الدماغية. وهذا له عواقب إيجابية على استهلاك الوقود والطاقة وانبعاثات العادم.
استراتيجيات الحقن الحقن المباشر:
استراتيجية الحقن للحقن المباشر لها أشكال مختلفة: موجه بالحائط، وموجه بالهواء، وموجه بالنفاث (انظر الصور أدناه). في هذه الحالات، هناك عملية احتراق متعددة الطبقات. هذا لا ينطبق في جميع ظروف التشغيل.
- موجه على الحائط: يوجه المكبس سحابة الوقود إلى شمعة الإشعال. المسافة بين شمعة الإشعال والحاقن كبيرة. يتم تطبيقه على محركات GDI وHPI.
- التوجيه بالهواء: تعمل حركة الهواء على جلب سحابة الوقود إلى شمعة الإشعال. المسافة بين شمعة الإشعال والحاقن كبيرة. يتم تطبيقه على محركات FSI وJTS.
- طائرة موجهة: توجد شمعة الإشعال على حافة سحابة الوقود. المسافة بين الحاقن وشمعة الإشعال صغيرة. تنطبق على محركات BMW.
كما سبقت الإشارة، فإن محركات البنزين ذات الحقن المباشر لا تحتوي على احتراق طبقي في جميع ظروف التشغيل. يمكن تشغيل المحركات ذات الحقن المباشر الموجه بالنفث على مراحل عند التحميل الجزئي. تعني عملية الاحتراق الطبقي وجود طبقات هواء مختلفة في مساحة الاحتراق. بالقرب من شمعة الإشعال، تكون قيمة لامدا 1. وبعيدًا عن ذلك، تصبح قيمة لامدا أعلى (أصغر حجمًا، وبالتالي المزيد من الهواء). ويوفر هذا الهواء طبقة هواء عازلة. في عملية الطبقات يكون وقت الحقن متأخرًا عن العملية المتجانسة. بمساعدة الحقن متعدد الطبقات، يمكن فتح صمام الخانق بالكامل، بحيث يقلل من اختناق الهواء. نظرًا لأنه يتم إزالة الهواء الممتص، فإنه يواجه مقاومة أقل وبالتالي يمكن امتصاصه بسهولة أكبر. لأن قيمة لامدا في مساحة الاحتراق مع الحقن الطبقي أصغر من 1 بسبب طبقة الهواء العازلة، فإن هذا لا يسبب أي مشاكل في الاحتراق. أثناء عملية الطبقات، ينخفض استهلاك الوقود.
في حالة الخليط المتجانس تكون قيمة لامدا 1 في كل مكان، وهذا يعني أن نسبة الهواء إلى الوقود في محرك البنزين هي 14,7:1 (14,7 كجم من الهواء مع 1 كجم من الوقود). يمكن لكل محرك أن يعمل بشكل متجانس. في حالة حدوث التخصيب، ستنخفض قيمة لامدا وإذا تم جعل الخليط أصغر حجمًا، فستزيد قيمة لامدا:
<1 = غني
>1 = فقير
سوف يتقلب المحرك دائمًا بين الغني والضعيف للحفاظ على عمل المحول الحفاز بشكل صحيح. ال لامدا الاستشعار يرسل البيانات إلى نظام إدارة المحرك.
عند التحميل الكامل، يعمل المحرك دائمًا بشكل متجانس. وهذا يعطي عزم دوران أعلى من عملية الطبقات. إذا كان المحرك يعمل بشكل متجانس، يتم حقن الوقود مبكرا. ويعمل المحرك أيضًا بشكل متجانس عند القيادة بعيدًا عن حالة التوقف التام. ومن ثم يكون عزم الدوران أعلى مما لو كان المحرك يعمل بطريقة متعددة الطبقات.
يوضح المنحنى المميز أدناه حالات التشغيل بسرعات مختلفة مقارنة بالسرعات ضغط الاحتراق، مع وبدون استخدام EGR.
الحقن المزدوج:
تستخدم مجموعة VAG محركات بنزين مزدوجة الحقن للوفاء بمعايير الانبعاثات الحالية. يوجد في محركات الحقن المزدوج نظامان لحقن الوقود: نظام الضغط المنخفض ونظام الضغط العالي.
- يحتوي نظام الضغط المنخفض على محاقن MPI التي تم استخدامها منذ عقود. يتم تركيب محاقن MPI في مشعب السحب ويتم حقنها في صمام السحب عند ضغط يتراوح من 4 إلى 5 بار؛
- يحتوي نظام الضغط العالي على محاقن عالية الضغط يتم حقنها مباشرة في غرفة الاحتراق بضغط حقن يصل إلى 150 إلى 200 بار كحد أقصى.
يحدد نظام إدارة المحرك الحاقن الذي يتم التحكم فيه.
تُظهر الصورة التالية مقطعًا عرضيًا لرأس الأسطوانة مع نظامي الوقود.
يوفر حقن MPI خلطًا أفضل بين الهواء والوقود. يتم استخدام الحاقنات المباشرة في سرعة التباطؤ والحمل الكامل. مع الحقن المباشر، يتم تحقيق تبريد أفضل، مما يجعل نسبة الضغط أعلى ممكنة. ومع ذلك، فإن خلط الهواء والوقود ليس الأمثل. وهذا يسبب المزيد من انبعاثات السخام. لهذا السبب، أصبحت المحركات ذات الحقن المباشر مجهزة حاليًا بمرشح جسيمات. هذه ليست مشكلة مع الحقن المزدوج. "نظام الإبهام المتغير"، والمختصر VTS، هو نسخة من مشعب السحب المتغير الذي يوفر تدفقًا أفضل للهواء. "الإبهام" هو تدفق الهواء الذي يتم إنشاؤه في دوامة عند دخوله الأسطوانة. دوامة الهواء ضرورية لخلط الوقود من حاقن MPI مع الهواء بشكل صحيح.
يضمن الحقن المزدوج مع نظام VTS انبعاثات عادم أفضل. ميزة إضافية هي أن صمام السحب يتم تنظيفه بواسطة حاقن MPI. غالبًا ما تعاني المحركات ذات الحقن المباشر من قناة سحب متسخة (مشعب السحب وصمامات السحب)، مما يسبب مشاكل مثل محدودية إمداد الهواء. في السيناريو المتطرف، يصبح مدخل الهواء مسدودًا للغاية بحيث لا يتمكن صمام السحب من الإغلاق بشكل صحيح على رأس الأسطوانة ويحترق في النهاية لأنه لا يستطيع تبديد الحرارة بشكل كافٍ.
ومن المعروف أن نفس المحركات الموجودة في الولايات المتحدة مزودة بالحقن المباشر فقط لمحركات VAG ذات الحقن المزدوج. يتم تغطية مشعب السحب. وذلك لأنه في وقت كتابة هذا التقرير، كانت المتطلبات البيئية أكثر صرامة في أوروبا منها في الولايات المتحدة، ولا توفر الشركة المصنعة محركات للأسواق حيث معايير الانبعاثات أقل صرامة مع مثل هذه الأنظمة باهظة الثمن لأسباب تتعلق بالتكلفة.
قياس خصائص الجهد والتيار على حاقن متعدد النقاط:
يستطيع راسم الذبذبات قياس الجهد فقط. يمكن توصيل كابلات القياس بالتوازي عبر المكونات الكهربائية. قياس التيار في السلسلة غير ممكن. يمكن قياس التيار باستخدام مشبك التيار الاستقرائي. تقوم مستشعرات Hall الموجودة في المشبك الحالي بقياس المجال المغناطيسي وتحويله إلى جهد. يمكن قياس الجهد باستخدام راسم الذبذبات. في هذه الحالة يوجد عامل تحويل قدره 10 مللي فولت لكل أمبير؛ لكل 0,010 فولت يرسلها مشبك التيار، يمكن تحويلها إلى 1 أ.
توضح صورة النطاق التالية ملف الجهد والتيار للحاقن الكهرومغناطيسي.
- الأحمر: تدرج الجهد.
- الأصفر: التدفق الحالي.
في حالة الراحة يكون الجهد 14 فولت. لا يوجد الآن أي فرق في الجهد عند القابس، لذلك لا يتدفق التيار. تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بتوصيل سلك واحد بالأرض للتحكم في الحاقن. يؤدي فرق الجهد إلى تدفق التيار عبر ملف الحاقن.
يشير الخط الأصفر إلى تدفق التيار: في اللحظة التي ينخفض فيها الجهد إلى 0 فولت، يبدأ تراكم التيار. تحميل الملف يستغرق وقتا. لا يزيد التيار أكثر من 0,9 A تقريبًا. في منتصف الطريق خلال تراكم التيار، نرى انحناء في الخط: هذه هي اللحظة التي تراكمت فيها مغناطيسية كافية لرفع الإبرة من مقعدها. يبدأ الحاقن بالحقن.
تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بقطع الاتصال الأرضي لإيقاف التحكم. توفر الطاقة المتبقية في الملف جهدًا تحريضيًا يبلغ حوالي 60 فولت. يتوقف الحاقن عن الحقن لأن الزنبرك يدفع الإبرة إلى مكانها مرة أخرى. ويمكن ملاحظة ذلك في صورة النطاق من خلال نتوء إشارة الجهد.
إذا كان المحرك يعمل بشكل غير منتظم وحدث خلل في الأسطوانة، فقد يكون ذلك نتيجة لعدد من الأسباب:
- عدم وجود شرارة أو وجود شرارة ضعيفة بسبب وجود عيب في شمعة الإشعال أو كابل شمعة الإشعال أو ملف الإشعال؛
- تقييد إمداد الوقود بسبب انسداد فلتر الوقود، أو خلل في منظم الضغط، أو مشكلة في مضخة الوقود أو الحاقن؛
- فقدان الضغط بسبب مشكلة في حلقات المكبس أو حشية الرأس المعيبة أو أختام الصمامات.
أثناء التشخيص، يمكن استخدام المنظار للتحقق مما إذا كانت الحاقنات لا تزال تعمل بشكل صحيح. في بداية هذا القسم تم عرض القياسات حيث لم يكن هناك أي خلل. تظهر الخطوط الزرقاء كمثال كيف سيبدو الجهد والتيار للحاقن المعيب.
في حالة أن التحكم في الحاقن صحيح، ولكن لا توجد مكامن الخلل مرئية في صورة الجهد والتيار، يمكن استنتاج أن إبرة الحاقن لا تتحرك. نظرًا لأن حاقن إحدى الأسطوانات لا يعمل بشكل صحيح بينما تعمل الحاقنات الأخرى بشكل صحيح، يمكن بسهولة مقارنة صور الحاقنات المختلفة مع بعضها البعض.
إذا قمت بالنقر على الحاقن برفق، فقد تنفك إبرة الحاقن. في هذه الحالة، سيعمل المحرك على الفور بهدوء أكبر وستكون مكامن الخلل مرئية مرة أخرى في صور النطاق. ومع ذلك، فإن هذا لا يضمن التوصل إلى حل دائم؛ هناك فرصة جيدة لعودة المشكلة خلال فترة زمنية قصيرة. من الضروري استبدال الحاقن ذي الصلة.
لا تفتح الإبرة الموجودة في الحاقن إلا بعد شحن الملف بشكل كافٍ. ونتيجة لذلك، لا يقوم الحاقن بحقن الوقود على الفور عندما تبدأ وحدة التحكم الإلكترونية في التحكم به. بعد الانتهاء من التشغيل، يضغط الزنبرك على إبرة الحاقن على مقعدها. وهذا يستغرق وقتا أيضا. وقت التحكم عادة لا يساوي وقت الحقن. الصورة التالية توضح منحنى الجهد والتيار لنفس الحاقن كما هو مذكور أعلاه، ولكن مع زيادة السرعة.
- بداية التحكم: تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بتحويل سلك التحكم إلى الأرض. يتدفق التيار عبر ملف الحاقن لفتحه. يشير العقد في نمط التدفق إلى اللحظة التي تفتح فيها إبرة الحاقن. ثم يزداد التيار قليلاً وبالتالي يظل ثابتًا. تظل إبرة الحاقن مفتوحة.
- نهاية التحكم: كما سبق وصفه، نتعرف على اللحظة التي تغلق فيها إبرة الحاقن بواسطة النتوء الموجود في صورة الجهد.
يستغرق التحكم 4 مللي ثانية، ولكن وقت الحقن الفعلي هو 3 مللي ثانية. نحن نسمي الفرق بين هذه "التأخير"، وترجمته إلى الهولندية بـ "التأخير". ولذلك تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية في الحاقن لمدة 4 مللي ثانية للسماح له بالحقن لمدة 3 مللي ثانية.
توقيت الحقن بالنسبة إلى موضع العمود المرفقي:
يمكن رؤية لحظة الحقن باستخدام راسم الذبذبات. توجد القناة A (الحمراء) على السلك الأرضي للحاقن والقناة B (الصفراء) موجودة على سلك الحاقن مستشعر موضع العمود المرفقي متصل. أثناء تشغيل المحرك، يمكننا استخدام صورة المنظار هذه لتحديد توقيت الحقن ووقت الحقن.
تم التقاط صورة النطاق أثناء سرعة التباطؤ. تُظهر صورة الجهد الأحمر عملية فتح وإغلاق الحاقن (راجع القسم: قياس خصائص الجهد والتيار على حاقن متعدد النقاط). في الوقت -2,860 مللي ثانية يبدأ التحكم؛ ينخفض الجهد من 12 فولت إلى 0 فولت. هذه هي النقطة التي يتم فيها تأريض ملف الحاقن ويتدفق التيار. ينتهي التحكم في الحاقن عندما يرتفع الخط الأحمر مرة أخرى. بسبب الطاقة المتراكمة في الملف، يحدث جهد تحريضي يزيد عن 60 فولت. ثم ينخفض الجهد تدريجيا إلى 12 فولت؛ هنا يتم إيقاف تشغيل الحاقن مرة أخرى.
الجهد المتردد الأحمر يأتي من الاستقرائي مستشعر موضع العمود المرفقي. في كل مرة تمر فيها أسنان العجلة النبضية عبر مستشعر العمود المرفقي، يتم إنشاء جهد متناوب جيبي. تحتوي العجلة الدافعة على 60 سنًا، 2 منها تم طحنها. يشكل السنان الأرضيان النقطة المرجعية التي يتعرف عندها نظام إدارة المحرك على أن مكابس الأسطوانات 1 و4 تقع بين 90 درجة و120 درجة قبل TDC (المركز الميت العلوي). بعد التعرف على السن المفقود، يكون لدى نظام إدارة المحرك الوقت الكافي (ربما بالاشتراك مع نظام إدارة المحرك). مستشعر عمود الحدبات) لتحديد لحظة الحقن والإشعال الصحيحة ولتنشيط الحاقن وملف الإشعال قبل أن يصل المكبس إلى TDC.
تظهر صورة النطاق الوقت الذي يبدأ فيه الحقن؛ يبدأ الحقن بالنبضة الرابعة من مستشعر العمود المرفقي. بافتراض وجود 60 - 2 سنًا، بعد كل 6 درجات دوران للعمود المرفقي (360 درجة لكل دورة واحدة / 1 سنًا) يتم الحقن بعد النقطة المرجعية بمقدار 60 درجة. السن المفقود هو 24⁰ قبل TDC، لذلك يبدأ الحقن (90⁰ – 90⁰) = 24⁰ قبل TDC.
مع زيادة السرعة بمقدار 2000 دورة في الدقيقة، تصبح نبضات مستشعر العمود المرفقي الحثي أقرب إلى بعضها البعض. يتم ترجمة تردد هذه الإشارة إلى سرعة بواسطة نظام إدارة المحرك. اعتمادا على السرعة، والحمل (يقاس ب خريطة الاستشعار) و ال درجة الحرارة من الهواء الداخل والمبرد، يتم تحديد وقت الحقن المطلوب. يحدث وقت الحقن مبكرًا ويظل الحاقن على الأرض لفترة أطول: يقوم الحاقن بالحقن مبكرًا ولفترة أطول.
من بداية التنشيط إلى نقطة التشغيل (السهم على مستوى إيقاف تشغيل الحاقن)، يبلغ وقت التنشيط حوالي 5,2 مللي ثانية. الوقت الذي يتم فيه تفعيل الحاقن لا يساوي الحقن الفعلي (انظر الفقرة السابقة).
في صورة النطاق التالية، تظهر إشارة العمود المرفقي الحثية باللون الأحمر، وتظهر إشارة الحاقن باللون الأصفر. عند زيادة السرعة إلى ما يقرب من 3000 دورة في الدقيقة، يمكن رؤية اثنين من أدوات التحكم في الحاقن. من الواضح أن حقن الوقود للأسطوانة 1 يحدث مع كل دورة ثانية للعمود المرفقي.
القيد الحالي في وحدة التحكم الإلكترونية:
كما أظهرت القياسات في قسم "قياس الجهد والتيار على حاقن متعدد النقاط"، هناك تأخير بين التشغيل والفتح الفعلي لإبرة الحاقن. في هذه الحالة، يستغرق فتحه 1,5 مللي ثانية.
سوف تفتح إبرة الحاقن بشكل أسرع إذا زاد التيار عبر الملف بشكل أسرع. يعتمد التيار على مقاومة الملف: كلما انخفضت المقاومة، زاد تراكم التيار بشكل أسرع. تتمتع المحاقن ذات المقاومة العالية المستخدمة في محرك القياسات بمقاومة تبلغ 16 أوم. عند جهد 14 فولت على متن الطائرة، سوف يتدفق تيار صغير:
التيار كافٍ لفتح إبرة الحاقن، ولكن ليس عاليًا جدًا بحيث يصبح ساخنًا جدًا بسبب الطاقة العالية جدًا:
نظرًا لأنه يتم إنشاء طاقة منخفضة فقط، فليس من الضروري استخدام عنصر التحكم الحالي. سيكون هذا ضروريًا مع الحاقنات ذات المقاومة المنخفضة.
- تتمتع الحاقنات ذات المعاوقة المنخفضة بميزة زيادة التيار الحالي بسرعة من البداية. وينتج عن ذلك فتح سريع لإبرة الحاقن، مما يؤدي إلى تأخير بسيط.
- تتمتع المحاقن ذات الأوم المنخفض بمقاومة تبلغ حوالي 2,8 أوم. تؤدي المقاومة المنخفضة إلى تدفق تيار مرتفع:
تزداد القوة أيضًا بشكل حاد:
استهلاك الطاقة أعلى بحوالي سبع مرات من الحقن عالية المقاومة. إذا زاد التيار أكثر من اللازم، تتطور الحرارة في الحاقنات وفي مرحلة الإخراج لجهاز التحكم. للحد من التيار، يتم تشغيل وإيقاف الجهد عدة مرات خلال فترة زمنية قصيرة. بعد فتح إبرة الحاقن، لا يتطلب الأمر سوى القليل من الطاقة لإبقاء الإبرة مفتوحة. يتناقص التيار أثناء التبديل وإيقاف التشغيل. يمكن رؤية هذا التقدم في صورة النطاق.
تحديد كمية الوقود المطلوبة:
حددت الشركة المصنعة الكمية المطلوبة من الوقود في مختلف المجالات المميزة المخزنة في ذاكرة ROM الخاصة بوحدة التحكم الإلكترونية. هو - هي نظام إدارة المحرك يقرأ من هذه المخططات مقدار الوقود المطلوب دون تصحيحات. هذا بالطبع يعتمد على سرعة المحرك ودرجة الحرارة والحمل. يتم شرح أهم المعلمات لتحديد كمية الوقود الصحيحة في هذا القسم كجدول VE وجدول AFR.
جدول VE:
يمثل جدول VE الكفاءة الحجمية ونسبة الهواء/الوقود عند كل سرعة محرك وضغط مشعب السحب. الكفاءة الحجمية هي النسبة بين كمية الهواء المقاسة التي تملأ الأسطوانات وكمية الهواء التي من شأنها أن تملأ الأسطوانة في حالة ثابتة، اعتمادًا على سرعة المحرك وضغط مشعب السحب. يتم استخدام القيم الموجودة في الجدول بواسطة وحدة التحكم الإلكترونية لتحديد كتلة الهواء الحالية وبالتالي مستوى التعبئة. يتم استخدام هذه البيانات لحساب كمية الوقود المراد حقنها.
هذا النهج النظري يختلف عن الواقع. لم يتم أخذ مواصفات المحرك بعين الاعتبار هنا بعد. خذ بعين الاعتبار مخطط الصمام (تداخل الصمام، أو ربما توقيت الصمام المتغير)، ومقاومة الهواء في قناة السحب، وما إلى ذلك. ولهذا السبب يتم تطبيق عامل التصحيح الذي يعطي انحرافًا عن العلاقة الخطية. يظهر عامل التصحيح في الصورة أعلاه بالخط المتقطع. ويشير المنحنى إلى مدى صحة العلاقة الخطية. عند ضغط 60 كيلو باسكال يكون الانحراف حوالي 50% من الخط الذي يوضح العلاقة الخطية. يمكن تشكيل عامل التصحيح إلى نسبة مئوية.
في جدول VE، تشير كل خلية إلى النسبة المئوية المرتبطة بالضغط السلبي بالنسبة للسرعة. ستكون هذه النسبة أعلى عند السرعة التي يكون فيها عزم الدوران أعلى. بعد كل شيء، المحرك هو الأكثر كفاءة هناك لأن المحرك يملأ الأفضل.
القيم الموجودة في جداول VE وAFR لاحقًا في هذا القسم مستمدة من منحنى عزم الدوران والطاقة لمحرك 1.8 20 فولت من سيارة فولكس فاجن جولف.
الصور أدناه توضح جدول VE كجدول ملء والتمثيل ثلاثي الأبعاد الذي تم إنشاؤه باستخدام منحنى عزم الدوران والطاقة في برنامج “TunerStudio”. يستخدم هذا البرنامج بشكل أساسي لتوفير برامج لوحدة التحكم الإلكترونية القابلة للبرمجة مثل MegaSquirt أو Speeduino. لمزيد من المعلومات: راجع الصفحات المتعلقة به مشروع ميجا سكويرت.
يُظهر المحور الرأسي MAP (ضغط الهواء المنوع) من 15 كيلو باسكال (ضغط سلبي كبير) إلى 100 كيلو باسكال (ضغط الهواء الخارجي). تشير الخريطة إلى حمل المحرك. يشير المحور الأفقي إلى سرعة المحرك بين سرعة التباطؤ والسرعة القصوى للمحرك.
تُظهر الخلايا الموجودة في جدول VE مستوى تعبئة المحرك. بعبارة أخرى؛ مدى كفاءة المحرك عند سرعة وحمل معينين. يكون المحرك أكثر كفاءة عند السرعة التي يكون فيها عزم الدوران أعلى (حوالي 4200 دورة في الدقيقة)؛ النسب هي الأعلى هنا. هذا هو المكان الذي "يمتلئ" فيه المحرك بشكل أفضل. إن تطبيق التقنيات التي تزيد من مستوى التعبئة، مثل توقيت الصمام المتغير، أو تعديل مشعب السحب، أو استخدام التوربو، سوف يفيد النسب المئوية.
جدول أفر:
يتم تسجيل تركيبة الهواء/الوقود المطلوبة في جدول AFR. AFR هو اختصار لنسبة الهواء إلى الوقود. عند نسبة خلط متكافئة (لامدا = 1)، يلزم 14,7 كجم من الهواء لحرق 1 كجم من البنزين. إن الخليط المتكافئ غير مرغوب فيه في جميع الحالات.
- الخليط الخالي من الدهون يفيد في استهلاك الوقود؛
- مزيج غني يسمح بقوة أعلى.
عندما يتعين على المحرك توفير المزيد من الطاقة (P)، يحدث التخصيب. كما يوفر الخليط الأكثر ثراءً التبريد. التخصيب إلى 0,8 = 11,76 يعني تطبيق نسبة خلط (AFR) تبلغ 1 كجم من الهواء إلى 1 كجم من البنزين. لذا فإن كمية الهواء المتاحة لحرق XNUMX كجم من الوقود أقل من تلك المستخدمة في خليط متكافئ. من ناحية أخرى، يوفر الخليط الخالي من الدهون استهلاكًا أفضل للوقود (be)، لكنه يعطي فرصة أكبر للطرق. يجب أن يظل تخصيب الخليط أو إفقاره دائمًا ضمن حدود الاحتراق.
أثناء التباطؤ، تتراوح السرعة بين 600 و 900 دورة في الدقيقة. صمام الغاز مغلق بالكامل تقريبًا والضغط السلبي مرتفع: يتراوح بين 25 و 40 كيلو باسكال. الخليط متكافئ (14,7:1) في نطاق السرعة هذا.
عندما يكون هناك تحميل جزئي، سترتفع سرعة المحرك إلى 4200 دورة في الدقيقة. يتم فتح صمام الخانق بشكل أكبر، وبالتالي ينخفض الفراغ الموجود في مشعب السحب إلى 40 - 75 كيلو باسكال. ومع زيادة حمل المحرك، يقل الضغط السلبي؛ يحدث الإثراء (AFR من 13:1). يمكن الحصول على خليط قليل الدهن عند حمولة منخفضة للمحرك. عند التحميل الكامل، يكون الخانق مفتوحًا بالكامل. ينخفض الضغط السلبي إلى 100 كيلو باسكال (ضغط الهواء الخارجي) ويحدث الحد الأقصى للتخصيب (12,5:1).
لا تؤثر قيمة لامدا على استهلاك الطاقة والوقود فحسب، بل تؤثر أيضًا على انبعاثات العادم. ويضمن الخليط الأكثر ثراءً محتوى أقل من أكاسيد النيتروجين، ولكن أيضًا انبعاثات أعلى لثاني أكسيد الكربون والهيدروكربونات. في حالة الخليط الأصغر حجمًا، تكون جزيئات الوقود متباعدة بشكل أكبر، بحيث لا يعد الاحتراق مثاليًا؛ مما يؤدي إلى زيادة انبعاثات الهيدروكلوريك أيضًا.
عند استخدام المحفز، من المستحسن التأكد من أن الحقن يتناوب باستمرار بين الغني والهزيل. في الخليط الغني، يتشكل ثاني أكسيد الكربون نتيجة لنقص الأكسجين، مما يؤدي إلى تقليل المحفز لأكاسيد النيتروجين. يحتوي الخليط الخالي من الدهون على فائض من الأكسجين الذي يؤدي إلى أكسدة ثاني أكسيد الكربون وHC.
تحدد وحدة التحكم كمية الوقود التي يجب حقنها. أولاً، تتم قراءة بيانات الحقن الأساسية من الحقول المميزة. يتم تضمين القيم من جداول VE وAFR، من بين أمور أخرى، في حساب كمية الحقن. كما تؤخذ في الاعتبار القيم التالية التي تحددها الشركة المصنعة:
- التخصيب يعتمد على درجة حرارة سائل التبريد والهواء المدخول؛
- إثراء التسارع على المدى القصير عند فتح دواسة الوقود (بسرعة) ؛
- تصحيح بسبب الاختلاف في الجهد على متن الطائرة.
بالإضافة إلى هذه القيم المحددة، يتم أخذ الفولتية التي يرسلها مستشعر لامدا إلى وحدة التحكم في الاعتبار بعناية. تعتمد هذه الفولتية على محتوى الأكسجين في غازات العادم. وهذا عامل متغير يتغير باستمرار. يُشار إلى مدخلات الفولتية الخاصة بالمستشعر بما يسمى "الديكورات الوقود" إدماج.
كيفية تحديد قيم جدول VE وAFR والإعدادات الأخرى المذكورة موضحة في صفحات الأداء مشروع ميجا سكويرت.
