پروژه كنترل الكترونيكي موتور ديزل (EDC)
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 آن 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 سرريز 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 اضطراري 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 (شكل 1):
– 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.
شكل 1- فرآورش سيگنال در ECU
پردازش سيگنال در ECU
ريزپردازنده‌هاي ECU (شكل 1) 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 فرّ‌ار 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.
پروژه كنترل الكترونيكي موتور ديزل (EDC)