يكتبه مهندس/ عمرو طليبة
نظام الحقن الإلكترونى Electronic Fuel Injection System
تتم عملية التحكم في تشغيل المحرك والأجهزة الملحقه به للوصول إلي أفضل أداء له عن طريق استخدام نظام تحكم في تشغيل المحرك ( نظام الحقن الإلكترونى ) والتي تحتوي علي ثلاث مكونات رئيسية و هي :
الحساسات ( SENSORS ) :
وهي التي تقوم بإلتقاط القيم الفيزيائية أمثال درجة الحرارة ، ضغط ، سرعة ، — الخ ثم تقوم بإرسال إشارات كهربية لوحدة التحكم الألكتروني .
وحدة التحكم الألكتروني ( ECU ) :
و هي التي تقوم بدورها باجراء عملية مقارنة بين القيم المقاسة من الحساسات والقيم المرجعية المخزنة داخله واختيار أفضل قيم لإرسالها للمشغلات في صورة اشارات كهربية .
المشغلات ( ACTUATORS ) :
و هي التي تقوم بتحويل الإشارات الكهربية المرسلة من وحدة التحكم الإلكتروني إلي كميات ميكانيكية.
الأقسام الفرعية لنظام التحكم في المحرك:
يجب أن يتم التحكم في كل ذلك من خلال وحدة التحكم الإلكترونى ( ECU ) في المحرك. ولتحقيق ذلك، يتم إستكشاف ظروف تشغيل المحرك بواسطة أجهزة خاصة تعرف بالحساسات ( Sensors ). حيث تقوم، على سبيل المثال، باستكشاف سرعة المحرك وفتحة الخانق وغير ذلك. وسيأتي الحديث بالتفصيل عن الحساسات في المقال التالى.
تقوم وحدة التحكم الإلكترونية بمعالجة معلومات الدخل القادمة من الحساسات والتحكم في أوامر الخرج وفقًا لذلك. وتسمى أجهزة الخرج بالمشغلات. وأهم مشغلات هي الحواقن وملفات الإشعال، ولكن هناك الكثير من المشغلات في النظام. وبالنسبة لإشارات الخرج سيأتي الحديث عنها بالتفصيل لاحقًا.
ويمكن تقسيم معالجة الإشارة ووظائف الخرج إلى ست مناطق:
1- التحكم في حقن الوقود.
2- التحكم في الإشعال.
3- التحكم في سرعة اللاتعشيق ( السلانسيه ).
4- التحكم في المحرك.
5- التحكم فى الإنبعاث.
6- إدارة الأعطال (أمن الأعطال والدعم) والتشخيص الذاتي.
وتقوم وحدة التحكم في المحرك باستخدام الوظائف والبرامج المخزنة لمعالجة إشارات الدخل القادمة من الحساسات. حيث تُستخدم هذه الإشارات كقاعدة لحساب إشارات التحكم الموجهه للمشغلات (مثل، ملفات الإشعال، الحواقن).
الأقسام الفرعية لنظام التحكم في المحرك:
يقسم نظام حقن الوقود الإلكتروني الحديث إلى أربعة أنظمة فرعية أساسية وهى:
1- نظام حث الهواء.
2- نظام تسليم الوقود.
3- نظام الإشعال الإلكترونى.
4- نظام التحكم الإلكترونى.
وسنتحدث فى هذا المقال عن نظام حث الهواء.
نظام حث الهواء:
يقوم نظام حث الهواء بقياس والتحكم في كمية الهواء المطلوب للاحتراق. وهو يتكون بشكل أساسي من:
1- مُنقي ( فلتر ) الهواء. Air Filter
2- حساس لقياس كمية الهواء (مقياس تدفق الهواء). Mass Air Flow Sensor MAF
3- صمام الخانق المدمج في جسم الخانق. Throttle Position Sensor TPS
4- غرفة سحب الهواء (مجمع السحب). Intake Manifold
5- صمام السحب. Intake Valve
وعندما نفتح صمام الخانق ( TPS ) يتم شفط الهواء للداخل بواسطة المكبس ( شوط السحب ) حيث يتدفق عبر فلتر الهواء ومقياس تدفق الهواء ( MAF ) مرورًا بالخانق ومجمع السحب حتى يصل في آخر الأمر إلى الأسطوانة عبر المرور في صمام السحب. وتزداد سرعة الهواء بفعل مجاري مجمع السحب الضيقة الطويلة، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة الحجمية للمحرك. ويعتمد الهواء الواصل إلى المحرك على زاوية فتح صمام الخانق وسرعة دوران المحرك. فإذا زادت فتحة صمام الخانق سيسمح بدخول هواء أكثر إلى أسطوانات المحرك. ويتم الكشف عن موضع الخانق بواسطة حساس موضع الخانق (TPS).
ويوجد أربعة طرق مختلفة لقياس حجم هواء السحب.
1- حساس ضغط المجمع المطلق (MAP Manifold Absolute Pressure ).
وثلاثة أنواع مختلفة من أجهزة قياس تدفق الهواء: ( Mass Air Flow Sensor MAF )
1- مقياس تدفق دوامة كارمان (Karman Vortex)
2- السلك الساخن (The Hot Wir)
3- الغشاء الساخن (Hot Film).
ويتم تركيب ضابط سرعة اللاتعشيق ( السلانسيه ) للتحكم الدقيق في سرعة اللاتعشيق وتزويد كمية كافية من الهواء لصمام الخانق المغلق لتوفير سرعة لاتعشيق باردة وسريعة تحت درجة حرارة معينة للمحرك.
التحكم فى سرعة اللاتعشيق ( السلانسيه ):
يتم التحكم في سرعة اللاتعشيق ( السلانسيه ) بواسطة وحدة التحكم في المحرك من خلال صمام التحكم في سرعة اللاتعشيق ( Idle ). يقوم نظام التحكم في سرعة اللاتعشيق بتنظيم سرعة اللاتعشيق عن طريق ضبط حجم الهواء المسموح له بالمرور خلال صمام الخانق المغلق.
ويوجد هذه الصمام فى جانب البوابة حيث أنه فى سرعة اللاتعشيق تكون البوابة مغلقة فيفتح الصمام سامحاً بمرور الهواء من خلال فتحة بجانب البوابة، وبمجرد الضغط على دواسة البنزين يغلق الصمام أتوماتيكياً ليغلق مسارالهواء الإضافى سامحاً للهواء بالدخول عبر بوابة الخانق.
مكونات صمام التحكم فى سرعة اللاتعشيق:
تحتوي مجموعة الصمام على:
1- ملفين كهربيين T1, T2
2- مغنطيس دائم.
3- صمام.
4- عمود صمام.
تتحكم وحدة التحكم الإلكترونية في حركة الصمام باستخدام دائرة تشغيل 100 هرتز للملفات T1 ، T2. ويتدفق التيار في الملف T1 عندما تكون إشارة التشغيل منخفضة، وفي الملف T2 عندما تكون الإشارة عالية. وبتغيير نسبة التشغيل تتغير شدة المجال المغنطيسي وموضعه، وهو ما يؤدي إلى دوران عمود الصمام. ويتم تثبيت ملف ثنائي المعدن آمن الأعطال بطرف العمود لتشغيل الصمام في حالة حدوث عطل كهربي. وعندما يبدأ تشغيل المحرك، يتم فتح صمام التحكم في سرعة اللاتعشيق لموضع معين مسبقًا حسب درجة حرارة سائل التبريد وسرعة الدوران المستحثة. وبمجرد أن يصل المحرك إلى درجة حرارة تشغيل عادية، تقل سرعة المحرك بالتدريج.
فهو يقوم بمقارنة قيمة الـ RPM الحقيقية بقيمة الـ RPM المستهدفة / المطلوبة لتصحيحها عن طريق درجة حرارة المحرك فكلما زادة درجة الحرارة تقل الـ RPM وذلك من خلال الصمام وهذا يتضح من خلال جهاز تشخيص الأعطال عند الدخول على وضع Current Data كما بالشكل:
ومن إحدى مشاكل صمام التحكم فى سرعة اللاتعشيق هى صعوبة بدء إدارة المحرك.
حساس قياس كمية الهواء:
يتم قياس كمية الهواء بطريقتين:
الطريقة الأولى: من خلال حساس ضغط المجمع المطلق:
( MAP) Manifold Absolute Pressure Sensor
يوضع فى مجمع السحب ويقوم بقياس كمية الهواء وكذلك درجة حرارة الهواء ويرسل إشارة إلى وحدة التحكم الإلكترونى والتى بدورها تقوم بقياس كمية الوقود المطلوبة للحقن.
يقوم حساس ضغط المجمع المطلق ( MAP ) باستكشاف تغييرات الضغط في مجمع السحب الناتجة عن حالات تشغيل المحرك مثل سرعة المحرك وفتحة الخانق.
ويتكون حساس ضغط المجمع المطلق من:
1- رقاقة سيليكون مقاومة للضغط.
2- دائرة مدمجة (IC).
ويتم تطبيق الفراغ على جانب وضغط المجمع على الجانب الأخر. وبفعل هذا الترتيب يحدث إنحراف في رقاقة السيليكون ( Diaphragm ) وبالتالي تتغير مقاومتها وبالتالى يتغير الجهد الخارج. وتعتمد كمية الانحراف فقط على ضغط المجمع، فعندما يتغير ضغط المجمع تتغير المقاومة وبالتالى يتغير الجهد. ويستخدم هذا التغير في المقاومة بعد ذلك لحساب الضغط في المجمع وهو ما يسمح أخيرًا بحساب كمية سحب الهواء.
يتكون حساس الضغط المطلق من أربعة أطراف:
1- طرف أرضى.
2- طرف 5 فولت.
3- طرف إشارة لحساب كمية الهواء.
4- طرف إشارة لحساب درجة حرارة الهواء.
فى حالة وجود عطل به يتم الكشف عليه من خلال جهاز تشخيص الأعطال وهو يعطى قراءتين كما بالشكل لأنه كما ذكرنا سابقاً يقوم بقياس كمية الهواء ودرجة حرارته:
كيفية قياس حساس الـ MAP :
بواسطة الأفوميتر يتم قياس الطرف الكهرباء ولابد أن يعطى 5 فولت ( شكل أ ) ، ثم قياس الأرضى ولابد أن يعطى صفر فولت ( شكل ب ) . وبعد التأكد من سلامة هذه الأطراف يتم قياس الإشارة من خلال جهاز تشخيص الأعطال من وضع الـ Current Data وملاحظة قيمة الضغط والفولت ( شكل ج ).
Ground طرف أرضى – Signal طرف إشارة – Sensor Power طرف الكهرباء
الطريقة الثانية- من خلال حساس قياس كتلة الهواء:
( Intake Air Temperature Sensor IATS ) .
ويوضع هذا الحساس بين فلتر الهواء وجسم البوابة، ويقوم بقياس كمية الهواء وأيضاَ درجة حرارته.
ويوجد منه نوعان:
1- حساس قياس كمية الهواء من نوع دوامة كارمن ( Karman Vortex ):
وهو يعتمد على توليد دوامات حيث أن عدد هذه الدوامات تتناسب مع حجم الهواء المتدفق. وكلما كان تدفق الهواء عاليًا كانت الدوامات المتولدة أكثر. ويتم قياس كمية الدوامات وبالتالي كمية الهواء.
2- حساس قياس كمية الهواء من نوع السلك الساخن / الغشاء الساخن ( Hot Film ):
للحصول على دقة أعلى عند القياس تم تطوير حساسات تدفق الهواء الكتلي، والتي تقوم بقياس كتلة هواء السحب. والجزء الرئيسي لقياس الكتلة هو السلك الساخن أو في الإصدارات الأحدث الغشاء الساخن. حيث يتم الاحتفاظ بالسلك الساخن عند درجة حرارة ثابتة بواسطة دائرة تحكم إلكترونية. وتؤدي أية زيادة في تدفق الهواء إلى فقد السلك للحرارة بشكل أسرع، وهو ما يتم تعويضه عن طريق إرسال تيار إضافي خلال السلك. ويتم قياس هذا التيار ويتم إرسال إشارة خرج متناسبة معه إلى وحدة التحكم في المحرك يمكن من خلالها معرفة كمية الهواء. ويستخدم نوع الغشاء الساخن نفس المبدأ.
يتكون حساس قياس كمية الهواء MAF من 5 أطراف:
1- طرف أرضى.
2- طرف 12 فولت.
3- طرف إشارة لكمية الهواء.
4- طرف 5 فولت.
5- طرف إشارة لدرجة حرارة الهواء.
فى حالة وجود عطل يتم الكشف عليه من خلال جهاز تشخيص الأعطال كما فى الشكل:
ملحوظة: حساس قياس كمية الهواء فى المحرك إما أن يكون المحرك يحتوى على حساس الضغط المطلق (MAP) أو حساس قياس كتلة الهواء المتدفق ( MAF ) ولا يجتمع الإثنان فى محرك واحد.
الأعطال التى تحدث إذا حدث عطل فى هذا الحساس:
1- سيتم بدء تشغيل المحرك عادةً ولكنه سيدور بشكل ضعيف وقد يتوقف فجأة في ظروف اللاتعشيق. وقد لا يتم تعيين كود تشخيص مشكلة في حالة حدوث هذه المشكلة.
وفي حالة حدوث عطل بحساس درجة حرارة هواء السحب أو توليده لخرج خاطئ فقد يظهر على المحرك الأعراض التالية:
1- ضعف التسارع ( مايسحبش ).
2- وقد لا يمكن تصحيح توقيت الإشعال وقد يؤدي إلى حدوث قرقعة وزيادة استهلاك الوقود.
حساس وضع الخانق ( Throttle Position Sensor TPS ):
يوضع حساس وضع الخانق فى جسم الخانق حيث أن جسم الخانق يتكون من صمام الخانق ودائرة مجرى هواء اللاتعشيق وحساس موضع الخانق كما يشتمل على منافذ متنوعة من مصادر الفراغ لتشغيل على سبيل المثال أجهزة تقليل الانبعاثات مثل صمام إعادة تدوير غاز العادم..
ويقوم حساس وضع الخانق بتحديد وضع البوابة.
وهذا الحساس عبارة عن بوتينشيومتر ( مقياس للجهد ) وذلك لقياس فتحة البوابة بالضبط فتقوم وحدة التحكم الإلكترونى بحساب كمية الهواء وذلك الداخل من البوابة من خلال تحديد زاوية فتح البوابة وسرعة المحرك.فكل حركة للبوابة تعطى إشارة معينة تقوم وحدة التحكم الإلكترونى من خلال هذه الإشـارة بمعرفة زاوية فتح البوابة وباختلاف الإشارة تختلف الزاوية.
فى حالة وجود عطل يتم الكشف عليه من خلال جهاز تشخيص الأعطال كما فى الشكل:
يحتوى حساس وضع الخانق على ثلاثة أطراف:
1- طرف أرضى.
2- طرف 5 فولت.
3- طرف إشارة.
وهناك نوع يحتوى على حساس البوابة و Idle كمجموعة واحدة.
لإختبار أطراف الحساس:
يتم قياس المقاومة بين كل طرف كما بالشكل:
وبذلك نكون قد انتهينا من نظام سحب الهواء والحساسات الخاصة به.