-۱-اهداف سيستمهاي كنترل موتور الكترونيكي
سيستم كنترل موتور الكترونيكي شامل دستگاههاي دريافت كننده ايست كه به طور مداوم موقعيت هاي كاري موتور را ارزيابي مي كنند، يك واحد كنترل الكترونيكي(Ecu) {است} كه جداول داده ها و محاسبات كاربردي در ورودي دريافت كننده ( حسگرSensor) را ارزيابي مي كند و خروجي را براي دستگاههاي راه انداز معين مي كند.

اين دستگاههاي راه انداز توسط Ecu فرمان مي گيرند تا در پاسخ به ورودي حسگر، عملي را انجام دهند.
هدف استفاده از يك سيستم كنترل موتور الكترونيكي اين است كه موارد زير تامين شود: دقت مورد نياز و سازگاري به منظور كمتر كردن آلودگي خروجي و كم كردن مصرف سوخت، بهينه كردن قابليت حركت براي همه موقعيت هاي كاري، كم كردن آلودگي تبخيري، و تشخيص دادن سيستم وقتي كه بد عمل مي كند.
براي اينكه در سيستم كنترل، اين اهداف را شاهد باشيم، يك مدت زمان توسعه شايان توجهي براي هر موتور وكارايي وسيله نقليه مورد نياز است. مقدار قابل توجهي از توسعه براي يك موتور نصب شده روي دينامومتر، تحت موقعيت هاي كنترل شده، مصرف شود. اطلاعات جمع آوري شده براي توسعه جداول داده هاي Ecu مفيد است. مقدار قابل توجهي از تلاش هاي توسعه هم لازم است كه در يك موتور نصب شده در وسيله نقليه انجام شود.

وبالاخره، تعيين كردن رخ دادهاي جداول داده ها در طول تست وسيله نقليه لازم است.

۱-۱-۱-آلودگي هاي خروجي
اجزاء خروجي:
خروجي موتور شامل محصولات احتراق مخلوط هوا و سوخت است.
سوخت مخلوطي از تركيبات شيميايي يا به اصطلاح هيدروكربن ها(HC) مي‌باشد. تركيبات سوختهاي گوناگون، تركيبي از هيدروژن و كربن مي باشد. تحت يك واكنش كامل احتراق، هيروكربن ها در يك واكنش حرارتي با اكسيژن هوا تركيب مي شوند و ديوكسيدكربن (O2) و آب تشكيل مي شود.

متاسفانه احتراق كامل رخ نمي دهد و علاوه بر CO2 وH2O ، مونوكسيد كربن(CO)، اكسيدهاي نيتروژن(NOX) و هيدروكربن ها(HC)، به عنوان نتيجه واكنش احتراق درخروجي به وجود خواهند آمد. افزودني ها و ناخالصي ها هم به مقدار كمي در الودگي شركت مي كنند مثل اكسيدهاي روي، هالوژن هاي روي و اكسيدهاي گوگرد، در موتورهاي احتراق تراكمي ( ديزل)، همچنين مقدار محسوسي از دوده ( به صورت ذره) به وجود مي آيد.
قوانين دولتي مقدار مجازHC,NOx,CO انتشار يافته در يك خروجي وسيله نقليه را تنظيم كرده است.
درموتور ديزل هم مقدار ذرات منتشر شده تنظيم شده است.

موتورهاي احتراق جرقه اي:
نسبت هوا به سوخت: بيشترين تاثير روي فرايند احتراق و درنتيجه روي آلودگي هاي خروجي، نسبت جرم هوا به سوخت است. نسبت اختلاط هوا به سوخت، براي بهينه كردن جرقه و احتراق، بايد در يك رنج معيني واقع شود براي يك موتور احتراق جرقه اي، نسبت جرم براي احتراق كامل سوخت ۷و۱:۱۴ است يعني ۱۴٫۷kg هوا و ۱kg سوخت اين نسبت به نسبت استوكيومتريك معروف است. در اصطلاح حجمي ۰۰۰/۱۰ ليتر هوا، تقريباً به ۱ ليتر سوخت نياز دارد. نسبت هوا به سوخت اغلب تحت اصطلاح، فاكتور هواي اضافه كه به معروف است، شرح داده مي شود . به انحراف مقدار واقعي نسبت هوا به سوخت از نسبت مورد نياز تئوري آن اشاره دارد:

: در نسبت استوكيومتري
: براي يك مخلوط با هواي اضافي ( سوخت ضعيف)
: براي يك مخلوط با هواي ناكافي ( سوخت غني)
تاثير نسبت هوا به سوخت بر آلودگي ها عبارتست از موارد زير:
آلودگي هاي مونوكسيدكربن (CO) :

در رنج كاري غني ( )، با يك مقدار افزايش سوخت، آلودگي هاي CO تقريباً به
طور خطي زياد مي شود، در رنج ضعيف ( ) آلودگي هاي CO در پايين ترين سطح مي باشند. در موتوري كه رد شرايط كاري است، آلودگي هاي CO مي تواند تحت تاثير توزيع سيلندر باشند.
اگر چه بعضي از سيلندرها در شرايط غني و بعضي ديگر در شرايط ضعيف عمل مي‌كنند ولي در نهايت مجموع آنها به يك مي رسد. ولي انتشار CO آنها بيشتر از سيلندرهايي است كه در عمل مي كنند.

آلودگيهاي هيدروكربن ها(HC) :
همانند آلودگي هاي CO، آلودگي هاي HC با افزايش مقدار سوخت، زياد مي شود. كمترين انتشار HC در ۱٫۲ الي ۱٫۱‌ رخ مي دهد. درنسبت هاي هوا به سوخت خيلي ضعيف، آلودگي هاي HC به علت پايين بودن شرايط احتراق بهينه و درنتيجه سوخت محترق نشده، افزايش مي يابد. يعني ناقص ترين حالت احتراق كه براي بازدهي موتور مطلوب نمي باشد.
آلودگي هاي اكسيدهاي نيتروژن يا ناكس ها(NOx) :

تاثير نسبت هوا به سوخت روي انتشار NOx در قسمت غني استوكيومتري، برخلاف HC وCO است. هر قدر كه حجم هوا زياد مي شودن حجم اكسيژن بيشتر و در نتيجه NOx بيشتري خواهيم داشت. درسمت ضعيف استوكيومتري انتشار NOx كاهش مي يابد به اين خاطر كه در دماي پايين تر محفظه احتراق، NOx كاهش مي يابد. ماكسيمم انتشارNOx در ۱٫۱ الي ۱٫۰۵ = رخ مي دهد.

تبديل كننده هاي واسطه اي (catalgtic) مبدل واسطه اي يا بسترهاي كاتاليستي:
براي كاهش دادن غلظت آلودگي گاز خروجي، يك مبدل واسطه اي در خروجي سيستم نصب شده است. واكنش هاي شيميايي كه در مبدل رخ مي دهد، آلودگي هاي خروجي را به كم ضررترين اجزاء تبديل مي كند. معمول ترين مبدل هايي كه درموتورهاي اشتغال جرقه اي استفاده مي شود، مبدل سه مسيره (TWC) مي باشد.

همانطور كه از اسمش بر مي آيد، به طور هم زمان غلظت سه گاز خروجي تنظيم شده، HC,CO,NOx ، را كاهش مي دهد. كاتاليست، واكنش هايي را توسعه مي دهد ( ايجاد مي كند) كه HC,CO را اكسيد كرده و به CO2 ،H2O تبديل مي كند، و همچنين آلودگي هاي NOx را با تبديل به N2 كم مي كند.
در كاتاليست واكنش هاي شيميايي واقعي، كه رخ مي دهند، عبارتند از:
۲CO +O2-2CO2
2C2H6 + 7O2-4CO2+6H2O

۲NO+2CO- N2+2CO2
به اين واكنشها، تبديلات كاهش آلودگي مي گويند.
نكته مهم: به منظور اينكه مبدل واسطه اي يا بيشترين كاردهي براي تبديل همه اين سه گاز (HC,CO,NOx) كار كند، متوسط نسبت هوا به سوخت بايد كمتر از ۱ درصد استوكيومتري بماند. اين رنج كاري كوچك به نام پنجره يا پنجره مبدل واسطه اي معروف است (Catalytic Converter Window) شكل ۱-۱٫ نمودار بر حسب آلودگي هاي خروجي قبل و بعد از مبدل واسطه اي مي باشد. توسط مبدل واسطه اي بالاي ۹۰ درصد از گازهاي خروجي به كم ضررترين اجزا تبديل مي شوند. براي ماندن در داخل پنجره مبدل واسطه اي، نسبت هوا به سوخت توسط كنترل سوخت حلقه بسته لاندا كنترل مي شود. كه اين قسمتي از سيستم كنترل موتور الكترونيكي است. عنصر كليدي در اين سيستم، حسگر است. اين حسگر در خروجي سيستم ه بالاي مبدل واسطه اي نسب شده است و به حجم اكسيژن در گاز خروجي واكنش نشان مي دهد. حجم اكسيژن به اندازه هواي اضافي درگازهاي خروجي ( يا كمبود هوا) مي باشد. شرح مفصلي از سيستم كنترل حلقه بسته در بخش ۱-۱ آمده است

.

تنظيم جرقه:
تنظيم جرقه اينطور صورت مي پذيرد كه قبل از رسيدن ميل لنگ به نقطه مرگ بالا (TDC) كه در آن احتراق جرقه اي رخ بدهد. تنظيم احتراق مخلوط هوا به سوخت تاثير قطعي روي آلودگي هاي خروجي دارد.

تاثير تنظيم احتراق روي آلودگي هاي خروجي:
انتشار CO تقريباً كاملاً مستقل از تنظيم احتراق است و در درجه اول تابع نسبت هوا به سوخت است. عموماً در بيشتر احتراق هايي كه داراي آوانس بيشتري هستند ( جلوتر جرقه مي زنند) آلودگي هاي HC بيشتراست. واكنش هايي كه در محفظه احتراق انجام مي‌شود، ادامه پيدا مي كنند تا سوپاپ خروجي باز شود، كه در اين حالت باقي مانده هيدروكربنها، خارج مي شوند. با تنظيم كردن ( به صورت) آوانس به دليل دماهاي پايين تر خروجي، اين واكنش هاي بعدي به سرعت رخ نخواهند داد.

با افزايش زمان آوانس، دماهاي محفظه احتراق افزايش پيدا مي كند. افزايش دما باعث افزايش در انتشار NOx ، صرفنظر از نسبت هوا به سوخت، خواهد شد. براي بدست آوردن تنظيم احتراق بهينه براي آلودگي هاي خروجي، كنترل دقيقي ازتنظيم احتراق لازم است. لازم است تنظيم احتراق متناسب با نسبت هوا به سوخت صورت گيرد چون كه روي آلودگي هاي خروجي، به همان مقدار كه روي مصرف سوخت و قابليت حركت تاثير دارد، اثر معادلي دارد. تنظيم احتراق عموماً توسط ECU كنترل مي شود. كنترل تنظيم احتراق مفصلاً در بخش ۱-۲-۱ بحث شده است.

باز گردش (Recirculation) گاز خروجي (Exauste Gas Recirculation)(EGR)
باز گردش گاز خروجي (EGR) روشي براي كاهش دادن آلودگي هاي اكسيد نيتروژن است. بخشي از گاز خروجي به محفظه احتراق باز گردش مي شود( بر مي گردد). گاز خروجي، گاز بي اثري ( بي جان- ضعيف ) است كه در محفظه احتراق پيك دما را پايين مي‌آورد. بسته به مقدار EGR آلودگي هاي NOx تا بالاي ۶۰ درصد مي تواند كاهش پيدا كند. اگر چه در سطوح بالاي EGR ، افزايشي در آلودگي HC رخ خواهد داد. مقداري از EGR داخلي به علت قيچي (overlap) سوپاپ هاي ورودي و خروجي رخ مي دهد. كميت‌هاي مقادير اضافي توسط يك سيستم زنجيره اي جداگانه، از منيوفولد(Manyfuld) تا منيوفولد ورودي تامين مي شوند. مقدار جريان EGR به سيستم ورودي، توسط شيرهاي پنوماتيك يا الكترونيك اندازه گيري مي شود. سوپاپ EGR توسط ECU كنترل مي شود. ماكسيمم جريان EGR به خاطر افزايش در آلودگي هاي HC ، مصرف سوخت و ناهمواري موتور، محدود شده است. مبحث كنترل كردن EGR مفصلا در بخش ۱-۲-۱ بحث شده است.

موتورهاي احتراق تراكمي ( ديزل):
يك مقدار تفاوت كليدي بين موتور SI ( احتراق جرقه اي) و CI ( احتراق تراكمي) وجود دارد.
موتور CI از فشار و دماي بالا، به جاي جرقه براي احتراق مخلوط قابل سوختن هوا و سوخت استفاده مي كند. براي رسيدن به اين منظور، نسبت فشار موتورCI در رنج ۱:۲۱ است، تقريباً در مقابل نسبت ۱: ۱۰ براي موتورهاي SI در موتورهاي CI سوخت مستقيماً داخل سيلندر، نزديك نقطه تراكم بالا تزريق ( پاشش) مي شود.

بنابراين، اختلاط سوخت و هوا درون سيلندر رخ مي دهد.

نسبت هوا به سوخت:
موتورهاي ديزل هميشه با هواي اضافي كار مي كنند(۱>‌ يا ) كه،

هواي اضافي ( …….. ) مقدار دوده ( ذرات معلق)، HC و آلودگي هاي CO را كاهش مي دهد.

مبدل هاي واسطه اي:

يك كاتاليزور ( واسطه) اكسيد كننده براي اين منظور استفاده مي شود كه HC,CO را به CO2 و H2O تبديل كند. كاهش NOx كه براي موتور SI در مبدل سه واسطه اي سه مسيره (TWC) رخ مي داد، در موتور ديزل امكان پذير نيست، چونكه موتور ديزل با هواي اضافي كار مي كند. تبديل بهينهNOx نياز به يك استوكيومتري (۱= ) يا مصرف كمتر هوا (۱> ) دارد. كه با اساس كار موتور اشتعال تراكمي كاملاً متفاوت و غريبه مي باشد.

تنظيم زمان تزريق:
در يك موتور احتراق تراكمي شروع احتراق توسط شروع تزريق سوخت معين مي‌شود.
عموما تنظيم زمان تاخيري (retard) باعث آلودگي NOx مي شود، در حالي كه بيش از retard كردن، به افزايش آلودگي هاي HC منتهي مي شود. يك انحراف يك درجه اي درتنظيم تزريق ( زاويه ميل لنگ) مي تواند ، آلودگي هاي NOx را تا ۵ درصد و آلودگي‌هاي از HC راتا بيشتر ۱۵ درصد، زياد كند، كنترل دقيق زمان تزريق امري بحراني است. تنظيم زمان تزريق در بعضي از سيستمها توسط ECU كنترل مي شود. سيستم پس خور(Feed back) تنظيم زمان تزريق مي تواند توسط حسگري كه روي نازل انژكتور نصب شده، تهيه شود. توضيح بيشتر تنظيم زمان تزريق در بخش ۱-۳-۱ آمده است.

بازگردش گاز خروجي EGR :
همانند يك موتور SI ، گاز خروجي مي تواند به محفظه احتراق بازگردش شود تا به طرز قابل توجهي آلودگي هاي NOx را كاهش دهد. مقدار EGR مجاز ورودي توسط سوپاپ EGR اندازه گيري مي شود. اگر اين مقدار خيلي زياد شود، درنتيجه ناكافي بودن مقدار هوا، آلودگي هاي HC ، آلودگي هاي CO و دوده ( ذرات معلق) افزايش پيدا كند. پيش از EGR توسط ECU كنترل مي شود كه مقدار EGR قابل قبول را تحت شرايط جاري كاركرد موتور، معين مي كند.

۲-۱-۱ مصرف سوخت:
قوانين دولتي كه هم اكنون در جريان است، با توجه به نياز هر كارخانه اتومبيل سازي براي رسيدن به يك سوخت با صرفه متوسط براي تمام مدل هاي توليد شده خود، در مدل هر سال، به وجود آمده است. اين نيازمندي تحت عنوان شركت اقتصاد سوخت متوسط يا CAFÉ شناخته شده است. اقتصاد سوخت براي هر نوع وسيله اي در طي روند تست مركزي معين مي گردد، شبيه تعيين كردن آلودگي هاي خروجي، كه روي قاب دينامومتر تعبيه شده است. به خاطر نياز CAFÉ ، كمينه كردن مصرف سوخت براي هر نوع وسيله توليد شده، امري بحراني است.

سيستم كنترل موتور الكترونيكي، برآورد سوخت و تنظيم زمان دقيق احتراق را كه براي كم كردن مصرف سوخت لازم است، تامين مي كنند بهترين اقتصاد سوخت در نزديكي ۱٫۱= رخ مي دهد. به هر حال، همانطور كه بيش از اين شرح داده شد، اثرات كاري موتور ضعيف(Lean) ، آلودگي خروجي و انتشار NOx در ماكسيمم مقدار خود، در ۱٫۱= مي‌باشد.

در شيب ها و مواقع قطع سرعت، مصرف سوخت مي تواند توسط مسدود كردن سوخت اضافه كم شود، تا آنجا كه سرعت موتور به آهستگي كمتر از سرعت تنظيمي، ملايم گردد. ECU اين نكته را معين مي كند كه قطع سوخت وقتي مي تواند انجام شود كه وضعيت دريچه كنترل بنزين ( ساسات)RPU موتور و سرعت وسيله، ارزيابي شود. تاثير تنظيم زمان احتراق روي مصرف سوخت، در تضاد با تاثير آن روي آلودگي هاي خروجي است. هر چقدر كه مخلوط هوا به سوخت رقيق تر شود(Leaner) تنظيم زمان جرقه بايد آوانس بيشتري پيدا كند( جلوتر بيفتد) تا سرعت احتراق پايين را بتواند جبران كند. به هر حال همانطور كه قبلاً توضيح داده شد، بيشتر كردن آوانس زمان جرقه، آلودگي HC ،NOx را زياد مي كند. يك استراتژي آگاهانه كنترل احتراق، اجازه بهينه سازي احتراق در هر نقطه كاري را مي دهد كه نيازمند رسيدن به يك توافق بين مصرف سوخت و آلودگي هاي خروجي مي باشد. سيستم كنترل موتور الكترونيكي اين استراتژي آگاهانه را تهيه مي كند كه نام آن چيزي جز ECU نمي باشد.

 

۳-۱-۱ شرايط مطلوب كاركرد :
نياز ديگر سيستم كنترل موتور الكترونيكي تهيه كردن قابليت حركت قابل قبول در همه شرايط كاري مي باشد. هيچگونه، توقف يا درنگ و يا ديگر موارد نبايد در زمان كار وسيله رخ بدهد. قابليت حركت تقريباً كاملاً تحت تاثير سيستم كنترل است و برخلاف آلودگي خروجي يا اقتصاد سوخت، به سادگي اندازه گيري نمي شود.
بخش مهمي از قابليت حركت توسط برآورد سوخت و تنظيم زمان احتراق تعيين مي‌شود. وقتي كه تعيين بهترين سوخت و زمان احتراق توافقي براي مصرف و آلودگي هاي خروجي انجام شد. ارزيابي قابليت حركت اهميت پيدا مي كند. فاكتورهاي ديگري كه روي قابليت حركت تاثير مي گذارند. عبارتند از كنترل سرعت بي باري، كنترل EGR ، و كنترل آلودگي تبخيري است.

۴-۱-۱ آلودگي هاي تبخيري:
آلودگي هاي هيدروكربن(HC) در شكل سوخت تبخير شده آزاد شده از وسيله محدوده بسته اي، توسط قوانين فدرال تنظيم شده اند. اولين منبع براي اين آلودگي ها تانك يا منبع سوخت است به علت گرماي محبوس در سوخت و بازگشت سوخت داغ استفاده نشده از موتور، بخار سوخت در تانك توليد مي شود. سيستم كنترل آلودگي هاي تبخيري(EECS) براي كنترل آلودگي هاي تبخيري HC استفاده مي شوند. بخارات سوخت از طريق EECS به داخل منيوفولد ورودي جريان پيدا ميكنند و در فرآيند احتراق مي سوزند. مقدار بخارهاي سوخت تحويل داده شده به منيوفولد ورودي چنان كه با آلودگي هاي خروجي و قابليت انتقال مغايرت نداشته باشند، بايد اندازه گيري شوند. اين اندازه گيري

توسط يك شير كنترل تصفيه كه تابع كنترل شده اي از ECU است، انجام مي پذيرد. شرح بيشتر روي عملكرد سيستم كنترل آلودگي در بخش ۱-۲-۱ آمده است.

۵-۱-۱ عيب يابي هاي سيستم:
هدف سيستم عيب يابي، فراهم كردن هشداري براي راننده است وقتي كه سيستمهاي كنترل در اجزاء يا سيستم، بد عمل كردن را تشخيص مي دهند و همچنين كمك داده به تكنسين ها براي تشخيص و تصحيح به عمل كردن ها مي باشد( بخش ۲-۱ را ببينيد)

۲-۱ موتورهاي احتراق جرقه اي
۱-۲-۱
كنترل سوخت:
به منظور توضيح استراتژي هاي كنترل سوخت، يك سيستم پاشش اضافي چند نقطه‌اي در نظر گرفته شده است.
توضيحات اضافي كنترل سوخت براي انواع مختلف سيستمهاي سوخت مثل كاربوراتور، انژكتور تك نقطه اي، و انژكتور پيوسته چند نقطه اي در بخش ۴-۲-۱ (سيستمهاي تحويل سوخت) آمده است.
براي “سيستم اندازه گيري سوخت” كه مقدار سوخت مناسب براي شرايط كاري موتور را فراهم مي آورد، دبي جرمي هواي ورودي كه به شارژ هوا معروف است، بايد معين شده باشد.

كه دبي جرم هوا= Am و دبي جرم سوخت=Fm
دبي جرم هوا مي تواند از رابطه زير تعيين شود:Am= Av.Ad
چگالي هوا= Ad و دبي حجمي هواي ورودي=Av
سه روش براي معين كردن شارژ هوا معمولاً به كار مي رود: دانسيته سرعت، اندازه گيري جريان هوا، و اندازه گيري جرم هوا. در روش دانسيته سرعت، شارژ هوا توسط واحد كنترل الكترونيكي موتور اندازه گيري مي شود كه بر مبناي اندازه گيري دماي هواي ورودي، فشار منيوفولد ورودي، و RPM موتور عمل مي كند.
دما و فشار براي معين كردن دانسيه هوا و RPM كاربرد دارند كه ( اين دو) درتعيين دبي حجمي كاربرد دارند. هنگام ضربه اوليه، موتور به عنوان يك پمپ عمل مي كند. دبي حجمي محاسبه شده مي تواند رابطه زير را بيان كند:

سرعت موتور:RPM : كه
(كورس) جابه جايي موتور=D
بازده حجمي=VE
در استفاده از بازگردش گاز خروجي(EGR)، دبي حجمي EGR بايد از دبي حجمي محاسبه شده كم شود:
AU = ARPU- AEGR
و دبي حجمي EGR مي تواند بطور تجربي از روي دبي سوپاپEGR استراتژي كنترل EGR استفاده شده، تعيين شود. در روش اندازه گيري هوا، به جاي يك سنسور هوا، يك نوع پره سنجش دانسيته هوا استفاده مي شود.
پره سنجش ازنيروي هواي ورودي، براي حركت يك زبانه، تحت يك زاويه معين استفاده مي كند. اين حركت زاويه اي توسط يك پتانسيومتر به يك ولتاژ تبديل مي شود. به خاطر اينكه فقط هواي شارژ شده تازه اندازه گيري مي شود.

لزومي براي جايگزينيEGR نيست. در روش اندازه گيري جرم هوا، شارژ هوا، مستقيماً با به كار گيري يك سنسور جريان هواي سيم داغ يا يك لايه داغ
(not- wire or hot- film) اندازه گيري مي شود. هواي ورودي از روي المنت گرم شده، سيم يا يك لايه عبور مي كند. اين المنت قسمتي از يك مدار پل مانند است كه اين مدار المنت را در دماي بالاي دماي هواي ورودي، ثابت نگه مي دارد. بااندازه گيري جريان گرم مورد نياز توسط مدار پل مانند و تبديل اين گرما به ولتاژ از طريق يك مقاومت، جرم جريان هواي عبوري از المنت مي تواند تعيين شود. مجدداً، چون فقط شارژ هواي تازه اندازه گيري مي شود، نيازي به جبران كردن EGR نيست. به هرحال، به علت پالس هاي جريان قويي كه در منيوفولد ورودي رخ مي دهد، خطاي حسگر ممكن مي باشد كه اين مطلب تحت شرايط كاري معيني رخ مي دهد. براي چنين مواردي، يك ضريب تصحيح بايد تعيين و به كار گرفته شود.

 

محاسبه پهناي پالس انژكتور:
محاسبه پهناي پايه پالس از دبي جرمي سوخت مورد نياز(Fm) و ثابت تجربي انژكتور تعيين مي شود. ثابت انژكتور در طراحي انژكتور تعيين مي گردد و تابعي از زمان انرژي دهي بر حسب حجم جريان مي باشد اين ثابت معمولاً با يك ثابت فشار تفاضلي داخل انژكتور تعيين مي شود( از خط سوخت تا منيوفولد ورودي).
وقتي فشار داخل انژكتور ثابت باقي نماند( يعني هيچ تنظيم كننده فشاري براي خلا ايجاد شده در منيوفولد ورودي وجود ندارد) ممكن است كه يك نگاشت ورودي، از ثابت هاي انژكتور براي فشارهاي مختلف منيوفولد لازم باشد.

پهناي موثر پالس انژكتور، فرم تغيير يافته اي از پهناي پايه پالس است.
پهناي پالس پايه توسط تعدادي از ضرايب تصحيح وابسته به شرايط كاري، تنظيم مي شود. براي مثال، تصحيح ولتاژ يك باتري براي جبران مشخصه هاي الكتروشيميايي انژكتورهاي سوخت لازم است. تفاوت سرعت بازشدن و بسته شدن انژكتور به ولتاژ كاري انژكتور بستگي دارد، كه مقدار سوخت پاشيده شده براي يك پهناي پالس داده شده راتغيير مي دهد يا خير. ديگر ضرايب تصحيحي مي توانند شامل تصحيح شروع دوباه داغ و سرد عمل كردن و تصحيح هاي كاركردهاي ناپايدار باشند. شكل ۲-۱ فلوچارت روش محاسبه پهناي پالس موثر در يك انژكتور نمونه مي باشد.

روش هاي پاشش ( انژكسيون):
سه روش معمول پاشش سوخت براي سيستمهاي پاشش چند نقطه اي به كار مي رود پاشش همزمان، پاشش گروهي و پاشش سوخت پيوسته. بعضي از موتورها در مدت روشن كردن و گردش ميل لنگ از پاشش همزمان استفاده مي كنند تا بعد از راه افتادن موتور از پاشش پيوسته استفاده كنند. اين كار زمان استارت را كوتاه تر مي كند چون كه هيچ ضرورتي براي همزماني با ميل بادامك قبل از شروع پاشش وجود ندارد. شرح هر كدام ذيلاً آمده است.
پاشش همزمان: براي همه سيلندرها، پاشش سوخت در همان زمان گردش ( كامل) ميل لنگ رخ مي دهد. بنابراين براي هر سيكل چهار كورسه، سوخت دوبار پاشيده مي شود. زمان پاشش با توجه به ارتباط وضعيت ميل لنگ نسبت به ميل بادامك فيكس مي شود.

پاشش گروهي:
انژكتورها به‌دو گروه تقسيم شده اند كه جداگانه كنترل مي شوند. هر گروه درهر چهار
كورس يكبار پاشيده مي شود. تعادل بين گروهها، يك گردش ميل لنگ است. اين ترتيب تنظيم، به زمان پاشش اجازه مي دهد كه از پاشش سوخت وقتي سوپاپ ورودي باز است، ممانعت به عمل مي آورد.

پاشش پيوسته( دائمي):
هر انژكتور جداگانه كنترل مي شود. تنظيم زمان پاشش براي هر سيلندري با توجه به موقعيت ميل لنگ، ميل بادامك و پهناي پالس، مي تواند منحصر به فرد باشد.

كنترل لاندا: ( )
يك زير سيستم از سيستم كنترل سوخت، كنترل حلقه بسته لاندا است.
لاندا به عنوان فاكتور هواي اضافي تعريف مي شود كه دلالت بر انحراف نسبت هوا به سوخت واقعي از نسبت مورد ياز تئوري دارد.

حسگر لاندا يا حسگر گاز اكسيژن خروجي، درمسير خروجي موتور، نزديك مبدل واسطه اي نصب شده است. حسگر به حجم اكسيژن گاز خروجي واكنش نشان مي دهد. يك علامت از سنسور لاندا به عنوان فيدبك بر سيم كنترل سوخت فرستاده مي شود. اين عمل بهترين ميزان سازي سوخت مورد نياز براي باقي ماندن در محدوده پنجره مبدل واسطه اي جهت عملكرد بهينه كاتاليست را تامين مي كند.( براي توضيح بيشتر درمورد پنجره مبدل واسطه اي ، بخش ۱-۱-۱ را

ببينيد). ولتاژ حسگر تقريباً ۸۰۰mv است. تقريباً ۱= ( يك مخلوط استوكيومتريك) حسگر سريعاً بين دو ولتاژ سويچ مي كند. ورودي از حسگر لاندا، براي مشخص كردن پهناي پالس پايه تا رسيدن به ۱= ، به كار مي رود. كنترل حلقه بسته لاندا نياز به حسگر لانداي آماده و موثري دارد كه به مرزهاي دماي كاري رسيده باشد. براي وقتي كه حسگر، اطلاعات قابل استفاده اي تامين مي كند، خروجي حسگر توسط ECU مونيتورو گزارش مي شود. يك سيگنال حسگر فعال،

همزمان با ديگر نيازها مثل دماي موتور، بايد قبل از اينكه كنترل حلقه بسته لاندا فعال شود، به آن برسد. در وضعيت هاي حالت پايدار، سيستم كنترلي لاندا، بين نواحي غني (Lean) و ضعيف (reach) پيرامون پنجره لاندا، نوسان مي كند.
همانطور كه حسگر لاندا سوئيچ مي كند، پهناي پالس انژكتور توسط مقدار معين شده با فاكتوركنترل تنظيم مي شود تا حسگر لاندا مجدداً دروضعيت مخالف سوئيچ كند. فاكتور كنترل مي تواند به عنوان افزايش يا كاهش مجاز در وضعيت پهناي پالس انژكتور سوخت
تعريف شود فركانس نوسان توسط زمان انتقال گاز و بزرگي فاكتور كنترل تعيين مي گردد.

زمان انتقال گاز به عنوان زمان تشكيل مخلوط هوا به سوخت تا زمان اندازه گيري حسگر لاندا تعريف مي شود.
در موقعيت هاي زود گذر تاخير زمان انتقال گاز يا مي تواند بر تغيير وضعيت هاي كاري دلالت كند. به خاطر اين تاخير، استفاده از تنها يك حسگر حلقه بسته لاندا به كم شدن قابليت حركت و آلودگي هاي خروجي منجر مي شود بنابراين واحد كنترل موتور از يك شيوه كنترل پيش بيني كننده استفاده مي كنند كه بار موتور و RPM موتور براي تعيين كردن نياز تقريبي سوخت استفاده مي كند. اطلاعات بار موتور توسط حسگر فشار منيوفولد براي روش دانسيته سرعت، و توسط هواسنج براي روش جريان هوا، و توسط حسگر وضعيت سوپاپ تامين مي شود.

واحد كنترل موتور شامل جداول داده ها براي تركيب بار و RPM مي باشد. اين عمل براي واكنش سريع به تغييرات در وضعيت هاي كاري، اجازه صادر مي كند. داده ها براي تركيب بار و RPM مي باشد. اين عمل، براي واكنش سريع به تغييرات دروضعيت هاي كاري، اجازه صادر مي كند. حسگر لاندا كماكان، فيدبك تصحيح را براي هربار نسبت به /RPM در هر نقطه تامين مي كند. اطلاعات استفاده شده براي جداول داده ها به طرز گسترده اي از سيستم مدل شده و موتور تحت تست و آزمايش به دست آمده و توسعه داده شده اند. به دليل گوناگوني وجود توليدات موتور، در نتيجه فرسايش و كهنگي در سوخت و تغييرات آن هم، گوناگوني وجود دارد. سيستم كنترل بايد قادر باشد تا در سرتاسر عمر هر

موتور، روابط مناسبي را ايجاد كند.
بنابراين، واحد كنترل الكترونيكي، براي وفق دادن تغيير نيازهاي سوخت براي نقاط بار نسبت به /RPM ، پيش بيني مي شود درهر نقطه بار، نسبت به RPM/ ، حسگر لاندا به طور پيوسته اطلاعاتي را جمع آوري مي كند كه به سيستم جهت تنظيم نسبت هوا به سوخت(A/F) ، اجازه عمل مي دهد. اطلاعات تصحيح شده در RAM ( حافظه اضافي تصادفي) ذخيره مي شود تا اينكه در زمان بعدي كه موتور به نقطه كاري مي رسد( بار نسبت بهRPM/ )، مقدار موردانتظار به تصحيح كمتري نياز داشته باشد. اين مقادير، حتي بعد از خاموش شدن موتور، در واحد كنترل الكترونيكي ذخيره شده باقي مي مانند. فقط اگر نيروي واحد كنترل الكترونيكي قطع شود. ( يعني باتري تمام شود)، تصحيح از بين خواهد رفت. در اين مورد واحد كنترل الكترونيكي به همان مقدار توليدي اصلي كه در ROM ( حافظه پايدار) نوشته شده است، رجوع مي كند.

حسگر لاندا به طور قرينه از ضعيف به غني و غني به ضعيف سوئيچ نمي كند. به همين خاطر، شيوه كنترل براي لحاظ كردن تقارن، اصلاح ميشود. اين امر مي تواند توسط به تاخير انداختن تعديل توسط فاكتور كنترل بعد از سوئيچ كردن حسگر، يا با استفاده از فاكتور كنترل با بزرگي هاي مختلف برا سوئيچ كردن در غني به ضعيف يا ضعيف به غني ، كامل شود.

كنترل تنظيم زمان احتراق:
هدف از سيستم كنترلي موتور براي تنظيم زمان احتراق به دست آوردن آوانس جرقه ايست كه تورك موتور، آلودگي هاي خروجي اقتصاد سوخت و قابليت حركت، بهينه شود و كوبش موتور به حداقل برسد. جداول داده ها بر مبناي تنظيم زمان احتراق، به بار و RPM وابسته اند كه در ROM ، در واحد كنترل الكترونيكي ذخيره شده اند. مقادير اين جداول بري اقتصاد سوخت، آلودگي هاي خروجي و تورك موتور بهينه شده اند. آنها با يك موتور تجربي كه معمولاً با دينامومتر موتور همراه است، توسعه داده شده اند. تصحيح مقدار تنظيمي پايه براي لحاظ كردن تاثير دما،EGR ،restart داغ، فشار بارومتريك و كوبش موتور، لازم است.

كنترل زاويه ثابت:
نقشه اجرايي زاويه ثابت كه در واحد كنترل الكترونيكي ذخيره شده است و زمان شارژ كويل جرقه را كنترل مي كند، به RPM و ولتاژ باتري بستگي دارد. زاويه ثابت آنقدر كنترل مي شود كه جريان خواسته شده، در انتهاي زمان شارژ تنظيم شده اوليه، به نقطه جرقه زدن برسد. اين در مورد جريان لازم اوليه به ما اطمينان مي دهد حتي اگر يك تغيير ناگهاني در RPM داشته باشيم. در رنج RPM هاي بالا، براي مدت جرقه لازم، براي زمان شارژ محدوديت وجود دارد.

كنترل كوبش:
تنظيم زمان جرقه براي بهتر كردن تورك، اقتصاد سوخت و آلودگي هاي خروجي، به تنظيم زمان جرقه اي كه به كوبش موتور منجر مي شود، نزديك است. كوبش موتور وقتي اتفاق مي افتد كه جرقه خيلي بيشتر از موقعيت هاي كاري موتور آوانس شود. باعث عدم كنترل احتراق مي شود كه مي تواند موتور را به خراب شدن بكشاند، كه بستگي به فركانس و شدت آن دارد. اگر هنگام توسعه زمان پايه، يك ضريب اطمينان به كار برده شود، براي تمام وضعيت هايي كه به كوبش، كمك مي كنند، مثل كيفيت و تنوع در نسبت تراكم، زمان جرقه به طرز قابل توجهي از سطح بهينه خود عقب تر خواهد رفت، كه اين امر منجر به افت تورك و اقتصاد سوخت خواهد شد.

براي اجتناب از اين وضعيت، حسگر كوبش ( يكي يا بيشتر) در موتور براي پيدا كردن كوبش نصب شده است. حسگرهاي كوبش، معمولاً حسگرهاي سريعي هستند كه يك سيگنال الكتريكي براي واحد كنترل الكترونيكي تهيه مي كنند.

از اين سيگنال، واحد كنترل موتور الگوريتمي تهيه مي كند كه سيلندر يا سيلندرها، زمان كوبش جرقه اي را براي سيلندرهاي خودشان تعديل مي كنند( ريتارد كردن: الگوريتم زمان كوبش جرقه اي براي تعديل) تا هيچ كوبش بزرگتري به وجود نيايد. سپس زمان جرقه مجدداً آوانس مي شود تا كوبش به وجود نيايد. ( بخش ۵-۱ را ببينيد). اطلاعات در مورد مقدار ريتارد جرقه مورد نياز براي حذف كوبش براي هر سيلندر تحت هر شرايط كاري بار نسبت به RPM/ در RAM واحد كنترل الكترونيكي ذخيره شده است. اين عمل دست يابي آگاهانه براي تنظيم زمان احتراق براي هر وضعيت را فراهم مي آورد. با اين سيستم كنترل، تنظيم زمان پايه براي بهبود سوخت و تورك مي تواند، بيشتر توسعه داده شود ( بيشتر آوانس شود)

۵-۱ شكل:
كنترل كوبش، الگوريتم كوبش براي تنظيم جرقه يك موتور چهار سيلندرK0003 ( كوبش در سيلندرهاي ۱ تا ۳)، سيلندر شماره ۴( بدون كوبش)
a) ريتارد احتراق b) تاخير قبل از برگشتن به نقطه اصلي c) آوانس جرقه

كنترل آلودگي هاي تبخيري:
آلودگي هاي هيدروكربن(HC) به شكل بخارات خروجي از وسيله، كه اصولاً از تانك سوخت مي آيند، توسط قوانين دولتي، به دقت تنظيم شده اند. دو دليل اصلي وجود بخار سوخت درمنبع سوخت وجود دارد. افزايش دماي اطراف و برگشت سوخت داغ استفاده نشده از موتور به منظور كنترل آلودگي هاي رها شده به اتمسفر، سيستم كنترل آلودگي هاي تبخيري توسعه داده شده اند.

سيستم كنترل آلودگي هاي تبخيري:
يك خط تهويه بخار درمنبع سوخت ايجاد مي شود و بخار سوخت به داخل‌ مخزن

(canister) وارد مي شود. كاينستر شامل يك المنت زغال چوبي فعال است كه بخار را جذب كرده و فقط به هوا اجازه رها شدن در اتمسفر را مي دهد. فقط حجم معيني بخار مي تواند وارد كاينستر شود. بنابراين بخارهاي كاينستر بايد از مخزن خالي شده و توسط موتور سوزانده شود تا اينكه كاينستر به ذخيره بخارات توليد شده آنها ادامه دهد. براي انجام دادن اين كار، خطوط ديگري از كاينستر زغال چوب به منيوفولد ورودي هدايت مي شوند.

كاينستر در اين خط شامل يك خط شامل يك شير تخليه سولنوئيدي است. شكل ۶-۱ طرحي از يك سيستم كنترل آلودگي هاي تبخيري را نشان مي دهد.
در طي كاركرد موتور، به خاطر عمل تخليه كاينستر، درانتهاي فيلتر زغال چوب كه در فشار اتمسفر يك است، يك خلا در منيوفولد ورودي به دلايل جريان داخل كاينستر، روي مي دهد.

شكل ۶-۱: سيستم كنترل آلودگي هاي تبخيري:
بخار سوخت از منبع سوخت (۱) . كاينستر زغال چوب(۲). هواي اطراف(۳) شير كنترل تخليه كاينستر(۴) مسير تخليه به سمت منيوفولد وردي(۵) ساسات(۶) Ps فشار خلا منيوفولد ورودي و PU فشار اتمسفر يك مي باشد.
شير گلوئي كاينستر مقدار جريان عبوري از كاينستر را اندازه گيري مي كنند. مقدار بخار سوخت در كاينستر و بنابراين خط جريان شامل آن، معلوم نيست. پس، عملكرد

سيستم كنترل لاندا و تنظيم نياز سوخت مثل بخارهايي كه تخليه شده اند، امري بحراني است. بخارهاي تخليه شده به طور ديگري مي توانند به افزايش ۳۰ درصدي در مخلوط هوا به سوخت به خوبي غني شده در موتور برسند.

كنترل شير تخليه: كنترل شير تخليه بايد بر اساس ضوابط زير عمل كند:
A . جريان بخار طوري كافي باشد كه كاينستر زغال چوب اشباع نشود و بخار سوخت به اتمسفر تراوش نكند.
B . جريان تخليه معمولاً بايد تحت كنترل حلقه بسته لاندا عمل كند تا اينكه تاثيرجريان تخليه روي نسبت (A/F) مشخص شود و انداه گيري سوخت تصحيح شود.
وقتي كه واحد كنترل الكترونيكي به شير تخليه براي اندازه گيري بخار از كاينستر دستور مي دهد، يك چرخه كاري خواسته است(نسبت زمان ON به كل زمان OFF و ON). اين عمل به مقدار جريان بخار اجازه مي دهد كه با توجه به موقعيت هاي كاري موتور، تنظيم شود. وقتي سيستم كنترل لاندا عمل نمي كند، تنها به چرخه هاي كاري پايين و بنابراين مقادير كوچكي از بخارهاي تخليه اجازه عمل داده مي شود. وقتي كه قطع سوخت با سرعت كم انجام مي شود، شير تخليه كاملاً بسته مي شود تا امكان نسوختن HC ها را در خروجي به حداقل برساند.

كنترل افزايش فشار ناشي از توربو شارژ:
توربوشارژ خروجي شامل يك كمپرسور و توربين بيروني است كه معمولاً روي يك
محور قرارمي گيرند. انرژي گازهاي خروجي توسط توربين بيروني به انرژي چرخشي تبديل مي شود كه باعث حركت كمپرسور مي شود. هواي كمپرس شده، كمپرسور را ترك مي كند و از سرتاسر خنك كن هوا كه ( اختياري است)، ساسات و منيوفولد ورودي عبور كرده ووارد سيلندرها مي شود. به منظور رسيدن فشار شارژ هوا به يك نقطه تقريباً ثابت، در پهناي رنج بالاتري از PRM ، توربو شارژ از مدار ميان بري(Bypass) استفاده مي كند كه باي پس گازهاي خروجي خارج

شده از توربين بيروني را ممكن مي سازد. شيري كه باي پس را تنظيم مي كند در فشار مخصوص هواي شارژ شده باز مي شودكه به اسم شير زائد معروف است. (wastegate) موتورهايي كه توربوشارژ دارند، سود قابل ملاحظه اي ازكنترل افزايش فشار توربو شارژ مي برند. اگر فقط يك wastagate پنوماتيك ـ مكانيكي استفاده شود، فقط يك نقطه افزايش فشار در رنج كاري ورودي، براي منحرف كردن گازهاي خروجي به كار مي رود. اين ، يك مصالحه و توافق براي

وضعيت هاي بار ـ جزئي ايجاد مي كند كه به افزايش فشار پشت خروجي، كار بيشتر توربوشارژ، گاز خروجي پس ماند بيشتر در سيلندرها و دماهاي بالاتر هواي شارژ شده، منجر مي شود؛ با كنترل كردن wastagate توسط يك سوپاپ سولنوئيدي پالس پهن، فشار باز شدگيwastagate مي تواند منحصر به فرد شود كه بستگي به شرايط كاري موتور دارد.(شكل۷-۱)

بنابراين، فقط سطح فشار هواي شارژ شده مورد نياز، ايجاد شده است. واحد كنترل الكترونيكي از اطلاعاتي استفاده مي كند كه از بار موتور ناشي از فشار منيوفولد يا اندازه هوا و RPM و يا از وضعيت ساسات به دست آمده است. از اين اطلاعات، جداول داده هاي مرجع و افزايش فشار مناسب( در حقيقت يك چرخه كاري شير كنترل) معين مي شود. درسيستمهايي كه از حسگر فشار منيوفولد استفاده مي كنند، يك سيستم كنترل حلقه بسته براي مقايسه مقدار ويژه با مقدار اندازه گيري شده ، مي تواند ايجاد شود.