مغز خودروهای انژکتوری

 ECU مخفف Electronic Control Unit و یا واحد کنترل الکترونیک می باشد ونقش هدایت و کنترل یک خودروی انژکتوری را بر عهده دارد . همانطور که میدانید خودروهای انژکتوری به دلیل عملکرد بهتر و توانایی پاس کردن استانداردهای آلودگی بطور کامل در تمام دنیا (البته برخی کشورها نظیر ایران) جایگزین خودروهای کاربراتوری شده اند و مغز این سیستم ECU می باشد  .                                     ECU با توجه به سنسورهایی که به موتور متصل است وضعیت و شرایط خودرو را تحلیل کرده و پاسخهای لازم را به خروجیها که عبارتند از: انژکتور، جرقه زنها، و... اعمال می کند . سنسورهای کیت های انژکتوری مختلف هستندکه هر چه تعداد آنها بیشتر باشد ECU بهتر می تواند شرایط موتور را درک کند. لازم به ذکر است که سنسورهای مهم خودروهای انژکتوری عبارتند از: سنسور دور یا PRM، سنسور فشار داخل مانیفولد  MAP ( يا در نوع هاي ديگر فلومتر )، سنسور دریچه گاز یا TPS، سنسور دمای آب یا CTS، سنسور دمای هوا یا ATS، سنسور اکسیژن یا لامبدا، سنسور ضربه و...

UNICHIPیا فن آوری تنظیم ECU

امروزه موتورهای انژکتوری نقش بسیار اساسی در موفقیت صنایع خودروسازی ایفا می نمایند و کیفیت و قابلیتهای آن درصد کارآیی خودرو را نشان می دهد.
همانطور که می دانیم کنترل کننده موتورهای انژکتوری، بردی الکترونیکی می باشد و در واقع کارآیی این بخش تعیین کننده کیفیت یک موتور و در ابعاد دیگر کیفیت خودرو خواهد بود. بدین معنی که هر چقدر بهتر موتور طراحی شده باشد آن موتور کیفیت بهتریخواهدداشت .                 

 ECUبر اساس سنسورهایی که بدان متصل است شرایط کار موتور را درک کرده و فرامین مناسب را به انژکتورها و شمعها صادر می کند. از آنجا که دینامیک خودرو بسیار پیچیده و غیر خطی است طراحان برای سهولت کار جداولی را داخل حافظه MAP می ریزند که در آن مقدار پاشش سوخت و زاویه آوانسECU در هر دور و بار موتور مشخص شده است. هر چقدر دقت این جدول بیشتر باشد دقت عملکرد ECU بیشتر خواهد بود.

نکته ای که باید توجه کرد این است که مقادیر این جدولها وابستگی مستقیمی به پارامترهای جغرافیایی موتور نظیر فشار و دمای هوا دارد. شرکتهای خودروسازی، MAP را بگونه ای تنظیم می کنند که برای انواع شرایط جغرافیایی جوابی بهینه و معقول بدهد. بنابر این MAP را برای یک آب و هوای خاص طراحی نمی کنند. بلكه مقادير map را بگونه‌اي تنظيم مي‌كنند كه براي انواع شرايط جغرافيايي جوابي بهينه و معقول بدهد. بنابراين map، در اين حالت براي تمام خودروهاي از يك مدل بهينه است نه هر خودروي خاص؛ زيرا هيچ دو خودرويي، حتي از يك مدل كاملاً مانند يكديگر نيستند.

 اگر سيستمي بتواند اين نقيصه را از ECUها برطرف كند، آنگاه مي‌توان به طور اختصاصي map هر خودرو را كاليبره كرده و توان آن را افزايش داد.                                                           

امروزه تیونینگ ECU خودروها، بحث جا افتاده ای است و شرکتهای بسياری در اين زمينه فعاليت می کنند بطور کلی دو روش برای تيونينگ خودروهای انژکتوری وجود دارد. روش اول خواندن ديتاهای (map) ECU و دادن ديتاهای جديد که شرکتهای بسياری در اين زمينه فعالند از جمله: Eurochip، Chip Tuning، Tech TV، Autospeed و ...يکی از اشکالات اين روش اينست که بشدت وابسته به ساختار ECU است و با پيچيده شدن سخت افزار ECU امکان خواندن و تغيير ديتاهای آن مشکل و گاهی غيرممکن می شود مگر آنکه شرکت سازنده ECU ( مانند شرکت BOSCH و ...به يادداشت تاريخ 2 تير مراجعه کنيد) خود نحوه دسترسی به اطلاعات را در اختیار شرکتهای تیونینگ بگذارد. روش دوم اضافه کردن یک سخت افزار جانبی به ECU جهت تغییر پارامترهای ECU است. اين روش گرچه گرانتر تمام می شود اما وابسته به نوع ECU نيست. يکی از شرکتهايی که در اين زمينه فعال است و من می خواهم درباره آن برای شما بنویسم، شرکت Dastek است. شرکتی که در آفريقای جنوبی قرار دارد و با پرسنلی در حدود 30 نفر توانسته موفقیت چشمگیری داشته باشد.جالب است بدانيد که اين شرکت بظاهر کوچک توانسته است محصول خود را به کشورهای مختلف دنيا صادر کند و بيش از 300 نمايندگي فروش در سرتاسر دنيا دارد كه فقط 100 تا از آنها در ايالات متحده آمريكا هستند. نام اين محصول UNICHIP است.

اصول عملکرد UNICHIP بدين صورت كه سنسورهاي اصلي در يك موتور انژكتوري (MAP, RPM) را خوانده و سپس با توجه به نقطه كار موتور، مقاديري مجازي از اين دو سنسور را به ECU  اعمال مي‌كند؛ بگونه‌اي كه رفتار ECU نسبت به حالت قبل بهبود پيدا مي‌كند.

آمارها نشان مي‌دهد كه موفقيت UNICHIP در اين زمينه بسيار بالا بوده است:از هر 400 خودرو، فقط يك خودرو ممكن است با UNICHIP  بهينه نگردد، 80% خودروهايي كه در آفريقاي جنوبي استفاده مي‌شوند، UNICHIP را در خودروهاي خود نصب كرده‌اند، UNICHIP بر روي بيش از 320 مدل موتور از خودروسازان بزرگ دنيا پياده شده است.

البته ecu چند مدل است که فقط به اسامی بعضی از انها اکتفا میکنیم :

sL 96 --  کیا  -- زیمنس --   ساژم  --  جانسون

ECU( واحد كنترل الكترونيكي موتور )

واحد كنترل موتور ، مدت زمان پاشش سوخت را بر اساس سيگنال حجم هواي ورودي و سيگنال دور موتور محاسبه مي‌كند و سپس بر اساس آن مدت زمان واقعي پاشش سوخت را كه مورد احتياج موتور مي‌باشد با تنظيم مدت پاشش مبنا بر اساس سيگنالهاي دريافتي از سنسورهاي مختلف و شرايط كار كرد موتور معين مي‌سازد . در عين حال ECU زاويه آوانس جرقه مبنا بر اساس سرعت موتور و حجم هواي ورودي را محاسبه كرده كه بر پايه اطلاعات دريافتي از سنسورهاي مختلف خودرو مي‌باشد . واحد كنترل موتور سيگنالهاي مناسبي را بر اساس اطلاعات دريافتي از سنسورها به دستگاه جرقه زن ارسال مي‌نمايد .

برای بدست آوردن استانداردهای دقیق زیست محیطی مبدل های کاتالیزوری معرفی شدند،برای موثر بودن این مبدل ها،کنترل بسیار دقیق نسبت سوخت و هوا لازم است.حسگرهای اکسیژن مفدار اکسیژن در اگزوز را نشان می دهند و واحد کنترل موتور(ECU) هر لحظه این اطلاعات را برای تنظیم نسبت سوخت و هوا به کار می برد.به این یک حلقه ی کنترل بسته می گویند و رسیدن به این کنترل دقیق با کاربراتورممکن نیست پیش از استفاده از سیستم تزریق سوخت،مدت کوتاهی از کاربراتورهای الکتریکی استفاده شد اما این کاربراتورها حتی از انواع مکانیکی نیز پیچیده تر بودند .

در ابتدا کاربراتورها با سیستم تزریق سوخت از ساسات(که سیستم تزریق سوخت تک نقطه ای یا مرکزی نیز نامیده می شود)جایگزین شدند که در آن سوپاپ تزریق سوخت در ساسات قرار داشت،این نوع انژکتور تقریبا یک جایگزین برای کاربراتور بود بنابراین خودروسازها تغییر جدی در طراحی موتور ندادند .

به تدریج موتورهای جدیدی طراحی شدند و سیستم تزریق سوخت از ساسات با تزریق سوخت چند راهه(که تزریق سوخت متوالی نیز نامیده می شود)جایگزین شدواین سیستم برای هر سیلندر یک انژکتور دارد که معمولا طوری قرار گرفته اند که سوخت را مستقیما به سوپاپ ورودی می پاشند.این سیستم کنترل دقیق تر و پاسخ دهی سریع تری به تغییرات پدال گاز دارد ..

نحوه عملكرد ECU در شرايط مختلف

- در زمان استارت موتور: در زمان استارت زدن، ECU فرمان فعال شدن انژكتورها را به صورت پالس (موج هاي پله اي) با عرض ثابت صادر مي كند، بدين معني كه انژكتورها به طور متناوب شروع به پاشش يكنواخت سوخت مي نمايد.

مقدار سوخت تزريق شده با توجه دور موتور، دماي مايع سيستم خنك كننده، و همچنين دما و فشا رهواي ورودي تنظيم مي شود. در عين حال مقدار هواي اضافي توسط موتور پله‌اي دور آرام و با توجه به پارامترهاي عملكردي موتور تعيين مي گردد. پس از استارت زدن و روشن شدن موتور، دور آرام با توجه به دماي مايع خنك كننده موتور تعيين مي‌گردد.

عملكرد در دورهاي مختلف: در زمان تغييرات لحظه اي موتور (شتابگيري يا كاهش سرعت) مدت زمان تزريق سوخت توسط انژكتورها براساس تغيير در مقادير پارامترهاي زير تعيين مي‌شود:

- دور موتور (بوسيله سنسور دور موتور)

- وضعيت دريچه گاز (بوسيله سنسور موقعيت زاويه اي دريچه گاز)

- فشار هواي ورودي (بوسيله سنسور فشار هواي مانيفولد ورودي)

- دماي مايع خنك كننده (بوسيله سنسور دماي مايع خنك كننده موتور)

قطع پاشش سوخت انژكتورها:

الف) در زمان كاهش سرعت خودرو و زماني كه به طور ناگهاني راننده پاي خود را از روي پدال گاز برمي دارد، ECU پاشش سوخت انژكتورها را به دلايل زير قطع مي كند:

- كاهش مصرف سوخت

- كاهش گازهاي آلاينده خروجي اگزوز

- براي جلوگيري از افزايش بيش از حد دور موتور تقريبا از دور موتور 5500rpm پاشش سوخت توسط انژكتورها قطع مي‌شود.

سازندگان معروف ECU چه شرکتهايي هستند؟        

 1) شرکت Bosch آلمان: اين شرکت بهترين و معروفترين سازنده ECU و کيت انژکتوري در دنيا مي باشد و در اغلب خودروهاي پيشرفته جهان نشاني از آن را مي توان يافت. چند مدل از زانتيا موجود در ايران داراي کيت انژکتوري Bosch مي باشد.  

2) شرکت Delco آمريکا: اين شرکت يکي از قديمي ترين شرکتهاي سازنده ECU مي باشد و ECU آن در اغلب خودروهاي آمريکايي بخصوص خودروهاي شرکت GM يا جنرال موتورز بکار رفته است مانند کاديلاک، پونتياک و... همچنين در خودروهاي دوو کره مانند دوو ESPERO.             

3) شرکت Ford آمريکا: اين شرکت سازنده خودرو، سازنده ECU البته براي خودروهاي فورد مي باشد و اولين بار ايده کنترل تطبيقي يا خود-يادگير در خودروهاي اين شرکت عملا پياده سازي شد.         

۴) شرکت Siemens آلمان: فعاليت اين شرکت گرچه به اندازه رقيب آلماني آن يعني Bosch نيست اما ECU هاي خوبي مي سازد. ECU پرايد انژکتوري موجود در ايران طراحي اين شرکت است  .                  

۵) شرکت Magneti Marelli ايتاليا: اين شرکت در اروپا محبوبيت زيادي داشته و بر روي اغلب خودروهاي اروپايي کيت آن نصب است. به عنوان مثال خودروهاي فيات مدل PUNTO و فولکس واگن مدل GOLF IV، مزدا ۳۲۳.           

۶) شرکت Sagem فرانسه: بر روي اغلب ماشينهاي فرانسوي ECU اين شرکت نصب است. بنابراين پژو ۲۰۶، مدلهايي از زانتيا؛ همچنين خودروهاي ايراني مانند سمند و پيکان انژکتوري  .

  7) شرکت Nippon Denso ژاپن: اين شرکت توسط شرکت تويوتا تاسيس شده و بخش عمده سهام آن را دارا مي باشد البته ۶ درصد سهام آن متعلق به شرکت Bosch است. ECU اغلب خودروهاي تويوتا (مانند تويوتا لندکروز ) و برخي خودروهاي ژاپني مانند نيسان، هوندا، سوزوکي و ... متعلق به اين شرکت مي باشد.

کنار رفتن کاربراتور ها

از ابتدای پیدایش موتور های احتراق داخلی ،کاربراتور وسیله ای بوده که سوخت را به موتور می رسانده است.در بسیاری از ماشین های دیگر مثل چمن زن ها و اره موتوری ها هنوز کاربراتور وجود دارد اما با پیشرفت خودرو ها کاربراتور ها بیشتر وبیشتر پیچیده شدند تا تمام نیازهای موتور هنگام کار کردن را برآورده کنند مثلا برای انجام بعضی از این وظایف کاربراتور پنج حالت دارد:

●حالت اصلی:مقداری سوخت به موتور می رساند که جریان موثری از سوخت به موتور وارد شود.

●حالت سکون:فقط به اندازه ای سوخت به موتور می رساند که موتور روشن بماند .

●پمپ شتاب دهنده:وقتی ناگهان پدال گاز فشار داده می شود مقدار بیشتری سوخت می رساند تا قبل از افزایش دور موتور افت قدرت نداشته باشیم .

●حالت افزایش قدرت:وقتی خودرو از تپه ای بالا می رود ویا چیزی را یدک می کشد سوخت بیشتری تامین می کند .

●حالت کشیدن ساسات:وقتی موتور سرد است مقدار بیشتری سوخت وارد موتور می کند تا موتور روشن شود .

سیستم تزریق سوخت چکونه کار می کند؟

در تلاش برای بهبود بخشیدن به کیفیت سوخت،سیستم سوخت رسانی در خودروها طی سال ها تغییرات زیادی کرده است.Subaru Justy آخرین خودروی کاربراتوری بود که در ١۹۹٠در آمریکا به فروش رسید و مدل های سال بعد انژکتوری شدند.اما سیستم تزریق سوخت از ١۹٥٠ وجود داشته و انژکتورهای الکترونیکی از ١۹٨٠به طور گسترده در خودروهای اروپایی به کار برده شد. در حال حاضر تمام خودروهای تولید شده در آمریکا انژکتوری هستند .

در این مقاله یاد می گیریم سوخت چگونه وارد سیلندر می شود و معنی اصطلاحات "تزریق سوخت چند راهه"  و "تزریق سوخت از ساسات"را می فهمیم.همچنین درک می کنیم که چطور "تراشه های عملکرد" قدرت موتور را بیشتر می کنند .

این مقاله در مورد سیستم های الکترونیکی موجود در خودرو های جدید است، اگرچه از زمان فراگیر شدن میکروکنترلر ها که حدود بیست سال از آن می گذرد، در خودرو های پیشرفته ی دنیا از سیستم های کنترل الکترونیکی استفاده می شود اما چند سالی است که در خودرو های ساخت داخل کشور هم از این امکانات استفاده می شود. به عنوان مثال اگر شما به سیستم برق پژو 206 آشنا باشید می بینید که این خودرو از لحاظ سیستم های الکترونیکی در سطح پیشرفته ای قرار دارد و یا در مدل هایی از خودروی فورد از حدود 50 میکروپروسسور استفاده شده است. اگرچه این سیستم ها باعث می شوند تعمیر این نوع خودروها نیاز به دانش فنی ویژه ای داشته باشد اما دارای مزایایی است که ارزش زیادی دارند. به طور کلی هدف از استفاده از کامپیوتر های الکترونیکی در خودرو ها عبارتند از:
- نیاز به کنترل دقیق مقدار سوخت مصرفی در خودرو برای رسیدن به استاندارهای اقتصادی و زیست محیطی             

- عیب یابی پیشرفته
- کاهش مقدار سیم های استفاده شده در خودرو (با استفاده از روش های مالتی پلکسینگ)
- افزایش امنیت (در برابر سوانح رانندگی و سرقت)               
- افزایش امکانات رفاهی در خودرو                                                                                
 

به طور کلی کنترل موتور مهمترین وظیفه ی سیستم کامپیوتری موجود در خودرو است. از این رو واحد کنترل موتور یا ECU قدرتمندترین کامپیوتر موجود در خودرو است. (لازم به ذکر است که واژه ی "کامپیوتر"ی که در اینجا از آن استفاده می کنیم به معنای آن کامپیوتری که الان شما از آن این مطالب را می خوانید نیست بلکه از این کامپیوتر ها در فرهنگ الکترونیک به Embedded System یا سیستم های جاسازی شده یاد می شود.) روش کنترلی که ECU از آن استفاده می کند، Closed Loop Control نام دارد. در مورد این روش کنترل کافی است بدانید که به سیستم هایی که از خروجی خود برای کنترل سیستم نمونه برداری می کنند، کنترل حلقه بسته یا Closed Loop Control می گویند. ECU برای استفاده از این روش کنترل، از طریق تعداد زیادی سنسور، اطلاعات زیادی از وضعیت قسمت های مختلف (مثل دمای سیستم خنک کننده یا مقدار اکسیژن در اگزوز) بدست می آورد. ECU با استفاده از این اطلاعات بدست آمده و قرار دادن آن در تعداد زیادی فرمول، بهترین زمان جرقه در موتور و مدت زمان باز بودن پاشنده ی سوخت (Fuel Injector) را تعیین می کند. در واقع ECU این کار را برای به کمینه رساندن مقدار مصرف سوخت انجام می دهد.

در یک ECU مدرن ممکن است از یک پردازنده ی 32 بیتی و 40 مگاهرتزی استفاده شود. (اگر با این مفاهیم آشنا نیستید به پست های 2/11/2005 و 2/20/2005 مراجعه کنید.) اگرچه در نگاه اول ممکن است این مقادیر را با پردازنده ی 2 یا 3 گیگاهرتزی
کامپوتر خود مقایسه کنید ولی این مقایسه ی درستی نیست زیرا در سیستم های جاسازی شده یا Embedded System حجم کدهایی که مورد استفاده قرار می گیرد به مراتب کمتر از حجم نرم افزارهایی است که شما در کامپیوتر خود اجرا می کنید.
به عنوان مثال حافظه های مورد استفاده در ECU ها در حدود 1 مگابایت هستند در حالی که شما ممکن است نرم افزاری با حجم 300 مگابایت را در کامپیوتر خود اجرا کنید، یعنی 300 برابر! پس ECU ها خیلی هم قدرتمند هستند!

در شکل زیر تصویر یک ECU استفاده شده در خودروی فورد را مشاهده می کنید:
 

در این مدار، پردازنده به همراه صدها قطعه ی الکترونیکی دیگر بر روی یک برد چند لایه قرار گرفته است. تعدادی از اجزای الکترونیکی که به همراه پردازنده در این مدار قرار دارند عبارتند از:

- Analog-to-digital converters یا مبدل آنالوگ به دیجیتال

- High-level digital outputs یا خروجی دیجیتال سطح بالا

- Signal conditioners یا متناسب کننده ی سیگنال

- Communication chips یا تراشه های ارتباطی

1_ Analog-to-digital converters یا مبدل آنالوگ به دیجیتال

اصولا پدیده های فیزیکی در دنیای اطراف ما پدیده هایی آنالوگ (پیوسته یا قیاسی) هستند، یعنی این کمیات هر مقداری از یک بازه ی مشخص را می توانند به خود اختصاص دهند. به عنوان مثال دمای هوای تهران در شرایط عادی می تواند هر مقداری بین -10 درجه تا 40 درجه ی سانتیگراد را داشته باشد. به عنوان مثال دمای هوای امروز می تواند 21.7 درجه ی سانتیگراد باشد. همین طور است در مورد کمیاتی مثل فشار، ارتفاع، وزن و غیره. اما سیستمهای دیجیتال و کامپیوتری فقط با مقادیر گسسته کار می کنند. به عنوان مثال ما فقط می توانیم مجموعه ای از اعداد گسسته مثل 27، 27.1 27.2 ... را به عنوان ورودی به یک سیستم دیجیتال وارد کنیم و اگر دمای مورد نظر ما چیزی بین یکی از این دو مقدار باشد برای این سیستم مفهومی نخواهد داشت. پس برای اینکه یک دستگاه آنالوگ (مثل یک سنسور دما) بتواند با یک دستگاه دیجیتال (مثل یک میکروپروسسور) ارتباط برقرار کند باید این دو دستگاه با یکدیگر سازگار شوند. این کار به عهده ی مبدل آنالوگ به دیجیتال است. اصول کار این مبدل ها تا حدودی مفصل است و بررسی مداری آن در اینجا چندان مناسب نیست اما بد نیست بدانید که فرایند تبدیل یک سیگنال آنالوگ به دیجیتال شامل مرحله ای به نام Quantizing یا پله ای کردن است که هر چه فواصل پله ای شدن یک سیگنال آنالوگ کمتر باشد اطلاعات کمتری در حین تبدیل از بین می رود. این کیفیت را با عنوانی به نام تعداد بیت مبدل می سنجند. به عنوان مثال یک مبدل 16 بیتی از یک مبدل 8 بیتی اطلاعات بیشتری را منتقل می کند. مبدل ها ی آنالوگ به دیجیتال ECU معمولا یک مبدل 10 بیتی هستند. 10 بیت، امکان 2 به توان 10 یا 1024 حالت را دارا می باشد پس اطلاعات آنالوگ یک سنسور می تواند به صورت 1024 عدد باینری کد شود. مبدل های آنالوگ به دیجیتال به نام ADC "ای تو دی" معروف هستند و معمولا به صورت مدارات مجتمع (IC) در دسترس هستند به عنوان نمونه آی سی با شماره ی ADC0808 یک ADC هشت بیتی معروف است که معمولا 28 پایه دارد. در زیر تصویر این IC را مشاهده می کنید.

2_  High-level digital outputs یا خروجی دیجیتال سطح بالا

معمولا خروجی های ECU باید وسایلی را راه اندازی کند که نیاز به جریان بالایی دارند به عنوان مثال: کولر خودرو یا سیستم جرقه زنی. اما خروجی پردازنده می تواند جریان پایینی در حد میلی آمپر را تامین کند در حالی که مثلا ممکن است رله ی کولر خودرو در حالت روشن نیاز به 12 ولت و 0.5 آمپر جریان داشته باشد. برای حل این مشکل از سوییچ های ترانزیستوری استفاده می شود. همان طور که می دانید با یک سوییچ ترانزیستوری می توان با یک جریان کوچک در بیس (یا گیت در سوییچ های FET) جریان بزرگی را در کلکتور (یا درین در سوییچ های FET) کنترل کرد. به عنوان مثال فرض کنیم یک ترانزیستور نیمه قدرت می تواند با جریان 20 میلی آمپر در بیس خود، جریان 0.5 میلی آمپر را در کلکتور خود سوییچ کند و این جریان رله ی کولر خودرو را راه اندازی می کند.

3_  Digital-to-analog converters یا مبدل دیجیتال به آنالوگ

فلسفه ی وجودی این واحد مثل مبدل آنالوگ به دیجیتال است که قبلا بررسی شد، با این تفاوت که این مبدل، خروجی پردازنده ی ECU را که یک سیگنال دیجیتال یا گسسته است به یک سیگنال آنالوگ یا پیوسته تبدیل می کند زیرا بعضی از اجزا خودرو برای راه اندازی نیاز به سیگنال آنالوگ دارند.

4 _  Signal conditioners یا متناسب کننده ی سیگنال

گاهی اوقات ورودی و خروجی ECU قبل از اینکه مورد استفاده قرار بگیرد با تنظیم شود. به عنوان مثال مبدل آنالوگ به دیجیتالی که اطلاعات را از سنسور اکسیژن دریافت می کند باید ورودی آن در محدوده ای بین 0-5 ولت قرار داشته باشد در حالی که ممکن است خروجی این سنسور بین 0-1.1 ولت باشد. متناسب کننده ی سیگنال با ضرب کردن خروجی سنسور اکسیژن در چهار موجب دریافت دقیقتر اطلاعات این سیگنال می شود.

5 _  Communication chips یا تراشه های ارتباطی

این تراشه ها استاندارهای ارتباطی موجود در بخشهای مختلف را مهیا می کنند. در خودرو های محتلف از استادهای مختلفی استفاده می شود اما استاندارد حاکم فعلی CAN (controller-area networking) نامیده می شود. این استاندارد اجازه ی ارتباط بخش های مختلف تا 500 کیلو بیت در ثانیه (500 Kbps) را می دهد. این سرعت لازم است زیرا برخی اجزا اطلاعات را صدها بار در ثانیه بر روی گذرگاه (BUS) قرار می دهند. این استاندار از دو سیم استفاده می کند.

تا اینجا فقط ECU یا کامپیوتر کنترل موتور را مورد مطالعه قرار دادیم. در ادامه مباحث دیگری نیز وجود دارد، مثل: عیب یابی پیشرفته، سنسورهای هوشمند، وایرینگ مالتی پلکس شده، امکانات امنیتی - رفاهی و غیره که بررسی آن ها نیازمند چندین پست است. اما از آنجایی که متاسفانه بازدید کننده های این وبلاگ نظرات خودشون رو از من دریغ می کنند و وبلاگ رسانه ای متقابل و پویا است، این کم لطفی شما باعث دلسردی من می شود. شمارنده ی این وبلاگ به طور متوسط 30 تا 40 بازدید در روز را نشان می دهد در حالیکه نظرات داده شده بسیار کم است .

سنسورها Sensors   

سنسور المان حس کننده ای است که کميتهای فيزيکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ... را به کميتهای الکتريکی پيوسته (آنالوگ) يا غيرپيوسته (ديجيتال) تبديل ميکند. اين سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گيری، سيستمهای کنترل آنالوگ و ديجيتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گيرند. عملکرد سنسورها و قابليت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتيک باشد. سنسورها اطلاعات مختلف از وضعيت اجزای متحرک سيستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغيير وضعيت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورهای بدون تماس

سنسورهای بدون تماس سنسورهايی هستند که با نزديک شدن يک قطعه وجود آن را حس کرده و فعال می شوند. اين عمل به نحوی که در شکل زير نشان داده شده است می تواند باعث جذب يک رله، کنتاکتور و يا ارسال سيگنال الکتريکی به طبقه ورودی يک سيستم گردد.

کاربرد سنسورها

1_ شمارش توليد: سنسورهای القائی، خازنی و نوری

2_ کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی

3_ کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح

4_ تشخيص پارگی ورق: سنسور نوری

5_ کنترل انحراف پارچه : سنسور نوری و خازنی

6_ کنترل تردد: سنسور نوری

7_ اندازه گيری سرعت: سنسور القائی و خازنی

8_ اندازه گيری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ

مزايای سنسورهای بدون تماس

سرعت سوئيچينگ زياد: سنسورها در مقايسه با کليدهای مکانيکی از سرعت سوئيچينگ بالائی برخوردارند، بطوريکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئيچينگ تا 25KHz  کار می کنند.

طول عمر زياد: بدليل نداشتن کنتاکت مکانيکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ... دارای طول عمر زيادی هستند.

عدم نياز به نيرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزديک شدن قطعه، به نيرو و فشار نيازی نيست.

قابل استفاده در محيطهای مختلف با شرايط سخت کاری: سنسورها در محيطهای با فشار زياد، دمای بالا، اسيدی، روغنی، آب و ... قابل استفاده می باشند.

عدم ايجاد نويز در هنگام سوئيچينگ: به دليل استفاده از نيمه هادی ها در طبقه خروجی، نويزهای مزاحم (Bouncing Noise) ايجاد نمی شود.

سنسورهای القائی

سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقيم به رله ها، شيرهای برقی، سيستمهای اندازه گيری و مدارات کنترل الکتريکی (مانند PLC) ارسال نمايند.

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی

ساختمان اين سنسورها از چهار طبقه تشکيل می شود: اسيلاتور، دمدولاتور، اشميت تريگر، تقويت خروجی. قسمت اساسی اين سنسورها از يک اسيلاتور با فرکانس بالا تشکيل يافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثير قرار گيرد. اين اسيلاتور باعث بوجود آمدن ميدان الکترومغناطيسی در قسمت حساس سنسور می شود. نزديک شدن يک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جريانهای گردابی در قطعه گرديده و اين عمل سبب جذب انرژی ميدان می شود و در نتيجه دامنه اسيلاتور کاهش می يابد. از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسيلاتور است در نتيجه کاهش دامنه اسيلاتور توسط اين قسمت به طبقه اشميت تريگر منتقل می شود. کاهش دامنه اسيلاتور باعث فعال شدن خروجی اشميت تريگر گرديده و اين قسمت نيز به نوبه خود باعث تحريک طبقه خروجی می شود.

قطعه استاندارد: يک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن به منظور تست فاصله سوئيچينگ استفاده می شود. (استاندارد IEC947-5-2). ضخامت قطعه 1mm و طول ضلع اين مربع در اندازه های زير می تواند انتخاب شود.

 ­ به اندازه قطر سنسور

 ­سه برابر فاصله سوئيچينگ نامی سنسور 3*Sn

ضرايب تصحيح: فاصله سوئيچينگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و يا با بکارگيری فلز ديگری غير از فولاد ST37 تغيير خواهد کرد. در جدول زير ضرايب تصحيح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.

ضريب تصحيح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0

ضريب تصحيح (KM) برای نيکل برابر 0.9

ضريب تصحيح (KM) برای برنج برابر 0.5

ضريب تصحيح (KM) برای مس برابر 0.45

ضريب تصحيح (KM) برای آلومينيوم برابر 0.4

بعنوان مثال هرگاه يک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئيچينگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئيچينگ: حداکثر تعداد قطع و وصل يک سنسور در يک ثانيه می باشد. (بر حسب Hz).  اين پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرايط زير اندازه گرفته می شود.

فاصله سوئيچينگ (Switching Distance) S: فاصله بين قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئيچينگ می باشد. (استاندارد EN 50010)

فاصله سوئيچينگ نامی (Nominal Switching Distance) Sn: فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغير از قبيل حرارت، ولتاژ تغذيه و غيره تعريف شده است.

فاصله سوئيچينگ موثر (Effective Switching Distance) Sr: فاصله سوئيچينگ تحت شرايط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسيوس می باشد. در اين حالت تلرانسها و پارامترهای متغير نيز در نظر گرفته شده اند. 0.9Sn

فاصله سوئيچينگ مفيد (Useful Switching Distance) Su: فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئيچينگ انجام می شود.

 0.81Sn

فاصله سوئيچينگ عملياتی (Operating Switching Distance) Sa: فاصله ای است که تحت شرايط مجاز، عملکرد سنسور تضمين شده است.

 0

هيسترزيس H: فاصله بين نقطه وصل شدن (هنگام نزديک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد. حداکثر اين مقدار 10% مقدار نامی می باشد. (استاندارد EN 60947-5-2)

قابليت تکرار (Repeatability) R: قابليت تکرار فاصله سوئيچينگ مفيد تحت ولتاژ تغذيه V و در شرايط زير اندازه گيری می شود: حرارت محيط: 23 درجه سلسيوس؛ رطوبت محيط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت. (مقدار تلرانس برای اين پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1S r  می باشد.

پايداری حرارتی (Temperature Drift): تغييرات فاصله موثر سوئيچينگ در اثر تغييرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسيوس زير صفر تا 60 درجه سلسيوس بالای صفر حداکثر 10% است.

حرارت محيط (Ambient Temperature) Ta:

محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمين شده است.

کلاس حفاظتی: IP67 (DIN 40050).

نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو يا چند سنسور القائی در مجاورت هم و يا در مقابل هم نصب شوند، شرايط زير بايد رعايت شود:

الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush: سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است. هرگاه دو يا چند عدد از اين سنسورها هم سطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب شوند رعايت فواصل نصب مطابق شکل زير الزامی می باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهای القائی Non-Flush: در سنسورهای Non-Flush (Un Shielded) قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد. فاصله سوئيچينگ اين نوع سنسورها بيشتر از سنسورهای Flush می باشد. اما فرکانس سوئيچينگ آن در مقايسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهای القائی در مقابل هم: هر گاه دو سنسور القائی در مقابل هم نصب شوند رعايت فاصله حداقل 6Sn  الزامی می باشد .