حسگر ضربه در موتورهای انژکتوری

حسگر ضربه:

در موتورهای انژکتوری، حسگر ضربه دو وظیفه انجام می­دهد: یکی اینکه عملکرد موتور را برای برخورداری از بازدهی مناسب نشان می دهد و دیگر اینکه از موتور در برابر از دست دادن قدرت، استهلاک و خرابی محافظت می­کند. شرایط ایده­ آل این است که وقتی پیستون به نقطه مرگ بالایی (TDC)می­رسد، جرقه زنی صورت گیرد و مخلوط سوخت و هوا، در حالتی که پیستون طول سیلندر را طی می­کند، زمان لازم برای سوخت کامل را داشته باشد. ولی در حالت عملی، سوخت برای اینکه در زمان لازم، بطور کامل بسوزد، به زمان بیشتری نیاز داشته و به آوانس (Advance) نیاز دارد. زمان آوانس و طراحی محفظه مناسب می­تواند در ایجاد عملکرد بهینه موتور از لحاظ قدرت، کاهش آلودگی و سوخت اقتصادی تأثیر زیادی داشته باشد. قدرت بیشتر با افزایش آوانس، باعث تولید جرقه می­شود، اما آوانس زیاد موجب ضربه در موتور می­شود. زمانی­که ضربه (Knock)در موتور صورت می‌گیرد، کیفیت عملکرد آن کاهش یافته و ریسک خرابی جدی موتور وجود دارد. ضربه، زمانی که ملایم است، مثل صدای جهش ملایم ساچمه یا تیله­ روی یک سطح فلزی است و در زمانی که شدید یا محکم باشد، مثل صدای کوبیدن محکم به درب است. ضربه ملایمسبب کاهش قدرت موتور، افزایش میزان سوخت و افزایش انتشار گازهای آلاینده از اگزوز می­شود. ضربه شدید می‌تواند قطعات داخلی موتور شامل پیستون، دسته پیستون، سوپاپ دود، سرسیلندر و حتی شمع را از بین ببرد. ضربه در هنگامی که مخلوط سوخت و هوا به طور آرام و نرم نسوزد یا عمل جرقه زنی بسیار زودتر صورت گیرد، ایجاد می‌شود.

ضربه می­تواند توسط نقاط داغ درون سیلندر مانند کربن‌های نسوخته و یا شمع که بسیار داغ باشند، ایجاد گردد و یا در هنگامی که دمای محفظه احتراق بسیار بالا باشد. این نقاط داغ، مخلوط سوخت و هوا را قبل از اینکه عمل جرقه زنی توسط شمع خودرو صورت گیرد، مشتعل می­کند و در نتیجه، دو شعله به صورت همزمان به وجود می­آیند که یکی از طرف نقاط داغ درون سیلندر و دیگری از طرف جرقه شمع پدید آمده­اند. همانطور که گازهای سوختنی به سرعت منبسط می­شوند، دو شعله نیز به شدت به هم برخورد می­کنند. ناک یا ضربه در هنگامی ایجاد می­شود که زمان جرقه بسیار آوانس یا جلوتر باشد. در این حالت، یک جبهه شعله آتش بیشتر وجود ندارد، ولی در هنگامی رخ می­دهد که پیستون از نقطه مرگ بالایی (TDC) فاصله زیادی دارد. در چنین شرایطی به جای برخورد دو جبهه شعله، برخورد بین گازهای منبسط شده ناشی از احتراق و گازهای قسمت بالای پیستون که در حال بالا آمدن در سیلندر می­باشند، صورت می­گیرد.

در سیستمهای تشخیص دهندهOBD (On-BoardDiagnostic) که دارای سیستم جرقه الکترونیکی هستند، واحد کنترل قوای محرکه (PCM) یا واحد کنترل موتور (ECU)به طور پیوسته سیگنال‌های ورودی از موقعیت دریچه هوا، فشار هوای منیفولد، گیربکس و سرعت خودرو را می­خواند. بعضی از PCM ها حتی تغییر سریع در موقعیت دریچه هوا را می خوانند که نشان دهنده این است که راننده شتاب گیری سریع از خودرو می­خواهد. برطبق برنامه از پیش تعیین شده در PCM، این واحد جرقه را برای شرایط مختلف به یک سطح پیش فرض به جلو انداخته و یا به اصطلاح آوانس می­کند. این نقطه به نقطه شروع ضربه نزدیک است، چون سیستم به حسگر ضربه به عنوان یک هشدار دهنده تکیه دارد. بیشتر حسگرهای ضربه، عدم وجود ضربه را به عنوان سیگنال پایه به PCM می­فرستند. حال اگر ضربه در موتور اتفاق بیفتد، حسگر افزایش ارتعاش موتور را حس کرده و سطح سیگنال ارسالی به PCM را افزایش می­دهد، لذا PCM کمی جرقه را به تعویق انداخته و یا به اصطلاح ریتارد (Retard) می­کند تا سطح سیگنال ارسالی از سنسور به PCM به سطح سیگنال پایه برگردد. اگر شرایطی موقتی باعث ایجاد ضربه درموتور شود، PCM زمان جرقه را برطبق آوانس برنامه ریزی شده تنظیم می­کند. اگر ضربه در موتور برگردد، PCM سیکل زمان آوانس را طی می‌کند تا با ضربه روبرو شود و سپس زمان جرقه را ریتارد می­کند تا ضربه از بین برود.

تشخیص ضربه:

اگرچه تشخیص صدایی که بر اثر ضربه در موتور ایجاد می­شود، برای کارشناسان یا مهندسان دشوار نیست، اما بسیاری از رانندگان ممکن است متوجه صدای ضربه در موتور نشوند و تنها ممکن است از عملکرد ضعیف موتور، کاهش قدرت، شتاب ضعیف و مصرف زیاد خودروی خود شکایت داشته باشند. این عیوب، نشان دهنده وجود ضربه در موتورهای انژکتوری است. برای جلوگیری از آسیب دیدن موتور بر اثر ضربه، اگر هیچ سیگنال ضربه­ای از سوی حسگر ضربه حس نشود، بعضی از سازنده ها PCM را با پیش­فرض ریتارد یا تعویق در جرقه زنی، برنامه ریزی می­کنند. در این نوع موتورها، به دلیل اینکه موتور در شرایط ریتارد کار می­کند، اگر حسگر ضربه خراب شود، تنها با یک ضربه عملکرد ضعیفی خواهد داشت. به طور معمول، حسگر ضربه روی سیلندر نصب می­شود، اما گاهی دیده شده که آن را روی سرسیلندر نیز نصب می­کنند. در موتورهای Vشکل از دو سنسور استفاده می­شود که هریک روی یک سمت V قرار می­گیرد.

    با استفاده از اسکوپ (Scope)می­توان عملکرد حسگر ضربه را آزمایش نمود. برای آزمایش عملکرد حسگر ضربه، می­توانید کد مربوطه را توسط دستگاه اسکن (Scan)، کنترل کرده و یا تغییرات زمانی را روی اسکوپ مشاهده کنید. همچنین با وارد آوردن ضربه توسط چکش مخصوصی که سطح نرم دارد، بر سرسیلندر و یا سیلندر، می­توان شرایط ضربه را در موتور شبیه سازی کرد و سیگنال ضربه و زمان جرقه را مشاهده کرد. برای حسگر ضربه، ارتعاش ناشی از اعمال ضربه روی موتور، شبیه ضربه (Knock) است. لذاPCM  یا  ECUدر پاسخ به سیگنال ضربه، زمان جرقه را ریتارد می­کند و به تعویق می اندازد. حال اگر عمل ضربه زدن را متوقف کنیم، سیگنال خروجی حسگر، به سیگنال پایه برمی­گردد و PCM باید زمان جرقه را آوانس کند و به جلو اندازد. با این روش، می­توان عملکرد صحیح PCM، حسگر و دسته سیم را کنترل کرد. اگر بتوانید سیگنال ضربه را شبیه سازی کنید، باید ریتارد شدن زمان جرقه را روی ابزار اسکن و یا چراغ تایمینگ (Timing) ببینید. اگر با شبیه سازی مذکور، زمان جرقه ریتارد نشود، دسته سیم یا PCM خودرو نقص دارد. همچنین، می توان حسگر ضربه را توسط اتصال کانکتورهای یک تستر به ترمینال آن چک کرد.

نکات تعویض:

عملکرد حسگرهای ضربه، به عوامل مختلفی بستگی دارد و ممکن است تجربه زیادی جهت تعویض آنها پیدا نکنید. نکات ذیل به شما در این زمینه کمک خواهند کرد:

۱) بسیاری از حسگرها از نظر ظاهری مشابه هم هستند، اما حسگر ضربه باید با موتور و PCM منطبق باشد، زیرا تمامی موتورها دارای ارتعاش هستند، لذا حسگر ضربه باید طوری انتخاب شود که به ارتعاش عادی موتور واکنش نشان ندهد. اگر حسگر درست انتخاب نشود، چون مشخصه ارتعاش عادی و ارتعاش ضربه آن درست انتخاب نشده، حتی اگر از لحاظ مونتاژی مشکلی نداشته باشد، ممکن است عملکرد مناسبی نداشته باشد.

۲) مطمئن شوید که شماره فنی حسگر، درست انتخاب شده است. حسگر ضربه، ممکن است در بلوک سیلندر پیچ و مهره شود. اگر حسگر ضربه روی بدنه سیلندر پیچ شود، گشتاور بستن پیچ، باید مطابق آنچه شرکت سازنده مشخص کرده، رعایت شود. اگر حسگر ضربه در بلوک سیلندر محکم نشود، قادر به آشکار کردن مناسب ارتعاش نخواهد بود. با توجه به موقعیت نصب حسگر ضربه، این قطعه باید در برابر گرد و غبار، گریس و روغن، دما و رطوبت، نمک و مواد شیمیایی، مقاومت مناسبی داشته باشد.

اگر ECU و حسگر ضربه درست عمل ­کنند ولی راننده‌ای از وجود ضربه شکایت کند، ممکن است این ایراد نشان دهنده این باشد که در موتور مشکل جدی وجود دارد. عوامل زیادی در تولید ضربه در موتور دخیل هستند. بعضی از موتورها مستعد ایجاد ضربه هستند. موتورهایی که با احتمال ضربه کار می­کنند، دارای عملکرد بالا و تعمیر و نگهداری پایین هستند. داشتن دو حالت فوق وقتی شکل می­گیرد که موتور در لبه ضربه کار کند. همچنین استفاده از سوخت با اکتان پایین باعث می­شود که ضربه در موتور بسیار زیاد شود. لذا همیشه باید از سوخت با اکتانی که کارخانه سازنده خودرو معرفی کرده­، استفاده شود. هر چیزی که زمینه ساز افزایش دمای محفظه احتراق شود، می­تواند سبب ایجاد ضربه در موتور شود. مثلاً خرابی ECU، مشکل سیستم تهویه مطبوع، روغن سوزی و گرمای ناشی از جرقه نادرست. ضربه ثابت نه تنها به عملکرد موتور آسیب می­رساند، بلکه باعث آلودگی شده و می­تواند تا میزان زیادی به موتور ضربه بزند.

ترجمه: اشکان معصومی 

منابع

1) Steve Zack, "Electronic Diagnostic and Drivability", SPX Technical Trainer, 2010

2) Wes Stinson, "Installing Knock Sensors", Nissan Motor, 2012

3) Nick Jones, "Knock Sensor", PHP Fusion, 2011