گزارش کارآموزی مکانیک خودرو سیستمهای برقی و الکترونیکی

موقعیت و تاریخچه:

کارخانه ایران خودرو در کیلومتر 14 جاده مخصوص کرج واقع شده است. در واقع جاده مخصوص کرج از میان کارخانه عبور می کند که آن را به دو بخش شمالی و جنوبی تقسیم کرده است. این کارخانه در مساحتی بالغ بر 2315170 متر مربع قادر به تولید انواع خودروها از قبیل اتوبوس، مینی بوس، سواری و وانت و کامیونت می باشد.

این کارخانه در سال 1341 به نام کارخانجات صنعتی ایران ناسیونال بنیان نهاده شد و در مهرماه 1342 عملا فعالیت خود را با تولید اتوبوس آغاز کرد. اولین تولیدات کارخانه اتوبوس مدل 302 و مینی بوس 0309 بنز آلمان غربی بود. در شهریور ماه 1345 نیز مجوز ساخت خودروسواری چهارسیلندر را دریافت کرد.

در اوایل سال 1349 سالن تولید پیکان با امتیاز از شرکت تالبوت یا گروه دوتس انگلستان در کارخانه شمالی شروع به کار کرد در بدو امر تولید پیکان 6000 دستگاه در سال بود ولی در سال 1354 با توسعه سالن پرس و شاب و سالنهای رنگ و صافکاری در کارخانه جنوبی ظرفیت تولید تا 150000 دستگاه در سال بالا رفت.

تاریخچه زمانی

تردیدی نیست که سیستم برقی اتومبیلهای جدید ویژگیهای فنی بسیار رعب انگیز، اما در عین حال بسیار جذابی دارد. سیستمها و مدارهای پیچیده ای که امروزه بکار می روند به شیوه ای جالب تکامل یافته اند.

چنان که در مورد بسیاری از تحولات تاریخی صادق است، نمی توان یقین حاصل کرد که فلان قطعه خاص را چه کسی و در چه زمانی اختراع کرده است، زیرا این تحولات هم به صورت موازی و هم به صورت متوالی رخ می دادند!

تأمل در باب تعیین پدر سیستم برقی اتومبیل جالب است. بدیهی است که میشل فارادی سزاوار تحسین است، اما تین لنور هم هست، رابرت بوش هم هست، نیکلاس اوتو هم هست و این رشته سر دراز دارد!

شاید درست آن باشد که عقبتر برویم تا به تالس ملطی، فیلسوف یونانی، برسیم که کهربا را به خز مالید و الکتریسیته ساکن را کشف کرد و برای نخستین بار واژه الکترون را مطرح ساخت. کهربا را به زبان یونانی الکترون می نامند.

در حدود 600 قبل از میلاد تالس ملطی، با مالیدن کهربا روی خز، الکتریسیته ساکن را کشف کرد.

در حدود 1550 ویلیام گیلبرت نشان داد که بسیاری از مواد الکتریسته دارند. او دریافت که دو نوع الکتریسته ناهمنام یکدیگر را جذب و دو نوع الکتریسیته همنام یکدیگر را دفع می کنند...

اندازه گیری و حسگرها

اندازه گیری چیست؟

اندازه گیری عبارت است از تعیین مقدار کمیتهای فیزیکی برای به دست آوردن داده هایی که به وسایل ثبت کننده و نمایشگر و / یا کنترلگر انتقال پیدا می کنند. در این بحث بارها از اصطلاح ابزار دقیق برای توصیف علم وفن سیستم اندازه گیری استفاده می کنیم.

اولین تکلیف هر سیستم اندازه گیری تبدیل مقدار فیزیکی مورد اندازه گیری، به متغیر فیزیکی دیگری است که بتوان آن را برای به کار انداختن نمایشگر یا کنترلگر به کار برد. در خودرو، بخش عمده کمیتهای مورد اندازه گیری به سیگنالهای الکتریکی تبدیل می شوند. حسگرهایی که این تبدیل را انجامی می دهند تراگردان نام دارند.

ترمیستور

ترمیستور متداولترین اسباب اندازه گیری دما در اتومبیل است. تغییر دما سبب تغییر مقاومت ترمیستور می شود و بنابراین می توان یک سیگنال الکتریکی متناسب با کمیت اندازه گیری شده به دست آورد.

بیشتر ترمیستورهای متداول ضریب دمایی منفی دارند. یعنی با افزایش دما مقاومت آنها کاهش می یابد. پاسخ ترمیستورهای مختلف به صورتهای متفاوت تغییر می کند، اما مقاومت ترمیستورهای مورد استفاده در اتومبیل معمولا از چند کیلواهم در صفر درجه سانتیگراد تا چند اهم در 100 درجه سانتیگراد تغییر می کند. این تغییر شدید مقاومت برای بسیاری از کاربردهای ترمیستور در اتومبیل ایده آل است و بااستفاده از تجهیزات ساده میتوان به آسانی آن را آزمود.

ترموکوپل

اگر دو فلز مختلف به هم متصل شوند و یک نقطه پیوند دو فلز در دمای بالاتر از دمای نقطه دیگر قرار گیرد، اثری ترموالکتریکی ایجاد میشود که آن را اثر سیبک می نامند. این پدیده اساس کار حسگری به نام ترموکوپل است. اگر در این حالت سنجهای را، مطابق شکل به مدار متصل کنیم، تغییر اختلاف دما را نشان خواهد داد.

ترموکوپل اختلاف دما یعنی T1-T2 را اندازه گیری می کند. برای ساختن سیستم یا کارآیی عملی T1 را باید در دمای معین نگه داشت. در شکل یک مدار عملی نشان داده شده است؛ هر گاه اتصالهای این مدار با سنجه دمای برابر داشته باشند، ولتاژهایی که در این دو نقطه تولید میشوند یکدیگر را خنثی می کنند. با ساخت مدار جبرانی پیوند سرد میتوان تغییرات دمای T1 را جبران کرد. در این مدارها غالباً از مدار ترمیستور نیز استفاده می شود.

از ترموکوپل معمولاً برای اندازه گیری دماهای بالا استفاده می کنند. ترموکوپلی که از دو آلیاژ، یکی با 70 درصد پلاتین و 30 درصد رودیم، دیگری با 4 درصد پلاتین و 6 درصد رودیم ساخته شده باشد را ترموکوپل نوع B می نامند که در گستره دمایی صفر تا 1500 درجه سانتیگراد کار میکند. در اتومبیل برای اندازه گیری دمای دود و توربوشارژکن از ترموکوپل استفاده میشود.

حسگرهای القایی

از حسگرهای القایی بیشتر برای اندازه گیری سرعت چرخش و در بعضی موارد برای تعیین وضعیت عضو چرخان استفاده میشود. این حسگرها براساس القای الکتریکی کار می کنند، یعنی در آنها یک شار مغناطیسی متغیر نیروی محرکه الکتریکی در سیم پیچ القا می کند. در شکل این اصل و نیز اسبابی برای تعیین سرعت چرخش و وضعیت میل لنگ نشان داده شده است.

ولتاژ خروجی بیشتر حسگرهای القایی تقریبی از یک موج سینوسی است. دامنه این سیگنال به آهنگ تغییر شار مغناطیسی بستگی دارد. آهنگ تغییر شار عمدتاً در مرحله طراحی تعیین می شود: تعداد دورهای سیم پیچ، شدت میدان مغناطیسی و فاصله بین حسگر و عضو چرخان بر آهنگ تغییر شار مؤثرند.

قتی از این حسگر استفاده می شود، ولتاژ خروجی حسگر با افزایش سرعت چرخش افزایش می یابد. در بیشتر کاربردها برای اندازه گیری از فرکانس سیگنال استفاده می شود. متداولترین راه تبدیل خروجی یک حسگر القایی به صورتی قابل استفاده، عبور دادن آن از یک مدار راه انداز اشمیت است. بدین ترتیب یک موج مربع با دامنه ثابت و فرکانس متغیر تولید می شود.

در بعضی موارد از خروجی این حسگر برای روشن و خاموش کردن نوسان ساز یا فرونشانی نوسانات استفاده می کنند. در شکل مدار مورد نظر نشان داده شده است. نوسان ساز فرکانس بسیار بالایی در حدود 4 مگاهرتز تولید می کند و هنگامی که سیگنال رسیده از حسگر نوسان ساز را قطع و وصل کند و سپس حاصل کار فیلتر شود، موج مربعی تولید می شود. این سیستم مقاومت خوبی در برابر تداخل دارد.

کرنش سنج

در شکل یک کرنش سنج ساده و یک مدار پل مورد استفاده برای تبدیل تغییرات مقاومت آن به سیگنال نشان داده شده است. کرنش سنج دوم روی وسیله مورد آزمون نصب می شود اما این عمل در وضعیتی انجام می شود که کرنش وجود ندارد و هدف از نصب آن جبران کردن تغییرات دماست. وقتی کرنش سنج کشیده می شود، مقاومت آن افزایش می یابد و وقتی کرنش سنج فشرده میشود، مقاومت آن کاهش می یابد. بیشتر کرنش سنجها معمولاً از جنس کاغذ، نصب شده است. ورق کاغذ نیز به قطعه ای چسبانده می شود که اندازه گیری کرنش آن مورد نظر است.

حسگر جریان هوا با سیم داغ

مزیت بارز این حسگر اندازه گیری جریان جرمی هواست. اساس کار این است که وقتی هوا از روی سیم داغ عبور می کند سعی در خنک کردن آن دارد. اگر مداری بسازیم که با خنک شدن سیم، جریان گذرنده از آن را افزایش دهد تا دمای سیم ثابت بماند، آن گاه بدیهی است که جریان گذرنده از سیم باریان هوا متناسب است. در این مدار مقاومتی نیز قرار می دهند تا تغییرات دما را جبران کند. سیم داغ را از پلاتین می سازند؛ طول آن فقط چند میلیمتر و ضخامت آن در حدود 70 میکرون است. چون این سیم بسیار کوچک است، ثابت زمانی حسگر نیز بسیار کوچک خواهد بود. در حقیقت این ثابت زمانی در حدود چندهزارم ثانیه است. این مزیت بزرگی است زیرا میتوان نوسانات جریان هوا را به سرعت آشکارسازی کرد و بر طبق آن از طریق واحد کنترل، واکنش نشان داد. خروجی مدار مرتبط با حسگر سیم داغ، ولتاژی بین دو سر مقاومت ظریف است.

مقاومت الکتریکی سیم داغ و مقاومت ظریف به اندازه های است که جریان لازم برای گرم شدن سیم، با تغییر آهنگ جریان جرمی هوا، بین 5/0 و 2/1 آمپر تغییر می کند. در شاخه دیگر پل از مقاومت بالا استفاده می شود تا جریان گذرنده از این شاخه بسیار کم باشد. مقاومت الکتریکی مقاومت جبران کننده دما در حدود 500 اهم است که باید ثابت بماند و فقط تغییر دما سبب تغییر آن می شود. به این سبب از مقاومتی به صورت فیلم پلاتین واکنش نشان دادن در برابر تغییر دما، در مدت سه ثانیه، وادار کند. با کثیف شدن سیم داغ خروجی این اسباب تغییر می کند. برای جلوگیری از این تغییر، هر بار که موتور خاموش میشود، دمای سیم را به مدت 1 ثانیه بسیار افزایش می دهند. در نتیجه آلاینده های روی سیم می سوزند. درحسگر جریان جرمی هوای بوش از یک مقاومت متغیر برای تنظیم مخلوط هوا - سوخت دور آرام استفاده می شود.

حسگر جریان هوا با فیلم نازک

این حسگر از بسیاری جهات شبیه حسگر سیم داغ است. در این حسگر به جای سیم داغ پلاتینی فیلم نازکی از جنس نیکل به کار رفته است. زمان پاسخ این سیستم از زمان پاسخ حسگر سیم داغ نیز کوتاهتر است.

حسگر اکسیژن

در اتومبیل برای ایجاد سیستم پسخورد حلقه - بسته، به منظور کنترل نسبت هوا - سوخت از حسگر اکسیژن استفاده می کنند. مقدار اکسیژن حس شده در دود، با غلظت مخلوط یا نسبت هوا - سوخت رابطه مستقیم دارد. نسبت جرمی ایدئال هوا - سوخت، یعنی 4/17به عدد 1 لاندا ( ) ی برابر یک دارد. حسگرهای اکسیژن دود را در لوله اگزوز در نزدیکی منیفولد دود، قرار می دهند تا از گرم شدن آنها مطمئن شوند. این حسگرها در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد با قابلیت اعتماد کافی کار می کنند. در بعضی موارد از یک گرمکن برقی استفاده می کنند تا حسگر به سرعت به دمای مطلوب برسد. این نوع حسگر را حسگر اکسیژن دود با گرمکن برقی می نامند. گرمکن برقی حسگر (که توان مصرفی آن در حدود 10 وات است) پیوسته کار نمی کند تا دمای حسگر از 850 درجه سانتیگراد بالا نرود. در بالاتر از این دما ممکن است حسگر آسیب ببیند. به همین دلیل حسگرها را مستقیماً در منیفولد دود نصب نمی کنند.

ماده فعال اصلی غالب انواع حسگر اکسیژن دیوکسید زیرکونیم (zro2) است. این ماده سرامیکی را در الکترودهای پلاتینی تراوا در برابر گاز قرار می دهند سپس آن سمت از حسگر را که در معرض عبور دود قرار دارد با سرامیک پوشش می دهند تا پسماندهای حاصل از فرایند اختراق روی آن جمع نشود.

اساس کار این نوع حسگر آن است که در دماهای بالاتر از 300 درجه سانتیگراد دیوکسید زیرکونیم یونهای منفی اکسیژن را هدایت می کند. حسگر طوری طراحی شده است که در نزدیکی عدد لاندای یک جوابگو خواهد بود. وقتی یکی از الکترودهای حسگر با مقدار مرجع اکسیژن هوا در تماس است، تعداد بیشتری یون اکسیژن در آن طرف وجود دارد. این یونها از طریق عمل الکترولیتی از الکترود تراوش می کنند و از الکترولیت (zro2) می گذرند. در نتیجه مانند وضعیتی که در باتری مشاهده میشود، بار الکتریکی ایجاد خواهد شد.

مقدار بار الکتریکی ایجاد شده به درصد اکسیژن موجود در دود وابسته است. وقتی عدد لاندا برابر یک باشد، معمولا ولتاژی در حدود 400 میلیولت ایجاد می شود.

با پایش پسخورد حلقه - بسته سیستم با استفاده از روش حسگری عدد لاندا می توان سوخت رسانی به موتور و در نتیجه میزان آلایندگی آن را کنترل کرد. در دوران وضع قوانین زیست محیطی سختگیرانه، چاره ای جز استفاده از حسگر اکسیژن دود وجود ندارد...