منتشر شده در 24 آذر 1404 ساعت 16:30
در این سری مطلب فنی سایت آی آر آر اس اس به بررسی استارت سرد در خودرو خواهیم پرداخت و چیست چگونگی رفتار با آن را شرح می دهیم.
استارت سرد یکی از پیچیدهترین و حساسترین شرایط کاری موتورهای احتراق داخلی است. زمانی که موتور پس از ساعتها خاموشی و در دمای پایین روشن میشود، مجموعهای از فرایندهای متفاوت نسبت به حالت گرم رخ میدهد. در این شرایط، کیفیت روانکاری، تبخیر سوخت و عملکرد الکتریکی خودرو همگی تحتتأثیر قرار میگیرند و اگر این فرایند بهصورت صحیح مدیریت نشود، میتواند باعث افزایش استهلاک قطعات و کاهش عمر مفید موتور شود. سازندگان خودرو سالهاست که برای کنترل این وضعیت، الگوریتمهای دقیق و روشهای مهندسی خاصی را در ECU و سیستمهای جانبی پیادهسازی کردهاند.
رفتار موتور در وضعیت سرد
وقتی موتور در وضعیت سرد قرار دارد، رفتار سیالات و قطعات مکانیکی تغییر میکند. روغنموتور در دمای پایین غلیظتر است و دیرتر به یاتاقانها و سطوح درگیر اصطکاک میرسد. این موضوع باعث ایجاد بازهای کوتاه از اصطکاک خشک میشود که اصولاً بیشترین استهلاک موتور نیز در همین لحظات اتفاق میافتد. از سوی دیگر، سوخت به دلیل دمای پایین بهسختی تبخیر میشود و مخلوط هوا–سوخت کیفیت لازم برای احتراق پایدار را ندارد. این عوامل باعث میشوند ECU مجبور به انجام اصلاحات جبرانی در لحظه استارت باشد.
سازوکار ECU برای استارت سرد
واحد کنترل الکترونیکی موتور (ECU) با تحلیل لحظهای دادههای دمایی دریافتی از سنسورهای حیاتی مانند سنسور دمای هوای ورودی (IAT) و سنسور دمای مایع خنککننده (ECT)، بلافاصله یک پروتکل ویژه استارت سرد را فعال میکند. در این حالت، استراتژی تزریق سوخت بهگونهای بازتنظیم میشود که مخلوط هوا سوخت عمدتاً غنیتر گردد؛ زیرا در دماهای پایین، فرایند تبخیر سوخت بهشدت افت میکند و تنها یک نسبت سوخت بالاتر است که میتواند امکان شکلگیری شعله پایدار را فراهم سازد. بهموازات این موضوع، ECU بهصورت کنترلشده دور آرام موتور را در ثانیههای نخست افزایش میدهد. این افزایش دور نهتنها پایداری اولیه احتراق را تضمین میکند، بلکه باعث میشود پمپ روغن با دبی بالاتر عمل کرده و فیلم روغنی لازم سریعتر در یاتاقانها، دیواره سیلندر و میللنگ تشکیل شود. نتیجه این فرایند، کاهش سایش خشک و رساندن موتور به وضعیت ترمودینامیکی پایدار در کمترین زمان ممکن است. در ادامه، واحد کنترل با اصلاح زاویه پیشش جرقه (Ignition Timing Advance)و الگوی زمانبندی پاشش (Injection Timing)، کیفیت احتراق را حتی در نامطلوبترین شرایط حرارتی تضمین میکند. در موتورهای دیزلی نیز سیستم مدیریت موتور، شمعهای گرمکن (Glow Plugs) را وارد مدار میکند تا دمای محفظه احتراق به حدی برسد که خودسوزی سوخت با راندمان مناسب آغاز شود. تمام این مجموعه تصمیمات، بخشی از یک الگوریتم چندلایه و هماهنگ هستند که هدف اصلی آن جبران افت کارایی ترمودینامیکی در دمای پایین و ایجاد یک استارت نرم، پایدار و کم استهلاک است.
چالشها و پیامدهای استارت سرد
استارت سرد اگر بهدرستی مدیریت نشود، پیامدهایی در پی دارد. افزایش سایش قطعات در لحظات اولیه یکی از مهمترین دغدغههاست. همچنین احتمال رقیقشدن روغن به دلیل نفوذ سوخت نسوخته به کارتل وجود دارد که کیفیت روانکاری را کاهش میدهد. مصرف سوخت در چند ثانیه اول افزایش مییابد و به دلیل احتراق ناقص اولیه ممکن است فشار بیشتری به کاتالیزور وارد شود. علاوه بر این، باتری در دماهای پایین راندمان کمتری دارد و ممکن است توان کافی برای چرخاندن موتور استارت را تولید نکند.
راهکارهای برای بهبود استارت سرد
بهمنظور کاهش اثرات مخرب استارت سرد، رعایت اصولی ساده اما حیاتی توصیه میشود. نخست اینکه پس از روشنشدن موتور، اجازه داده شود موتور حدود ۲۰ تا ۳۰ ثانیه در حالت آرام کار کند تا روغن در مدار به فشار مناسب برسد؛ درعینحال، درجا کارکردن طولانی بههیچوجه توصیه نمیشود. استفاده از روغن مناسب فصل، با گرانروی پایینتر در سرما، نقش مهمی در روانکاری سریعتر دارد. سلامت شمعها، سنسورها، باتری و سیستم سوخترسانی نیز باید در بازههای منظم بررسی شود تا موتور در سردترین شرایط هم بدون فشار و تکرار استارت روشن شود.
استارت سرد اگرچه از دید کاربر فرایندی معمول و ساده به نظر میرسد، اما در لایههای مهندسی با مجموعهای از پدیدههای پیچیده ترمودینامیکی، سیالاتی و الکترونیکی گرهخورده است. در این شرایط، رفتار روغن با ویسکوزیته بالا، افت بازده تبخیر سوخت، ناپایداری اولیه شعله و کاهش راندمان الکتریکی سیستم جرقهزنی، همگی بر کیفیت روشنشدن موتور تأثیر مستقیم میگذارند. در چنین وضعیتی، ECU بهعنوان مرکز فرماندهی موتور نقش تعیینکننده دارد؛ این واحد با اجرای یک الگوریتم چندمرحلهای شامل اصلاح زمانبندی جرقه، افزایش دبی پاشش سوخت، تغییر استراتژی دور آرام و کنترل وضعیت سنسورها تلاش میکند فرایند روشنشدن موتور را در سختترین شرایط حرارتی پایدار کند. در سوی دیگر، سلامت فنی خودرو از کیفیت روغن و شمعها گرفته تا وضعیت انژکتورها و باتری تأثیر بزرگی بر موفقیت این فرایند دارد و میتواند میزان استهلاک لحظات اولیه را به طور قابلتوجهی کاهش دهد. همچنین رعایت چند اصل ساده توسط راننده، مانند استفاده از روغن مناسب فصل و پرهیز از بارگذاری ناگهانی پس از روشنشدن، تضمین میکند که موتور در طول عمر کاری خود کمترین آسیب را تجربه کرده و در سرمای شدید نیز روشنشدن آن بدون مشکل انجام پذیرد.