ما هي دور مستشعر موقع دواسة الوقود في المحرك؟

فهم مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) والوظائف الأساسية له

ما هي وظيفة مستشعر موقع دواسة الوقود؟

يُعَدُّ مستشعر موضع دواسة الوقود، أو اختصارًا TPS، جزءًا مسؤولًا عن مراقبة موقع صمام الدوران في كل لحظة. ويقوم بإرسال معلومات الزاوية هذه إلى ما يُعرف بوحدة التحكم في المحرك، أو ECU. ما أهمية كل ذلك؟ هذا يعني أن هناك تحكمًا أفضل في خليط الهواء والوقود الداخل إلى المحرك، مما يؤثر بشكل مباشر على كفاءة احتراق الوقود واستهلاكه، وعلى سلاسة قيادة السيارة بشكل عام. وفي السيارات المزودة بأنظمة حقن وقود إلكترونية حديثة، يلعب مستشعر TPS دورًا حيويًا في التأكد من توصيل الكمية المناسبة من الوقود في اللحظة التي يفتح أو يغلق فيها السائق دواسة الوقود. وهذا يساعد المحرك على الاستجابة بطريقة صحيحة سواء أثناء التسارع السريع أو التباطؤ التدريجي، وهي تجربة ملحوظة للسائق في حياته اليومية.

الوظيفة الأساسية وموقع مستشعر موضع دواسة الوقود

يجلس مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) هناك مباشرةً على عمود هيكل الدواسة حيث يعمل كمقاوم متغير. ما يحدث بشكل أساسي هو أنه يأخذ زوايا لوحة الدواسة ويعمل على تحويلها إلى إشارات جهد يمكن للسيارة فهمها. عندما يدوس أحدهم على دواسة الوقود، يرتفع الجهد الكهربائي بشكل كبير أيضًا. ويبدأ من حوالي نصف فولت عندما يكون المحرك في حالة دوران علوي فقط، ثم يرتفع تدريجيًا حتى يصل إلى نحو 4.5 فولت عندما تكون الدواسة مفتوحة بالكامل. يحتاج وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) إلى هذه المعلومات بشدة، لأنها تساعد في معرفة مدى الحمل الواقع على المحرك وتقرر كمية الوقود التي يجب إرسالها خلال لحظات التسارع السريعة. ومن دون قراءات صحيحة من مستشعر موضع دواسة الوقود، فإن نظام إدارة الوقود كله سيكون في حالة تخمين معظم الوقت.

كيفية تكامل مستشعر موضع دواسة الوقود مع أنظمة الحقن الإلكتروني (EFI) ووحدة التحكم الإلكترونية (ECU)

تنتج أنظمة TPS الحديثة إشارات رقمية أكثر وضوحًا مقارنة بالإصدارات الأقدم التناظرية، كما تستجيب أسرع بنسبة 5% أيضًا. عندما تقوم وحدة التحكم في المحرك بتحليل الوضع الحالي، فإنها تتحقق من بيانات TPS بالمقارنة مع قراءات مستشعر تدفق الهواء الكتلي ومستشعر الضغط المطلق في المانيفولد. يساعد هذا في ضبط أمور مثل توقيت شرارة الإشعال، سرعة دوران المحرك عند الخمول، وإدارة الانبعاثات بشكل صحيح. خذ مثالاً عندما يفتح شخص ما دواسة الوقود بشكل مفاجئ، يحتاج النظام إلى تكثيف خليط الوقود فورًا من خلال تعديل مدة فتح الحقن. ولكن هذا النوع من التفاعل الفوري لا يمكن أن يحدث إلا إذا توفرت معلومات محدثة في الوقت الفعلي من مستشعر TPS يعمل بشكل صحيح.

دور مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) في خليط الهواء والوقود وكفاءة المحرك

تعديل نسبة الهواء إلى الوقود في الوقت الفعلي بناءً على بيانات TPS

يؤدي مستشعر موقع دواسة الوقود دوراً كبيراً في كفاءة احتراق الوقود في المحرك، لأنه يخبر وحدة التحكم الإلكترونية عن موقع دواسة الوقود في كل لحظة. عندما يضغط السائق على دواسة الوقود، يرتفع الجهد تدريجياً من حوالي نصف فولت عندما تكون مغلقة تماماً إلى ما يقارب الخمسة فولت عندما تكون مفتوحة بالكامل. ومن ثم تستخدم وحدة التحكم الإلكترونية هذه المعلومات لتحديد كمية الوقود التي يجب رشها في كل أسطوانة. ويساعد هذا في الحفاظ على تشغيل المحرك بسلاسة مع الحفاظ على النسبة المثالية تقريباً 14.7 جزء من الهواء إلى جزء واحد من الوقود بغض النظر عن الظروف التي تحدث على الطريق. ومن الجدير بالذكر، أنه عندما يتم دمج هذه المعلومات مع إشارات مستشعرات الأكسجين الصغيرة الموجودة في نظام العادم، تصبح التعديلات سريعة للغاية - أحياناً تصل سرعتها إلى 50 مللي ثانية بعد تحريك القدم على دواسة الوقود.

تأثير أداء مستشعر دواسة الوقود (TPS) على كفاءة استهلاك الوقود والانبعاثات

يحسن مستشعر موضع السرعة (TPS) العامل بشكل صحيح من كفاءة استهلاك الوقود في المدن بنسبة 6-12% (EPA 2022) من خلال منع إثراء الوقود غير الضروري. تؤدي المستشعرات المعطوبة إلى احتراق غير كامل، مما يزيد من انبعاثات الهيدروكربونات بنسبة تصل إلى 30% وأكاسيد النيتروجين بنسبة 15%. وبحسب معهد مهندسي السيارات، فإن بيانات موضع السرعة غير الدقيقة تُسهم في 23% من حالات فشل اختبار الانبعاثات.

دراسة حالة: فشل مستشعر موضع السرعة يؤدي إلى ظروف خليط غني/فقير

أظهر تحليل عام 2023 لـ 1200 مركبة تحمل رموز عطل P0121/P0221 أن 68% منها عانت من ظروف خليط فقير عند الخمول (قراءات TPS أقل من 0.4 فولت) وخليط غني تحت الحمل (أكثر من 4.6 فولت). أدت هذه الأعطال إلى:

• انخفاض متوسط كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 15%
• زيادة بنسبة 40% في درجات حرارة المحول الحفاز
• تردد التردد أثناء تطبيق دواسة الوقود بنسبة 25-35%
  في 89% من الحالات، استعادت إعادة المعايرة أو الاستبدال التشغيل الطبيعي، مما يبرز الدور الأساسي لمستشعر موضع السرعة في التحكم بالخليط.

مستشعر موضع السرعة والتواصل مع وحدة التحكم الإلكترونية لل motor

كيفية إرسال مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) لإشارات الجهد إلى وحدة التحكم الإلكترونية (ECM) بناءً على زاوية الدواسة

يعمل مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) مثل مقاوم متغير دقيق، حيث يقوم في الأساس بتحويل الحركة الميكانيكية لصفيحة الدواسة إلى مستويات جهد متغيرة، وعادة ما تكون بين 0.5 فولت و4.5 فولت. عندما يضغط السائق على دواسة الوقود، يرتفع الجهد بشكل طردي مع مقدار فتح الدواسة - بدءًا من وضعيات شبه مغلقة أثناء دوران المحرك في وضع الخمول حيث قد يكون الفتح أقل من 10٪، وحتى التسارع الكامل عندما تكون الدواسة مفتوحة بالكامل. تأخذ وحدات التحكم الحديثة في المحرك قراءات الجهد المستمرة هذه وتحولها إلى معلومات رقمية باستخدام نظام مرجعي قياسي بجهد 5 فولت. يسمح ذلك للمركبات بمراقبة موقع دواسة الوقود بدقة في الوقت الفعلي، وأحيانًا بدقة تصل إلى عشر درجة في بعض النماذج الحديثة المزودة بمستشعرات عالية الأداء.

استجابة وحدة التحكم الإلكترونية (ECM) لإشارة TPS: توقيت الشرارة، التحكم في السرعة الخاملة، وإدارة الأحمال

عند استلام بيانات TPS، يقوم وحدة التحكم في المحرك بتفعيل ثلاث استجابات رئيسية:

• توقيت الاشتعال : يُقدّم الشرارة بمقدار 2-6° لكل زيادة بنسبة 10% في دواسة الوقود تحت الحمل (دراسات الاشتعال 2022 من Federal Mogul)
• تحكم هواء التعاطل : يُفعّل صمامات التحويل عندما تنخفض نسبة موضع دواسة الوقود إلى أقل من 2%
• إدارة الحمل على ناقل الحركة : يصدر أمرًا بقفل محول عزم الدوران بناءً على معدل تغير دواسة الوقود

رد الفعل المغلق الحلقة في أنظمة وحدة التحكم الإلكترونية الحديثة للتحكم الدقيق في دواسة الوقود

تستخدم الوحدات الإلكترونية الحديثة إشارات TPS مع بيانات MAF ومستشعر الأكسجين لتوليد خرائط دواسة الوقود التكيفية، والتي تُحدّث من 50 إلى 100 مرة في الثانية في محركات الحقن المباشر. يعوّض هذا النظام المغلق الحلقة عن:

• الاهتراء الميكانيكي في جسم دواسة الوقود (ويتسامح مع اهتزاز شفرة حتى 0.2 مم)
• انحراف الإشارة الناتج عن تغيرات درجة الحرارة
• التحولات السريعة في الحمل أثناء تغيير التروس
  مقارنةً بالأنظمة المفتوحة في بداياتها التي كانت تتحمل نسبة خطأ ±5%، فإن الأنظمة المغلقة حاليًا تحافظ على دقة ±0.8%، وهي ضرورية للوفاء بمعايير EURO 7 وEPA Tier 4.

TPS إلى جانب مستشعرات المحرك الأخرى: الهرمية والتكامل النظامي

مقارنةً بين مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) مع مستشعري تدفق الهواء الكتلي (MAF) والضغط المطلق في مانيفولد (MAP)

تعتمد المحركات الحديثة على ثلاثة أجهزة استشعار رئيسية لضبط عملية الاحتراق بشكل صحيح: مستشعر تدفق الهواء الكتلي (MAF)، ومستشعر ضغط المجمع المطلق (MAP)، ومستشعر موقع دواسة الوقود (TPS). حيث يُخبر المستشعر MAF المحرك بشكل أساسي عن كمية الهواء الداخل، في حين يراقب مستشعر MAP الضغط داخل أنبوب السحب. في الوقت نفسه، يُعطي مستشعر TPS تحديثات مستمرة حول موقع شفرات دواسة الوقود في كل لحظة. تساعد كل هذه الإشارات وحدة التحكم الإلكترونية للمحرك (ECM) على التحقق من ما تعتقد أنه يحدث مقابل ما يحدث فعليًا عندما يضغط السائق على دواسة الوقود. عندما يضغط السائق على دواسة الوقود بقوة، يصبح قراءة مستشعر TPS مهمة بشكل خاص، حيث يمكن أن تكون مستشعرات MAF بطيئة بعض الشيء في التفاعل مع التغيرات المفاجئة في ظروف تدفق الهواء.

دور مستشعر TPS في حساب حمل المحرك وتحديد أولوية إشارات المستشعرات

يعتمد وحدة التحكم في المحرك (ECM) على إشارة الجهد الكهربائي من مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) لتحديد ما يريده السائق من المركبة. عندما تكون الأمور تعمل بسلاسة وبسرعات ثابتة، يتحمل مستشعر تدفق الهواء الكتلي (MAF) ومستشعر الضغط المطلق في المجمع (MAP) المسؤولية في حساب حمل المحرك. ولكن عندما تحدث تغيرات مفاجئة - مثل التسارع المفاجئ أو الصعود على منحدرات شديدة - يصبح مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) هو المصدر الأولوي في إمداد البيانات. هذا منطقي حقًا، لأن الوقت الذي تستغرقه التغيرات الفعلية في تدفق الهواء أو الضغط داخل نظام الاستقبال لتسجيلها بعد فتح الدواسة يستغرق حوالي 100 إلى 300 مللي ثانية. هذا التأخير يعني أن وحدة التحكم في المحرك تحتاج إلى التصرف بسرعة بناءً على ما تتلقاه من مستشعر موضع دواسة الوقود أولاً، قبل الانتظار للحصول على تأكيد من المستشعرات الأخرى.

تزداد أهمية دقة مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) في أنظمة الحقن المباشر وأنظمة EFI المتقدمة

عند الحديث عن المحركات ذات الحقن المباشر والمحركات المزودة بشواحن توربينية، فإن التحكم الأفضل في خليط الهواء والوقود جعل مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) أكثر أهمية بكثير من مجرد مكون احتياطي. في الوقت الحالي، تقوم وحدات التحكم الإلكترونية في المحرك (ECU) بتجميع معلومات من مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) مع معرفة موقع عمود المرفق (Crankshaft) ومخرجات مستشعرات الأكسجين. تسمح هذه المجموعة من المعلومات للنظام بضبط لحظة حقن الوقود بدقة تصل إلى أجزاء من ميلي ثانية. وبحسب دراسات حديثة أُشير إليها في تقرير تكامل المستشعرات في صناعة السيارات لعام 2024، فإن حتى الأخطاء الصغيرة في قراءات مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) التي تتجاوز 2 بالمئة يمكن أن تؤدي إلى تدهور في كفاءة استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 9 بالمئة، كما ترفع من الانبعاثات الضارة من أكاسيد النيتروجين (NOx) بنسبة تصل إلى 15 بالمئة. ومع ابتعاد السيارات عن الروابط الميكانيكية التقليدية نحو أنظمة دواسة الوقود الإلكترونية، فقد توسعت دور مستشعر موقع دواسة الوقود (TPS) ليمتد beyond مجرد المراقبة البسيطة. إذ يساهم فعليًا في تشكيل مدى استجابة دواسة الوقود، ويؤدي دورًا في الحفاظ على استقرار السيارة أثناء التسارع في أنظمة الحقن الحديثة.

تشخيص وصيانة أداء مستشعر موقع دواسة الوقود

الأعراض الشائعة لعطل المستشعر TPS: تردد، توقف غير متوقع، ومشاكل في السرعة الخاملة

عندما يعاني المستشعر TPS من عطل، فإنه يُضعف قابلية القيادة، وغالبًا ما يتسبب في تردد أثناء التسارع، أو توقف مفاجئ عند السرعة الخاملة، أو تذبذب في سرعة المحرك بين 500-1500 دورة في الدقيقة. تنشأ هذه المشاكل بسبب إشارات جهد كهربائي تالفة تمنع وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) من تفسير دقيق لموقع دواسة الوقود، مما يؤدي إلى تنسيق ضعيف بين الهواء والوقود.

ضوء فحص المحرك وأكواد أعطال التشخيص (P0121، P0221)

عادةً ما تُفعّل الأعطال المستمرة في المستشعر TPS ضوء فحص المحرك مع أكواد OBD-II. يشير الكود P0121 إلى عدم تطابق الجهد الكهربائي بين وضعية الإغلاق الكامل ووضعية فتح الدواسة بالكامل، بينما يشير الكود P0221 إلى تقدم غير خطي في الجهد الكهربائي أثناء حركة الدواسة. يستخدم الفنيون هذه الأكواد بالتزامن مع البيانات الحية لتأكيد أعطال المستشعر قبل استبداله.

اختبار المستشعر TPS باستخدام جهاز قياس متعدد وقارئ OBD-II

يتطلب التشخيص الدقيق أداتين:

1. جهاز قياس متعدد الرقمي : يقيس الجهد الكهربائي عند موصل مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS)، ويتحقق من أن الإخراج يتراوح بين 0.5 فولت (مغلق) و 4.5 فولت (مفتوح)
2. جهاز مسح OBD-II : يراقب بيانات موضع دواسة الوقود في الوقت الفعلي بالنسبة لإدخال الدواسة
   تشير الانحرافات التي تتجاوز ±0.7 فولت عن المواصفات أو قراءات ثابتة أثناء التشغيل إلى فشل المستشعر.

إجراء إعادة معايرة مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) بعد الاستبدال

إعادة المعايرة بعد الاستبدال ضرورية للتشغيل السليم:

1. إعادة تعيين ذاكرة التكيف في وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) باستخدام أداة مسح ثنائية الاتجاه
2. قم بإجراء إجراء تعلم الخمول: دع المحرك يعمل في وضع الخمول لمدة دقيقتين مع إيقاف جميع الملحقات
3. تأكد من أن قراءة الجهد الكهربائي عند إغلاق الدواسة تتراوح بين 0.48 - 0.52 فولت باستخدام أداة المسح
   قد يؤدي تجاهل إعادة المعايرة إلى عدم استقرار سرعة الخمول أو مشاكل تتعلق بمحول العزم في ناقل الحركة.

الأسئلة الشائعة

ما هي علامات تلف مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS)؟

تشمل علامات تلف مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) التردد أثناء التسارع، والانطفاء غير المتوقع عند السرعة الخمول، وسرعات محرك غير مستقرة، وتردد دورات في الدقيقة (RPM). كما قد يضيء مؤشر 'فحص المحرك' (Check Engine Light) مع ظهور رموز أعطال تشخيصية.

كيف يؤثر مستشعر موضع دواسة الوقود (TPS) على كفاءة استهلاك الوقود؟

يُضمن مستشعر TPS العامل بشكل صحيح خليط الهواء والوقود المناسب، مما يحسّن كفاءة استهلاك الوقود ويقلل الانبعاثات. يمكن أن يؤدي عطل في مستشعر TPS إلى احتراق غير كامل وزيادة الانبعاثات.

كيف يقوم الفنيون بتشخيص أخطاء مستشعر TPS؟

يستخدم الفنيون أجهزة مسح OBD-II وأجهزة قياس متعددة رقمية لقياس مخرجات الجهد وتأكيد أعطال المستشعر باستخدام البيانات الحية.

لماذا يعد إعادة المعايرة ضروريًا بعد استبدال مستشعر TPS؟

تُضمن إعادة المعايرة أن يرسل مستشعر TPS إشارات دقيقة إلى وحدة التحكم الإلكترونية (ECU)، مما يُثبّت السرعة الخمول ويحسّن وظائف ناقل الحركة. تجاهل إعادة المعايرة قد يؤدي إلى عدم استقرار في السرعة الخمول.