ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরের বিভিন্ন ধরন

ইঞ্জিন ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমে ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরের ভূমিকা

আধুনিক আগুন সিস্টেমে ক্র্যাঙ্কশ্যাফট পজিশন সেন্সরের কাজ এবং গুরুত্ব

ক্র্যাঙ্কশাফট পজিশন সেন্সর, যা সংক্ষেপে CPS নামে পরিচিত, ইঞ্জিনের কাজের ক্ষেত্রে একটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি ক্র্যাঙ্কশাফটের ঘূর্ণনের গতি এবং যেকোনো মুহূর্তে এর সঠিক অবস্থান ট্র্যাক করে। এই সেন্সর থেকে প্রাপ্ত তথ্য গাড়ির কম্পিউটারকে স্পার্ক প্লাগগুলি কখন সক্রিয় করতে হবে, কতটা জ্বালানি ইনজেক্ট করতে হবে এবং নিঃসরণ পাইপের মাধ্যমে কী নিঃসরণ করা হবে তা নিয়ন্ত্রণ করতে সাহায্য করে। গত বছরের কিছু গবেষণা অনুযায়ী, CPS-এর তথ্যে ছোটখাটো সমস্যা ইঞ্জিনের মিসফায়ার ঘটাতে পারে বা গাড়িকে দক্ষতার সঙ্গে চলার পরিবর্তে জ্বালানি অপচয় করতে বাধ্য করতে পারে, যা কখনও কখনও জ্বালানি দক্ষতা 15 শতাংশ পর্যন্ত কমিয়ে দিতে পারে। যা বেশিরভাগ মানুষ বুঝতে পারে না তা হলো, এই সেন্সরগুলি শুধু যানবাহনকে মসৃণভাবে চালানোর জন্যই সীমাবদ্ধ নয়। আমরা আজকে যেসব বৈশিষ্ট্যগুলি স্বাভাবিক বলে মনে করি, যেমন প্রয়োজন না থাকলে সিলিন্ডারগুলি বন্ধ করা এবং টার্বো চাপ চলার সময়ে সামঞ্জস্য করা—এগুলি আসলে এই সেন্সরগুলির মাধ্যমেই সম্ভব। এজন্যই আধুনিক যানবাহনগুলি ছাড়া এদের সঠিকভাবে কাজ করা সম্ভব হতো না।

ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সর কীভাবে জ্বালানি ইনজেকশন এবং স্পার্ক টাইমিং সিঙ্ক্রোনাইজ করে

পিস্টন চলাচলের তুলনায় ক্র্যাঙ্কশ্যাফটের অবস্থান ট্র্যাক করে, সিপিএস ইসিইউ-কে উচ্চ নির্ভুলতার সাথে জ্বালানি ইনজেকশন এবং স্পার্ক ঘটনাগুলি টাইম করতে সক্ষম করে:

• ইনজেক্টরগুলি ইনটেক ভাল্ব খোলার মিলিসেকেন্ড আগে সক্রিয় হয়
• স্পার্ক প্লাগগুলি কম্প্রেশন স্ট্রোকের সর্বোত্তম বিন্দুতে আগুন নিক্ষেপ করে
  এই সিঙ্ক্রোনাইজেশন ডিটোনেশন প্রতিরোধ করে এবং শক্তি আউটপুট সর্বাধিক করে। ফেজড সিকোয়েনশিয়াল ইনজেকশন সিস্টেমে, সিপিএস নির্ভুলতা বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ— 2° পরিমাণ ছোট টাইমিং ত্রুটিও হাইড্রোকার্বন নি:সরণ 22% বৃদ্ধি করতে পারে (SAE 2023)

ইঞ্জিন কর্মক্ষমতা এবং ডায়াগনস্টিক্সের উপর সেন্সর ব্যর্থতার প্রভাব

যখন ক্র্যাঙ্কশ্যাফট পজিশন সেন্সর খারাপ হয়ে যায়, তখন গাড়িগুলি সাধারণত স্টার্ট করতে অসুবিধা, অসম আইডল বা চালানোর সময় সম্পূর্ণভাবে স্টল হওয়ার মতো লক্ষণ দেখায়। সেন্সরটিতে সমস্যা হলে অধিকাংশ মেকানিকই সাধারণত DTC কোড P0335-এর দিকে ইঙ্গিত করেন, তবে তারের সমস্যাও ভুলে যাওয়া উচিত নয়। গত বছরের কিছু শিল্প তথ্য অনুসারে, প্রতি পাঁচটি ক্ষেত্রের একটিতে আসলে খারাপ সেন্সরের চেয়ে বরং তারের সমস্যা দেখা দেয়। আধুনিক গাড়ির কম্পিউটারগুলি সাধারণত CPS থেকে সিগন্যাল হারালে একটি মৌলিক টাইমিং সেটিংয়ে চলে যায়, এবং এটি ইঞ্জিনের কার্যকারিতাকে খুব বেশি প্রভাবিত করতে পারে, কখনও কখনও প্রায় অর্ধেক পর্যন্ত কর্মক্ষমতা কমিয়ে দেয়। এজন্যই অভিজ্ঞ প্রযুক্তিবিদরা বিশেষ করে 100k মাইল চিহ্নের কাছাকাছি এই সেন্সরগুলি সম্পূর্ণরূপে ব্যর্থ হওয়ার আগেই প্রতিস্থাপন করার পরামর্শ দেন। এটি দীর্ঘমেয়াদে অর্থ সাশ্রয় করে কারণ এটি এক্সহস্ট সিস্টেমের পরবর্তী অংশগুলির দামি মেরামতি রোধ করে, যার মধ্যে রয়েছে দামি ক্যাটালিটিক কনভার্টার এবং অক্সিজেন সেন্সরগুলি যা ইঞ্জিন ঠিকমতো চললে ক্ষতিগ্রস্ত হওয়ার প্রবণতা রাখে।

কার্যনীতি অনুযায়ী ক্র্যাঙ্কশ্যাফট পজিশন সেন্সরের প্রধান ধরনগুলি

চৌম্বকীয় আবেশ (পরিবর্তনশীল প্রতিক্রিয়া) সেন্সর এবং তড়িৎ চৌম্বকীয় আবেশ কার্যপদ্ধতি

চৌম্বকীয় আবেশ সেন্সরগুলি ক্র্যাঙ্কশ্যাফট চলছে কিনা তা অনুভব করতে তড়িৎ চৌম্বকীয় আবেশ নীতি ব্যবহার করে। যখন একটি দাঁতযুক্ত চাকা সেন্সরের কুণ্ডলী ও চুম্বক ব্যবস্থার কাছাকাছি ঘোরে, তখন পরিবর্তনশীল চৌম্বক ক্ষেত্র একটি AC ভোল্টেজ তৈরি করে যা ইঞ্জিনের গতির সাথে ঊর্ধ্বমুখী এবং নিম্নমুখী হয়। এই সেন্সরগুলির সুবিধা হল এগুলির জন্য কোনও বাহ্যিক শক্তির উৎসের প্রয়োজন হয় না, যা সরল ইঞ্জিনগুলির ক্ষেত্রে খরচ কমায় যেখানে বাজেট সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ। কিন্তু একটি সমস্যা আছে। প্রায় 100 রিভোলিউশন প্রতি মিনিটের নিচে গতিতে, সংকেতটি খুব দুর্বল এবং অবিশ্বাস্য হয়ে ওঠে, তাই খুব ধীর গতিতে সঠিক পরিমাপের প্রয়োজন হলে এগুলি উপযুক্ত নয়।

এনালগ ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সর এবং AC আউটপুট সংকেত আচরণ

পুরানো ধরনের এনালগ ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরগুলি ঐতিহ্যবাহী সাইন তরঙ্গের AC সংকেত তৈরি করে, যা ইঞ্জিনের ঘূর্ণনের গতির উপর নির্ভর করে পরিবর্তিত হয়। গাড়ির কম্পিউটার এই ওঠানামা পড়ে বুঝতে পারে যে প্রতিটি পিস্টন কোথায় অবস্থিত, যাতে জ্বালানি ছোড়া এবং স্পার্ক প্লাগ চালু করার সময় নির্ধারণ করা যায়। ইঞ্জিন স্বাভাবিক বা উচ্চ গতিতে চললে এই সেন্সরগুলি যথেষ্ট ভালোভাবে কাজ করে, কিন্তু গাড়ি আলসে চলা বা দ্রুত গতি বৃদ্ধির সময় সমস্যা দেখা দেয়। 2022 সালে অটোমোটিভ সেন্সর ইনস্টিটিউটের একটি প্রতিবেদন এদের সম্পর্কে একটি আকর্ষক তথ্য উপস্থাপন করেছে। প্রায় 800 RPM-এর কাছাকাছি, এই এনালগ ধরনের সেন্সরগুলি ডিজিটাল সেন্সরগুলির তুলনায় সময়ের হিসাবে প্রায় প্লাস বা মাইনাস 1.5 ডিগ্রি পর্যন্ত ভুল হতে পারে। এটা খুব বেশি মনে হতে পারে না, কিন্তু ইঞ্জিনের পরিভাষায় এটি বাস্তব প্রভাব ফেলে।

ডিজিটাল সংকেত স্থানান্তর সহ হল ইফেক্ট ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সর

হল ইফেক্ট সেন্সরগুলি চৌম্বকীয় ক্ষেত্রের পরিবর্তনের সময় এই বর্গাকার তরঙ্গ ডিজিটাল সংকেতগুলি তৈরি করতে অর্ধপরিবাহী প্রযুক্তি ব্যবহার করে। এই তিন-তারের যন্ত্রগুলি আসলে খুব ভালো অবস্থানের তথ্য দিতে পারে, এমনকি যখন বস্তুগুলি একেবারে স্থির থাকে, যা আজকের দিনে গাড়িগুলিতে থাকা স্টার্ট-স্টপ বৈশিষ্ট্যগুলির জন্য সাহায্য করে এবং শীতকালেও ইঞ্জিনগুলি নির্ভরযোগ্যভাবে শুরু হওয়া নিশ্চিত করে। তারা উৎপাদিত ডিজিটাল সংকেতটি সময়কে সঠিকভাবে রাখে, প্রায় চতুর্থাংশ ডিগ্রির মধ্যে থাকে, যাতে তারা যে কোনও অবস্থায় কাজ করুক না কেন। 2023 সালের অধিকাংশ নতুন গাড়ি, আসলে সাতটির বেশি মডেলের মধ্যে দশটি, ক্র্যাঙ্কশ্যাফটের অবস্থান নির্ধারণ করার জন্য এই সেন্সরগুলির উপর নির্ভর করে, কারণ অন্যান্য বিকল্পগুলির তুলনায় এগুলি খুব ভালোভাবে কাজ করে এবং চিরস্থায়ী হয়।

বিশেষ ইঞ্জিন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ফটোইলেকট্রিক এবং অপটিক্যাল সেন্সরের ব্যবহার

অপটিক্যাল সেন্সরগুলি ক্র্যাঙ্কশ্যাফট ঘোরার সময় আলো কীভাবে অবরুদ্ধ হয় তা নির্দেশ করে এমন একটি LED এবং স্লটযুক্ত চাকার ব্যবস্থা ব্যবহার করে কাজ করে। নিয়মিত দহন ইঞ্জিনগুলিতে এগুলি খুব কমই পাওয়া যায় কারণ এগুলি ময়লা এবং আর্দ্রতায় সহজেই নষ্ট হয়ে যায়। তবে যেখানে পরিবেশ পরিষ্কার ও শুষ্ক থাকে, যেমন রেস কার বা নৌকাগুলিতে, সেখানে অপটিক্যাল সেন্সরগুলি অত্যন্ত নির্ভুল হতে পারে, কখনও কখনও প্রকৃত অবস্থানের মাত্র 0.1 ডিগ্রির মধ্যে সঠিক হয়। তবে অন্যান্য ধরনের তুলনায় এগুলির আরও বেশি যত্ন প্রয়োজন। তবুও অনেক ইঞ্জিন নির্মাতা এমন উচ্চ-পারফরম্যান্স মেশিনের জন্য এগুলি ব্যবহার করে থাকেন যেখানে শক্তি উৎপাদন এবং নির্ভরযোগ্যতার জন্য ভালভগুলি ঠিক সময়ে খোলা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

এনালগ বনাম ডিজিটাল ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সর: পারফরম্যান্স এবং নির্ভরযোগ্যতার তুলনা

এনালগ এবং ডিজিটাল ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরের মধ্যে সংকেত আউটপুটের পার্থক্য এবং নির্ভুলতা

প্রাচীন এনালগ সেন্সরগুলি পরিবর্তনশীল এসি ভোল্টেজ তৈরি করে যা স্থির অবস্থায় প্রায় 3 ভোল্ট থেকে শুরু হয়ে উচ্চতর ইঞ্জিন গতিতে প্রায় 50 ভোল্ট পর্যন্ত পৌঁছায়। অন্যদিকে, হল ইফেক্ট সেন্সরগুলি ঘূর্ণনের গতি যাই হোক না কেন, ধ্রুবক বর্গাকার তরঙ্গ ডিসি সংকেত 5 ভোল্ট বা 12 ভোল্টে নির্গত করে। অবস্থানগত নির্ভুলতা বিবেচনা করলে, ডিজিটাল সেন্সরগুলি সত্যিই প্রাধান্য পায়, 2023 সালে SAE-এর সদ্য প্রকাশিত গবেষণা অনুযায়ী মাত্র প্লাস-মাইনাস 0.2 ডিগ্রি নির্ভুলতা অর্জন করে। এটি এনালগ সেন্সরগুলির তুলনায় অনেক ভালো, যাদের নির্ভুলতা সাধারণত প্লাস-মাইনাস 1.5 ডিগ্রির মধ্যে পরিবর্তিত হয়। এই নির্ভুলতার সুবিধার কারণে, ডিজিটাল সেন্সরগুলি সেইসব পরিস্থিতিতে অনেক ভালোভাবে কাজ করে যেখানে সঠিক সময় নির্ধারণ সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ, বিশেষ করে যখন ইঞ্জিনগুলি খুব ধীর গতিতে চলে, প্রায় 1500 আরপিএম-এর নিচে।

নির্ভুল সময় নির্ধারণে হল ইফেক্ট সেন্সরের ইনডাকটিভ ধরনের তুলনায় সুবিধাসমূহ

হল ইফেক্ট সেন্সরগুলি তখনও ধ্রুবক সংকেত দেয় যখন ইঞ্জিনটি সম্পূর্ণ স্থির থাকে, যার অর্থ গাড়িগুলি আরও দ্রুত এবং নির্ভুলভাবে শুরু হতে পারে। টার্বোচার্জড ইঞ্জিনগুলির জন্য এটি খুবই গুরুত্বপূর্ণ যেখানে সময়কালটি ঠিক হতে হয়, কখনও কখনও মাত্র 0.1 মিলিসেকেন্ডের মধ্যে। যখন আমরা ডাইনোতে এটি পরীক্ষা করেছি, হল ইফেক্ট সেন্সর সহ যানগুলি পুরানো ইনডাকটিভ সেন্সর ব্যবহার করা গাড়িগুলির তুলনায় প্রায় 30 শতাংশ দ্রুত ঠাণ্ডা শুরু করতে সক্ষম হয়েছিল। আরেকটি বড় সুবিধা হল যে তারা খুব কম গতিতেও শক্তিশালী সংকেত বজায় রাখে। এটি শহরের ট্রাফিকে চালকদের প্রতিদিন যে ঘন ঘন থামা-চলা পরিস্থিতির মুখোমুখি হতে হয় তাতে তাদের আরও ভালো কাজ করতে সাহায্য করে।

নিম্ন ইঞ্জিন গতিতে AC আউটপুট সেন্সরগুলির সীমাবদ্ধতা

800 RPM-এর নিচে, এনালগ সেন্সরগুলি তিনটি প্রধান চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়:

• সংকেতের বিস্তার ECU সনাক্তকরণের সীমার নিচে নেমে যেতে পারে (<2V)
• ফেজ বিকৃতি 12-18% বৃদ্ধি পায় (SAE Technical Paper 2021-01-0479)
• ডিজিটাল সিস্টেমগুলির তুলনায় তড়িৎ-চৌম্বকীয় ব্যাঘাতের প্রতি সংবেদনশীলতা 40% বৃদ্ধি পায়
  দীর্ঘ সময় ধরে আলসানোর কারণে শিল্প ডিজেল ইঞ্জিনগুলিতে পুনঃক্যালিব্রেশনের প্রয়োজন হয়, যা দীর্ঘমেয়াদী নির্ভরযোগ্যতা হ্রাস করে।

চরম পরিস্থিতিতে ডিজিটাল ও অ্যানালগ ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরের নির্ভরযোগ্যতা

হল ইফেক্ট সেন্সরগুলি মাইনাস 40 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে শুরু করে 150 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত (এটি প্রায় -40 ফারেনহাইট থেকে 302 ফারেনহাইট) তাপমাত্রার ব্যাপ্তিতে ভালোভাবে কাজ করে। ঐতিহ্যবাহী আবেশিত সেন্সরগুলির তুলনায় এদের তাপমাত্রা সহনশীলতার পরিসর প্রায় 35 শতাংশ বেশি। যখন আমরা চক্রজীবন পরীক্ষার ফলাফল দেখি, তখন ডিজিটাল সংস্করণগুলি ক্ষয় হওয়ার লক্ষণ দেখানোর আগে প্রায় 200 হাজার তাপীয় চক্র সহ্য করতে পারে। এটি তাদের এনালগ ভাইদের তুলনায় প্রায় দেড় গুণ এগিয়ে। তবুও, অনেক প্রকৌশলী এখনও আবেশিত সেন্সরগুলি ব্যবহার করে থাকেন যখন তাদের ধ্রুবক কম্পনযুক্ত খুবই কঠোর পরিস্থিতির মুখোমুখি হতে হয়। উদাহরণস্বরূপ, ম্যারিন ইঞ্জিনগুলির কথা ভাবুন, বিশেষ করে সেগুলি যেগুলি 500 Hz-এর বেশি কম্পন করে। এই আবেশিত মডেলগুলির এই সুবিধা রয়েছে কারণ এগুলি কঠিন অবস্থার ডিভাইস হিসাবে তৈরি করা হয়েছে, যেখানে সংবেদনশীল অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলি নেই যা তীব্র কম্পনের সময় ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে।

ভেরিয়েবল রিলাকট্যান্স (ইনডাকটিভ) ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সর প্রযুক্তির একটি গভীর পর্যালোচনা

দাঁতযুক্ত রিলাক্টর চাকার ব্যবহার করে ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ইনডাকশন কীভাবে ভোল্টেজ উৎপন্ন করে

এই ভেরিয়েবল রিলাকট্যান্স সেন্সরগুলি ফ্যারাডে'র ইলেকট্রোম্যাগনেটিক ইনডাকশনের নীতির উপর ভিত্তি করে কাজ করে। বেশিরভাগ ইঞ্জিনের অভ্যন্তরে, সাধারণত একটি স্থায়ী চুম্বক এবং কুণ্ডলী দিয়ে গঠিত একটি সেটআপ থাকে যা ক্র্যাঙ্কশ্যাফটের সঙ্গে সংযুক্ত একটি বিশেষ দাঁতযুক্ত চাকার সাথে একসাথে কাজ করে। যখন ওই দাঁতগুলি কুণ্ডলীর কাছাকাছি দিয়ে যায়, তখন উপাদানগুলির মধ্যে ফাঁক পরিবর্তন করে চৌম্বক ক্ষেত্রে পরিবর্তন ঘটায়, যা কুণ্ডলীতে ছোট ছোট ভোল্টেজ স্পাইক তৈরি করে। এই প্রক্রিয়া থেকে আমরা একটি পর্যায়বৃত্ত প্রবাহ সংকেত পাই যা ক্র্যাঙ্কশ্যাফটের অবস্থান এবং ঘূর্ণনের গতি সম্পর্কে সঠিক তথ্য দেয়। ইঞ্জিন নিয়ন্ত্রণ ইউনিটের জন্য এই তথ্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ হয় যখন তারা জ্বালানি সময় নির্ধারণ করে, বিশেষ করে পুরানো গাড়িগুলিতে যেগুলি এখনও ডিজিটাল পদ্ধতির পরিবর্তে এনালগ সিস্টেমের উপর নির্ভর করে।

ইনডাকটিভ ক্র্যাঙ্কশ্যাফট সেন্সরগুলির গতি-নির্ভর সংকেত বৈশিষ্ট্য

যত দ্রুত ইঞ্জিন ঘোরে, আনয়নিক সেন্সরগুলির আউটপুটও তত বাড়ে। আইডল গতিতে আমরা সাধারণত প্রায় 0.3 ভোল্ট AC দেখি, কিন্তু 6,000 RPM-এ জোরে ঘোরালে এই সেন্সরগুলি 4.8 ভোল্ট AC পর্যন্ত উৎপাদন করতে পারে। তবে 100 RPM-এর নীচে বিষয়গুলি জটিল হয়ে ওঠে কারণ সেখানে সংকেত খুবই দুর্বল হয়ে যায়। এটি টাইমিং ডেটাকে অবিশ্বস্ত করে তোলে, যে কারণে অনেক মেকানিক কম গতির অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ডিজিটাল সেন্সরে চলে যায়। বায়ু ফাঁক ঠিক রাখা এখানে খুব গুরুত্বপূর্ণ। বেশিরভাগ প্রস্তুতকারক 0.5 থেকে 1.5 মিলিমিটারের মধ্যে এটি রাখার পরামর্শ দেয়। যদি ক্লিয়ারেন্স ঠিক না হয়, তবে সংকেতের গুণমান কমে যায় এবং ইঞ্জিন স্পার্ক মিস করা শুরু করে। আধুনিক সেন্সর ডিজাইনগুলিতে এখন অ্যাডাপটিভ থ্রেশহোল্ড সার্কিট অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে যা বিভিন্ন RPM পরিসরে জিনিসগুলিকে মসৃণভাবে চলতে সাহায্য করে। 2022 সালের SAE তথ্য অনুসারে, বর্তমানে প্রায় 10-এর মধ্যে 9টি অভ্যন্তরীণ দহন ইঞ্জিন এই প্রযুক্তি ব্যবহার করে।