واحد كنترل الكترونيك- سنسورها و عملگرها

ECU- Sensors & Actuators

1-واحد كنترل الكترونيك ECU-Electronic Control Unit

واحد كنترل الكترونيك براساس يك برنامه مشخص كه توسط كارخانه سازنده براساس مشخصات موتور و خودرو طراحي شده كه اصطلاحا برنامه كاليبراسيون نام دارد عمل مي‌نمايد پارامترهاي به كار گرفته شده توسط واحدECU در مورد خودروي پرايد عبارتند از:

- دور موتور

- فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

- وضعيت دريچه گاز

- دماي مايع و خنك كننده موتور

- سرعت خودرو

- موقعيت ميل سوپاپ

- ميزان نسبت هوا به سوخت

- ميزان كوبش موجود در موتور

- عملكرد سيستم تهويه

- ولتاژ باطري

ECU از اطلاعات فوق الذكر براي كنترل مقادير زير استفاده مي كند:

- ميزان و زمان پاشش سوخت

- زمان جرقه زني و طول مدت داول

- دور آرام موتور

- عملكرد پمپ بنزين

- عملكرد شير برقي كينستر

- قطع تزريق سوخت براي جلوگيري از افزايش دور موتور (cut off)

- عملكرد فني كندانسور

- سيستم عيب يابي (MILLamp)

علاوه بر اين از اطلاعات ارسال شده به ECU براي نمايش اطلاعات زير استفاده مي شود.

- دور موتور

- دماي مايع سيستم خنك كننده

- سرعت خودرو

*نحوه عملكرد ECU در شرايط مختلف:

- در زمان استارت موتور: در زمان استارت زدن، ECU فرمان فعال شدن انژكتورها را به صورت پالس (موج هاي پله اي) با عرض ثابت صادر مي كند، بدين معني كه انژكتورها به طور متناوب شروع به پاشش يكنواخت سوخت مي نمايد.

مقدار سوخت تزريق شده با توجه دور موتور، دماي مايع سيستم خنك كننده، و همچنين دما و فشا رهواي ورودي تنظيم مي شود. در عين حال مقدار هواي اضافي توسط موتور پله‌اي دور آرام و با توجه به پارامترهاي عملكردي موتور تعيين مي گردد. پس از استارت زدن و روشن شدن موتور، دور آرام با توجه به دماي مايع خنك كننده موتور تعيين مي‌گردد.

عملكرد در دورهاي مختلف: در زمان تغييرات لحظه اي موتور (شتابگيري يا كاهش سرعت) مدت زمان تزريق سوخت توسط انژكتورها براساس تغيير در مقادير پارامترهاي زير تعيين مي‌شود:

- دور موتور (بوسيله سنسور دور موتور)

- وضعيت دريچه گاز (بوسيله سنسور موقعيت زاويه اي دريچه گاز)

- فشار هواي ورودي (بوسيله سنسور فشار هواي مانيفولد ورودي)

- دماي مايع خنك كننده (بوسيله سنسور دماي مايع خنك كننده موتور)

قطع پاشش سوخت انژكتورها:

الف) در زمان كاهش سرعت خودرو و زماني كه به طور ناگهاني راننده پاي خود را از روي پدال گاز برمي دارد، ECU پاشش سوخت انژكتورها را به دلايل زير قطع مي كند:

- كاهش مصرف سوخت

- كاهش گازهاي آلاينده خروجي اگزوز

- براي جلوگيري از افزايش بيش از حد دور موتور تقريبا از دور موتور 5500rpm پاشش سوخت توسط انژكتورها قطع مي‌شود.

شروع مجدد پاشش انژكتورها

بعد از قطع پاشش سوخت، هنگامي كه دور موتور به مقدار مشخصي برسد، عمل پاشش سوخت مجددا آغاز شده تا از خاموش شدن موتور جلوگيري شود.

توضيح: در داخل ECU دو نوع حافظه قرار دارد:

الف) حافظه دائم ب)حافظه موقت

حافظه دائم ECU با قطع باطري از ميان نمي رود و در واقع محل قرا گيري اطلاعات مربوط به كاليبراسيون موتور و خودرو است كه توسط آنها ECUاطلاعات دريافتي از سنسورهاي مختلف سيستم را پردازش مي نمايد.

حافظه موقت ECU با برداشتن كابل باطري پس از مدت زمان معيني از بين مي رود.

سنسورها Sensors

1- سنسور دور موتور و موقعيت ميل لنگ: اطلاعات مربوط به ميزان دور موتور و موقعيت TDC نقطه مرگ بالاي سيلندر 4و1 را اندازه گيري و به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي نمايد اين سنسور توسط تغيير ميدان مغناطيسي ولتاژ مناسب را ايجاد مي كند. اطلاعات اين سنسور توسط ECUبراي محاسبه پارامترهاي گوناگون نظير پاشش سوخت، زمان جرقه زني و .... مورد استفاده قرار مي گيرد.

2- سنسور موقعيت ميل سوپاپ camshaft sensor

وظيفه اين سنسور تعيين موقعيت TDC و يا نقطه مرگ بالاي سيلندر يك و تفكيك آن از موقعيت اندازه گيري شده توسط سنسور دور موتور است.

3- سنسور فشار منيفولد و دماي هواي ورودي

Manifold Pressure and Intake Air Temperature Sensor

اين سنسور در بالاي مخزن آرامش منيفولد هواي ورودي نصب شده و اطلاعات مربوط به دماي هواي ورودي و فشار هواي داخل منيفولد را به طور پيوسته اندازه گيري و به ECU ارسال مي كند ولتاژ اين سنسور توسط ECUتامين مي گردد.

ولتاژ بازگشتي از SENSOR متناسب با افزايش فشار اندازه گيري شده توسط پيزوالكتريك (مقاومت متغير با فشار) تغيير مي‌كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبه موارد زير استفاده مي‌نمايد:

- اندازه گيري جرم هواي ورودي به موتور

- تغيير نسبت سوخت به هوا متناسب با بار وارده به موتور و فشار هواي محيط

- اوانس جرقه

مقاومت به كار رفته در سنسورهاي هوا از نوع NTC مي باشد يعني مقاومت آن با افزايش دما كاهش مي يابد. ECU براي محاسبه جرم هواي ورودي به موتور از اطلاعات اين سنسور استفاده مي كند.

4- سنسور دماي مايع خنك كننده Water Temperature Sensor

5- سنسور سرعت خودرو Vehicle speed sensor

اين سنسور بر روي دنده كيلومتر شمار گيربكس نصب شده و يك سيگنال متناسب با سرعت شفت خروجي گيربكس توليد مي نمايد و در نتيجه سرعت حركت خودرو اندازه گيري مي‌شود.

6- سنسور اكسيژن oxygen sensor

بر روي منيفولد اگزوز در مسير گازهاي خروجي اگزوز بين موتور و كاتاليست نصب مي گردد. اين سنسور اطلاعات مربوط به ميزان غني يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هواي ورودي به موتور را اندازه گيري نموده و بهECU ارسال مي كند. ECU از اين اطلاعات براي محاسبات زير استفاده مي كند:

- محاسبه نسبت مخلوط سوخت و هوا

- تنظيم نسبت خطوط سوخت و هوا جهت عملكرد بهينه موتور

توابع مربوط به مقادير بهينه نسبت سوخت و هوا جهت كاركرد مناسب مبدل كاتاليست به طور دائم در ECU ذخيره شده است. ECU با استفاده از اطلاعات مربوط به غني بودن يا رقيق بودن مخلوط سوخت و هوا كه به صورت ولتاژ بين صفر و يك ولت از سنسور اكسيژن دريافت مي‌كند و با استفاده از توابع موجود در حافظه ECU نسبت به تنظيم نسبت سوخت و هواي ورودي به موتور جهت عملكرد بهينه مبدل كاتاليست اقدام مي نمايد.

مخلوط رقيق: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن كمتر از 5% ولت

غليظ: ولتاژ ارسالي از سنسور اكسيژن بيشتر از 5% ولت

7- سنسور ناك (كوبش) KNOCK SENSOR

اطلاعات مربوط به ميزان ناك در داخل موتور توسط سنسور ناك (كوبش) اندازه گيري به واحد كنترل الكترونيك ارسال مي گردد. ناك پديده اي ارتعاشي است كه در اثر احتراق زودهنگام مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر موتور ايجاد مي گردد. در صورت ايجاد اين پديده در داخل سيلندر موتور واحد كنترل الكتروني با استفاده از اطلاعات دريافتي از سنسور ناك، ميزان واكنش موتور را كاهش داده و همزمان با نسبت سوخت به هوا را افزايش مي‌دهد.

عملگرها Actuators

1- رله دوبل: Double Relay

اين رله وظيفه تغذيه جريان الكتريكي به سيستم انژكتوري را در شرايط مختلف كاركرد موتور همانند وضعيت سوئيچ باز، سوئيچ بسته و زمان روشن بودن موتور بعهده دارد.

الف) سويچ بسته، در حالت سويچ بسته يك ولتاژ از رله دوبل براي نگهداري اطلاعات موجود در حافظه ECU به واحد الكترونيك ارسال مي شود.

ب) سويچ باز: در حالت سويچ باز ECU به مدت 3-2 ثانيه براي اجزاي زير ولت ارسال مي‌كند:

- پمپ بنزين

- انژكتورها

- كويل دوبل

- شير برقي كنيستر

- مقاومت گرمكن سنسور اكسيژن

ج) موتور روشن: در اين حالت به طور دائم براي اجزاي سيستم ولتاژ ارسال مي شود

2- شير برقي كنيستر Canister Purge valve

با استفاده از شير برقي كنيستر امكان بازيافت بخارات بنزين جذب شده از باك در داخل كنيستر فراهم مي گردد. بدين ترتيب در زمان باز شدن اين شير بخارات بنزين موجود در كنيستر از طريق مسير هواي ورودي به موتور، وارد موتور شده و در داخل سيلندر مصرف مي‌شوند.

3-لامپ عيب يابي سيستم MIL

اين لامپ در داخل صفحه كيلومتر تعبيه گرديده است. هنگام بروز اشكال در سيستم انژكتوري توسط واحد كنترل الكترونيك روشن شده و با روشن شدن آن راننده متوجه وجود عيب درسيستم انژكتوري خود مي شود .

سنسورهای مورد استفاده برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت

سنسورهائی که برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت در یک ماشین در حال کار بکار برده میشوند، بایستی برخی الزامات را برآورده سازند؛ زیرا آنها بایستی حرکات سطح شفت دوار را اندازه گیری نمایند. این الزامات عبارتند از:

اندازه گیری مقدار ارتعاش بصورت غیرتماسی

عدم تاثیرپذیری از روغن یا واسطه های دیگر بین سنسور و سطح اندازه گیری

محدوده اندازه گیری وسیع و خطی با وضوح بالا

نصب و تنظیم و کالیبراسیون ساده

از انواع سنسورهای موجود (سنسورهای خازنی، القائی و جریان گردابی)، نوع جریان گردابی بعلت دارابودن برخی ویژگیها، در سطح وسیعی در دنیا استفاده میشود.

تجربیات حاصل از استفاده عملی، باعث استاندارد شدن سنسورها و مشخصات آنها در سطح وسیع شده است.

روش جریان گردابی (Eddy-Current Method)

اساس عملکرد در روش جریان گردابی بدین صورت است که میدان مغناطیسی تولید شده در اطراف یک سیم پیچ در اثر عبور جریان متناوب الکتریکی، باعث القاء جریانهای گردابی در ماده رسانای نزدیک سیم پیچ میگردد. خاصیت جریانهای گردابی، ربودن انرژی سیم پیچ از طریق میدان مغناطیسی تولید شده میباشد.

هر چه ماده رسانا چگالتر باشد یا میدان مغناطیسی بیشتری روی ماده اثر کند (یعنی ماده نزدیکتر به سیم پیچ باشد)، تبادل انرژی قویتر خواهد بود. اثر فوق خود را با افت در دامنه ولتاژ بخش اوسیلاتور (نوسان ساز) نشان میدهد. سپس این اثر به سیگنال قابل اندازه گیری نرمال متناسب با فاصله بین سیم پیچ و ماده رسانا تبدیل میشود (بطور مثال 8 میلی ولت بر میکرومتر)

مزایا: با هر ماده رسانای الکتریکی میتواند بکار برده شود. از واسطه های غیرالکتریکی مثل روغن، آب و غیره متاثر نمیشود. تعویض سنسور بدون کالیبراسیون مجدد میسر است. تاثیرپذیری کمی از خاصیت مغناطیسی باقیمانده در شفت دارد.

معایب: اندازه گیریها میتوانند از ساختار مواد شفت که هموژن نیستند متاثر شوند. به این موضوع Electronical Runout گفته میشود.

مشخصات: خواص مکانیکی و الکتریکی مجموعه اندازه گیری جریان گردابی بطور جامع در استاندارد API670 تشریح شده است. این استاندارد بصورت بین المللی برای ارزیابی این نوع اندازه گیری بکار برده میشود. سایر نیازمندیها در استاندارد DIN45670 تشریح شده اند.

در حال حاضر دو فرق اساسی در ساختمان سنسورهای جریان گردابی وجود دارد:

سیستم اندازه گیری با مجموعه ای متشکل از تجهیزات جداگانه، شامل سنسور بهمراه کابل، کابل اضافی و نوسان ساز (شکل 52-3)

سنسوری که با کابل و نوسان ساز بصورت یکپارچه ساخته شده است.

عمدتاً سیستم اندازه گیری با مجموعه تجهیزات جداگانه، برای اندازه گیری و مونیتورینگ ارتعاشات نسبی شفت ماشینها بطور دائمی استفاده میشود. هرگونه تغییری در طول هر یک از کابلها، باعث تغییر در خواص الکتریکی میگردد (ظرفیت و مقاومت). به این دلیل مجموعه کابلها و نوسان ساز بصورت یک جا توسط سازنده کالیبره شده و انجام تغییرات بعدی ممکن نیست. معمولا اندازه طول کلی کابل بین سنسور و نوسان ساز 5 متر میباشد.

در سیستم یکپارچه، مدار نوسان ساز و سیم پیچ در داخل بدنه یک پیچ M 10x1 ساخته میشوند. در این حالت افزایش طول کابل مهم نبوده و نصب کابل بطور قابل ملاحظه ای آسان میباشد.

تغذیه لازم برای سنسور و سیگنال اندازه گیری شده هر دو با استفاده از کابل استانداردی که میتواند تا 1000 متر طول داشته باشد، منتقل میگردد.

مشخصات اندازه گیری:

مشخصات اندازه گیری جریان گردابی با مشخصات - محدوده فرکانسی، محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل - تشریح میشوند.

محدوده فرکانسی: معمولاً محدوده فرکانسی در روش اندازه گیری جریان گردابی بین صفر تا 1000 هرتز میباشد. فرکانس صفر هرتز به وضعیت ساکن شفت مربوط است. حد بالائی فرکانس یعنی 1000 هرتز امکان اندازه گیری ارتعاشاتی که ضرایبی از سرعت کاری روتور میباشند را فراهم میسازد.

محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل: هر دو مشخصه فوق از منحنی تبدیل قابل محاسبه میباشند. منحنی تبدیل، رابطه بین ولتاژ خروجی اسیلاتور و فاصله بین سنسور و سطح اندازه گیری را نشان میدهد.

در منحنی تبدیل، این رابطه در فاصله 0.4 تا 2.9 میلیمتر با چشم غیرمسلح بشکل خطی دیده میشود. با این حال برای ارزیابی دقیق چشم غیرمسلح کافی نمیباشد.

شکل 57-3 میزان خطی بودن و انحراف منحنی تبدیل U(s) از حالت بهینه خطی G(s) در کل محدوده اندازه گیری را نشان میدهد.