9. ELEKTRONİK KONTROL ÜNİTESİ ( E.C U )

Transkript

1 9. ELEKTRONİK KONTROL ÜNİTESİ ( E.C U ) Şekil 9. 1: Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) Araçlar geliştikçe; kusursuz donanım ve büyük satış karları, kullanıcıyı memnun eden bir takım değişiklikleri kaçınılmaz kılmıştır. Elektronik kontrol ünitesi(ecu) araçlardaki kusuru neredeyse sıfıra indirecek olan boyut olarak belki çok küçük ama işlev olarak bütün aracın yükünü üzerinde barındıran bir elemandır. ECU (Motor Kontrol Ünitesi) otomobilin motor bölümünde veya yolcu kabini içinde bir yere monte edilmiştir. Boyutları bir oto teybinden daha küçüktür. Bu küçük cihaz birden fazla mikrobilgisayar içermekte ve motorun değişen koşullarda en verimli şekilde yönetimini sağlamaktadır. Bu mikrobilgisayarlar, EPROM bir chip içerisinde bulunan bir programı çalıştırmaktadır. ECU, tüm motor yönetimi ve kontrollerden sorumludur ve motorun çalışma şartlarını sürekli olarak denetler, parametreleri hesaplar ve sürekli olarak değişkenleri ayarlar. Tüm bu ayarlamalar, motorun yükü, devri, çevre değişkenleri (hava sıcaklığı, hava yoğunluğu, motor sıcaklığı, barometrik basınç vs ) göz önüne alınarak bir saniye içerisinde yüzlerce kez gerçekleşir. Tüm bu ölçümler, basınç, sıcaklık, devir, hız, hava yoğunluğu vs gibi değişkenlerin, milyarda bir sapma ile motor içinde bulunan yüzlerce sensör tarafından yapılması ile mümkün olmaktadır. ECU bu değerleri algılar, ardından EPROM içerisinde bulunan haritadan ilgili değerleri bulur ve de ateşleme zamanlaması, optimum yakıt miktarı, turbo basıncı, emisyon değerleri gibi değişkenleri hesaplayıp uygulamaya geçirir. Tüm bu işlemler saniyenin binde biri cinsinden sürelerde gerçekleşmektedir ECU nun tarihçesi ve faydaları Otomotiv endüstrisi 20 yüzyılın gelişen teknolojisinden en iyi şekilde faydalanmıştır. Şüphesiz, bu gelişimden en karlı çıkan ve de en çok faydalanan otomobil kullanıcıları olmuşlardır. Bunun en güzel örneklerini yeni otomobillerdeki yüksek performanslı motorlar, düşük sarfiyat, mükemmel yol tutuş ve üstün güvenlik sayesinde görmekteyiz. Günümüzdeki otomobiller Elektronik Motor Yönetim Sistemleri ile donatılmışlardır. Karbüratörlü olsun, merkezi enjeksiyonlu olsun veya ortak raylı çok noktalı enjeksiyonlu sistemler olsun, bu Motor Yönetim Sistemleri verimi oldukça arttırmaktadır. Bu dönemdeki en dikkat çekici gelişim, şüphesiz Motor Kontrol Ünitesinin (ECU) ortaya çıkması olmuştur.

2 9.1. YAPISI Sensörlerden gelen soğutma suyu sıcaklığı, yağ basıncı, emme manifoldu basıncı vb. bilgileri yorumlayarak optimum koşulları sağlamak için enjeksiyon, ateşleme vb. sistemleri aktüatörlerle kontrol eden ünitedir. Elektronik Kontrol Ünitesi (ECU) birçok yönden insan beynine benzer. Birçok kaynaktan aldığı bilgiyi kimi zaman hareketlendiriciye/işleticiye (actuator) aktararak kimi zaman da belleğinde saklayarak ileride kullanmasını sağlar. Sensörler bilgi toplayıcı rolü üstlenir. Her sensör algıladığı fiziksel değere eş olarak (aynı orantıda) bir elektrik sinyali yayınlar. Basit bir elektrik düğmesi bunun en iyi örneğidir ki burada basit bir fiziksel hareketle sinyal gönderilir ve sona erdirilir. Taşıtlardaki birçok aktif ve pasif emniyet sistemi elektronik kontrol ünitesine bağlı olarak çalışmaktadır. 109 Şekil 9. 2: Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) Elektronik kontrol ünitesinin yapısı 5 basit bölümden oluşur Data Algılama ve Kodlama Bölümü Bu bölümde, analog sinyaller şeklinde algılanan bilgiler filtre edilerek dijital sinyallere dönüştürülür Mikro Prosesör Alınan bilgileri kontrol eder. Buna bağımlı olarak kontrol devrelerini kontrol eder Rom Mikro- prosesörün çalışması için ihtiyaç duyulan tüm bilgileri içerir, değişiklik yapılmaz ve güç kesintisinde silinmez.

3 Ram Bu bir geçiş hafızasıdır ve tüm bilgiler iki ayrı bölümde hafızaya alınır. Birinci geçiş bölümünde hesaplanıp düzeltildikten sonra çalışması için mikro-prosesöre gönderilen tüm bilgiler kontak anahtarının her çıkarılışında silinir. İkinci kalıcı bölümde, sistemdeki arızalar hafızaya alınarak diagnostik test okuması için kontak anahtarı çıksa da hafızada kalır Kumandalar Mikro prosesör vasıtasıyla kontrol edilip, mekanizmaları harekete geçiren devrelerdir Analog ve Dijital Bilgisayar teknolojisinde öncelikle analog ve dijital arasındaki farkın bilinmesinde yarar vardır. Örneğin değişken bir direnç veya potansiyometre analog olarak çalışmaktadır. Alt ve üst uçlar arasında sonsuz sayıda direnç değerleri bulunmakta ve bir noktaya ulaşmak için diğerlerinden de geçmek gerekmektedir. Otomobili sürmek bir analog işlemdir. Ulaşmak istenilen yere bir anda ışınlanmak imkânsızdır ve başlangıç noktası ile varış noktası arasındaki mesafe aşılmak zorundadır. Kısaca analog doğrusaldır, kademe kademe gerçekleşir ve doğaldır. Dijital ise belirli noktadan meydana gelir. Mesafe aralığı veya eğrileri yoktur. Örneğin bir anahtar dijitaldir, yani açık ve kapalı olarak iki değere sahiptir. Dijital prensibi gerçekten matematiksel bir kavramdır ve fiziksel olarak adlandırılır Elektronik kontrol ünitesinin fonksiyonları Yakıt ölçümü; 110 Motor devri ve kelebek açıklığı pozisyonunu bilgileri yardımı ile, kontrol ünitesi hafızasındaki bilgiler yardımı ile püskürtme periyotlarına karar verir. Hafıza 15 bellek açıklık pozisyonu ile 15 farklı motor devrini değerlendirerek 225 farklı püskürtme periyodu temin eder. Püskürtme periyotları ( Tj ) ateşleme zamanı ile bağımlı olarak 1 ila 6 milisaniye arasında değişmektedir Elektrikli yakıt pompası besleme devresi; Elektrikli yakıt pompası belsem devresi, ilk çalışma ve normal çalışma koşullarında pompa kontrol rölesi ile kontrol ünitesine bağlıdır ve bir hata anında derhal kesilir Soğuk çalıştırma; Çalıştırma sırasında yakıt miktarı, soğutma suyu sıcaklığı ve motor devrine göre hesaplanır. Çok düşük sıcaklıklarda, püskürtme süresi uzatılarak zengin karışım elde edilir. Motorun boğulmaması için motorun devri ve iki marş arasındaki süre dikkate alınarak püskürtme süresi azaltılır İlk çalışma Marştan hemen sonraki çalışmada, püskürtme periyotları K faktörü ile soğutma suyu sıcaklığına göre uzatılır, belirli bir süre bu komut iptal edilir Motorun ısınma devresi

4 Motorun ısınma devresinde zenginleştirilen karışım, soğutma suyu sıcaklığına göre K faktörü ile püskürtme periyodu azaltılmak suretiyle ayarlanır Hızlanma Hızlanma sırasında, elektronik kontrol ünitesi soğutma suyu sıcaklığı, motor devri, kelebeğin açılma sürati ve hızlanmaya başladıktan sonraki kelebek açıklık açısını kontrol etmek suretiyle karışımı zenginleştirir Tam yük Motor tam yük koşulları altında çalıştığı zaman, kelebek açıklığının 70 dereceden büyük olduğu pozisyonlar K faktörü ile değerlendirilerek püskürtme periyotları artırılır Maksimum motor devir sınırlanması Bu fonksiyon, motor devrinin 6200 dev/ dakikayı aştığı zaman kontrol ünitesinin yakıtı azaltması ile kontrol edilir Yavaşlama Soğutma suyu sıcaklığı 45 dereceden yüksek, giriş hava ısısı -15 dereceden yüksek ve rölanti ayar ünitesinde ki mikro-switch devreye girdiğinde CUT-OFF sistemi çalışır. Bu durumda kontrol ünitesi 3 no lu terminale şaselenerek yakıt püskürtülmesi durur, bu aynı zamanda giriş hava ısısı ile de bağımlıdır. Giriş hava ısısı; * -15 ile 10 derece arasında cut-off 2500 d/d başlar2300 d/d biter. * 10 derecenin üzerinde cut- off 1800 d/d başlar 1300 d/d biter Giriş sinyallerinin kontrolü Aşağıdaki bilgilerden bir veya birkaçının doğru olmadığı durumlarda bile motorun çalışmasını sağlayan bir emniyet sistemi mevcuttur. Enjeksiyon sürelerinin ayarlanması Ateşleme avanslarının ayarlanması Soğukta motorun ilk çalışmasının kontrolü Hızlanma sırasında yakıtın kesilmesi Motor rölanti hızının kontrol ve yönetimi bağlantısı Maksimum devir sayısının sınırlandırılması Lambda sensörü ile yanmanın kontrolü Yakıt buharının geri kazanılması Vuruntu kontrolü Kam mili zamanlama değiştiricisinin kontrolü Klima sistemi ile bağlantı Kendi kendine ayar sistemi Kendi kendine arıza teşhisi Motorun harekete geçirilmesini etkisiz hale getirme sistemi Sistem yönetim stratejileri

5 Enjeksiyon sürelerinin ayarlanması Dijital teknoloji, motorun hızına ve yük durumlarına bağlı olarak elektrik kontrol ünitesinin belleğinde saklanmış olan programlanmış haritalardan yararlanmak suretiyle en uygun düzeyde yakıt tüketimi ve performans elde etmeye sağlanmış bulunmaktadır. Kontrol ünitesi, motorun üzerindeki yüke ( devir satısı ve hava akış oranı ) dayanarak açık kalma süresini hesap etmek ve ayrıca akü voltajını ve motor soğutma suyu sıcaklığını göz önüne almak suretiyle enjektörleri çok yüksek bir sürat ve hassasiyet de idare eder. Enjeksiyon, her bir silindir için sırasal bir düzenle ve zaman ayarlı olup ( Enjeksiyon anı tüm silindirler için eş zamanlı değildir ) en uygun enjeksiyon noktası eş düşecek şekilde meydana gelir Ateşleme avansının ayarlanması Elektronik kontrol ünitesi, içerisinde, içerisinde programlanmış bir harita sayesinde motor yüküne, manifolda emilen hava ve motor suyunun sıcaklığına göre avans ayarını hesaplama yeteneğine sahiptir. Ateşlemeyi, ateşleme sırası gelen her bir silindir için geciktirme olanağı mevcut olup bu durum, vuruntu ve zamanlama sensörleri tarafından kaydedilen değerler yoluyla algılar Soğuk motorun çalışma kontrolü Düşük sıcaklıklar, yakıt partikülleri arasındaki türbülansın kötü olması sonucu buharlaşmada azalma ve emme manifoldunun iç yüzeylerinde yakıtın yoğunlaşarak silindir içerisine girecek karışımın bozulmasına sebep olur. Elektronik kontrol ünitesi bu durumu fark ederek motor soğutma suyu sıcaklık sinyaline emilen havanın sıcaklığına, akü voltajına ve motor hızına göre enjeksiyon süresinde düzeltme yapar. Soğuk motorda ateşleme avansı sadece devir sayısına ve motor soğutma suyunun sıcaklığına bağlıdır. Çalıştırma sırasında kontrol ünitesi tüm enjektörler için aynı anda meydana gelen bir enjeksiyonu kontrol eder ve volan üzerindeki referans tanındıktan sonra normal sırasal çalışmaya döner. Motorun ısınması sırasında elektronik kontrol ünitesi motorun kesiklik yapmamasını sağlamak için gerekli hava miktarını belirleyen rölanti hava motoruna komut verir. Motor, çalışma sıcaklığına erişene kadar sıcaklığın artışı ile orantılı olarak devri azaltır Hızlanma sırasında karışım zenginleştirilmesinin kontrolü Hızlanmaya gerek duyulduğunda, debisi sinyalindeki değişim daha önce ayarlanmış artışı aşarsa ve kontrol ünitesi sadece yeni gereksinimlere göre enjeksiyonu ayarlamakla kalmayıp, aynı zamanda gerekli sürate erişerek bunu daha da artıracaktır. Daha önce ayarlanmış hıza yaklaşırken enjeksiyondaki artış yavaş yavaş ortadan kaldırılır Hız azalması sırasında yakıtın kesilmesi Kapalı kelebek durumu fark edilince ve motorun hızı 1700 devirden daha yüksek olduğu zaman ( 1700 devirin altındaki motor hızlanma için kesme fonksiyonu en uygun seviyede sürülebilme özelliğini devam ettirmek için çalışmaz ) yakıt enjeksiyonu durdurulur. Yakıt besleme olmayınca, aracın sürüş koşullarına bağlı olarak motorun hızı süratle düşmeye başlar. Rölanti süratine erişmeden önce motorun hızındaki azalışa ait dinamik değerler kontrole tabi tutulurlar. Şayet belli bir değeri geçiliyorsa, motorun rölanti hızındaki yumuşak şekilde refakat sağlanmasını içeren bir lojik devresine göre yakıt besleme tekrar başlar. Bu durum erişilince normal rölanti fonksiyonları tekrar harekete geçirilir yavaşlama sırasındaki yakıt kesme işlemi motorun düzgün bir şekilde çalışmasını garanti altına almak için yeniden harekete geçer. 112

6 Bu işlemler motorun sıcaklık derecesine bağlıdır. Motorda kısmi bir yavaşlama sırasında, yani düşük motor yükleri gerekli olduğu zaman araya giren bir yakıt kesme lojik devresi de oluşturulur Motorun rölanti devrenin kontrol ve yönetimi Her türlü çalışma koşulları altında rölanti hızının ayarlanması gaz kelebek valfi by- pass ı üzerine etki eden rölanti hızı adım motoru ile kontrol edilmektedir. Rölantideki hava/ yakıt karışımı, hava akım sensör flapına by- pass yaptırarak içeriye hava alınmasını sağlayan bir vida ile ayarlanır. By pass yapan hava ölçülmediğinden, attırılmış ise karışım fakirleşmekte, azaltılmış ise zengin karışımla sonuçlanmaktadır. Rölanti adım motoru, gerçek rölanti hız devrinin ayarlanmasına ilaveten, motordan güç çeken elemanların ( örn. Klima kompresörü ) devreye girmesi durumunda rölanti devrinin 750 dev/dak nın altına düşmesini engeller. Rölantinin düzeltilmesi sadece rölanti adım motoru vasıtasıyla değil aynı zamanda ateşleme avansının ( açısının ) daha seri bir etkisi olduğu için, ayarlanması ile de yapılmaktadır Maksimum devir sayısının sınırlanması Motorun hızı 6800 devri geçtiği zaman elektronik kontrol ünitesi enjektör çalışma sürelerini bu değer aşılamayacak şekilde azaltır. Şayet motor hızı 7,013 devir / dakika yı geçerse kontrol ünitesi yakıt kesme stratejisini harekete geçirir. Hız 6800 devrin altına düştüğü zaman enjektörlerin çalışmasını eski durumuna döndürür Lambda sensörü ile yanmanın kontrolü Lambda sensörü ile kontrol ünitesine eksoz gazı içindeki oksijen miktarını ve bu sebeple de hava/ yakıt oranının doğruluğu hakkında bilgi verir. Lambda katsayısı 1 olduğunda en uygun karışı elde edilir. (optimum stokiyometrik karışım ) Sensörün kontrol ünitesine gönderdiği elektrik sinyali karışımın bileşimi x=1 durumundan farklılaşınca keskin bir değişime uğrar. Karışım fakir ( a<1 ) durumunda iken kontrol ünitesi yakıt miktarını arttırır. Karışım zengin ( ax1 ) durumunda iken yakıt miktarı düşürür; bu şekilde motor mümkün olduğu kadar ideal lambda değerine yakın olarak çalışır Yakıt buharının geri kazanılması Standartlara göre kirletici olarak bilinen yakıt buharları aktif kömürlü filtreye ve oradan da yakılması için motorun silindirlerine gönderilir. Bu husus motor yük altında iken kontrol ünitesi tarafından çalıştırılan ve böylece motorun çalışması bozulmadan yanmasına olanak sağlayan selenoid valf vasıtasıyla yapılır Kam mili zamanlama değiştiricisinin kontrolü Kontrol ünitesi, motorun yük durumlarına bağlı olarak zamanlama değiştiricisine komuta eden selenoid valfin çalışmasını kontrol eder. Motor sıcaklığı 40 dereceyi aştığında kelebek açısı 8 dereceden daha büyük ve motorun devri rölanti hızından daha yüksek ve 4800 dev/dak dan daha düşük olduğundan, kontrol ünitesi selenoid valfe bir sinyal gönderir. Bu sinyalle faaliyete geçen değiştirici emme zamanını18 derece öne alır. Bu işlem tork operasyonu diye adlandırılır. Motor rölantide çalışırken ve hız 4800 dev/dak aştığı zaman kontrol ünitesi selenoidin çalışmasını keser ve emme zamanlamasını esas değerlere geri döndürür. 113

7 Klima kumanda sistemi ile bağlantı Klima kumandasının düğmesi açıldığında kompresör motordan güç çeker ve bu durum rölanti halinde iken motorda kesiklik yapma eğilimi oluşturur. Bu sonucu önlemek için kontrol ünitesi hava debisini adım motoru ile kumanda etmek suretiyle yeni gereksinimlere göre ayarlar, ( bu ayarlama optimum sürülebilirlik elde etmek için kullanım esnasında da yapılır ). Sistemin başka bir fonksiyonu ise motorun yüksek gücü gereksinim duyma durumunda (ani ivmelenme ), kompresörün beslenmesi kısa bir an için kesilmesidir Sistemin kendini ayarlaması Kontrol ünitesi motorda zamanla yaşlanma dolayısıyla meydana gelen değişiklikleri algılama görevine sahip olan kendi kendine ayarlama fonksiyonu ile donatılmıştır. Bu değişiklikler temel haritadaki değişimler şeklinde bellekte depolanır ve yeni halde iken sahip olunan özelliklere kıyasla motor ve elemanlardaki göreceli değişikliklere göre çalışma şeklinde adaptasyon sağlar. Bu şekilde kendi kendine ayarlama fonksiyonu, değiştirilen yeni bir elamandaki kaçınılması mümkün olmayan farkları (üretim toleransları dolayısıyla ) telafi edilmesine de olanak sağlar. Bu durum tüm araçların özel ayar ve kontrol işlemleri için aynı sonuçların alınmasına da olanak verir. Şayet kontrol ünitesi sökülürse kendi kendine ayar üniteleri kaybolur Motorun harekete geçirilmesini etkisiz hale getirme sistemi ( İMMOBİLİZER ) Hırsızlık girişimlerine karşı korumayı arttırmak için araç sadece elektronik bir kod vasıtasıyla enjeksiyon-ateşleme kontrol ünitesini harekete geçirme olanağı sağlayan firma şifre sistemi ile donatılmıştır. Kontak anahtarı off durumuna çevrilince şifre sistemi enjeksiyon-ateşleme kontrol ünitesini tamamen devre dışı bırakır. Kontak anahtarı off konumundan on durumuna çevrilince aşağıdaki işlemler belirtilen sırayla oluşur. Enjeksiyon ateşleme kontrol ünitesi şifre kontrol ünitesine fonksiyon kilidini etkisiz hale getirmesi için gizli şifreyi soran bir sinyal gönderir. Şifre kontrol ünitesi de içinde bir verici ünitesi bulunan kontak anahtarı tarafından gönderilen tanım kodunu aldıktan soran bir sinyal gönderir. Gizli şifrenin algılanması fonksiyon kilidinin etkisiz hale getirilmesine olanak sağlar ve enjeksiyon-ateşleme kontrol ünitesi artık normal sistem yönetim programını harekete geçirebilir Genel Özellikleri ECU (Motor Kontrol Ünitesi) otomobilin motor bölümünde veya yolcu kabini içinde bir yere monte edilmiştir. Boyutları bir oto teybinden daha küçüktür. Bu küçük cihaz birden fazla mikrobilgisayar içermekte ve motorun değişen koşullarda en verimli şekilde yönetimini sağlamaktadır. Bu mikrobilgisayarlar, EPROM bir chip içerisinde bulunan bir programı çalıştırmaktadır. ECU bu değerleri algılar, ardından EPROM içerisinde bulunan haritadan ilgili değerleri bulur, ve de ateşleme zamanlaması, optimum yakıt miktarı, turbo basıncı, emisyon değerleri gibi değişkenleri hesaplayıp uygulamaya geçirir. Tüm bu işlemler saniyenin binde biri cinsinden sürelerde gerçekleşmektedir. Otomobillerde emisyonlarla ilgili kanunlar çıkmadan önce bir araba motoru mikroişlemcilere gerek kalmadan üretilebilirdi. Fakat günümüzde katalitik konverter kullanmayan bir araç kullanamayız. Dolayısıyla hava/yakıt karışımını ayarlayacak bilgisayar kontrolcüsüne ihtiyaç vardır. Bir otomobilin en çok işlem yapan bilgisayar birimi motor kontrol ünitesidir(ecu). Bu ünite sensörlerden aldığı verileri işleyerek optimum işletimin yapılmasını sağlar.

8 Örneğin, motorun sıcaklık seviyesi ve soğutma miktarını, aracın anlık hızı, motor devri, egzozdan atılan oksijen miktarı gibi detay bilgileri toplar ve saniyede milyonlarca işlem yaparak ateşlemenin nasıl ve ne şekil bir karışımda yapılacağına karar verir. Modern enjeksiyonlu benzin motorlarında vuruntu olmaması için ateşlemenin ne zaman yapılacağı ve enjektörün hangi salisede ne kadar yakıt püskürteceğini de ECU ayarlar. Bir anlamda motorun çalışmasını ve işletimi için her şeyi kontrol edip karar veren ve bunları komut vererek uygulatan en önemli ünitedir. Modern bir motor kontrol ünitesi, 32-bitlik ve 40Mhz hızında çalışan işlemci kullanır. Günümüz PC lerindeki Ghz lerle kıyaslandığında pek de hızlı gözükmeyebilir fakat bu işlemciler çok verimli ve sürekli çalışırlar. Öyle ki, saniyede 2GB lık veriyi işleyebilme kapasitesine sahiptirler ki bu bir bilgisayara göre binlerce kat hızlı olduğunu gösteren bir değerdir. Tabi bunu kendine has yazılımı ve özelleştirilmiş yapısıyla gerçekleştirir. Yani sadece bu iş için optimize edilmiştir. 115 Şekil 9. 3: ECU Devre şeması 9.7. ECU Görevleri ECU, tüm motor yönetimi ve kontrollerden sorumludur, ve motorun çalışma şartlarını sürekli olarak denetler, parametreleri hesaplar ve sürekli olarak değişkenleri ayarlar. Tüm bu ayarlamalar, motorun yükü, devri, çevre değişkenleri (hava sıcaklığı, hava yoğunluğu, motor sıcaklığı, barometrik basınç vs ) göz önüne alınarak bir saniye içerisinde yüzlerce kez gerçekleşir Tüm bu ölçümler, basınç, sıcaklık, devir, hız, hava yoğunluğu vs. gibi değişkenlerin, milyarda bir sapma ile, motor içinde bulunan yüzlerce sensör tarafından yapılması ile mümkün olmaktadır.

9 Şekil 9. 4: Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) Bu küçük cihaz birden fazla mikrobilgisayar içermekte ve motorun değişen koşullarda en verimli şekilde yönetimini sağlamaktadır. Bu mikrobilgisayarlar, EPROM bir chip içerisinde bulunan bir programı çalıştırmaktadır. ECU, tüm motor yönetimi ve kontrollerden sorumludur, ve motorun çalışma şartlarını sürekli olarak denetler, parametreleri hesaplar ve sürekli olarak değişkenleri ayarlar. Tüm bu ayarlamalar, motorun yükü, devri, çevre değişkenleri (hava sıcaklığı, hava yoğunluğu, motor sıcaklığı, barometrik basınç vs ) göz önüne alınarak bir saniye içerisinde yüzlerce kez gerçekleşir Tüm bu ölçümler, basınç, sıcaklık, devir, hız, hava yoğunluğu vs gibi değişkenlerin, milyarda bir sapma ile, motor içinde bulunan yüzlerce sensör tarafından yapılması ile mümkün olmaktadır ECU bu değerleri algılar, ardından EPROM içerisinde bulunan haritadan ilgili değerleri bulur, ve de ateşleme zamanlaması, optimum yakıt miktarı, turbo basıncı, emisyon değerleri gibi değişkenleri hesaplayıp uygulamaya geçirir Tüm bu işlemler saniyenin binde biri cinsinden sürelerde gerçekleşmektedir ECU Devre Şeması 116 Şekil 9. 5: Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) iç yapısı

10 Şekil 9. 6: Bir motorda Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) ve diğer devreler ile ilişkisi Şekil 9. 7: Bir motorda Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) ve diğer devreler ile ilişkisi Şekil 9. 8: Bir motorda Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) 1. Batarya : Otomobilin enerji kaynağı 2. Röle grubu: Yakıt besleme pompasının ( 17 ) çalıştırılması için kullanılmaktadır.. 3. Elektronik kontrol ünitesi: Yağ miktarı, soğutma suyu sıcaklığı ve silindir kafası sıcaklığı, gaz kelebeği konumu, faz başlangıcının yanı sıra motor devri ve enjeksiyon noktası hakkında bilgi alır. Bu bilgileri işler ve enjektör selenoidine elektrik darbeleri gönderir. Bu, çoklu bağlantı fişi ve ilişkili bağlantı kablosu tarafından bireysel bileşenleri ile ilgilidir. 4. Bobin: Normal işlevine ek olarak, kontrol birimine motor devir sayısının ya da enjeksiyon noktasını da gönderir. 5. Hava ölçüm cihazı: Hava miktarı elektronik kontrol ünitesine bildirilir ve bu bilgiye göre yakıt besleme pompası devreye girer. 6. Ek hava valfi: Ortam sıcaklık seviyesine bağlı olarak, motorun ısınma aşamasında ekstra hava gönderir. 7. Gaz Kelebek Anahtarı: Elektronik kontrol ünitesi boşta ve tam yükte sinyalleri. 8. Sıcaklık sensörü: Motor silindir kapağındaki sıcaklığı. 9. Soğuk havada çalıştırma ( enjektör selenoidi ) Düşük sıcaklıklarda marş sırasında, emme hattına ilave yakıt enjekte eder. 10. Enjektör Selenoidleri: Silindir emme portuna yakıt enjekte edilmesini sağlar. 11. Termik starter: Soğuk çalışma sırasında enjektör selenoidinin enjeksiyon süresini kontrol eder. 12. Yakıt basınç regülatörü: Yakıt hattında yakıt basıncını sabit tutar. 13. Yakıt dağıtım hattı 14. Aşırı yakıt egzoz hattı 15. Kontak anahtarı 16. Yakıt filtresi: Yakıt filtresi yakıt besleme hattı üzerine monte edilir. 17. Motor tahrikli yakıt besleme pompası: Enjektör Selenoidi ile sabit yakıt püskürmesini sağlar. 18. Yakıt deposu: 19. Oksijen sensörü (Lambda sondası): Egzoz gazlarının oksijen içeriğini ölçer ve hava-yakıt karışımının kumanda edilmesi için ECU ya sinyal gönderir. 20. Katalitik konvertör: Egzoz gazlarının içindeki zararlı artıkları azaltır. 117

11 9.9. ELEKTRONİK KONTROL ÜNİTESİNE (ECU) BİLGİ VEREN ELEMANLAR Devir ve Ü Ö N Sensörü Ü Ö N yı ve motor devrini izlemek üzere düzenlenmiş ve endüktif tipte bir sensördür. Krank mili arka balans ağırlığına dişli kasnağı tespit edilmiştir. Dişli kasnağının üzerinde bulunan dişler tarafından manyetik alanda değişiklik yapılması ile sensörde sinyal meydana gelir. Bu şekilde sensör motor bloğuna tespit edilmiş olup, aralığın ve açısal konumun kontrol edilip ayarlanması gerekmemektedir. Sensörün önünden geçen dişler sensör ile kasnak arasındaki aralığı değiştirir. Sonuç olarak devamlı şekilde manyetik alan değişimi devir adedine bağlı olan bir alternatif voltaj yaratır. Dişli üzerinde 58 adet dişle iki adet eksik eşit bir aralık bulunmaktadır. Boş diş aralığı tarafından belirlenen referans noktası (Ü Ö N) yi oluşturur Mutlak Basınç Sensörü Kontak açıkken atmosfer basıncını, motor çalıştıktan sonra ise emme manifoldu basınç veya vakumunu ölçerek ECU ya elektriksel olarak bildiren bir elemandır. ECU ya gelen bu bilgi ile ECU, emilen hava miktarını algılar, buna göre enjektörün açılma süresini ayarlar. Sensörün içinde basınca göre direnci değişen bir eleman (load- cell) bulunmaktadır. Bu direnç sabit hava kabı üzerine yerleştirilmiştir. Emme manifoldu içerisindeki vakum değiştikçe direncin değeri değişir, bu direnç değişimine göre ECU, manifold vakumunu algılar. Mutlak basınç sensörünün yaptığı bir diğer görev ise; kontak ilk açıldığı anda emme manifoldundaki basınç, atmosfer basıncına eşit olduğu için bu andaki basınç bilgisi, ECU tarafından hafızaya referans bilgi olarak alınır. Motor çalıştığı zaman bu bilgiye göre çalışma düzenlenir. Araç seyir halinde iken rakım farklılığı olursa, gaz pedalına bir defa tam basılırsa, değişmiş olan rakım farkı mutlak basınç sensörü tarafından ECU ya bildirilir ve yeniden ateşleme avansı ve yakıt püskürtme düzenlemesi yapılır Debimetre (MAF Sensörü) Hava debimetresi, ısıtılmış film tabakası türündedir. Çalışma prensibi; motora giren emilmiş havanın içinden geçtiği alana yerleştirilmiş olan ısıtılmış bir diyafram esasına dayanmaktadır. Film tabakası halindeki diyafram kendisi ile temas halinde bulunan bir ısıtıcı direnç tarafından sabit bir sıcaklıkta (120 derece hava sıcaklığının üzerinde) tutulur. Ölçme kanalından geçen hava kütlesi diyaframın ısısını alıp götürme ve dolayısı ile bunu sabit bir sıcaklıkta tutma gibi bir durum ortaya koyduğu için ısıtma direncinden bir akım geçmesi icap eder ve bu akım uygun bir Wheatstone köprüsü ile ölçülür. Bu sebeple ölçülen akım hava kütlesi akışı ile doğru orantılıdır Lamda Sondası (Oksijen sensörü) Oksijen sensörü (lamda sondası) katalitik konvertörden önce egzoz manifolduna mümkün olduğu kadar yakın bir yere monte edilmiştir. Bu sensör egzoz gazındaki artık oksijen oranını ölçer. Bu oran motora yanma için gönderilen yakıt-hava karışım oranına ait ölçü olarak oksijen payının oluşmasını mümkün kılar. Sensörün bu oksijen miktarına bağlı olarak gönderdiği sinyale göre ECU karışımın zengin veya fakir olduğuna karar verir. Böylece enjektörlerin açık kalma sürelerini ayarlar. Karışım oranının kontrolü her saniye yapılır ve egzoz gazlarının yanmış olarak atılmasını ve katalizatöre gelen gazların içinde yanmamış gaz oranının en düşük seviyede olmasını sağlar. Sensörün içerisinde bulunan zirkonyum dioksit (ZrO 2 seramik madde) çok ince mikro delikli, platinyum tabakasıyla kaplıdır. Dış kısmı egzoz gazına maruz olan sensörün iç kısmı atmosfere doğru havalandırılmış olup bilgisayara bir kablo ile bağlıdır. Bu farklı ortamlarda bulunan (egzoz gazı elektrodu ve dış hava elektrodu ) elektrotlar gerilim üretirler. Sadece kurşunsuz benzinle kullanılabilen sensör aslında galvanik bir pildir. 118

12 EURO 3 emisyon standardına sahip araçlarda, katalitik konvertör veriminin kontrolü amacıyla konvertör çıkışına ikinci bir oksijen sensörü konulmuştur Batarya Geriliminin Değişiminin Hesaplanması (ECU nun kendi içerisinde) Elektromanyetik enjektör elemanının yukarıya çekilme (açılma) zamanı ve aşağıya düşme (kapanma) zamanı, batarya gerilimine bağlıdır. Enjektörde meydana gelen gecikmelerin dengelenmesi için, ECU püskürtme zamanını, geriliminin düşmesi halinde azaltır. Bir bataryanın gerilimi, bataryadan çekilen akım ne kadar fazla olursa, batarya ne kadar soğuk olursa ve bataryanın dolumu ne kadar kötüyse, o nispette düşer. Özellikle kış şartlarında motor soğuk iken ilk çalıştırmada bu durumlar geçerlidir. Enjektör elemanının yukarıya çekilme geciktirilmesi veya impuls sonunda aşağıya düşme zamanları bir mili saniyede gerçekleşmektedir. Yukarıya çekilme batarya gerilimine fazla, buna karşılık aşağıya düşme ise batarya gerilimine daha az bağımlıdır. Şebeke gerilimi ne kadar düşükse, motorun yakıt alması o kadar azalır. Bu sebepten dolayı gerilimin düşmesi, püskürtme zamanının gerilime bağlı olarak uzatılması ile dengelenir. ECU voltaj düşmesi ve yükselmesini kendi içinde hesaplayarak püskürtme sürelerini akünün voltaj değişimlerinden korur Motor Soğutma Suyu Sıcaklık Sensörü Bu sensörün algılama parçası motor soğutma suyu ile irtibatlı bir şekilde olmak üzere termostat gövdesinin yakınına yerleştirilmiştir. Sensöre ait algılayıcı eleman, NTC (negatif sıcaklık kat sayılı) termistör, korucu pirinç bir gövde içerisine yerleştirilmiştir. Sıcaklık artışı ile direnci azalan bir elemandır. Motorun sıcaklık derecesine göre değişen bir direnç gösterir. Bu şekilde sensördeki direnç değişimine göre, kontrol ünitesi yakıt enjeksiyonu için komut verebilecek ve motorun ilk hareketi ve soğuk çalışması sırasında gerekli yakıt zenginleştirilmesi sağlanacaktır Emme Havası Sıcaklık Sensörü Emme havası sıcaklığı sensörü bazı araçlarda hava debisi sensöründen ayrı olabilir. Sıcaklık arttıkça elektrik direncinin düştüğü bir NTC(negatif sıcaklık katsayılı) termistörden oluşmuştur. Kontrol ünitesinin giriş devresi bir gerilim bölücü şeklinde düzenlenmiş olduğu için bu gerilim kontrol ünitesindeki direnç ile NTC sensörün direnci arasında bölünmüştür. Sonuç olarak kontrol ünitesi voltaj değişimleri vasıtasıyla sensördeki direnç değişiklerini değerlendirerek sıcaklık hakkında bilgi elde eder Darbe Sensörü Kaza durumunda, otomobilde bulunanların güvenliğini artırmak için, kabin içinde sürücü koltuğunun altında bir darbe sensörü mevcuttur. Bu sensör, yakıt besleme pompasını devre dışı bırakarak, yakıt enjeksiyon sisteminden dışarı sızacak yakıt sebebi ile yangın çıkması ihtimalini azaltır. Darbe sensörü, konik bir yuvaya oturtulmuş çelik bir bilye ve bu bilyeyi yerinde tutması için bir mıknatıstan oluşur. Şiddetli bir çarpışma halinde, bilye manyetik kuvvetin etkisinden kurtulur ve yakıt pompasının şasi bağlantısını keserek normalde kapalı olan elektrik devresini açar. Dolayısıyla da enjeksiyon sisteminin yakıt beslemesini keser Elektronik Ateşleme Kumandası Mikro-bilgisayar, ateşleme açısını her defasında iki ateşleme olayı arasında yük ve devir sayısı gibi sensörlerden faydalanarak hesaplar. Olaya ait değeri, hafızaya alınmış karakteristik alandan alır. 119

13 Mikro-bilgisayar, motor sıcaklığı, emilen havanın sıcaklığı, gaz kelebeğinin konumu ve devir büyüklüklerine bağlı olarak, bu karakteristik değeri düzeltir ve böylece daima en uygun ateşleme anını temin eder. Elektronik ateşleme ayarı, özellikle yakıt sarfiyatına pozitif etki yapan iki önemli avantaj sağlar. Bu avantajlar; devir sayısı hakkındaki bilgiyi, krank mili üzerindeki devir sayısı sensöründen veya üst ölü nokta sensöründen alır. Bu sayede vuruntu sınırına olan emniyet uzaklığı azalır ve ateşleme açısı maksimum dönme momenti eğrisine daha iyi uyum sağlar. Dijital olarak depo edilen karakteristik alanın imkânları vasıtasıyla, ateşleme açısı, her işletme durumunda, diğer alandaki ateşleme ayar değişikliklerini etkilemeden, uygun bir şekilde ayarlanabilir. Bu durum yakıt sarfiyatını azaltır Vuruntu Sensörleri Vuruntu sensörleri, emme manifoldlarının alt yanında ve sırayla 1-2 ve 3-4 silindirleri arasında olmak üzere motor bloğu üzerinde bulunmaktadır. Motorda vuruntu olduğu zaman motor bloğunda belli bir frekansta titreşimler oluşur. Bu olay piezo-elektrik kristali üzerinde mekanik yankı yaratır ve bu da kontrol ünitesine bir sinyal gönderir. Bu ünite böyle bir sinyale dayanarak bu olay ortadan kayboluncaya kadar ateşleme avansını azaltmak (3dereceden en fazla 9.7 dereceye kadar) için önlemler alır. Daha sonra avans kademeli olarak esas değere doğru geri çekilir. Bu sensörler yanlış tork anahtarı ile sıkılmayı önlemek için burca sahiptir. Yenileri ile değiştirilirse, motor bloğu ile sensörün temas yüzeyi arasına rondela veya şim koymayınız ELEKTRONİK KONTROL ÜNİTESİNDEN (ECU) ÇIKIŞ ALAN ELEMANLAR Elektronik kontrol ünitesi yukarıda da açıklanmış olan verileri ( giriş sinyalleri ) değerlendirdikten sonra yapılması gerekenleri yapacak olan iş elemanlarına ( Aktuatörlere ) analog yada dijital bir sinyal gönderir. Bu sinyalin gönderildiği aktuatörlerden bazıları aşağıda verilmiştir. ( Bkz. Aktif devre elemanları ) 120 Pierburg EGR (Egzoz Gazı Resirkülasyonu) Valf Borg-Warner Modülatör Selenoidi Motor Durdurma Selenoidi Termik Starter Enjeksiyon Avansı Aktüatörü DC MOTORLAR Şekil 9. 9: Elektronik Kontrol Ünitesi ( ECU ) ve ilgili devre şeması

14 9.11. ECU Optimizasyonu ECU optimizasyon süreci sırasında, tüm bu değerler motorun fiziki kabul edilebilirlik sınırları içerisinde optimum seviyeye ayarlanır. Tüm devir bandında enjeksiyon haritası, turbo basıncı, ateşleme zamanlaması çok kesin bir şekilde tekrar hesaplanır ve optimize edilir. Bu sayede, motorun maksimum güç ve tork üretmesi sağlanır. Aynı zamanda, motorun aynı derecede uzun ömürlü olması için ve de azami yakıt tasarrufu sağlanacak şekilde tüm toleranslar da göz önünde bulundurulur. Bu işlem sadece ve sadece uzman mühendisler tarafından yapılmaktadır. Turbolu motorlarda %20-40, turbosuz motorlarda ise %10-15 arasında, güç ve torkta bir iyileşme sağlanır. Sonuç olarak, hızlanma ve azami sürat değerleri oldukça artar. ECU Optimizasyon uygulamasını anlamanız için, öncelikle optimizasyonun nerde ve nasıl gerçekleşeceğini bilmeniz gereklidir. Söz konusu optimizasyon, ECU (Motor kontrol ünitesi) kısmında gerçekleşecektir. Bu uygulamanın özelliği, motorun herhangi bir şekilde fiziki olarak modifiye edilmeyecek olmasıdır. Sadece motor yönetimi için gerekli bilgileri içeren chip (Flash EPROM) değişecektir. Orijinal program okunacak, özenle optimize edilecek ve yeni program yüklenecektir. İlk üretilen araçlarda, ateşleme zamanını direksiyon üzerinde bulunan bir cetvel sayesinde ayarlamak mümkündü. Buradaki amaç, optimum hava/yakıt karışımını ve ateşleme noktasını bularak performansı arttırmaktı. Takip eden 20 yıl içerisinde teknoloji gelişti. Elektronik enjeksiyon sistemleri, direk enjeksiyon, çok noktalı enjeksiyon ve elektronik ateşleme sistemleri ortaya çıktı. Bu sayede, küçük motorlardan büyük performanslar elde etmek mümkün hale geldi. Bu gelişimi mühendisler eskiden ancak hayal ederlerdi. Günümüzde, tüm motor parametreleri yüzlerce sensör yardımı ile ECU ye ulaştırılmakta ve ECU tarafından denetlenmekte ve ayarlanmaktadır (ateşleme zamanlaması, enjeksiyon, turbo basıncı vs ). Üretici firma bu ayarları optimize etmiyor çünkü optimizasyon sonrasında bir takım sorun ve çelişkiler karşısına çıkabiliyor: Bazı ülkelerde kötü yakıt satılabiliyor. Yakıtın kötü olması, emisyon testlerinde sorun yaratabiliyor. Tüm araç sahipleri araçlarını zamanında servise götürmüyorlar. Servisi hatta km geciktiren araç sahipleri de çok sayıda mevcut. Herkes aracını bilinçli bir şekilde kullanmıyor. Bazı araç sahipleri motorlarını hor kullanıyorlar, bakım yaptırmıyorlar, arızaları umursamıyorlar. Bunun bir sonucu olarak ta, üreticinin garanti yükümlülüğü dahilinde arızaları onarma sorumluluğu doğuyor. Bazı ülkelerde aşırı sıcak veya aşırı soğuk havalar hüküm sürebiliyor. Üretici araçlarını bu iklim koşullarının en elverişsizine göre ayarlıyor. Farklı ülkelerin farklı emisyon yasaları mevcut olabiliyor. Üretici ürünlerini bunların en strikt olanına göre ayarlıyor. Yüksek performanslı araçların sigorta primleri de yüksek oluyor. Bu nedenle, üretici ürünlerinin rağbet görmemesi endişesi ile motorların gücünü düşük seviyelerde tutuyor. 121 Şekil 9. 10: Elektronik kontrol ünitesi ( ECU )

15 KAYNAKLAR