ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK-MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ OTOMOTİV LABORATUARI DERSİ Deney Adı OTOMOBİLLERDE KULLANILAN ELEKTROMEKANİK SİSTEMLERİN KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ DENEY SORUMLUSU Öğr. Gör. Dr. Zeliha KAMIŞ
OTOMOBİLLERDE KULLANILAN ELEKTROMEKANİK SİSTEMLERİN KARAKTERİSTİKLERİNİN İNCELENMESİ 1. AMAÇ Otomobillerde kullanılan elektromekanik sistemlerin (eyleyicilerin) dinamik karakteristiklerini inceleyip cevap zamanını tespit etmek. 2. GİRİŞ Otomotiv endüstrisinde günümüzdeki eğilim, daha konforlu ve ekonomik taşıtların tasarlanması yönündedir. Otomobillerde en önemli sorun yakıt tüketiminin ve çevreye atılan kirleticilerin azaltılmasıdır. Yetmişli yıllara göre günümüz taşıtlarında çevreye atılan kirleticiler önemli oranda azaltılmış ve taşıtların verimi de önemli oranda arttırılmıştır. Bu gelişmelere rağmen taşıtlarda verim ve kirletici oranları halen arzu edilen seviyelere ulaşmış değildir. Bu amaçla içten yanmalı motorlar için yakıt pillerini veya bataryalarını esas alan elektrokimyasal sistemler geliştirilmesine rağmen bu sistemlerin alt yapılarının oluşturulması bugün için oldukça zor görünmektedir. Bu nedenle günümüzde, ana sistemin alt yapısını değiştirmeksizin motor verimini yükseltmeye ve kirletici oranlarını düşürmeye yönelik çeşitli çalışmalar yürütülmektedir. Konforun ve ekonomikliğin aranan bir özellik haline gelmesi, çevreye atılan kirleticilere getirilen kısıtlamalar taşıtlarda her türlü denetimi zorunlu hale getirmektedir. Bu nedenle otomotiv sektöründe mekanik veya hidrolik kumandalı sistemler yerine, motor performansını optimize eden, esneklik derecesi yüksek merkezi elektronik kumanda altındaki yerel elektromekanik aygıtlar kullanan yapıya doğru bir geçiş yaşanmaktadır. Elektromekanik sistemlerin yeri ve önemi, elektronik ve bilgisayar teknolojisinin gelişmesi ve denetim sistemlerinde kullanılmaya başlaması ile yaygınlaşarak artmıştır. Elektromekanik aygıtlar tasarım ve analiz açısından elektronik ve makine mühendisliğinin bir ara kesiti konumundadır ve bu tür sistemlerin tasarımında mıknatıs bilgisi ile mekanik bilgisinin uygun bir biçimde birleştirilmesi gerekmektedir. Elektrik/elektronik teknolojisinin gelişmesiyle özellikle otomotiv endüstrisinde elektromekanik sistemlerin kullanımı önemli oranda artmıştır. Günümüzde otomobillerde motor yakıt ve ateşleme denetiminde, ABS fren sistemlerinde, supap mekanizmalarında, vb. elektromekanik sistemler kullanılır. Bu eyleyiciler birer çevirici veya kuvvetlendirici gibi çalıştıkları için tüm sistemin çalışmasında bu elemanların denetimi çok önemli rol oynamaktadır. Bunun için bu elemanların tasarım parametreleri dikkate alınarak mümkün olduğu kadar hızlı olmaları gerekmektedir. Bu sebeple elektromekanik sistemlerin tasarımında boyut, manyetik malzeme gibi tasarım faktörleri ve cevap zamanı ele alınması gereken ene önemli faktörlerdendir., Bu laboratuar çalışmasında otomobillerde elektronik denetim sisteminin en önemli elemanlarından biri olan elektromekanik sistemlerin çalışması hakkında bilgi verilecektir. Uygulama örneği olarak elektromekanik eyleyiciler ve son gelişmelerden biri olan elektromekanik supap mekanizmaları ele alınacak ve bu elemanların karakteristikleri deneysel olarak elde edilecek ve sistemin cevap zamanı tespit edilecektir. 3. TEORİ 3.1. OTOBİLLERDE ELEKTRONİK DENETİM Günümüz taşıtlarının önemli bir kısmı elektronik denetimli olarak çalışmaktadır. Bugüne kadar elektronik; motorlarda, güç iletiminde, frenleme sisteminde, güç kaynaklarında, göstergelerde, radyolarda, havalandırma sistemlerinde ve bunun gibi çok geniş alanlarda kullanılmaktadır. Özellikle ateşleme ve yakıt denetimi hemen hemen tamamen elektronik
donanımlarla gerçekleştirilmektedir.taşıtlarda kontrol sistemlerinde mekanik elemanlar yerine elektronik elemanların kullanılmaya başlaması ile kontrol edilebilirlik daha kolay hale gelmiştir. Bu da taşıt performansını arttırmıştır. Şekil 1' de verilen geribeslemeli denetim sistemi blok şeması üzerinde bir taşıt elektroniği ve denetiminin elemanları verilmiştir. Bu elemanları aşağıdaki gibi açıklayabiliriz. Karşılaştırıcı ve giriş elemanlarını da içine alan denetleyici veya denetim sistemi temelde mikrodenetleyici (microcontroller) olarak isimlendirilen bir elektronik devredir. Bu sistem sayısal elektronik devre elemanları ile sistemin çalışmasını ve denetim etkisi yordamlarını (algoritma) çalıştıran bir yazılımdan meydana gelmiştir. Taşıtlarda bu sistem elektronik denetim birimi (electronic control unit) veya kısaca ECU olarak bilinir. Şekilden de görüldüğü gibi denetleyicide giriş bilgileri ile geri besleme bilgileri karşılaştırıldıktan sonra ortaya çıkan hata işaretine bağlı olarak uygun bir denetim bilgisi veya işareti üretilir. Bu denetim bilgisi denetleyicide uygun bir denetim etkisi (PID, bulanık mantık vb.) biçimde hazırlanır. Bu işlem de uygun bir yazılım programı ile yerine getirilir. GİRİŞ Kumanda İşareti v(t) Başvuru Giriş Elemanları DENETLEYİCİ (ECU) Bozucu Giriş (d(t)) Karşılaştırıcı Hata Denetim Düzeltme ÇIKIŞ Sinyali Denetim Sinyali Sürücü Eyleyici veya Sinyali Yordamı DAC Devre Denetlenen motor eleman e(t) m(t) a(t) Sistem Denetlenen Değişken Ateşleme veya yakıt c(t) sistemi vs. ADC Geribesleme Sinyali Algılayıcı b(t) Şekil 1 Elektronik denetleyicili geribeslemeli sistem Denetleyicinin (ECU) çıkışında elde edilen denetim bilgisi veya işareti eyleyiciye (motor elemana) gönderilir. Yalnız sayısal biçimde (kesikli) olan bu işaret genelde benzeşik (sürekli) işaret ile çalışan eyleyiciye gönderilmeden önce DAC (sayısal benzeşik dönüştürücü) adı verilen bir elektronik devrede benzeşik bir işarete dönüştürülür. Bu işaret ise düşük akımlı bir gerilim işareti olduğundan bir eyleyiciyi harekete geçirecek güce sahip değildir. Bunun içinde benzeşik elektronik elemanlardan (genelde transistor, diyot gibi) meydana gelmiş sürücü devre (akım sürücüsü ve güç kuvvetlendiricisi) adı verilen bir devre kullanılır. Bu devreden sağlanan görece yüksek akımlı elektrik enerjisi genelde temel devresi bir sargı (bobin) elemanından oluşmuş elektromekanik eyleyicide gerekli ve yeterli mekaniksel bir hareket oluşturur. Bunun sonucunda sistemde denetlenen nicelik (değişken) arzu edilen değere getirilmeye çalışılır. Taşıtlarda yer alan elektronik denetimli eyleyicilerin belli başlıları ateşleme bobini, elektromekanik enjektörler, ABS fren mekanizmaları vb. olarak sıralanabilir. Bunlar genelde ECU dan denetimli (geri beslemeli denetleyici) eyleyicilerdir. Taşıtlarda bunun dışında ayrıca merkezi kilit sistemi, cam silecekleri ve benzeri yerlerde yerel (local) denetimli eyleyiciler kullanılır. Buna karşılık hava koşullarına duyarlı olarak çalışan cam silecekleri de komutu ECU dan alır. Geri beslemeli denetim döngüsü içinde yer alan en önemli elemanlardan birisi de algılayıcılardır. Algılayıcı denetlenen değişkeni algılayıp değerlendiren bir ölçme elemanıdır. Elektronik denetimli bir sistemde kullanılan algılayıcıların önemli bir bölümü elektronik elemanlardan meydana gelir. Bir algılayıcıyı; algılama ve işaret kuvvetlendirmedeğerlendirme olmak üzere iki kısımda inceleyebiliriz. Algılama kısmı ölçülecek ve dolayısıyla denetlenen değişkeni duyan, hisseden bölümdür. Burada sıcaklık, basınç, konum, akış, devir gibi fiziksel değişkenler uygun bir işarete dönüştürülür. Algılayıcının bu kısmı işaret veya enerji dönüştürücüsü (transducer) olarak bilinir. Burada ölçülen fiziksel nicelik genellikle önce bir mekanik işarete daha sonra da elektrik işaretine dönüştürülür. Bu
dönüştürme işlemi için elektronik elemanlardan oluşmuş devreler kullanılır. Bu devre içinde algılama kısmının ürettiği zayıf elektrik işareti kuvvetlendirilerek ölçme değerlendirmesi için şartlandırılır. Algılayıcı çıkışı, genelde benzeşik bir işaret olduğundan denetleyiciye gönderilmeden önce benzeşik- sayısal dönüştürücü olan ADC de sayısal işarete dönüştürülür. 3.2. ELEKTROMEKANİK SİSTEMLER Elektromekanik sistemler elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren aygıtlardır. Otomasyon sistemlerinden otomotiv endüstrisine kadar çok yaygın kullanım alanına sahiptirler. Gelişen teknoloji ve müşteri beklentileri, üreticinin müşterisine en uygun ürün ve üretim sistemlerini sunabilmesi için birden fazla teknolojinin bir arada kullanıldığı çözümlere yönelmesi gerekir. Bu tür çözümlerin uygulanması ile oluşan ürün ve üretim sistemleri, mekaniğin yanı sıra hidrolik, pnömatik, elektrik, elektronik, bilgisayar ve endüstriyel veri iletişim sistemlerinin bazı uygulamalarda tamamını bazı uygulamalarda ise bir kaçını içermektedir. Bu tür sistemler mekatronik sistemler olarak adlandırılır. Mekatronik sistemlerin en önemli kısmını elektromekanik sistemler oluşturur ve otomotiv endüstrisinden otomasyon sistemlerine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Taşıt denetiminde kullanılan belli başlı elektromekanik sistem türleri aşağıdaki biçimde sıralanabilir. Dönme hareketi üretenler: Taşıtlarda DA motorları biçiminde olup dönme hareketi sağlamak amacı ile kullanılırlar. Öteleme hareketi üretenler: Mekaniksel öteleme hareketi üretmek için kullanılırlar. Taşıtlarda daha çok yakıt enjektörleri başta olmak üzere diğer aç-kapa işlemlerinde kullanılabilirler. 3.2.1. Dönme Hareketi Üreten Elektromekanik Sistemler Hareketi denetlenebilir eyleyici olarak uygulamaların çoğunda kalıcı mıknatıslı doğru akım elektrik motorları kullanılır.motorun çıkış hareketi dönel hareket olup bu hareket gerektiğinde sonsuz vida dişli mekanizması ile öteleme hareketine dönüştürülebilir. Pek çok taşıt tekniği uygulamalarında motor çıkış hızı bir dişli kutusu yardımıyla uygun değerlere düşürülür. Motorların kullanıldığı belli başlı uygulama alanları Cam silecekleri Cam suyu pompası Elektrikli camlar Elektrikli koltuk ayarlayıcısı Elektrikli aynalar Yakıt pompası Havalandırma üfleci Elektrikli tavan kapısı Elektrikli ayarlanabilir far Far sileceği Bu basit motorların en önemli dezavantajı bir konum geri beslemesinin mümkün olmamasıdır. Pek çok uygulamada geribesleme gerekmez iken bazı uygulamalarda gerekebilir. Bu durumda değişken direnç tipi bir konum algılayıcısı kullanılabilir. Tipik bir uygulama örneği olarak Şekil 2 de dönel bir rölanti yakıt ayar eyleyicisi verilmiştir. Bu aygıt hava yön geçişini denetlemek suretiyle rölanti hızını denetlemek için kullanılır. Tek sargılı ve çift sargılı olmak üzere iki tür motor vardır. Tek sargılı motor iki, çift sargılı motorun üç ucu vardır. ECU denetim altında motor bir klapenin açılıp kapanmasını sağlayan hava yan geçişini (bypass) denetler. Eyleyicinin valfi açıp kapaması için 90 o dönmesi yeterlidir. Bu motorların statoru kalıcı mıknatıs olup hareketli döner kısmı (rotor) tek
veya çift sargılıdır. Tek sargılı türünde bir kare dalga girişi karşısında, yay kuvveti altında yay kuvvetine karşı valfin açılmasına ve sinyal sıfır olduğunda da kapanmasına neden olur. Kare dalganın açma/kapama oranı ortalama valf açıklığını ve dolayısıyla da rölanti hızını belirler. Çift sargılı motorda, aynı kare dalga bir sargıya bu dalganın tersi sinyal de diğer sargının ucuna uygulanır. Sargılar birbirine göre zıt yönde verilmiş olduğundan kare dalga doluluk/boşluk oranı %50 olduğunda herhangi bir hareket meydana gelmez. Doluluk/boşluk oranı değiştirildiğinde klape bir yönden diğer yöne hareket ettirilmiş olur. Elektrik bağlantısı Gövde Kalıcı mıknatıs Rotor Dönel Klape Şekil 2. Motorlu algılayıcı 3.2.2. Öteleme Hareketi Üreten Elektromekanik Sistemler Elektromekanik aygıtlar hareketli kutup ve içinde sargı devresi bulunan hareketsiz kutuptan ibarettir. Hareketsiz kutupta bulunan bobine uygulanan gerilim sinyali sargı içinde bir elektrik akımı meydana getirmekte bu da sonuçta sargı etrafında kuvvetli bir mıknatıs alanı oluşturmaktadır. Bu mıknatıs alanı çekim kuvveti oluşturarak hareketli kutbu hareketsiz kutba doğru çekmeye zorlamaktadır. Elektrik akımı kesildikten sonra hareketli kutup eski konumuna genellikle bir yay vasıtasıyla döndürülmektedir. Mıknatıs devresi boyutları seçilen mıknatıs devresi geometrisine göre farklılıklar gösterebilir. Çok çeşitli mıknatıs geometrileri mevcut olmasına karşın taşıtlarda genellikle düz yüzlü disk tipi ve piston tipi mıknatıs devreleri kullanılmaktadır. Disk tipi ve piston tipi mıknatıs devrelerinin geometrisi Şekil 3 te verilmiştir. Disk tipi mıknatıs devresinin hareketli elemanı disk biçimindedir ve mıknatıssal olarak seri, mekanik olarak paralel bağlı iki çalışma aralığına sahiptir (Şekil 3). Bu yapıya bağlı olarak da küçük hava aralıklarında aşırı yüksek çekme kuvvetleri elde edilirken, hava aralığı artışı ile beraber çekme kuvvetleri aşırı bir düşüş gösterir. Disk tipi mıknatıs devresi w r 5 r 4 x h Piston tipi mıknatıs devresi r 5 r 4 r 6 r 3 r 2 r 1 r 0 r 3 r 2 r 1 r 0 x h l y l d l y l d Ortalama mıknatıs akısı yolu l k Ortalama mıknatıs akısı yolu Şekil 3. Mıknatıs devrelerinin geometrisi l k
Piston (plunger) tipi mıknatıs devresi, genelde solenoid olarak bilinir ve uygulamalarda çok sık kullanılır. Devrenin hareketli elemanı silindirik olup bobin ile birlikte mıknatıs devresinin içinde bir piston gibi gidip gelme hareketi yapar (Şekil 3). Bu yapı disk tipi mıknatıs devresine nazaran küçük yer değiştirmelerde daha küçük çekme kuvvetleri buna karşılık büyük yer değiştirmelerde görece daha büyük çekme kuvvetleri sağlar. Bu tip mıknatıs devrelerinde hava aralığı ve dolayısı ile etkin kesit alanı tektir. Elektromekanik sistemler elektrik, mıknatıs ve mekanik alt sistemlerinden meydana gelir (Şekil 4). Bu alt sistemler birbiriyle etkileşim halindedir. Denetim Sinyali ELEKTRİK ALT SİSTEMİ (L, R) i φ MIKNATIS ALT SİSTEMİ (N, A, l n ) F m x MEKANİK ALT SİSTEMİ (m, b, K) Şekil 4. Elektromekanik alt sistemlerinin birbiri ile etkileşimi 3.3. UYGULAMA ÖRNEKLERİ Bu laboratuar çalışması çerçevesinde öteleme hareketi yapan elektromekanik sistemler incelenecek ve bir yakıt enjektörü ile bir elektromekanik supap mekanizmasının karakteristikleri elde edilecektir. 3.3.1. Yakıt Enjektörü Günümüzde kullanılan enjektörlerin büyük çoğunluğu elektronik olarak denetlenmektedirler ve de bu nedenle son derece hassastırlar. En çok kullanılanları hareketli elemanı iğne tipli olanlardır. Bazı enjektörler yakıtı atomize edecek püskürtme tertibatına sahiptirler. Genellikle bir iğne uçlu valf küçük bir spiral yay yardımıyla oturtma yuvasına oturtulmaktadır. Diğer taraftan enjektör solenoid çekirdeğiyle irtibattadır. Solenoid sargısı enjektörün orta bölgesinde yer almaktadır. Şekil 5 te görüldüğü gibi benzinli motorlarda kullanılan elekromekanik kumandalı enjektörler solenoidli oturma valfi türünden olup kesikli olarak püskürtme yapmaktadırlar. Valfler denetim birimi tarafından gönderilen elektrik darbe sinyalleri ile açılıp kapanmaktadırlar. F b Filtre Yakıt girişi Enjektör Gövdesi Elektrik Bağlantısı O-Ring Solenoid Bobini Geri Döndür. yayı Metal Çekirdek Valf kovanı Durdurma Plakası Durdurma segmanı İğne Çentikli Kısım Enjektör Memesi Püskürtme formu a) kapalı b)açık Şekil 5 Elektromekanik kumandalı enjektör Günümüzde kullanılan enjektör-valf birimi bir adet solenoid bobinden ve iğne uçlu valften meydana gelmektedir. Genellikle iğne uçlu valf küçük bir spiral yay yardımıyla yuvasına oturtulmaktadır. Bobin, yumuşak demirden yapılmış enjektör gövdesinin arka bölümüne monte edilmiş, çentikli iğne ise enjektörün ön kısmındaki enjektör memesi ile klavuzlandırılmıştır. Bu iğne hareketli metal çekirdekle (armature) birlikte hareket etmektedir. Valfin her iki bölümü bir kovan tarafından çevrelenmekte ve bir arada tutulmaktadır. Elektronik denetim birimi tarafından sargılara verilen akım solenoidi enerjilendirdiği zaman meydana gelen manyetik alan, spiral geri dönüş yayına karşı metal çekirdeği ve iğneyi ve yakıt atomize halde gönderilmektedir. Gerekli miktardaki yakıt gönderildiğinde solenoid
akımı kesilmekte ve geri dönüş yayı iğneyi oturma konumuna itmekte ve püskürtme kesilmektedir. Bu sınırlandırılmış hareket genellikle 0.1 mm olarak ayarlanmaktadır. Bu tip püskürtme sistemleri ile hem yakıt basıncı hem de iğne-meme orifisi sabittir. Bu yüzden püskürtülen yakıt miktarının denetiminde sadece iğnenin açık kalma süresi etkilidir. Püskürtülecek olan yakıt miktarı; hava debisi, giriş havasının sıcaklığı ve atmosfer basıncı gibi çalışma parametrelerine bağlı olacaktır. Püskürtme süresi krank mili devir hızının bir fonksiyonudur. Bu yüzden pratikte püskürtülecek olan yakıt miktarı ve püskürtme süresi enjektör tasarımı ve püskürtme periyodu ile belirlenir. Enjektörler ne kadar uzun süre açık kalırsa o kadar çok yakıt püskürtülür. 3.2. Elektromekanik Supap Mekanizması Yakıt tüketimi ve kirletici oranlarının azaltılması yönünde giderek artan talepler kamsız supap mekanizması olarak adlandırılan alternatif bir supap mekanizması teknolojisine geçişe neden olmuştur. Kamsız supap mekanizması elektromekanik supap mekanizması olarak da adlandırılmakta olup supap hareketi kam mili ile bağlantılı olmayan bir eyleyici ile denetlenir. Bunun sonucunda, egzoz ve emme supabının açılma ve kapanma zamanlaması motorun tüm çalışma koşullarına göre optimize edilebilir. Elektromekanik supap mekanizması diğer değişken zamanlamalı supap mekanizmaları ile karşılaştırıldığında daha esnek supap denetimi sağlar. Elektromekanik supap mekanizmalarının getirdiği yeniliklerden en önemlisi kam mekanizması gibi mekanik bir bağlantıyı ortadan kaldırması diğeri de supapların açmakapama zamanlamasının elektronik denetim biriminden yapılabilmesidir. Bunun sonucunda, emme ve egzoz supabının açılma ve kapanma zamanlaması her türlü motor çalışma şartlarına göre optimum olarak ayarlanabilmekte, elektronik ateşleme zamanı ve yakıt püskürtmesi ile yanma değişkenleri optimize edilebilmektedir. Elektromekanik supap mekanizmalarında sistemin cevap hızı (açma-kapama zamanı) kamlı mekanik supap mekanizmalarında olduğu gibi motor hızı ve motor yüküne bağlı olmayıp, büyük oranda kütle yay sisteminin doğal frekansına ve belli oranda da mıknatıs devresi dinamiğine bağlıdır. Elektromekanik supap mekanizmaları için biraz farklılık gösteren tasarım yapıları görülmekle beraber bugüne kadar yapılan çalışmalar sonucu ortaya çıkan ürünler temelde birbirine benzemektedir. Şekil 6' dan görüldüğü gibi bir elektromekanik supap mekanizması (ESM) açma ve kapama olmak üzere iki adet mıknatıs devresi ve bobini, iki adet yay ve supap ile birlikte hareket eden disk veya piston biçiminde bir adet hareketli elemandan meydana gelir. Eyleyici yayı Kapama mıknatısı ve bobini x Hareketli eleman Açma mıknatısı ve bobini Supap yayı Supap Şekil 6. Elektromekanik supap mekanizması
Elektronik denetim biriminden gönderilen denetim sinyaline göre bobinlerden biri iletime, diğeri kesime sokularak supap açılıp kapanır. Her iki mıknatıs devresine de akım uygulanmadığında hareketli eleman yaylar yardımıyla denge konumunda tutulur. Motor çalıştığı sürece mıknatıs devrelerinden biri iletimdedir yani supap ya açık yada kapalı konumdadır. Motorun çalışması durdurulduğunda her iki mıknatıs devresi de iletimden kesilerek supap denge konumuna gelerek yarı açık konumda kalır. Elektromekanik supap mekanizmasının motorlarda uygulanabilmesi ve yüksek motor hızlarında yeterli performansı sağlaması için supabın hareket süresinin mümkün olduğu kadar kısa olması gerekir. 3.4. ELEKTROMEKANİK SİSTEMLERİN STATİK KARAKTERİSTİKLERİ Mıknatıs devrelerinin optimum çalışma değerleri hava aralığına bağlı olarak değişebilir ve bu değerler elde edilen mıknatıslanma eğrileri yardımıyla kolayca belirlenebilir. Boyutlandırılması yapılan mıknatıs devrelerinin çeşitli hareket mesafelerinde sağlayacağı çekim kuvvetinin belirlenmesi için mıknatıs devrelerinin farklı akım değerlerine karşılık gelen kuvvet-yer değiştirme karakteristikleri elde edilmelidir. Bu eğrilerden belirli bir akımda belirli bir kuvveti sağlamak için gerekli hava aralığı mesafesi veya tam tersi belirli bir hava aralığı mesafesi için gerekli akımı belirlemek mümkündür. Farklı akım değerlerine karşılık mıknatıs devresinin kuvvet-yer değiştirme eğrileri Şekil 7 de gösterilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi eğrilerin yapısı yaklaşık hiperbolik olup, yakın mesafelerde yüksek çekim kuvveti buna karşılık görece uzun mesafelerde ise düşük kuvvetler biçimindedir. Statik karakteristikleri gösteren mıknatıs kuvveti-yer değiştirme eğrileri üç bölgeye ayrılabilir (Şekil 7). I. bölge mıknatıs kuvvetlerinin çok yüksek, hava aralığının çok küçük olduğu bölgedir. Bu alan içinde kalıntı mıknatıslanma etkisi çok yüksek olduğundan bu bölge çalışma sınırları dışında tutulur. III. bölge ise hareketli kutup sabit kutuptan çok fazla uzaklaştığından mıknatıs kuvvetleri en aza inmiştir. Bu durumda mıknatıs devreleri için en uygun çalışma alanı II. bölge içindedir. Bu bölgede kalıntı mıknatıslanma etkileri en aza indirgenmiş ve hareketli eleman hareketi için yeterli mıknatıs kuvveti sağlanmıştır. Şekil 7. Elektromekanik sistemin kuvvet-yer değiştirme karakteristiği 3.5. ELEKTROMEKANİK SİSTEMLERİN DİNAMİK KARAKTERİSTİKLERİ Elektromekanik supap mekanizmasının dinamik karakteristikleri elektrik, mıknatıs ve mekanik alt sistemlerine ait denklemlerin (1-6) çözümünden elde edilir. Bu denklemlerin tam bir analitik çözümü bulunmamakla birlikte malzemenin mıknatıssal doyması ve sızıntı akısı kaçaklarını göz önünde bulundurarak mıknatıs devresine ait mıknatıs geçirgenlik denklemleri
ve malzemenin mıknatıslanma eğrisi değerlerini (B-H) bir arada kullanmak suretiyle uygun bir sayısal çözüm elde etmek mümkündür. Elektromekanik sistemlerin dinamik davranışı üç aşamalı olarak incelenebilir: (i) Hareketli elemanın harekete başlamasına kadar olan aşama: 2 dx dx = 0, = 0, x = 0 2 dt dt (ii) Hareketli elemanın hareketli olduğu aşama: Elektrik, mıknatıs ve mekanik eşitlikler geçerlidir. (iii) Hareketli elemanın hareketini tamamladığı aşama: Fmt Fyay Şekil 8 de elektromekanik supap mekanizmasının çalışma kademeleri göz önünde bulundurularak elde edilen dinamik karakteristik eğrileri verilmiştir. Burada akım eğrisinin minimum yaptığı nokta hareketli elemanın hareketini tamamlama anını gösterir. Şekil 8. Elektromekanik sistemin dinamik karakteristik eğrileri 4. DENEY DÜZENEĞİ Şekil 9 da elektromekanik sistemlerin dinamik davranışının kestirimi için kullanılacak olan deney düzeneğinin şematik gösterimi verilmiştir. Şekilden de görüldüğü gibi deney düzeneği güç kaynağı, sürücü devreler, veri toplama kartı (bilgisayar) ve elektromekanik sistemlerden meydana gelmektedir. Sistemde veri toplama kartı olarak dspace-ds1103 denetim kartı ve güç kaynağı olarak seri bağlı aküler kullanılmaktadır. Current Driver 1 Power Supply Current Driver 2 Computer Data Acquisition and Control Card PWM Generator D/A D/A Current Sensor A/D A/D A/D Position sensor Şekil 9. Deney düzeneği
5. DENEYİN YAPILIŞI Bilgisayarda oluşturulan giriş sinyali veri toplama ve denetim kartı yardımıyla akım sürücü devreye iletilir. Akım sürücü devre yardımıyla elektromekanik sistemlerin bobinlerinden akım sürülmesi ve dolayısıyla sistemin açılıp kapanması sağlanır. Elektromekanik sistemlerin akım ve konum değişimleri Şekil 9 da gösterilen algılayıcılar ve veri toplama kartı yardımıyla elde edilir. Akım ve konum değişim eğrileri yardımıyla sistemin dinamik karakteristikleri elde edilir. 6. HESAPLAMALAR Elde edilen eğriler yardımıyla elektromekanik sistemlerin toplam hareket zamanı ölü zaman, hareket zamanı, maksimum akım, hareket mesafesi gibi parametreler şekil yardımıyla bulunacaktır. 8. KAYNAKLAR YÜKSEL, İ. 2001. Otomatik Kontrol- Sistem Dinamiği ve Denetim Sistemleri. Uludağ Üniversitesi VİPAŞ A.Ş., Bursa, 357 s. KAMIŞ, Z. 2005. Supaplar İçin Elektromekanik Eyleyici Tasarımı Ve Denetiminin Araştırılması. Doktora Tezi, Uludağ Üniversitesi, Bursa. KAMIŞ, Z. 2001.Benzinli Motorlarda Enjektör Sistemlerinin İncelenmesi, Disk Valfli Enjektör Tasarımı Ve İmalatı. Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi, Bursa. YÜKSEL, İ. Taşıt Elektroniği ve Kontrolü Ders Notları. NOT: Deney deney raporu yazım kurallarına (Amaç, teori, deney tesisatı, deneyin yapılışı, hesaplamalar, sonuç, tartışma vb.) uygun olarak hazırlanmalıdır. Raporun ön kapağında öğrenci no, adı soyadı, deneyin adı, deney sorumlusu, deneyin yapılış tarihi, deney grubu (herkes deneye girdiği grubun hesaplama bilgilerini kullanmalıdır) açıkça belirtilmelidir. Raporun teori kısmında föydeki bilgilerin kullanılmaması, bu bilgilerin dışında araştırma yapılması gerekmektedir.