ECU خودرو چیست؟ / ایسیو خودرو

در صنعت خودرو، اصطلاح ECU اغلب به یک واحد کنترل موتور (ECU) یا یک مدول کنترل موتور (ECM) اشاره دارد.

اگراین واحد، موتورو انتقال را کنترل کند، اغلب به عنوان یک مدول کنترل قدرت انتقال (PCM) توصیف می شود.

هدف این مقاله، درباره ی ECU به عنوان یک واحد کنترل موتور است.

ECU چه کاری انجام می دهد؟

اساسا ECU در موتور تزریق سوخت را کنترل می کند و در موتورهای بنزینی زمان جرقه زدن را برای شروع احتراق تنظیم می کند. این وضعیت داخلی موتور را با استفاده از سنسور موقعیت میل لنگ تعریف می کند به طوری که انژکتور و سیستم احتراق در زمان درست فعال می شوند.

این چیزی است که ECU به صورت مکانیکی انجام می دهد (و در گذشته انجام می داد)،ولی اکنون کمی بیشتر از این هاست.

یک موتور احتراق داخلی اساسا یک پمپ هوای بزرگ است که انرژی خود را از سوخت دریافت می کند. هنگامی که هوا به درون کشیده می شود، سوخت کافی برای ایجاد انرژی برای حفظ عملکرد موتور فراهم می شود، در حالی که داشتن مقدار مناسب سوخت برای استفاده از ماشین ضروری است.

این ترکیب هوا و سوخت ، مخلوط نامیده می شود. مخلوط بیش از حد ، باعث خفه شدن موتور می شود، مخلوط خیلی کم نیز باعث می شود موتور نتواند به خود یا به ماشین انرژی رسانی کند.

نه تنها مقدار مخلوط مهم است، نسبت مخلوط نیز باید درست باشد.اگر سوخت بیش از حد باشد اکسیژن کم می شود و احتراق به صورت صحیح انجام نمی شود و هدر می رود. اگر سوخت بسیار کم باشد – اکسیژن زیاد موجب احتراق و ضعیف شدن موتور می شود.

موتورها مقدار و نسبت مخلوط را توسط یک دستگاه اندازه گیری مکانیکی به نام کاربوراتور کاملا کنترل می کردند، که کمی بیش از مجموعه ای از سوراخ های قطر ثابت (جت) بود که از طریق آن موتور سوخت را به درون می کشید. با توجه به نیازهای وسایل نقلیه مدرن و تمرکز بر افزایش بهره وری سوخت و انتشار گازهای گلخانه ای کم تر، مخلوط باید بیشتر کنترل شود.

تنها راه پاسخگویی به این الزامات سختگیرانه،واگذاری کنترل موتور به ECU(واحد کنترل موتور) است. ECU کار کنترل تزریق سوخت، احتراق و کمکی موتور را با استفاده از معادلات ذخیره شده دیجیتالی و جداول عددی، به جای روش آنالوگ انجام می دهد.

مدیریت سوخت دقیق

ECU در هنگام تصمیم گیری برای تعیین نسبت مخلوط با متغیرهای مختلفی سر و کار دارد.

• نیاز موتور

• دمای موتور / خنک کننده

• دمای هوا

• دمای سوخت

• کیفیت سوخت

• تفاوت محدودیت های فیلتر

• فشار هوا

• بازده مصرف انرژی موتور

نیاز به تعدادی سنسور برای اندازه گیری این متغیرها و استفاده از آنها در منطق برنامه نویسی ECU برای تعیین اینکه چگونه می توان آنها را جبران کرد، وجود دارد.

افزایش نیاز موتور (مثلا در هنگام شتاب گرفتن ) نیاز به افزایش مقدار کلی مخلوط را دارد. به علت ویژگی های احتراق سوخت در هنگام استفاده، نیاز به تغییر در نسبت این مخلوط به وجود می اید.

هنگامی که پدال گاز را فشار می دهید، دریچه ی کنترل سوخت باز می شود تا هوای بیشتری وارد موتور شود. افزایش جریان هوا درموتور توسط سنسور جریان هوای جرم (MAF) اندازه گیری می شود، بنابراین ECU می تواند مقدار سوخت تزریق شده را تغییر دهد، در حالی که نسبت مخلوط را در حد محدودی حفظ می کند.
این مراحل در اینجا به پایان نمی رسند.

برای بدست آمدن بهترین سطح قدرت و احتراق ایمن، ECU باید نسبت مخلوط را تغییر داده و سوخت بیشتری را در زیر دریچه کنترل سوخت تزریق کند، سپس در حالت کروز قرار می گیرد، این مخلوط غنی نامیده می شود. برعکس، در استراتژی سوخت گیری اگر خطایی رخ دهد و از مقدار معمول سوخت کمتری تزریق شود، یک مخلوط فقیر به دست می آید.

علاوه بر محاسبات سوخت رسانی بر اساس نیاز رانندگان، درجه حرارت نقش قابل توجهی در بازیابی معادلات دارد. از آنجا که بنزین به عنوان یک مایع تزریق می شود، تبخیر باید قبل از سوختن انجام شود.

اگر موتور داغ باشد، این کار آسان تر است، اما اگر موتور سرد باشد مایع تمایل کمتری به بخار شدن خواهد داشت ، بنابراین باید سوخت بیشتری برای نسبت مخلوط در میزان درست برای احتراق ، تزریق شود.

بنابراین قبل از استفاده از ECU، کار آن توسط یک “خنک کننده” در کاربوراتور انجام می شد. این خفه کننده به سادگی یک دریچه بود که جریان هوا را به کاربوراتور وهمچنین خلاء را در جت ها افزایش می داد تا جریان سوخت را افزایش پیدا کند.

این روش اغلب نادرست و مشکل بود و نیاز به تنظیمات مکرر داشت. بسیاری از آنها توسط راننده در حین رانندگی به صورت دستی تنظیم می شدند.
دمای هوا نیز مانند فشار هوا در کیفیت احتراق نقش بسیار مهمی دارد.

احتراق کامل

از آن جایی که یک موتور خودرو بیشتر زمان خود را در بخشی از دریچه ی کنترل سوخت صرف می کند، ECU بر حداکثر بهره وری در این قسمت تمرکز می کند. مخلوط مناسب که در آن تمام سوخت های تزریقی احتراق می شود و اکسیژن استفاده شده در این احتراق مصرف می شود،با نام استوکیومتریک یا اغلب “لامدا” شناخته می شود. در شرایط استوکیومتریک، Lambda = 1.0. می باشد.

سنسور اکسیژن خروجی گاز (سنسور لامدا، سنسور O2، سنسور اکسیژن یا (HEGO اکسیژن را پس از احتراق اندازه گیری می کند. این سنسور به موتور می گوید که آیا نسبت میزان مخلوط هوا زیاد است یا خیر – و به طور طبیعی آیا تزریق سوخت بیش از حد یا ناکافی بوده است یا خیر.

ECU این اندازه گیری را می خواند و دائما مقدار سوختی را تزریق می کند تا مخلوط را نزدیک به Lambda = 1.0 نگه دارد. این عمل “حلقه بسته” نامیده می شود و سهم عمده ای در عملکرد پیشرفته ی ECU ها در موتور دارد.

با توجه به مقررات سختگیرانه نشر که اکنون در حال اعمال است، سیستم های دیگر بسیاری بر روی یک موتور وجود دارد که به کاهش مصرف سوخت و / یا کاهش تاثیرات زیستی کمک می کند. این ها شامل:

• تجمع گاز خروجی (EGR)

• مبدل کاتالیستی و کاهش کاتالیزوری انتخابی

• واکنش تزریق هوای خروجی (AIR)

• فیلترهای ذره ای دیزلی (DPF)

• طبقه بندی سوخت

• تزریق افزودنی خروجی مانند (AdBlue)

• کنترل نشر تبخیر (EVAP)

• توربوشارژر و سوپرشارژر

• سیستم های انتقال نیروی ترکیبی

• کنترل Valvetrain متغیر (مانند VTEC یا MultiAir)

• کنترل درونکشی متغیر

هر یک از سیستم های فوق تا حدودی بر عملکرد موتور تأثیر می گذارند و به همین علت نیاز به کنترل کامل ECU وجود دارد.

ثیر می گذارند و به همین علت نیاز به کنترل کامل ECU وجود دارد.

ECU چگونه عمل می کند؟

ECU اغلب به عنوان “مغز” موتور شناخته می شود. اساسا یک کامپیوتر، سیستم سوئیچینگ و سیستم مدیریت انرژی در یک نمونه بسیار کوچک است. برای عملکرد حتی در یک سطح پایه، باید چهار گروه عملیاتی را شامل شود.

ورودی

ورودی به طور معمول شامل سنسورهای دما و فشار، سیگنال های روشن / خاموش و داده های مدول های دیگر در درون وسیله نقلیه است و چگونگی جمع آوری اطلاعات ECU نیاز به تصمیم گیری دارد.

به عنوان نمونه ای از یک ورودی،می توان یک سنسور درجه حرارت خنک کننده یا سنسور موقعیت پدال گاز را نام برد. همچنین می توانید درخواست های سیستم ترمز ضد قفل (ABS) را، مانند استفاده از کنترل اصطکاک، در نظر بگیرید.

در حال پردازش

هنگامی که داده ها توسط ECU جمع آوری می شوند، پردازنده باید مشخصات خروجی مانند پهنای پالس انژکتور سوخت را مشخص کند، که توسط نرم افزار ذخیره شده درون واحد انجام می شود.

پردازنده نه تنها از نرم افزار برای تصمیم گیری در مورد خروجی استفاده می کند، بلکه از اطلاعات خود نیز استفاده می کند، مانند تعدیل مخلوط آگاهانه و میزان مصرف بنزین بر حسب مایل.

خروجی

ECU سپس می تواند عملی را بر روی موتور انجام دهد، و این اجازه ورود مقدار صحیح نیرو برای کنترل محرک را می دهد.

این می تواند شامل کنترل پهنای پالس انژکتور سوخت، زمان دقیق سیستم جرقه زنی، باز کردن یک دریچه الکترونیکی یا فعال کردن یک فن خنک کننده رادیاتور باشد.

مدیریت نیرو

ECU دارای مقدار زیادی پیش نیاز داخلی برای عملکرد صحیح صدها اجزای داخلی می باشد. علاوه بر این، برای اینکه بسیاری از سنسورها و محرک ها عمل کنند، ولتاژ صحیح باید توسط ECU برای اجزای داخل ماشین تامین شود.

این می تواند مقدار ۵ ولت ثابت برای سنسورها، یا بیش از ۲۰۰ ولت برای مدارهای انژکتور سوخت باشد.

نه تنها ولتاژ باید اصلاح شود، بلکه برخی از خروجی ها باید بیش از ۳۰ آمپر را پردازش کنند، که به طور طبیعی حرارت زیادی را ایجاد می کند. مدیریت حرارتی بخش مهمی در طراحی ECU است.