ایسیو ECU چیست؟کاربرد ایسیو خودرو

ایسیو ECU که اغلب به عنوان “مغز” موتور نامیده می شود یکی از بنیادی ترین قطعات خودرو به شمار می رود. ما در این مقاله به ایسیو(ECU) ،کاربرد و مکانیسم آن می پردازیم.

ایسیو ECU چیست؟

ECU  اصطلاحا به واحد کنترل موتور و هر واحد کنترل الکترونیکی که جزء هر سیستم مکاترونیک خودرو گفته می شود و فقط مختص کنترل موتور نیست. در صنعت خودرو، اصطلاح ECU اغلب به واحد کنترل موتور (ECU) یا واحد کنترل موتور (ECM) مربوط می شود. اگر این واحد، موتور و هم گیربکس را کنترل می کند، اغلب به آن ماژول کنترل نیروی محرکه (PCM) می گویند.

اساساً ECU موتور تزریق سوخت و در موتورهای بنزینی زمان جرقه را به منظوز احتراق آن کنترل می کند و موقعیت داخلی موتور را با استفاده از سنسور موقعیت میل لنگ تعیین می کند، تا انژکتورها و سیستم احتراق دقیقاً در زمان صحیح خود فعال شوند. علارغم اینکه به نظر می رسد می توان آن را به صورت مکانیکی انجام داد(کمااینکه در گذشته این چنین بود)، اما در حال حاظر این فرایند کمی سخت تر از حالت معمول است .

موتور احتراق داخلی در اصل یک پمپ بادی بزرگ است که با استفاده از سوخت، خود را تغذیه می کند. وقتی هوا جذب می شود، باید سوخت کافی برای ایجاد نیرو، جهت تقویت عملکرد موتور و هم چنین تامین مقدار مفید برای حرکت خودرو در مواقع لازم، فراهم شود. این ترکیب هوا و سوخت “مخلوط” نامیده می شود. اگر این مخلوط زیاد باشد موتور اصطلاحا “خفه” می کند و اگر خیلی کم باشد موتور قادر به تغذیه خود یا خودرو نخواهد بود.

نه تنها مقدار مخلوط مهم است، بلکه نسبت آن مخلوط نیز باید متناسب باشد. اگر سوخت زیاد واکسیژن بسیار کم باشد احتراق نامساعد بوده و اتلاف کننده است. اگر سوخت بسیار کم و اکسیژن زیاد باشد، احتراق را کند و ضعیف می کند.

این مقدار و نسبت مخلوط در موتور ها را با دستگاه اندازه گیری کاملاً مکانیکی به نام کاربراتور کنترل می کردند. با توجه به نیاز  وسایل نقلیه مدرن به مصرف سوخت با بازدهی بالا و آلایندگی کمتر، این مخلوط باید با دقت بیشتری کنترل شود.

تنها راه برای فراهم کردن این شرایط سخت، سپردن کنترل موتور به ECU (واحد کنترل موتور) است. ECU وظیفه کنترل تزریق سوخت، احتراق و لوازم جانبی موتور را با استفاده از معادلات و جداول عددی ذخیره شده به صورت دیجیتالی و غیر آنالوگ دارد.

حتما بخوانید:انواع سنسورهای ایسیو (ECU) و کاربرد هر یک از آن ها

نحوه مدیریت سوخت توسط ایسیو  (ECU)

ECU در هنگام تعیین  نسبت صحیح مخلوط باید با متغیرهای زیر سروکار داشته باشد:

-شرایط موتور

-دمای موتور/مایع خنک کننده

-دمای هوا

-دمای سوخت

-کیفیت سوخت

-محدودیت فیلتر متفاوت

-فشار هوا

-راندمان پمپاژ موتور

بنابراین نیاز است تا این متغیر ها بوسیله تعدادی سنسور اندازه گیری شده و عملکرد آن ها طبق منطق برنامه نویسی به درستی متعادل شوند.

افزایش نیاز های موتور (مانند شتاب) مستلزم افزایش مقدار کل مخلوط است. به دلیل ویژگی های احتراقی سوخت های مورد استفاده ، تغییر نسبت این مخلوط ها نیاز به تغییر دارند. وقتی پدال گاز را فشار می دهید، سوپاپ گاز باز می شود تا هوای بیشتری وارد موتور شود. افزایش میزان جریان هوا به درون موتور توسط سنسور متر جریان هوای توده ای (MAF) انجام می شود تا بتواند سوخت تزریقی را تغییر داده و نسبت مخلوط را در محدوده مناسب قرار دهد.

برای دستیابی به  بهترین میزان نیرو و احتراقی ایمن،ای سی یو باید نسبت مخلوط را تغییر داده و سوخت بیشتری در زیر گاز کامل تزریق کند  که به آن “مخلوط غنی” می گویند. در مقابل، یک روش سوخت رسانی یا خطایی که منجر به تزریق کمتر از حد معمول سوخت شود، منجر به ایجاد “مخلوط رقیق” می شود.

علاوه بر محاسبه سوخت بر اساس نیازهای راننده، دما نقش مهمی در معادلات مورد استفاده دارد. از آنجا که بنزین به صورت مایع تزریق     می شود، قبل از احتراق باید تبخیر رخ دهد. در موتورهای داغ، کنترل این کار آسان است، اما در موتورهای سرد مایع کمتر بخار می شود و باید سوخت بیشتری تزریق شود تا نسبت مخلوط در محدوده مناسب احتراق قرار بگیرد.

یادآوری: قبل از استفاده از ECU ، این کار توسط “خفه کردن” در کاربراتور مدیریت می شد. این خفه کننده یک فلپ ساده بود که جریان هوا را در کاربراتور محدود می کرد و باعث افزایش خلاء در جت ها می شد تا جریان سوخت بیشتر افزایش یابد. این روش نادرست،  اغلب مشکل ساز بود و نیاز به تنظیم همیشگی داشت و بسیاری از آن ها هنگام رانندگی به صورت دستی توسط راننده تنظیم می شد.

دمای هوا نیز همانند فشار متغیر جوی در کیفیت احتراق نقش دارد.

احتراق کامل ایسیو ECU

از آنجایی که موتور خودرو بیشتر زمان خود را روی سوپاپ کنترل گاز می گذراد، ECU حداکثر تمرکز خود را روی این زمینه می گذارد. مخلوط ایده آل در جایی که تمام سوخت تزریق شده، دچار احتراق می شود و تمام اکسیژن توسط آن مصرف می شود که به عنوان “استوکیومتری” یا اغلب به عنوان “لامبدا” شناخته می شود. در شرایط استوکیومتری ، لامبدا برابر با 1.0 است.

سنسور اکسیژن گاز خروجی(سنسور لامبدا ، سنسور O2 ، سنسور اکسیژن یا HEGO) میزان اکسیژن باقی مانده پس از احتراق را اندازه گیری می کند و برای موتور مشخص می کند که آیا در نسبت مخلوط هوا اضافی وجود دارد و یا سوخت زیاد یا ناکافی تزریق می شود یا خیر. ای سی یو این اندازه گیری را خوانده و مقدار سوخت تزریق شده را به طور مداوم تنظیم می کند تا مخلوط را تا حد ممکن نزدیک به Lambda  = 1.0  نگه دارد. این عمل به عنوان “حلقه بسته” شناخته می شود .

به دلیل مقررات سختگیرانه آلایندگی که در حال حاضر در حال اجرا است، بسیاری از سیستم های دیگر بر روی موتور وجود دارد که به کاهش مصرف سوخت ویا تاثیرات مخرب زیست محیطی کمک می کند که شامل موارد زیر است:

-گردش مجدد گازهای خروجی (EGR)

-مبدل کاتالیزوری و کاهش کاتالیزوری انتخابی

-واکنش تزریق هوای خروجی (AIR)

-فیلترهای ذرات دیزلی (DPF)

-طبقه بندی سوخت

-تزریق افزودنی اگزوز (مانند  AdBlue)

-کنترل نشتی تبخیری (EVAP)

-توربوشارژ و سوپرشارژ

-سیستم های پیشرانه هیبریدی

-کنترل متغیر سوپاپ ( مانند VTEC یا MultiAir)

-کنترل ورودی متغیر

هر یک از سیستم های فوق به نحوی بر عملکرد موتور تأثیر می گذارد و در نتیجه باید تحت کنترل کامل ECU باشد.

ایسیو ECU چگونه کار می کند؟

ای سی یو که اغلب به عنوان “مغز” موتور نامیده می شود در اصل یک کامپیوتر، سیستم سوئیچینگ و سیستم مدیریت نیرو بسیار کوچک است.

-ورودی ایسیو ECU

• این بخش شامل سنسورهای دما و فشار، سیگنال های روشن یا خاموش و داده های ماژول های دیگر داخل خودرو است و نحوه جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای تصمیم گیری، توسط ECU صورت می گیرد.
• یک نمونه ورودی می تواند یک سنسور دمای خنک کننده یا سنسور موقعیت پدال شتاب دهنده باشد. شرایط ماژول سیستم ترمز ضد قفل (ABS) نیز ممکن است همانند کنترل کششی در نظر گرفته شود.

-پردازش ایسیو ECU

پس از جمع آوری داده ها توسط ECU ، پردازنده باید مشخصات خروجی مانند پهنای پالس انژکتور سوخت را طبق نرم افزار ذخیره شده تعیین کند.

• پردازنده نه تنها نرم افزار را جهت تعیین خروجی مناسب می خواند، بلکه اطلاعات خود را نیز مانند تنظیمات و مسافت پیموده شده را نیز ثبت می کند.

-خروجی ایسیو ECU

• ایسیو می تواند با کار روی موتور، به مقدار مناسبی از نیرو اجازه می دهد تا حسگر ها را به طور دقیق کنترل کند.
• این موارد می تواند شامل کنترل پالس انژکتور سوختی ، زمان دقیق سیستم احتراق، باز شدن بدنه سوپاپ گاز الکترونیکی یا فعال شدن فن خنک کننده رادیاتور باشد.
• مدیریت نیرو

ECU برای عملکرد صحیح اجزای مختلف داخلی نیازمند توان داخلی زیادی است. علاوه بر این، برای کارکردن بسیاری از سنسورها و محرک ها، ولتاژ صحیح باید توسط ECU برای قطعات جانبی خودرو تامین شود که می تواند شامل تنها 5 ولت  برای سنسورها یا بیش از 200 ولت برای مدارهای تزریقی سوخت باشد.

• ولتاژ نه تنها باید اصلاح شود ، بلکه برخی خروجی ها باید بیش از 30 آمپر را مدیریت کنند، که طبیعتاً گرمای زیادی ایجاد می کند. مدیریت حرارتی بخش مهمی از طراحی ECU است.

عملکرد ایسیو ECU

اولین مرحله از عملکرد ECU در واقع کنترل میزان نیرو است.ECU جاییست که ولتاژهای مختلف تنظیم می شود و راه اندازی آن ها کنترل می شود. اکثر ECU ها به دلیل تنوع اجزای داخلی دارای مدیریت نیرو پیچیده ای هستند که 1.8 ولت ، 2.6 ولت ، 3.3 ولت ، 5 ولت ، 30 ولت و حداکثر 250 ولت را از منبع تغذیه 10-15 ولتی خودرو تنظیم می کند. سیستم مدیریت نیرو همچنین به ECU اجازه می دهد تا کنترل کاملی برای خاموش کردن خود و نه فقط هنگام خاموش کردن سوئیچ احتراق داشته باشد.

پس از تامین ولتاژهای مناسب، ریزپردازنده ها می توانند شروع به راه اندازی کنند. در اینجا ریزپردازنده اصلی نرم افزار را از روی حافظه می خواند و خود آن را بررسی می کند. سپس اطلاعات سنسورهای متعدد روی موتور را خوانده و آن ها را به اطلاعات قابل استفاده تبدیل می کند.

این اطلاعات اغلب از طریق CANbus  (شبکه کامپیوتری داخلی خودروی شما)  به سایر ماژول های الکترونیکی منتقل می شود. هنگامی که ریزپردازنده اصلی این اطلاعات را تفسیر کرد، به جداول یا فرمول های عددی نرم افزار رجوع کره و در صورت نیاز خروجی ها را  راه اندازی می کند.

بطور مثال اگر سنسور موقعیت میل لنگ نشان دهد که موتور یکی از سیلندرها به حداکثر فشار رسیده است، ترانزیستوری را برای سیم پیچ احتراق مربوطه فعال می کند. فرمول و جداول اشاره شده در نرم افزار باعث می شود تا فعال شدن این ترانزیستور بر اساس موقعیت سوپاپ گاز ، دمای مایع خنک کننده ، دمای هوا ، باز شدن EGR و نسبت مخلوط و اندازه گیری های قبلی که احتراق نادرست را نشان می دهد، به تاخیر بیفتد یا پیش برود.

عملکرد پردازنده اصلی در ای سی یو و فعال سازی بسیاری از خروجی ها توسط یک ریزپردازنده کنترل کننده نظارت می شود که در اصل یک کامپیوتر ثانویه است که از عملکرد صحیح کامپیوتر اصلی اطمینان حاصل می کند. اگر ریزپردازنده کنترل کننده از عملکرد ECU راضی نباشد، می تواند کل سیستم را ریست کرده یا به طور کامل خاموش کند. در صورت ایجاد خطا در ریزپردازنده اصلی، لازم است از پردازنده کنترل کننده ای با سوپاپ کنترل گاز و درایو سیمی استفاده کرد.

عیب یابی ایسیو ECU 

پیچیدگی اجرای همه این کنترل ها، ورودی ها و خروجی ها به قابلیت عیب یابی نسبتاً پیشرفته ای نیاز دارد و عیب یابی موتور به روش های قدیمی منسوخ شده است. ورودی و خروجی های ای سی یو به طور جداگانه توسط پردازنده ای اغلب ده ها بار در ثانیه، کنترل می شود تا اطمینان حاصل شود که در محدوده قابل تحمل نرم افزار قرار دارد. اگر یک خوانش سنسور  برای مدت زمان از پیش تعیین شده ای خارج از این محدوده قرار بگیرد، خطایی ثبت می شود و کد خطا جهت بازخوانی توسط تکنسین ذخیره می شود.

کدهای خطای ایسیو ECU

هنگامی که یک کد خطا در حافظه ذخیره می شود، معمولاً با کاهش کارایی موتور، برخی از برنامه های نرم افزار نادیده گرفته می شود، اگرچه موتور هنوز قادر به کارکردن در سطح ابتدایی خود است. در برخی شرایط،  مکانیسم عیب یابی یک نقص جدی را کشف می کند که یا عملکرد اساسی موتور را مختل می کند ، یا برای ایمنی موتور آن را خاموش می کند.

با وجود مدیریت پیشرفته شرایط موتور، اولین مرحله عیب یابی برای تکنسین خودرو، دسترسی به کدهای خطا از طریق حافظه ECU است که اغلب به صورت کدهای 5 رقمی الفبایی که با P ، B ، C یا U شروع می شوند هستند، و 4 عدد بعد از آن ها وجود دارد. جزئیات این کدها و توضیحات آن ها را می توانید در اینجا پیدا کنید: کدهای خطای OBDII

علاوه بر این کدها، تکنسین همچنین می تواند داده های حسگر حیاتی را از طریق ابزار عیب یاب در زمانی  که خودرو در حال کار است مشاهده کند که به آن ها این امکان را می دهد که سنسوری که خوانشی نادرست ولی در محدوده قابل قبول کد های خطا دارد را مشاهده کند.

حتما بخوانید:تفاوت بنزین معمولی با بنزین سوپر بنزین

 سوپاپ الکترونیکی کنترل گاز در ایسیو (ECU)

بسیاری از مردم کاربرد سوپاپ کنترل گاز با سیم رانندگی را زیر سوال می برند. این وسیله در دهه 90 معرفی شد و امروزه تقریباً بر روی هر موتور تولید شده ای نصب شده است، اما برتری آن نسبت به کابل قدیمی چیست؟

تا دهه 80 ، بیشتر کنترل سوپاپ گاز یا شتاب دهنده توسط کابل متصل کننده پدال به کاربراتور انجام می شد. سرعت دور خلاص به سادگی با تنظیم پیچی باعث می شود تا سوپاپ گاز کمی باز بماند و موتور به خوبی خاموش شود. این روش ساده نیاز به تنظیم همیشگی سرعت دور خلاص داشته و هنگام سرد شدن موتور یا فرسودگی قطعات مختلف مستعد انحراف بود.

در دهه 1980، با رواج یافتن ایسیو ، شیرهای الکترونیکی کنترل هوای  آزاد معرفی شدند که بسیاری از این مسائل را  حل می کرد ، با این حال ای سی یو در حال حاضر بخشی از جریان هوا را کنترل می کند و اجزای دیگر همچنان باقی مانده است.

با پیشرفت روز افزون بازدهی عملکرد موتور و کارایی در مونتاژ قطعات خودرو ، سوپاپ کنترل الکترونیکی گاز معرفی شد. این امر باعث سرعت بخشیدن به تولید خودرو (بدون نیاز  کابل عبوری گاز از فایروال) شد و دیگر نیازی به سوپاپ کنترل هوای آزاد نبود . ECU موتور کنترل عملکرد EGR و خاموش و روشن کردن موتور بهبود بخشد.

یکی از مزایای مهم سوپاپ الکترونیکی کنترل گاز این است که ECU می تواند زاویه آن را در هنگام شتاب تنظیم کند تا جریان هوای حقیقی را از طریق موتور  ارتقا داده و باعث افزایش سرعت عبور هوا از ورودی و افزایش گشتاور و قابلیت رانندگی می شود که به عنوان نقشه یابی گشتاوری شناخته می شود و تنها با کنترل الکترونیکی گاز امکان پذیر است.

سازگاری های ایجاد شده توسط ایسیو(ECU)

خودروهای مدرن با  قابلیت تحمل بسیار بیشتری  نسبت به گذشته ساخته می شوند، اما هنوز در معرض تغییرات مختلف ، فرسودگی مکانیکی و اثرات محیطی هستند. بدین ترتیب، می توان با تغییرات تدریجی در عملکرد موتور آن ها را سازگاتر کرد.

بطور مثال با مسدود شدن فیلتر هوا توسط گرد و غبار،  ECU می تواند برای سازگار شدن موتور، آن را  با مقدار کمتری تزریق سوخت روشن کند و به آن اجازه می دهد تا حداکثر کارایی خود را از زمان روشن شدن موتور به جای عملکرد در سطح کارخانه داشته باشد و  باعث ایجاد ترکیب بهینه می شود که این کار را به واسطه ذخیره مقادیر  Lambda  انجام می دهد.

این سازگاری ها نه تنها در مورد گرفتگی فیلترهای هوا ، بلکه در بسیاری از سیستم های موتور یا گیربکس نیز صدق می کند. با فرسوده شدن اجزای سیستم های هیدرولیک ، برای جبران نیاز به تغییر زمان فعال سازی برقی دارند. به طور مشابه ، هنگامی که موتور کاملاً فرسوده شده است ،  توان پمپ هوا به مرور تحلیل می رود و زاویه باز شدن سوپاپ گاز برای مهیا کردن سرعت دور خلاص مناسب، تغییر کند.

تاریخچه ECU

-دهه 1970:

ECU ها شروع به کنترل چندین سلونوئید روی کاربراتورها کردند تا آنها را کارآمدتر کند. برخی از آن ها شروع به مخلوط کردن، در حالت سرعت دور خلاص کردند.

-دهه 1980:

با گسترش تزریق سوخت ، ECU مسئولیت کامل سوخت رسانی و احتراق موتورهای بنزینی را بر عهده گرفت. حلقه کنترل لامبدا به زودی جا افتاد و ECU به سرعت پا به دوران جدیدی در عملکرد موتور نهاد.

-دهه 1990:

ECU در آن دوره امنیت خودرو ها را تامین می کرد. همچنین در موتورهای دیزلی به چشم می خورد که نقش نسبتا زیادی در موفقیت موتور توربودیزل در چند دهه آینده داشت.

-دهه 2000:

سوپاپ کنترل گاز Drive-by-Wire ، کنترل توربوشارژر و سیستم های انتشار چندگانه  همه تحت کنترل ECU قرار گرفتند .

-دهه 2010 و بعد از آن:

ECU هم اکنون کنترل کاملی بر احتراق مخلوط ، باز شدن سوپاپ گاز ، سیستم خنک کننده و سیستم های خروجی دارد. این دستگاه                می تواند بیش از صدها ورودی و خروجی داشته باشد و بخشی از  شبکه متصل به  ده ها واحد های کنترل الکترونیکی دیگر داخل خودرو است. سیستم های ترکیبی برای عملکرد بهتر،  به ECU متکی هستند ، در حالی که ویژگی های Driving Assistance در صورت در مقوله ی کنترل شرایط موتور مطرح می شود.

در این مقاله با ایسیو(ECU) و کاربرد و مکانیسم آن آشنا شدیم. در صورتی که تمایل دارید دوره آموزش تعمیرات ecu خودرو را به صورت کامل فرا گیرید می توانید در دوره آموزش تعمیرات ایسیو  آموزشگاه برق گستران شرکت کنید.