...
Jukka Mattila, Antti-Jaakko Alanko ja Pekka Laukkanen
TULOT
-Kampiakselin asentotieto (=kierronopeus)
-Nokka-akselin asentotieto
-Ilmamassa
-Imuilman lämpötila
-Kaasupolkimen asentotieto
-Auton nopeus
-Vakionopeussäädin
-Moottorin lämpötila
-Kuormitus
LÄHDÖT
-Suuttimen aukioloaika
-Ruiskutushetki
-Pa-pumpun toiminta
-Hehkutus
-EGR-venttiilin toiminta
Tulot:
Kampiakselin asentotieto
Hall-anturi mittaa magneettikentän suuruutta. Sen toiminta perustuu elektroneihin vaikuttavaan magneettiseen voimaan, joka aiheuttaa jännite-eron johtimen reunojen välille. Hall-anturin toiminta ei perustu induktioon, joten se pystyy havaitsemaan myös paikallaan pysyviä magneettikenttiä.
Yleisesti käytetyissä antureissa on itse mittausosan lisäksi integroitu kytkentä, joka vahvistaa signaalia. Ulostulo voi olla joko analoginen signaali, tai kytkintyyppinen. Edellisiä käytetään virtamittauksissa ja jälkimmäisiä esimerkiksi pyörimisnopeuden mittauksessa.
Hall-anturin toimintaperiaate. Anturielementti on kuvassa näkyvä puolijohdelevy. Oikeassa reunassa on esitetty elektroniin vaikuttava magneettinen voima ns. oikean käden säännön perusteella.
Toimintataajuus:
Oletetaan, että moottorin maksimikierrosnopeus on 5000rpm ja kehäpyörässä on 36 hammasta, niin toimintataajuus saadaan kaavalla: (5000/60s)*36 = 3000Hz. Eli moottorin kierrosnopeudesta riippuen, anturin toimintataajuus on 0-3000Hz.
Nokka-akselin asentotieto
Sama periaate kuin kampiakselin asentotiedossakin, mutta nokka-akselin kierrosluku on puolet kampiakselista.
Toimintataajuus:
Moottorin kierrosluku 5000rpm, joten nokka-akseli kiertää 2500rpm. Nokka-akselin asentotunnistin antaa puolet kierroksesta 1-bittiä ja puolet 0-bittiä.
Näin maksimitaajuudeksi saadaan: (2500/60)*2 = 83,33Hz
Ja toimintataajuudeksi näinollen 0-83,33Hz.
Ilmamassa
MAF on ilmamassamittari, joka mittaa ilman virtausta kuumalangan avulla. Mittarista käytetään myös lyhenteitä MAFS (Mass Air Flow Sensor) ja MAS (Mass Airflow Sensor).
Kuumalankamallinen ilmamäärämittari on pieni putkenpätkä, jonka läpi menee kuumalanka tai -filmi. Jatkuva sähkövirta kuumentaa kuumalankaa. Kun ilma kulkee putken läpi, kuumalanka jäähtyy. Kuumalanka on lämpötilan muutokseen reagoiva vastus (PTC-vastus, engl. Positive Temperature Coefficient Resistor), joten sen vastus tippuu lämpötilan laskiessa. Tästä saadaan selville kuinka paljon ilmaa on virrannut moottoriin putken läpi. Ilman lämpötilan ja kosteuden vaikutus otetaan myös huomioon, koska myös ne vaikuttavat kuumalangan lämpötilaan. Joissakin autoissa on MAF:n yhteyteen asennettu anturi joka mittaa imuilman lämpötilaa (intake air temperature sensor lyh. IAT).
Imuilman lämpötila
Nykyaikaisissa järjestelmissä imuilman lämpötila-anturi on yhdistetty ilmamassamittariin. Kuitenkin jos autossa on erillinen imuilmanlämpötila-anturi, se on tavallinen PTC-vastus.
Kaasupolkimen asentotieto
On potentiometri kaasupolkimen yhteydessä. Antaa kaasupolkimen asentotiedon ECU:lle.
Potentiometrin parametrit: 0 ohm - 5 kohm. 1 kohm vastaa 1000rpm.
Ajoneuvon nopeus:
Nopeustieto saadaan pyörältä Hal-anturin avulla.
Vakionopeudensäädin:
Moottorinohjaus tunnistaa halutun nopeusarvon ja pitää nopeuden samana muuttaen ruiskutusaikaa.
Moottorin lämpötila:
Mitataan jäähdytysnesteestä PTC-vastuksen avulla.
Lähdöt:
Suuttimen aukioloaika
Polttoaine ruiskutetaan sylinteriin ruiskutussuuttimen pienten reikien läpi korkealla paineella. Reikien halkaisija riippuu moottorin rakenteesta, iästä ja koosta. Yleensä reiät ovat halkaisijaltaan enintään noin 0,5 mm. Merkittävä tekijä on myös rei'än halkaisijan ja pituuden suhde, joka on yleensä noin 0,25. Ruiskutuspaine on yleensä 20...200 MPa (200...2000 baaria)
Suuttimien aukioloaika määräytyy tarvittavan väännön mukaan. Mitä enemmän kuormitusta, sitä pidempi aukioloaika.
Aukioloaika vaihtelee 2-4ms välillä.
Ruiskutushetki
Määräytyy kampiakselin sekä nokka-akselin asennon mukaan.
Vaihtelee välillä 180-400 astetta kammenkulmaa.
Pa-pumpun toiminta
Pumppu sammutetaan kun sitä ei tarvita, esim. moottorijarrutuksen aikana. Näin säästetään energiaa eli polttoainetta.
Hehkutus
Erillinen hehkutulppa lämmittää palotilan sen ollessa kylmä käynnistystilanteessa. Kylmässä palotilassa dieselpolttoaine ei saavuta itsesyttymislämpötilaa, joten se tarvitsee esilämmitintä. Hehkutus vähentää myös päästöjä lähdön aikana, sekä helpottaa dieselpolttoaineen kaasuuntumista palotilassa.
EGR-venttilin toiminta
EGR-venttiili ohjaa pakokaasun takaisinkierrätystä imusarjaan. Tämä laskee palotilan lämpötilaa ja vähentää NOx -päästöjä.
SIMULINK 
Sisääntulot kaasupoljin, ajovastukset ja moottorin lämpötila on kytketty summaimeen, siten että ajovastukset ja moottorin lämpötila ovat vastustavia voimia. Moottorin lämpötila on toteutettu siten, että sen aiheuttama vastus pienenee ajan kuluessa. Summaimen jälkeen saatu arvoon on luotu moottorin hitausmomenttia kuvaava transfer function. Hitausmomentin jälkeen on laskettu ajoneuvon nopeus.
Ylläolevassa kuvaajassa on moottorin kierrosnopeus x 1000 ja alemmassa ajoneuvon nopeus kilometreinä tunnissa.
Tässä kuvaajassa näkyy moottorin lämpötilan aiheuttama vastus. Vastus pienenee moottorin lämmetessä.
Tässä Simulinkillä tehty mallinnus. Huom. työ on kesken.