Benzinli Motorlarda Kullanılan Sensörler

Merhaba değerli okuyucular, bugün tekrar yeni bir yazıyla karşınızdayım. Bugün bahsedeceğimiz konu genellikle sensörler üzerine olacak, içten yanmalı motorlar gerçekten bir teknoloji harikası ve bu teknolojinin ana temellerini ise birazdan bahsedeceğimiz bu sensörler oluşturuyor. Evet bu motorlar dışarıdan daha çok mekanik hareketli parçalar gibi görünseler de arka planda sensörlerin katkısı gerçekten çok büyük olmaktadır. Biz aracımızla giderken aslında araç Elektronik Kontrol Ünitesi yani İngilizce baş harflerinin kısaltmasıyla ECU araç için en uygun koşulları sağlamak adına verileri işliyor. Elektronik kontrol sistemleri sayesinde motorun özel çalışma durumlarının belirlenmesi kritik önem taşıyor. Benzinli bir motorun iyi çalışması şu 3 prensibe dayanmaktadır. Öncelikle iyi bir yakıt-hava karışımına ihtiyacımız var, silindir içinde iyi bir yakıt-hava karışımı olursa ateşleme ile o kadar iyi patlama meydana gelecektir. İkinci olarak ise yüksek bir kompresyon değerine sahip olması gerekir, sıkışan yakıt-hava karışımı basıncın etkisi ile daha iyi bir şekilde yanacaktır ve yüksek enerji koşulu sağlanacaktır. Üçüncü olarak ise uygun ateşleme zamanı ve güçlü bir buji kıvılcımına ihtiyaç vardır, ateşleme zamanı kritik önem taşımaktadır bunun nedeni eğer ateşleme erken veya geç olursa istenilen değerde bir güç üretilmez, araçta vuruntu, tekleme gibi problemler olması istenilen en son şey olsa gerek. İşte bu hayati önem taşıyan 3 prensibin kontrolünü yapmak ise sensörlerin görevlerinden biridir. Motorun çalışması ile ilgili çeşitli bilgiler sensörler tarafından tespit edilip ECU tarafından ise işlenir, gerekli koşulların sağlanmasının denetimi ECU tarafından gerçekleştirilir. Silindir içinde yanma odasındaki yakıt püskürtme sürelerini ve bu püskürtme sıklığını yönetme görevi sensörler tarafından ölçülür ve her bir silindir için hesaplanmış miktarda yakıtı ilgili silindire ne kadar gideceği gibi konular yine sensörler yardımı ile hesaplanır. Yanma sonrasında çıkan egzoz gazları ve silindir içine giren yakıt-hava değerlerini motor için optimum seviyede tutma görevleri de yine sensörler tarafından hesaplanmaktadır. Ayrıca ateşleme zamanının elektronik yolla kontrol etmek ve anlık yol durumlarını analiz ederek ECU’ye bildirilmesi sonucu motorun anlık şart ne ise ona en uygun çalışma düzeyinde bulunmasının yine kahramanı bu elektronik sistemlerdir. Hepsini tek tek açıklayacağım için çok burada detaya girmek istemiyorum çünkü benzinli bir motorda kullanılan çoğu sensörü ayrı ayrı olarak yazımın devamında bulabileceksiniz, faydalı bir yazı olacağını düşünüyorum, o halde başlayalım bakalım 🙂

1-Mutlak Basınç Sensörü

Aracın kontağını çevirdiğimiz andan itibaren atmosfer basıncını ve motor çalıştıktan sonra ise emme manifoldu basınç ya da vakumunu ölçerek ECU’ye ileten sensördür. ECU aldığı bu bilgiler ile emilen hava miktarını algılar ve bu veriler ışığında enjektör açılma sürelerini ayarlar. Emme manifoldunda ölçtüğü vakum miktarıyla doğru orantılı olarak bir sinyal üretir, sensörün içinde basınca göre değişen bir elektronik eleman bulunur. Bu direnç sabit hava kabı üzerine yerleştirilmiştir. Emme manifoldunda oluşan vakum değeri değiştikçe sensörün direnci de değişerek ECU, bu değişim oranına göre enjektör açılma süresini ayarlar böylece silindir içine giren havaya uygun oranda yakıt karışımı sağlanır. Mutlak basınç sensörünün bir başka işlevi ise araca ilk bindiğimizde kontağı çevirdiğimiz zamanki dilimde motorun emme manifoldundaki basınç atmosfer basıncına eşit olduğu için anlık basınç değeri ECU tarafından hafızaya kaydedilir. Buradaki amaç rakım farkından doğan basınç farklılık durumuna göre ECU yeniden ateşleme avansı ve yakıt püskürtme ayarı yapması içindir.

2-Hava Akış Sensörü(MAF)

Hava akış sensörü, hava filtresi ile motor emme manifoldu arasına yerleştirilen bir sensördür. Temel amacı hava filtresinden gaz kelebeğinin gövdesine doğru giden havayı ölçmektir. Bu bilgiler ışığında aracın ECU’sü motor için uygun yakıt-hava karışımını sağlamaya çalışır. MAF sensörü denilmesinin sebebi İngilizce kökenli Mass Air Flow kelimelerinin baş harflerinden oluşmasından dolayıdır. Film tabası halindeki diyafram kendisi ile temas halindeki ısıtıcı direnç tarafından sabit bir sıcaklıkta tutulur. Ölçme kanalından geçen hava bu sabit sıcaklığa etkiyeceği için bu plakayı sabit derece tutma sırasında ortaya çıkan direnç sonucu oluşan akımı Wheatstone köprüsü ile ölçülmesi prensibine dayanan bir çalışma sistemi vardır.

3-Motor Devir Sensörü(Krank Mili Konum)

Bu sensör motor devrini ve krank mili açısal pozisyonunu belirleterek ECU’ye iletir, anlık olarak motorun devir bilgisi ile motor durumu ölçülürken ayrıca 1. silindirdeki pistonun hangi konumda olduğu bilgisini de yine ECU’ye iletir. Çünkü silindir içinde bulunan pistonların konumları da motor için değerli bir bilgidir, piston üst ölü nokta(Ü.Ö.N) ya da alt ölü nokta(A.Ö.N) gibi konumları değerlendirir. Motor devir sensörünün farklı isimlendirilmeleri bulunmaktadır bunlar krank mili konum sensörü, üst ölü nokta sensörü gibi tanımlamalardır. Krank mili arka balans dişli kasnağında bulunur, dişli kasnağının üzerinde bulunan dişler tarafından manyetik alanda değişiklik meydana gelmesi ile sensörde bir sinyal oluşur. Böylece yapılan hesaplamalar anlık olarak ECU’ye iletilir.

4-Lambda Sondası(Oksijen Sensörü)

Lambda sensörü araç sisteminde katalitik konvertörden hemen önce egzoz manifolduna yakın bir konumda yerleştirilir. Sensörün temel mantığı egzoz gazında bulunan artık oksijen gazlarının ölçümünün yapılmasıdır. Bu artık oksijen gazlarının ölçümü sonucu ortaya yakıt-hava karışımının zengin mi yoksa fakir bir karışım mı olduğu ECU tarafından hesaplanır. Motor için en optimum yakıt-hava karışımını sağlamak amacıyla enjektörlerin açıklık süreleri anlık olarak bu sensörden gelen veriler eşliğinde ayarlanır. Sürekli ölçüm yapan lambda sensörü bir başka temel amacı egzoz gazındaki yanmamış hava karışımını indirgeyerek egzoz gazının içinde yanmamış gaz oranının en aza indirgenmesine hizmet etmektir. Sensörün yapısını incelediğimizde ise içerisinde zirkonyum dioksit ince delikli bir platin tabakasıyla kaplıdır. Sensörün dış kısmı egzoz gazına maruz kalırken iç kısmında ise atmosfere doğru havalandırılmıştır yani egzoz gazı elektrodu ve dış hava elektrodu sayesinde elektrotlar gerilim üretirler.

5-Motor Soğutma Suyu Sıcaklık(ECT) Sensörü

Bir motorun çalışması sırasında onun soğutulması hayati derecede önem taşıyan bir konudur. Otomobillerde çeşitli soğutma sistemleri bulunur biz eğer bunu 2 ye ayıracak olursak bunlar hava ile soğutma sistemleri ve sıvı ile soğutma sistemleri diye ayırabiliriz. Motor soğutma suyu sıcaklık sensörü ise motor içinde motor soğutma suyu ile bağlantılı termostat gövdesinin yakınında konumlandırılmıştır. Bazı motorlarda silindir kapağının üzerinde olduğu da görülmektedir, V6 ve V8 gibi motorlarda iki adet olmak üzere bulunurlar. Bu sensör NTC termistör, pirinç bir gövdenin içinde yer alır ve motorun sıcaklık derecesine göre değişen dirençler oluşturur. Sensörde oluşan bu direnç değişimlerine göre ECU motorun yakıt enjeksiyonu için kontrol komutları verebiliyor ve ayrıca motorun ilk hareketi sırasında oluşacak soğuk çalışma prensibine uygun karışımda yakıt girişini silindir içerisine sağlıyor. Motor için ana sensör denilebilecek düzeyde öneme sahiptir, motor sıcaklığının kontrolü araç için oldukça değerli verilerin başında gelmektedir. Motor soğutma suyu sıcaklık sensörü ECT(Engine Coolant Temperature) sensörü olarakta isimlendirilmektedir.

6-Emilen Hava Sıcaklık Sensörü

Motorun çalışması için en önemli değerlerin yakıt-hava karışımı olduğundan bahsetmiştik, bu sensör sayesinde emme manifolduna giren havanın sıcaklığını ölçebiliyoruz. Alınan bu sıcaklık bilgisini ECU’ye ileterek parametrelerin değerlendirilmesini sağlar. Bu sensör bazı motorlarda tek başına ayrı bir sensör olarak kullanılırken bazı motorlarda ise MAF(Mass Air Flow) sensörü ile birlikte tek gövde içinde bulunabilmektedir. Emme manifoldundaki havada sıcaklık arttıkça sensör bunu elektrik direncinin düştüğü bir NTC termistör tarafından algılar. ECU voltaj değişimleri vasıtasıyla sensördeki direnç değişimlerini değerlendirerek sıcaklık hakkında bilgi kazanır.

7-Vuruntu Sensörü

Vuruntu konusu bir motorda istenmeyecek olayların başında gelmektedir. Vuruntu sensörünün temel görevi motora zarar verebilecek olan vuruntu ve titreşimleri tespit etmektir. Sensör piezoelektrik kristali ve dirençten oluşmaktadır, piezoelektrik kristalinin motordan gelen titreşimler ile hareket etmesi ile birlikte bir voltaj değeri oluşturur. Vuruntu sensörleri motorda emme manifoldunun alt yanında 1-2 ve 3-4 silindirleri arasında olmak üzere motor bloğu üzerinde konuşlandırılmıştır. ECU piezoelektrik kristalinden doğan voltaj değeri ile bu vuruntu olayı ortadan kalkana kadar ateşleme avansını azaltmak için işlemler uygular. Daha sonra ECU bu avans değerini tekrar yavaş yavaş kademeli olarak eski değerine getirir.

8-Yakıt Kesici Darbe Sensörü

Araç hareket ederken olası bir kaza durumunda otomobil içerisinde bulunan şoför ve yolcuların can güvenliğini arttırmak için kullanılan bir sensördür. Araç kabini içinde sürücü koltuğunun altında bulanan bu darbe sensörünün amacı ise yakıt besleme pompasını devre dışı bırakarak olası bir yakıt sızıntısından doğacak yangınları engellemektir. Darbe sensörü, bir yuvada yerleştirilmiş çelik bir bilye ve bu bilyeyi tutan bir mıknatıstan oluşur. Bu bilyenin hareketi sonucu sensör devreye girerek enjeksiyon sisteminin yakıt beslemesini keser. Böylece yakıt sızıntısı sonucu araçta bir yangın çıkma durumunun önüne geçilmeye çalışılır.

9-Hız Gösterge Sensörü

Yine araç için en önemli sensörlerden biridir, sürücü için hız göstergesi oldukça önemlidir çünkü hangi hızla gittiğimizi bilmek sürüş kontrolü için oldukça önemlidir. Bu sensör vasıtasıyla alınan bilgiler ECU’ye aktarılır ve değerlendirilerek sürücülere gösterge ekranından hangi hızla ilerlediği gösterilir. Hız gösterge sensörü Hall etkisi sensöründen oluşur ve diferansiyel çıkışına yerleştirilmiştir. Bu sensör ECU’ye motor rölantisini ayarlayan aktüatörün daha iyi yönetilmesi ile Cut-Off sistemin içinde kullanılır. Eğer araçta ABS sistemi yok ise hız algılaması VSS(Vehicle Speed Sensor) sistemi ile ölçülür.

10-EGR Sıcaklık Sensörü

Bilindiği üzere egzoz emisyon değerleri içten yanmalı motorların temel problemlerinden biridir ve bunu azaltmaya yönelik çalışmalardan biri de EGR sistemidir. EGR sıcaklık sensörü, egzoz gazının sıcaklığını ölçmekle görevlidir, aldığı bilgi değerlerini ECU’ye iletir, benzinli motorlardaki temel görevi motorlarda sık görülen yüksek sıcaklıklardan korumaktır. Sensör eğer yüksek bir sıcaklık tespit ettiği durumda ECU’yü uyararak gerekli durumların yerine getirilmesini sağlar. EGR sıcaklık sensörü bir termistörden meydana gelir amacı EGR sıcaklığının çok yüksek olduğu ya da çok az olduğu durumlarda ECU’ye bilgi aktararak sürücü gösterge ekranında ilgili arıza işaretinin yanmasını sağlamaktır.

11-Yakıt Sıcaklık Sensörü

Motorda kullanılacak yakıtın sıcaklığını ölçerek sürekli ECU’ye bildiren sensördür. Bu sensör, yakıt deposu ile basınç regülatörü arasına konumlandırılmıştır. Eğer bizler arabada biraz gezdikten sonra tekrar park konumuna gelir ve motor sıcak olduğu durumda tekrar bir çalıştırma yaptığımızda eğer yakıt haznesi sıcaklığı belli bir değerin üstüne çıkarsa sensör devreyi açar. Eğer yakıt haznesi sıcaklığı istenilen standart değerin altına düştüğü durumda ise sensör devreyi kapatır. Motor sıcakken çalıştırıldığında sıcaklık sensörü ECU’ye bir topraklama sinyali gönderir böylece ECU çeşitli hesaplamalar yaparak enjektörlerin açıklık süresini belirler. Eğer yakıt çok sıcak olursa yapısı gereği az yoğun olur ve çabuk tutuşmaya elverişlidir eğer istenilen değerin altında bir sıcaklıkta ise bu seferde yoğunluğu yüksek olur ve tutuşması gecikir. Her iki senaryo içinde enjektörlerin sabit değerde püskürtme yapması olanaksızdır. İşte bu durumlara göre enjektörlerin yakıt püskürtme miktarının ayarlanmasında kullanılan değerleri ileten sensörlerden biri de yakıt sıcaklık sensörüdür.

12-Kick-Down Sensörü

Bu sensörü tanımlamadan önce şöyle bir durum değerlendirmesi yaparsak eğer daha akılda kalıcı olacaktır. Uzun bir yolculuğa çıktığımızı varsayalım ve trafiğin akışına kendimizi bıraktığımızı düşünelim. Önümüzdeki aracı sollamamız gerektiğini varsayarsak eğer gaz pedalına dip gaz işlemi uygularsak işte bu sensör devreye girer ve bir klik sesini duymakta mümkündür. Gaz pedalının altında bulunan Kick-Down sensörünün amacı ise gaz pedalının altındaki Kick-Down sensörünü eğer dip gaz yaparak aktif ettiğimizde ECU evet sürücü arabayı hızlandırmak istiyor ve bende yanma odasına daha fazla yakıt-hava göndermeliyim şeklinde bir düşünce moduna geçiyor ve aracımız aniden hızlanabilme imkanı kazanıyor. Silindir içine alınan zengin yakıt-hava karışımı ile araç vites düşürerek yüksek tork kazanmaya çalışıyor. Dip gaz yapıldığında gaz kelebek sınırının aşılması ile birlikte Kick-Down anahtarı aktif hale gelerek tabiri caizse sürücüyü koltuğa yapıştıracak biçimde bir hızlanma reaksiyonu gösteriyor. Buradaki amaç trafikte bazı acil durum senaryolarında aracın sürücü isteği doğrultusunda hızlı bir şekilde reaksiyon göstermesidir.

13-Debriyaj Sensörü

Debriyaj sensörü, debriyaj pedalının altında bulunur ve temel amacı ECU’ye debriyaja basıldığı bilgisini iletmektir. Bunun benzinli motorlar için ana sebebi şöyledir, aracın vites değişimleri sırasında sarsıntısız bir geçiş yapabilecek düzeyde yanma sürelerini ayarlamasıdır. Dizel motorlarda da yine aynı şekilde bu işlem yapılarak emisyon oranlarını düşürülmesi hedeflenir. Sonuçta sürücü ayağıyla debriyaja bastığı esnada herhangi bir güç iletimi olmaz, motorun kullandığı yakıt miktarı optimum değerde tutması ve tekrar debriyajdan ayak çekildiği konumda kavrama işleminin daha sarsıntısız yapılması hedeflenir.

14-Yakıt Kontrol Anahtarı / Sensörü

Benzinli bir motorda kullanılan yakıtın süper ya da kurşunlu benzin olduğunu tespit ederek bu konu hakkında ECU’ye bilgi veren sensördür. Motor ECU’su değişken benzin oktan sayılarına göre iki set avans ayarı ile ayarlanmıştır. Oktan sayısı düşük olduğu tespit edilirse ECU tarafından daha düşük avans açısı ayarları kullanılırken, motor için uygun oktan sayısı olduğunda ise daha büyük avans açısı kullanılır. Oktan sayısı hakkında bilgi verecek olursak eğer bu konuyu şöyle anlatabiliriz, silindir içindeki yakıt-hava karışımının piston üst ölü noktaya doğru hareketi ile sıkışarak basıncının arttığını biliyoruz işte bu noktada eğer ateşleme işlemi erken bir sürede olursa yani buji ateşlemeden önce kendi kendine bir yanma olursa motorda vuruntu olmasına sebep olacaktır. Bu erken tutuşmadan dolayı oluşacak vuruntuyu engellemek için benzinde oktan sayısı devreye girer. Oktan sayısı fazla olan bir benzinin temel kullanım mantığı yanmaya daha dirençli olmasıdır. Yanmaya daha dirençli olacağı için buji ateşlemesinden önce bir erken yanma durumu meydana gelmeyecektir ve vuruntu olmasının önüne geçilecektir.

15-Turbo-Şarj Basınç Sensörü

Yapısı ve çalışma sistemi ile MAP sensörüyle aynı işlevi taşıyan sensördür. Turbo-şarj basıncını yani emme manifoldu basıncını ölçerek eğer anormal bir değer gösterirse ECU motoru korumak adına yakıt gönderimini keserek motoru koruma altına alır. Turbo basınç sensörü yaklaşık 4 bar’a kadar bir değerde okuma yapabilmektedir. Bazı motor tiplerinde ise yukarıda bahsettiğimiz emilen hava sıcaklık sensörü ile bir arada tek yapı halinde bulunabilmektedir. Turbo-şarj basınç sensörü, emme manifoldu girişinde bulunur, intercoolerdan sonra yer alır ve sonda şekline benzeyen ucu hava hattına bakacak şekilde yerleştirilmiştir. Bazı modellerde ise hortumlarla emme manifoldu giriş hattına bağlı olarak, ayrı bir noktada da olabilir.

16-Yüksek Rakım Sensörü

Bilindiği üzere yükseklik ve basınç arasında şöyle bir ters orantı vardır, eğer yüksek rakımlı dağlara çıktığımızda basıncın daha az olduğunu fark ederiz ve aşağı doğru tekrar indiğimizde ise basınç tekrar artmaktadır. Arabalar içinde bilindiği üzere basınç değeri motorda kullanılmak üzere önemli bir veri olma niteliği taşır. Yüksek dağlık bölgelerde az olan hava yoğunluğu fakir bir karışım durumunu doğurur. Yani şöyle özetlemek gerekirse aslında araç içine alınan hava miktarı aynı olsa da bu havanın içindeki oksijen oranları alçak yerlerde yüksekken, yüksek rakımlı tepelerde düşüktür. Yüksek rakımlı yerlerde yaşayanlar araçlarının performansında bir düşüklük olduğunu bilirler ve bunun temel nedeni silindir içine alınan hava içerisindeki oksijen miktarı azlığından dolayıdır ve tabi ki buna neden olan faktör basınçtır. Eğer biz yüksek rakımlı bir tepede aracımızı kullanıyorsak, bu yükseklik rakım sensörü ECU’ye bilgi vererek düşük oksijen yani fakir karışıma uygun olarak yakıt gönderme işlemi yapar. Böylece yüksek yakıt sarfiyatları durumunun önüne geçilir.

17-Stop Lambası Sensörü

Stop lambası sensörü, frenlere basıldığını tespit etmek için kullanılan bir sensördür. Bu sensör de bir anahtar gibi çalışır, sensörün ürettiği sinyal voltajı stop lambalarına gönderilen voltaj ile aynı değerdedir. Sensörün gönderdiği sinyal aynı zamanda yakıt kesme esnasındaki motor devrinin kontrolü işlemi içinde kullanılır. Yakıt kesme devri frenlere basıldığı anda düşük tutulmaktadır, bu sensörün iki çalışma durumu vardır Açık(ON) veya Kapalı(OFF) olarak iki durumda olur. Fren pedalına basıldığında ve basılmadığı durumlarına göre farklı sinyaller üretir ve ECU’ye bu durum hakkında bilgi verir.

18-Egzoz Geri Basınç Sensörü

Egzoz gazındaki basıncı ölçmeye yarayan sensördür, bu ölçüm sonucunda aldığı bilgileri ECU’ye iletir. ECU aldığı bu değer parametreleriyle enjektörleri kontrol eder ve duruma uygun yakıt gönderim işlemi uygular. Dizel motorlarda bu sensörün ayrıca DPF filtresi için bilgi almak amacıyla da kullanılmaktadır.

Evet değerli okuyucular, eksiklerimiz muhakkak olsa da bahsedebileceğimiz sensörler bunlar ve umarım sizlere basit ve temiz bir anlatımla anlatabilmişimdir. Tabi biz burada sadece sensörleri inceledik tabi ki ECU ve elektronik ateşleme sistemlerini de ayrıca incelemek faydalı olacaktır. Bu yazımda bu konulara yer veremesem de sizlere kısaca bahsetmek istiyorum bu sensörlerin ne amaçla kullanıldığını. Bu sensörler ile motor çalışma durumlarını ECU’ye aktarımı sonrasında ECU’de bu bilgileri yakıt sistemine, ateşleme sistemine, karbon kanisterine, yakıt pompasına, elektronik gaz kelebeğine ve EGR’ye ileterek sistemin çalışmasını sağlar. Motor için en anlık çalışma koşullarını farklı sinyallerden bilgi alarak kendi içinde yaptığı hesaplamalar ile uygun motor çalışma durumunu kontrol etmekle yükümlü olan Elektronik Kontrol Ünitesi(ECU) bu noktada önemli bir görev üstlenmektedir. Şahsım adına düşünürsem içten yanmalı motorların bir teknoloji harikası olduğunu kabul etmemiz gerekir, bu kadar sensör kullanılarak önek verirsek dakikada 3000 devir yapan bu içten yanmalı motorları optimum değerlerde çalışmasını sağlamak oldukça zor olduğunu bilmeliyiz. Evet kontağı çalıştırıp gidiyoruz fakat kaputun altında teknolojinin üst seviyelerinin kullanıldığını bilmek şahsım adına konuşursam beni mutlu etmektedir. Umarım bu yazımda bu konuya uzak olan insanlarında anlayacağı bir şekilde bilgi aktarımı yapmış olmayı umuyorum.

Sağlıcakla.

Gelecek, hayallerinin güzelliğine inananlarındır.

-Eleanor Roosevelt