Řídicí jednotka motoru - Engine control unit

ECU z roku 1996 Chevrolet Beretta .

Řídicí jednotka motoru ( ECU ), také běžně nazývá řídicí modul motoru ( ECM ) je typ elektronické řídicí jednotky , která ovládá série pohonů na motor s vnitřním spalováním k zajištění optimálního výkonu motoru. Dělá to čtením hodnot z mnoha senzorů v motorovém prostoru, interpretací dat pomocí vícerozměrných výkonnostních map (nazývaných vyhledávací tabulky ) a úpravou akčních členů motoru. Před ECU byly směs vzduchu a paliva, časování zapalování a volnoběžné otáčky mechanicky nastaveny a dynamicky ovládány mechanickými a pneumatickými prostředky.

Pokud má ECU kontrolu nad palivovým potrubím, pak se označuje jako elektronický systém řízení motoru ( EEMS ). Systém vstřikování paliva má hlavní roli v řízení přívodu paliva do motoru. Celý mechanismus EEMS je řízen stohem senzorů a akčních členů.

Práce

Řízení poměru vzduch -palivo

Většina moderních motorů používá k dodávání paliva do válců nějaký typ vstřikování paliva. ECU určuje množství vstřikovaného paliva na základě několika naměřených hodnot ze snímače. Kyslíkové senzory sdělují ECU, zda motor běží bohatě (příliš mnoho paliva nebo příliš málo kyslíku) nebo běží chudě (příliš mnoho kyslíku nebo příliš málo paliva) ve srovnání s ideálními podmínkami (známými jako stechiometrické). Snímač polohy škrticí klapky říká ECU, jak daleko je škrticí deska otevře, když akcelerátoru ( plynový pedál je) stlačen dolů. Čidlo hmotnostního průtoku vzduchu měří množství vzduchu proudícího do motoru škrticí klapkou. Tyto snímač teploty chladicí kapaliny motoru opatření, zda se motor zahřeje, nebo chladí. Pokud je motor stále chladný, vstřikuje se další palivo.

Řízení směsi vzduchu a paliva karburátorů pomocí počítačů je navrženo na podobném principu, ale solenoid nebo krokový motor pro řízení směsi je integrován do plovákové nádoby karburátoru.

Řízení volnoběžných otáček

Většina systémů motoru má v ECU zabudováno řízení volnoběhu . Otáčky motoru jsou monitorovány snímačem polohy klikového hřídele, který hraje hlavní roli ve funkcích časování motoru pro vstřikování paliva, jiskření a časování ventilů. Volnoběžné otáčky se ovládají programovatelným dorazem škrticí klapky nebo krokovým motorem řízení volnoběhu. Rané systémy na bázi karburátoru používaly programovatelnou doraz plynu pomocí obousměrného stejnosměrného motoru . Systémy včasného vstřikování tělesa škrticí klapky (TBI) používaly krokový motor pro řízení volnoběhu . Účinná regulace volnoběhu musí předvídat zatížení motoru při volnoběhu.

K řízení volnoběžných otáček, poskytování funkcí tempomatu a omezení nejvyšší rychlosti lze použít plně autorizovaný systém ovládání škrticí klapky. Rovněž sleduje spolehlivost sekce ECU.

Řízení variabilního časování ventilů

Některé motory mají variabilní časování ventilů . V takovém motoru ECU řídí čas v cyklu motoru, při kterém se ventily otevírají. Ventily se obvykle otevírají dříve při vyšších otáčkách než při nižších otáčkách. To může zvýšit proudění vzduchu do válce, což zvyšuje výkon a spotřebu paliva.

Elektronické ovládání ventilů

Byly vyrobeny a testovány experimentální motory, které nemají vačkový hřídel , ale mají plně elektronické ovládání otevírání sacího a výfukového ventilu, uzavírání ventilu a oblasti otevírání ventilu. U některých víceválcových motorů vybavených přesným časovaným elektronickým zapalováním a vstřikováním paliva lze takové motory spouštět a spouštět bez spouštěcího motoru. Takový motor se statickým startem by poskytl zlepšení účinnosti a snížení znečištění mírného hybridního elektrického pohonu , ale bez nákladů a složitosti předimenzovaného spouštěcího motoru.

První sériový motor tohoto typu vynalezla (v roce 2002) a představila (v roce 2009) italská automobilka Fiat v Alfa Romeo MiTo. Jejich motory Multiair využívají elektronické ovládání ventilů, které dramaticky zlepšují točivý moment a výkon při současném snížení spotřeby paliva až o 15%. V zásadě se ventily otevírají hydraulickými čerpadly, která jsou ovládána z ECU. Ventily se mohou otevřít několikrát na sací zdvih na základě zatížení motoru. ECU poté rozhodne, kolik paliva by mělo být vstřikováno, aby se optimalizovalo spalování.

Při stabilním zatížení se ventil otevře, vstříkne palivo a ventil se zavře. Při náhlém zvýšení škrticí klapky se ventil otevře stejným sacím zdvihem a vstříkne se větší množství paliva. To umožňuje okamžité zrychlení. Při dalším zdvihu ECU vypočítá zatížení motoru při nových vyšších otáčkách a rozhodne, jak ventil otevřít: časný nebo pozdní, široce otevřený nebo napůl otevřený. Optimálního otevření a načasování je vždy dosaženo a spalování je co nejpřesnější. To je samozřejmě nemožné u normálního vačkového hřídele, který otevírá ventil po celou dobu sání a vždy do plného zdvihu.

Eliminace vaček, zvedáků, vahadel a rozvodů snižuje nejen hmotnost a objem, ale také tření. Značná část výkonu, který motor ve skutečnosti produkuje, se spotřebuje pouhým pohonem ventilového rozvodu a stlačováním všech těchto ventilových pružin tisíckrát za minutu.

Jakmile bude elektronický ventil plně vyvinut, přinese ještě více výhod. Například deaktivace válce by mohla být mnohem efektivnější z hlediska paliva, kdyby bylo možné otevřít sací ventil při každém zdvihu a výfukový ventil otevřít při každém zdvihu deaktivovaného válce nebo „mrtvého otvoru“. Dalším ještě výraznějším pokrokem bude vyřazení konvenčního plynu. Pokud je vůz v chodu na částečný plyn, toto přerušení proudění vzduchu způsobí nadměrné vakuum, což způsobí, že motor spotřebuje cennou energii působící jako vakuové čerpadlo. BMW se to pokusilo obejít na svém M5 poháněném V-10, který měl jednotlivé škrticí motýly pro každý válec umístěné těsně před sacími ventily. S elektronickým provozem ventilů bude možné řídit otáčky motoru regulací zdvihu ventilu. Zčásti škrticí klapka, když je potřeba méně vzduchu a plynu, by zdvih ventilu nebyl tak velký. Plného plynu je dosaženo sešlápnutím plynového pedálu, odesláním elektronického signálu do ECU, který zase reguluje zdvih každé události ventilu, a otevře jej úplně nahoru.

Programovatelnost

Zvláštní kategorií ECU jsou ty, které jsou programovatelné; tyto jednotky může uživatel přeprogramovat.

Při úpravě motoru tak, aby zahrnoval součásti pro aftermarket nebo upgrade, mohou zásobované řídicí jednotky ECU poskytovat, nebo nemusí být schopny poskytnout správný typ ovládání pro aplikace, ve kterých může být motor použit. Aby bylo možné provést úpravy motoru, lze místo ECU dodaného výrobcem použít programovatelnou ECU. Typické úpravy, které mohou vyžadovat upgrade ECU, mohou zahrnovat přeplňování, přeplňování nebo obojí, atmosférický motor; upgrady vstřikování paliva nebo zapalovací svíčky, úpravy nebo upgrady výfukového systému, upgrady převodovek atd. Programování ECU obvykle vyžaduje propojení jednotky se stolním nebo přenosným počítačem; toto propojení je vyžadováno, aby programovací počítač mohl odesílat kompletní ladění motoru do řídicí jednotky motoru a také sledovat podmínky motoru v reálném čase. Připojení obvykle používané v tomto rozhraní je buď USB nebo sériové .

Úpravou těchto hodnot při sledování výfuků pomocí širokopásmové lambda sondy mohou specialisté na ladění motoru určit optimální průtok paliva specifický pro otáčky motoru a polohu škrticí klapky. Tento proces se často provádí v zařízení pro výkon motoru. V těchto místech se obvykle nachází dynamometr ; tato zařízení mohou poskytovat specialistovi na ladění motoru užitečné informace, jako jsou otáčky motoru, výkon, točivý moment, události přeřazení atd. Specialisté na tuning často používají podvozkový dynamometr pro pouliční a jiné vysoce výkonné aplikace.

Parametry ladění motoru mohou zahrnovat objem vstřikování paliva, mapování objemu plynu -paliva, mapování řazení atd. I když jsou zmíněné parametry běžné, některé ECU mohou poskytovat další proměnné, ve kterých by se ladicí software mohl potenciálně upravit. Mezi tyto parametry patří:

  • Anti-lag
  • Lambda s uzavřenou smyčkou : Umožňuje ECU monitorovat trvale nainstalovanou lambda sondu a upravovat přívod paliva tak, aby bylo dosaženo požadovaného cíleného poměru vzduch/palivo. To je často stechiometrický (ideální) poměr paliva a vzduchu, který u tradičních vozidel poháněných benzínem (benzínem) je tento poměr vzduch / palivo 14,7: 1. To může být také mnohem bohatší poměr, když je motor pod vysokým zatížením, nebo případně nižší poměr, když je motor v provozu při nízkém zatížení, a to za účelem maximální úspory paliva .
  • Ovládání rychlostního stupně
  • Časování zapalování
  • Kontrola startu
  • Regulátor tlaku paliva
  • Omezovač otáček
  • Postupné vstřikování paliva
  • Přechodné tankování: Říká ECU, aby přidala konkrétní množství paliva při použití škrticí klapky . Toto se označuje jako „obohacení zrychlení“.
  • Variabilní časování vačky
  • Ovládání Wastegate
  • Korekce teploty vody: Umožňuje přidání přídavného paliva, když je motor studený, například ve scénáři zimního studeného startu nebo když je motor nebezpečně horký, což umožňuje dodatečné chlazení válce (i když ne příliš efektivním způsobem, např. pouze v případě nouze).

Řídicí jednotka závodní kvality je často vybavena záznamníkem dat, který zaznamenává všechna data ze senzorů pro pozdější analýzu. To může být užitečné pro identifikaci zablokování motoru, vynechání jiskry nebo jiného nežádoucího chování během závodu. Data logger má obvykle kapacitu mezi 0,5 a 16 megabajtů .

Aby bylo možné komunikovat s řidičem, může být závodní řídicí jednotka často připojena k „datovému zásobníku“, což je jednoduchý řídicí panel, který řidiči zobrazuje aktuální otáčky, rychlost a další základní údaje o motoru. Tyto datové zásobníky, které jsou téměř vždy digitální, komunikují s ECU pomocí jednoho z několika protokolů včetně RS-232 nebo CANbus . Informace jsou pak předávány prostřednictvím rozhraní Data Link, které se obvykle nachází na spodní straně sloupku řízení.

Senzory

Senzory pro proudění vzduchu, tlak, teplotu, rychlost, výfukový kyslík, * snímač polohy klepání a úhlu kliky mají v EEMS velmi zásadní vliv. senzory

Dějiny

Rané designy

Jedním z prvních pokusů o použití takového jednotného a automatizovaného zařízení pro správu více funkcí řízení motoru současně byl Kommandogerät vytvořený společností BMW v roce 1939 pro jejich 801 14válcový letecký hvězdicový motor . Toto zařízení nahradilo 6 ovládacích prvků používaných k zahájení tvrdé akcelerace jedním ovladačem v letadle vybaveném řadou 801. Mělo to však určité problémy: přeplnilo motor, což způsobilo těsné létání Fw 190 (Focke-Wulf Fw 190 Wurger), jednomotorového jednomístného německého stíhacího letounu, poněkud obtížného, ​​a zpočátku přepínalo kompresor ozubená kola drsně a náhodně, což by mohlo vrhnout letadlo do extrémně nebezpečného stánku.

Vývoj integrovaných obvodů a mikroprocesorů učinil řízení motoru ekonomicky proveditelným v 70. letech minulého století. Počátkem 70. let začal japonský elektronický průmysl vyrábět integrované obvody a mikrokontroléry pro řízení motoru v japonských automobilech . Systém Ford EEC (Electronic Engine Control), který využíval mikroprocesor Toshiba TLCS-12, vstoupil do sériové výroby v roce 1975.

Hybridní digitální design

V polovině 80. let byly populární hybridní digitální nebo analogové designy. To používalo analogové techniky k měření a zpracování vstupních parametrů z enginu, poté použilo vyhledávací tabulku uloženou v digitálním ROM čipu k získání předpočtených výstupních hodnot. Pozdější systémy tyto výstupy vypočítávají dynamicky. Typ systému ROM je přístupný k ladění, pokud systém dobře znáte. Nevýhodou takových systémů je, že předpočítané hodnoty jsou optimální pouze pro idealizovaný nový motor. Jak se motor opotřebovává, systém může být méně schopný kompenzovat ve srovnání s jinými konstrukcemi.

Moderní design

Moderní ECU používají mikroprocesor, který dokáže zpracovávat vstupy ze senzorů motoru v reálném čase . Elektronická řídicí jednotka obsahuje hardware a software ( firmware ). Hardware se skládá z elektronických součástek na desce s plošnými spoji (PCB), keramického substrátu nebo tenkého laminátového substrátu. Hlavní součástí této desky plošných spojů je čip mikrokontroléru (MCU). Software je uložen v mikrokontroléru nebo jiných čipech na desce plošných spojů, obvykle v EPROM nebo flash paměti, takže CPU lze přeprogramovat nahráním aktualizovaného kódu nebo výměnou čipů. Toto je také označováno jako (elektronický) systém řízení motoru (EMS).

Referenční architektura ECU
Referenční architektura ECU

Sofistikované systémy řízení motoru přijímají vstupy z jiných zdrojů a ovládají další části motoru; například některé systémy variabilního časování ventilů jsou řízeny elektronicky a lze ovládat také odpadní brány turbodmychadel . Mohou také komunikovat s řídicími jednotkami převodovky nebo přímo propojovat elektronicky řízené automatické převodovky , systémy kontroly trakce a podobně. K dosažení komunikace mezi těmito zařízeními se často používá automobilová síť Controller Area Network nebo CAN bus.

Moderní řídicí jednotky někdy obsahují funkce jako tempomat, ovládání převodovky, protismykové ovládání brzd a ovládání proti krádeži atd.

První ECU General Motors (GM) měly malou aplikaci hybridních digitálních ECU jako pilotní program v roce 1979, ale do roku 1980 všechny aktivní programy používaly systémy založené na mikroprocesorech. Vzhledem k velkému nárůstu objemu ECU, které byly vyrobeny tak, aby splňovaly požadavky zákona o ovzduší pro rok 1981, mohl být pro modelový rok 1981 postaven pouze jeden model ECU. Velkoobjemová ECU, která byla instalována do vozidel GM od prvního velkoobjemového roku 1981, byla moderním systémem založeným na mikroprocesoru . GM rychlém pohybu nahradit zplynování se vstřikováním paliva , jako výhodný způsob dodávky paliva pro vozidla se vyrábí. Tento proces poprvé viděl uskutečnění v roce 1980 se vstřikováním paliva Cadillac motory, následuje v Pontiac 2,5 litru I4Iron Duke “ a Chevrolet 5.7L V8 L83 motor „Cross-Fire“ Zapnutí na Chevrolet Corvette v roce 1982. 1990 Cadillac Brougham poháněné Oldsmobile 5.0L V8 LV2 motor byl poslední carbureted osobní automobil vyráběný k prodeji na severoamerickém trhu (1992 Volkswagen Beetle modelem poháněným motorem karburátorem byl k dispozici pro nákup v Mexiku , ale nejsou nabízeny k prodeji ani ve Spojených státech nebo v Kanadě ) a v roce 1991 byl GM poslední z hlavních amerických a japonských automobilek, které opustily karburátor a vyráběly všechny své osobní automobily výhradně s motory se vstřikováním paliva. V roce 1988 vyrobila společnost Delco (divize elektroniky GM) více než 28 000 ECU denně, což z ní činilo v té době největšího světového výrobce palubních digitálních řídicích počítačů.

Další aplikace

Takové systémy se používají pro mnoho spalovacích motorů v jiných aplikacích. V leteckých aplikacích jsou systémy známé jako „ FADEC “ (Full Authority Digital Engine Controls). Tento druh elektronického ovládání je méně běžný u lehkých letadel a vrtulníků s pístovými motory než u automobilů. Je to dáno běžnou konfigurací karburátoru s magnetickým zapalovacím systémem, který ke svému provozu nevyžaduje elektrickou energii generovanou alternátorem , což je považováno za bezpečnostní výhodu.

Viz také

Reference

externí odkazy