Použití termínu ECU lze použít k označení řídicí jednotky motoru, avšak ECU také odkazuje na elektronickou řídicí jednotku, která je součástí jakéhokoli automobilového mechatronického systému, nejen pro řízení motoru.
V automobilovém průmyslu termín ECU často označuje řídicí jednotku motoru (ECU) nebo řídicí modul motoru (ECM). Pokud tato jednotka řídí motor i převodovku, je často popisována jako řídicí modul hnacího ústrojí (PCM).
Pro účely tohoto článku budeme diskutovat o ECU jako o řídicí jednotce motoru.
Co dělá ECU?
ECU motoru v zásadě řídí vstřikování paliva a u benzínových motorů načasování jiskry k jejímu zapálení. Určuje polohu vnitřních částí motoru pomocí snímače polohy klikového hřídele tak, aby se vstřikovače a zapalovací systém aktivovaly přesně ve správný čas. I když to zní jako něco, co lze udělat mechanicky (a bylo to v minulosti), nyní je v tom trochu víc.
Spalovací motor je v podstatě velké vzduchové čerpadlo, které se pohání samo pomocí paliva. Když je vzduch nasáván, musí být poskytnuto dostatečné množství paliva, aby se vytvořil výkon pro udržení chodu motoru a zároveň zbylo užitečné množství pro pohon vozu v případě potřeby. Tato kombinace vzduchu a paliva se nazývá „směs“. Příliš mnoho směsi a motor bude na plný plyn, příliš málo a motor nebude schopen pohánět sebe ani auto.
Důležité je nejen množství směsi, ale musí být správný poměr této směsi. Příliš mnoho paliva – příliš málo kyslíku a spalování je špinavé a nehospodárné. Příliš málo paliva – příliš mnoho kyslíku způsobuje pomalé a slabé spalování.
Motory mívaly toto množství směsi a poměr řízeny zcela mechanickým odměřovacím zařízením nazývaným karburátor, což bylo jen o málo víc než soubor otvorů s pevným průměrem (trysek), kterými motor ‚nasával‘ palivo. S požadavky moderních vozidel zaměřených na úsporu paliva a nižší emise musí být směs přísněji kontrolována.
Jediným způsobem, jak splnit tyto přísné požadavky, je předat řízení motoru ECU, řídicí jednotce motoru. ECU má za úkol řídit vstřikování paliva, zapalování a příslušenství motoru pomocí digitálně uložených rovnic a číselných tabulek, spíše než pomocí analogových prostředků.
Přesné řízení paliva
ECU se musí při rozhodování o správném poměru směsi vypořádat s mnoha proměnnými.
- Poptávka po motoru
- Teplota motoru/chladicí kapaliny
- Teplota vzduchu
- Teplota paliva
- Kvalita paliva
- Různé omezení filtru
- tlak vzduchu
- Účinnost čerpání motoru
Ty vyžadují řadu senzorů k měření takových proměnných a jejich aplikování na logiku při programování ECU, aby se určilo, jak je správně kompenzovat.
Zvýšení požadavků motoru (jako je zrychlení) bude vyžadovat zvýšení celkového množství směsi. Vzhledem ke spalovacím charakteristikám používaných paliv vyžaduje také změnu poměru této směsi. Když sešlápnete plynový pedál, otevře se klapka plynu, aby se do motoru dostalo více vzduchu. Zvýšení průtoku vzduchu do motoru je měřeno snímačem hmotnostního průtoku vzduchu (MAF), takže ECU může měnit množství vstřikovaného paliva a udržovat poměr směsi v mezích.
tím to nekončí. Pro nejlepší úrovně výkonu a bezpečné spalování musí ECU změnit poměr směsi a vstříknout více paliva pod plným plynem, než by tomu bylo během cestovní jízdy – tomu se říká ‚bohatá směs‘. Naopak strategie doplňování paliva nebo porucha, která má za následek vstřikování menšího než normálního množství paliva, by vedla k „chudí směsi“.
Kromě výpočtu paliva na základě požadavků řidiče hraje v použitých rovnicích značnou roli teplota. Vzhledem k tomu, že benzin je vstřikován jako kapalina, musí dojít k odpaření, než dojde ke spálení. V horkém motoru je to snadné, ale ve studeném motoru je méně pravděpodobné, že se kapalina vypařuje a musí být vstřikováno více paliva, aby byl poměr směsi ve správném rozsahu pro spalování.
Flashback: Před použitím ECU byla tato funkce řízena „sytičem“ na karburátoru. Tato sytič byla jednoduše klapka, která omezovala proudění vzduchu do karburátoru a zvyšovala podtlak u trysek, aby se podpořilo větší proudění paliva. Tato metoda byla často nepřesná, problematická a vyžadovala pravidelnou úpravu. Mnohé upravoval ručně řidič za jízdy.
Teplota vzduchu také hraje roli v kvalitě spalování v podstatě stejným způsobem jako měnící se atmosférický tlak.
Zdokonalování spalování
Protože motor automobilu tráví většinu času na částečném plynu, ECU se soustředí na maximální účinnost v této oblasti. Ideální směs, kde je veškeré vstřikované palivo spáleno a veškerý kyslík je tímto spalováním spotřebován, je známá jako „stechiometrická“ nebo často jako „lambda“. Za stechiometrických podmínek je Lambda = 1.0.
Senzor kyslíku ve výfukových plynech (lambda senzor, senzor O2, senzor kyslíku nebo HEGO) měří množství kyslíku, který zbývá po spalování. To motoru sděluje, zda je ve směšovacím poměru přebytek vzduchu – a přirozeně, zda je vstřikováno nadměrné nebo nedostatečné množství paliva. ECU bude číst toto měření a neustále upravovat množství vstřikovaného paliva tak, aby směs byla co nejblíže Lambda = 1.0. Toto je známé jako provoz s „uzavřenou smyčkou“ a je hlavním příspěvkem k pokročilé efektivitě, která pochází z používání ECU motoru.
Kvůli přísným emisním předpisům, které nyní platí, existuje na motoru mnoho dalších systémů, které pomáhají snižovat spotřebu paliva a/nebo dopad na životní prostředí. Tyto zahrnují:
- Recirkulace výfukových plynů (EGR)
- Katalyzátor a selektivní katalytická redukce
- Reakce vstřikování výfukového vzduchu (AIR)
- Filtr pevných částic (DPF)
- Stratifikace paliva
- Vstřikování aditiva do výfuku (jako je AdBlue)
- Řízení emisí způsobených vypařováním (EVAP)
- Přeplňování turbodmychadlem a přeplňování
- Hybridní pohonné systémy
- Variabilní ovládání ventilového rozvodu (jako VTEC nebo MultiAir)
- Variabilní regulace sání
Každý z výše uvedených systémů nějakým způsobem ovlivňuje chod motoru a v důsledku toho musí být plně pod kontrolou ECU.
Jak ECU funguje?
ECU se často nazývá „mozek“ motoru. Je to v podstatě počítač, přepínací systém a systém řízení spotřeby ve velmi malém pouzdře. Aby fungoval i na základní úrovni, musí zahrnovat 4 různé oblasti provozu.
- Vstup
To obvykle zahrnuje snímače teploty a tlaku, signály zapnutí/vypnutí a data z jiných modulů ve vozidle a ECU shromažďuje informace, které potřebuje k rozhodování. - Příkladem vstupu může být snímač teploty chladicí kapaliny nebo snímač polohy pedálu akcelerátoru. Mohou být také brány v úvahu požadavky modulu protiblokovacího brzdového systému (ABS), například pro aplikaci kontroly trakce.
- Zpracování
Jakmile ECU shromáždí data, musí procesor určit výstupní specifikace, jako je šířka impulsu vstřikovače paliva, podle pokynů softwaru uloženého v jednotce.
- Procesor nejen čte software, aby rozhodl o vhodném výstupu, ale také zaznamenává své vlastní informace, jako jsou naučená nastavení směsi a ujeté kilometry.
- Výstup
ECU pak může provést akci na motoru, což umožňuje správné množství výkonu pro přesné ovládání aktuátorů. - Ty mohou zahrnovat ovládání šířky pulzu vstřikovače paliva, přesné časování systému zapalování, otevření elektronického tělesa škrticí klapky nebo aktivaci ventilátoru chlazení chladiče.
- Power Management
ECU má mnoho požadavků na vnitřní napájení, aby stovky vnitřních součástí fungovaly správně. Kromě toho, aby mnoho senzorů a aktuátorů fungovalo, musí ECU dodávat správné napětí komponentům kolem vozu. To by mohlo být jen stálých 5 voltů pro senzory nebo přes 200 voltů pro obvody vstřikovačů paliva.
- Nejen, že se musí korigovat napětí, ale některé výstupy musí zvládnout více než 30 A, což přirozeně vytváří hodně tepla. Tepelný management je klíčovou součástí návrhu ECU.
Základní funkce ECU
První fází provozu ECU je ve skutečnosti řízení spotřeby. Zde jsou regulována různá napětí a je řešeno napájení ECU. Většina ECU má sofistikované řízení spotřeby díky různým součástem uvnitř, přesně regulující 1.8V, 2.6V, 3.3V, 5V, 30V a až 250V, to vše z 10-15V zdroje automobilu. Systém řízení spotřeby také umožňuje ECU mít plnou kontrolu nad tím, když se sama vypne – tedy ne nutně, když vypnete spínač zapalování.
Jakmile jsou dodána správná napětí, mikroprocesory mohou začít spouštět. Zde hlavní mikroprocesor načte software z paměti a provede vlastní kontrolu. Poté čte data z mnoha senzorů na motoru a převádí je na užitečné informace. Tyto informace jsou často přenášeny přes CANbus – vnitřní počítačovou síť vašeho vozu – do dalších elektronických modulů.
Jakmile hlavní mikroprocesor interpretuje tyto informace, odkazuje na číselné tabulky nebo vzorce v softwaru a podle potřeby aktivuje výstupy.
Příklad. Pokud snímač polohy klikového hřídele ukáže, že motor dosáhne maximální komprese na jednom z válců, aktivuje tranzistor pro příslušnou zapalovací cívku. Výše uvedený vzorec a tabulky v softwaru způsobí, že aktivace tohoto tranzistoru bude zpožděna nebo urychlena na základě polohy škrticí klapky, teploty chladicí kapaliny, teploty vzduchu, otevření EGR, poměru směsi a předchozích měření ukazujících nesprávné spalování.
Na chod hlavního procesoru uvnitř ECU a aktivaci mnoha výstupů dohlíží monitorovací mikroprocesor – v podstatě druhý počítač, který zajišťuje, že hlavní počítač dělá vše správně. Pokud monitorovací mikroprocesor není spokojený s jakýmkoliv aspektem ECU, má možnost resetovat celý systém nebo jej úplně vypnout. Použití monitorovacího procesoru se stalo nutností s aplikací řízení škrticí klapky drive-by-wire kvůli bezpečnostním obavám, pokud by došlo k poruše hlavního mikroprocesoru.
Diagnostika ECU a periferií
Složitost implementace všech těchto ovládacích prvků, všech těchto vstupů a všech těchto výstupů vyžaduje relativně pokročilou schopnost autodiagnostiky – tradiční diagnostika motoru se stává zastaralou. Vstupy a výstupy ECU jsou individuálně monitorovány procesorem, často desítkykrát za sekundu, aby bylo zajištěno, že jsou v tolerancích nastavených v softwaru. Pokud naměřená hodnota snímače spadne mimo tyto tolerance po předem stanovenou dobu, zaregistruje se chyba a uloží se chybový kód, aby jej mohl technik vyhledat.
Chybové kódy
Když je chybový kód uložen do paměti, obvykle to vede k tomu, že některá logika v softwaru je obejita se sníženou účinností motoru, i když je motor stále schopen fungovat na základní úrovni. Za určitých okolností samodiagnostická rutina odhalí závažnou závadu, která buď zásadně brání chodu motoru, nebo motor v zájmu bezpečnosti vypne.
S moderním řízením motoru je prvním krokem diagnostiky poruch pro technika vozidla přístup k chybovým kódům z paměti ECU. Ty jsou často uloženy jako 5místné alfanumerické kódy začínající na P, B, C nebo U, po nichž následují 4 čísla. Podrobnosti o těchto kódech a jejich popis naleznete zde: Chybové kódy OBDII
Kromě těchto kódů může technik také prohlížet živá data snímačů prostřednictvím diagnostického nástroje za jízdy vozidla. To jim umožňuje vidět odečet snímače, který je nesprávný, ale není mimo toleranci o dostatečnou rezervu, aby označil chybový kód.
Elektronické ovládání plynu
Mnoho lidí zpochybňuje nutnost ovládání plynu drive-by-wire. Byl představen v 90. letech a je nyní vybaven téměř každým motorem, který se dnes vyrábí, ale jaké jsou výhody oproti tradičnímu kabelu?
Až do 80. let byla většina ovládání plynu/plynu řízena kabelem od pedálu ke karburátoru. Volnoběžné otáčky se nastavovaly jednoduchým nastavením šroubu tak, aby byla klapka plynu mírně otevřená, dokud motor neběžel správně na volnoběh. Tato jednoduchá metoda vyžadovala pravidelné seřizování volnoběžných otáček a byla náchylná k odchylkám, když byl motor studený nebo když se různé části opotřebovávaly.
V 1980. letech XNUMX. století, se zavedením ECU do hlavního proudu, byly představeny elektronické ventily Idle Air Control, které mnohé z těchto problémů vyřešily, nicméně ECU nyní řídila část proudění vzduchu a přesto všechny ostatní komponenty zůstaly.
S efektivitou chodu motoru a efektivitou při montáži vozu vpřed bylo zavedeno elektronické ovládání plynu. To urychlilo výrobu automobilu (žádné tuhé lanka plynu procházející přes firewall), odstranilo to potřebu ventilu Idle Air Control a umožnilo ECU motoru dodatečnou kontrolu nad motorem pro vylepšenou funkci EGR, lepší kontrolu nad vypínáním motoru a lepší startování.
Jednou z důležitých výhod elektronického ovládání škrticí klapky je, že ECU může během zrychlování upravit úhel škrticí klapky, aby se doplnil skutečný průtok vzduchu motorem. To zlepšuje rychlost, kterou vzduch prochází sáním, a poskytuje zisky v točivém momentu a ovladatelnosti. Toto je známé jako mapování momentu a je možné pouze s elektronickým ovládáním plynu.
Přizpůsobení
Moderní vozidla jsou konstruována s mnohem užšími tolerancemi než ta v minulosti, přesto jsou stále náchylná na výrobní odchylky, mechanické opotřebení a environmentální aspekty. Jako takové jsou schopny se přizpůsobit postupným změnám v chodu motoru.
Příklad. Když se vzduchový filtr zanese prachem, může ECU spustit motor s mírně sníženým množstvím vstřikovaného paliva, aby to kompenzovalo. To mu umožňuje pracovat se špičkovou účinností od nastartování motoru, spíše než startovat na tovární úrovni a pracovat na optimální směsi na každé cestě. Dělá to ukládáním hodnot Lambda z předchozích jízd.
Tyto úpravy se nevztahují pouze na zablokované vzduchové filtry, ale na mnoho systémů na motoru nebo převodovce. Protože se součásti v hydraulických systémech opotřebovávají, vyžadují ke kompenzaci změny časování aktivace elektromagnetu. Podobně, jak se motor opotřebovává, schopnost být vzduchovým čerpadlem se mírně zhoršuje a úhel otevření škrticí klapky se bude muset změnit, aby se udržely správné volnoběžné otáčky.
Jak diagnostikovat vadnou ECU bez komunikace:
Obávaný chybový kód P0606 – je to opravdu způsobeno vaší ECU?
Příznaky špatného snímače polohy vačkového hřídele – a jak to opravit!
