Riadiace jednotky motora (ECU)

História a aplikácia.

História elektronických riadiacich jednotiek motora, známych ako ECU (elektronická riadiaca jednotka / riadiaca jednotka motora), je príkladom vývoja automobilovej technológie, ktorý je podmienený potrebou zvýšiť výkon, znížiť spotrebu paliva a znížiť emisie. V 60. rokoch 20. storočia sa začali prvé pokusy o zavedenie elektronických riadiacich systémov do automobilov. Spočiatku išlo o jednoduché systémy, ktoré sa používali najmä v automobilových pretekoch. Prelom nastal v roku 1968, keď Volkswagen predstavil D-Jetronic, prvý elektronický systém vstrekovania paliva na svete, ktorý navrhla spoločnosť Bosch. Išlo o systém, ktorý na riadenie vstrekovania paliva využíval snímače tlaku vzduchu a teploty.

V 80. rokoch 20. storočia sa vyvinuli mikroprocesory, ktoré sa stali dokonalejšími a dostupnejšími, čo umožnilo vývoj sofistikovanejších systémov riadenia motorov. Digitálna technológia umožnila presnejšie riadenie spaľovacích procesov, čo pomohlo zvýšiť účinnosť paliva a znížiť emisie výfukových plynov. V tomto období spoločnosť Bosch predstavila systém Motronic, ktorý integroval riadenie vstrekovania paliva a zapaľovania do jednej jednotky.

V 90. rokoch 20. storočia sa ECU stali štandardnou súčasťou väčšiny vozidiel a tieto systémy boli čoraz viac integrované a kombinovali funkcie na riadenie vstrekovania paliva, zapaľovania a ďalších aspektov činnosti motora. Zavedenie systémov OBD (On-Board Diagnostics) umožnilo monitorovať a diagnostikovať systémy motora, čo uľahčilo servis a opravy. 

Riadiace jednotky sa v 21. storočí stali mimoriadne sofistikovanými a integrujú riadiace funkcie mnohých subsystémov vozidla. Zavedenie prísnych emisných noriem, ako sú Euro 4, Euro 5 a potom Euro 6, prinútilo výrobcov automobilov používať ešte pokročilejšie technológie riadenia motorov vrátane filtrácie výfukových plynov a systémov selektívnej katalytickej redukcie. ECU začali zohrávať kľúčovú úlohu pri riadení elektrického pohonu, batérií a integrácii systémov rekuperácie energie, čo bolo nevyhnutné s rastúcou popularitou elektrických a hybridných vozidiel.

Dnešné autonómne vozidlá využívajú aj pokročilé riadiace jednotky na riadenie nielen motora, ale aj asistenčných systémov vodiča a systémov autonómnej jazdy. To ukazuje, ako sa automobilová technológia vyvíja, aby spĺňala rastúce požiadavky na účinnosť, bezpečnosť a ochranu životného prostredia. Elektronické riadiace jednotky motorov sa stali neoddeliteľnou súčasťou moderných vozidiel a umožňujú čoraz sofistikovanejšie riadenie ich prevádzky.

Konštrukcia a princíp fungovania.

Elektronická riadiaca jednotka motora sa často označuje ako počítač motora. A nie je na tom nič prekvapujúce, pretože svojou konštrukciou a funkciou sa podobá počítaču. Činnosť všetkých moderných spaľovacích motorov riadi elektronická riadiaca jednotka. Každá nasledujúca generácia riadiacej jednotky motora má zložitejšiu architektúru a softvér, ktorý vykonáva čoraz viac funkcií. Softvér riadiacej jednotky realizuje stratégiu motora na základe želania vodiča, pričom berie do úvahy desiatky okamžitých parametrov a spätných signálov zo snímačov, ako aj celý rad korekčných hodnôt súvisiacich s udržiavaním emisií výfukových plynov na primeranej úrovni.

Hlavné úlohy ECU sú:

1. Spracovanie signálu zo snímača: prijíma údaje zo snímačov, ako sú snímače teploty, tlaku, prietoku vzduchu, polohy kľukového hriadeľa, a spracováva ich na informácie užitočné pre riadenie motora.
2. Ovládanie vstrekovania paliva: Optimalizuje množstvo paliva a čas vstreku do spaľovacích komôr, aby sa zabezpečilo účinné a čisté spaľovanie.
3. Riadenie zapaľovania (pri benzínových motoroch): Riadi časovanie zapaľovania zmesi paliva a vzduchu s cieľom maximalizovať účinnosť a minimalizovať emisie výfukových plynov.
4. Kontrola emisií výfukových plynov: Systémy recirkulácie výfukových plynov (EGR), katalyzátory a filtre pevných častíc (DPF) na zníženie emisií.
5. Diagnostika a ochrana: monitoruje stav motora a jeho komponentov, zisťuje poruchy, zaznamenáva chybové kódy a v prípade potreby spúšťa ochranné postupy.
6. Komunikácia a výmena údajov s ostatnými riadiacimi jednotkami vo vozidle (ABS/ESP, automatická prevodovka, komfortné a bezpečnostné moduly atď.).

Centrálnou súčasťou ECU je procesor alebo mikrokontrolér. Ide o integrovaný obvod, ktorý vykonáva programy riadiace činnosť motora. Procesor prijíma signály z rôznych snímačov, spracováva ich podľa vopred naprogramovaných algoritmov a vysiela príslušné riadiace signály do akčných členov motora, ako sú vstrekovače paliva, zapaľovacie cievky, EGR ventil, regulátory tlaku paliva a plniaceho tlaku atď. 

Firmvér riadiacej jednotky je súbor programov a algoritmov, ktoré riadia prevádzku motora. Firmvér je zvyčajne vyvinutý výrobcom vozidla alebo dodávateľom riadiacej jednotky a je rozhodujúci pre optimálnu prevádzku motora, palivovú účinnosť a plnenie emisných noriem.

Jednou z funkcií riadiacej jednotky motora je blokovanie štartu motora, tzv. imobilizér. Účelom tohto systému je zabrániť neoprávneným osobám naštartovať motor, čím sa vozidlo účinne chráni pred krádežou.

ECU má rôzne typy pamäte:

1. ROM (pamäť len na čítanie): Obsahuje pevný softvérový kód (firmvér) radiča.
2. Pamäť RAM (Random Access Memory): Používa sa na dočasné ukladanie údajov počas prevádzky ECU.
3. Pamäť EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) alebo pamäť Flash: Umožňuje ukladanie údajov, ktoré sa dajú upravovať, napríklad mapy vstrekovania paliva alebo diagnostické nastavenia.

ECU má množstvo vstupov a výstupov, ktoré umožňujú komunikáciu so snímačmi a akčnými členmi motora:

1. Analógové vstupy: Príkladom sú snímače teploty, tlaku vzduchu v sacom potrubí, polohy škrtiacej klapky.
2. Digitálne vstupy: Signály zo snímačov polohy kľukového hriadeľa, vačkového hriadeľa, signály rýchlosti vozidla.
3. Digitálne výstupy: Ovládanie vstrekovačov paliva, zapaľovacích cievok, ventilov recirkulácie výfukových plynov (EGR).

ECU komunikuje s ostatnými riadiacimi jednotkami vo vozidle prostredníctvom rôznych komunikačných protokolov, ako napr.:

1. CAN (Controller Area Network): Obľúbený komunikačný protokol vo vozidlách, ktorý umožňuje výmenu údajov medzi rôznymi riadiacimi modulmi.
2. LIN (Local Interconnect Network): Používa sa na komunikáciu s menej kritickými systémami, ako sú napríklad komfortné systémy.
3. FlexRay a MOST (Media Oriented Systems Transport): Používajú sa v pokročilejších komunikačných systémoch.

ECU je napájaná z batérie vozidla a jej obvody musia poskytovať stabilné napätie pre všetky vnútorné komponenty. Napájanie ECU je tiež chránené proti prepätiu a inému elektrickému rušeniu. 

ECU je vybavená diagnostickými funkciami, ktoré monitorujú činnosť motora a dokážu odhaliť a nahlásiť poruchy. Ak sa zistí problém, ECU môže uložiť kód poruchy a v prípade potreby prejsť do núdzového režimu, aby sa zabránilo poškodeniu motora. ECU má tiež ochranné mechanizmy proti prepätiu, prehriatiu a iným nepriaznivým prevádzkovým podmienkam.

Proces regenerácie.

Bez ohľadu na rozsah požiadavky zákazníka sa naša práca s regulátorom začína jeho čistením a vonkajšou kontrolou. V prípade potreby sa regulátor vyčistí, po čom nasleduje vizuálna kontrola s cieľom odhaliť viditeľné chyby, ako sú mechanické poškodenia, netesnosti, známky vlhkosti, uvoľnené kolíky a podobne. Potom sa skontroluje schopnosť komunikácie s regulátorom, aby sa mohla vykonať analýza softvéru a skontrolovať jeho obvody. V prípade niektorých regulátorov si pripojenie diagnostických nástrojov a programátorov vyžaduje otvorenie regulátora a priamy prístup ku komponentom namontovaným na jeho doske plošných spojov. Po otvorení regulátora sa môže overiť stav elektronických komponentov a ich zapojení, pričom sa identifikujú a opravia tzv. studené spájky).

Prevažná väčšina opráv sa však obmedzuje na prácu so softvérom ovládača. Naša ponuka v tejto oblasti zahŕňa okrem iného:

1. Diagnostika riadiacej jednotky a analýza softvéru,
2. Obnova údajov ECU,
3. Čítanie PIN kódu (bezpečnostného kódu),
4. Resetovanie (čistenie) imobilizéra,
5. Odhlásenie ECU,
6. Synchronizácia imobilizéra,
7. Zmena čísla VIN,
8. Klonovanie ECU,
9. Aktualizácia softvéru,
10. Programovanie novej alebo použiej ECU,
11. Nahratie výrobného nastavenia ECU(tzv. Virgin),
12. Deaktivácia systému recirkulácie výfukových plynov,
13. Trvalá deaktivácia systému Start/Stop,
14. Vypnutie vírivých klapiek,
15. A ešte oveľa viac...

Príčiny a typy poškodenia

Najčastejšie príznaky poruchy riadiacej jednotky motora sú:

1. Motor sa nedá naštartovať alebo sa chvíľu po naštartovaní zastaví.
2. Správna prevádzka motora závisí od okolitej teploty a/alebo vlhkosti.
3. Nerovnomerná prevádzka motora.
4. Žiadna reakcia na plynový pedál.
5. Nedostatok komunikácie.
6. Aktuálne hodnoty nie je možné čítať.
7. Zlyhanie čítania chybových kódov.
8. Chyba kontrolného súčtu.
9. Poruchy CAN BUS.
10. Trvalé chyby, ktoré nemožno vymazať.

Najčastejšie poruchy elektronickej riadiacej jednotky motora (ECU) sú:

1. Korózia interiéru a kontaktov - vlhkosť a voda.
2. Mechanické poškodenie - vibrácie, náhle preťaženie.
3. Poruchy elektronických komponentov a spojov - nadmerné teplo, vlhkosť, prirodzené starnutie komponentov, nestabilné napájanie (náhly nárast alebo pokles napätia).