Řídicí jednotky motoru (ECU)

Vývoj a použití.

Historie elektronických řídicích jednotek motorů, známých jako ECU (Electronic Control Unit / Engine Control Unit), je příkladem vývoje automobilové technologie, který byl způsoben potřebou zvýšit výkon, snížit spotřebu paliva a snížit emise. V 60. letech 20. století začaly první pokusy o zavedení elektronických řídicích systémů do automobilů. Zpočátku se jednalo o jednoduché systémy, používané především v automobilových závodech. Průlom nastal v roce 1968, kdy Volkswagen představil D-Jetronic, první elektronický systém vstřikování paliva na světě, který navrhla společnost Bosch. Jednalo se o systém, který k řízení vstřikování paliva využíval snímače tlaku vzduchu a teploty.

V 80. letech 20. století došlo k rozvoji mikroprocesorů, které se staly dokonalejšími a dostupnějšími, což umožnilo vývoj sofistikovanějších systémů řízení motoru. Digitální technologie umožnila přesnější řízení spalovacích procesů, což přispělo ke zvýšení účinnosti paliva a snížení emisí výfukových plynů. V tomto období představila společnost Bosch systém Motronic, který integroval řízení vstřikování paliva a zapalování do jedné jednotky.

V devadesátých letech se řídicí jednotky staly standardní součástí většiny vozidel a tyto systémy byly stále více integrovány a kombinovaly funkce pro řízení vstřikování paliva, zapalování a dalších aspektů provozu motoru. Zavedení systémů OBD (On-Board Diagnostics) umožnilo sledovat a diagnostikovat systémy motoru, což usnadnilo servis a opravy. 

Řídicí jednotky se v 21. století staly velmi sofistikovanými a integrují řídicí funkce mnoha subsystémů vozidla. Zavedení přísných emisních norem, jako jsou Euro 4, Euro 5 a následně Euro 6, přinutilo výrobce automobilů používat ještě pokročilejší technologie řízení motoru, včetně filtrace výfukových plynů a systémů selektivní katalytické redukce. Řídicí jednotky začaly hrát klíčovou roli při řízení elektrického pohonu, baterií a integraci systémů rekuperace energie, což bylo s rostoucí oblibou elektrických a hybridních vozidel nezbytné.

Dnešní autonomní automobily využívají také pokročilé řídicí jednotky, které řídí nejen motor, ale také asistenční systémy řidiče a autonomní řízení. To ukazuje, jak se automobilová technologie vyvíjí, aby splňovala rostoucí požadavky na efektivitu, bezpečnost a ochranu životního prostředí. Elektronické řídicí jednotky motorů se staly nedílnou součástí moderních vozidel a umožňují stále sofistikovanější řízení jejich provozu.

Konstrukce a princip činnosti.

Elektronická řídicí jednotka motoru se často označuje jako počítač motoru. A není se čemu divit, protože svou konstrukcí a funkcí se počítači podobá. Provoz všech moderních spalovacích motorů je řízen elektronickou řídicí jednotkou. Každá následující generace řídicí jednotky motoru má složitější architekturu a software, který vykonává stále více funkcí. Software řídicí jednotky realizuje strategii motoru na základě přání řidiče, přičemž bere v úvahu desítky okamžitých parametrů a zpětnovazebních signálů ze snímačů, jakož i řadu korekčních hodnot souvisejících s udržováním emisí výfukových plynů na odpovídající úrovni.

Hlavními úkoly ECU jsou:

1. Zpracování signálu ze senzorů: Přijímá data ze snímačů, jako jsou snímače teploty, tlaku, průtoku vzduchu, polohy klikového hřídele, a zpracovává je na informace užitečné pro řízení motoru.
2. Řízení vstřikování paliva: Optimalizuje množství paliva a časování vstřiku do spalovacích komor, aby bylo zajištěno účinné a čisté spalování.
3. Řízení zapalování (u zážehových motorů): Řídí časování zážehu směsi paliva a vzduchu, aby se maximalizovala účinnost a minimalizovaly emise výfukových plynů.
4. Kontrola emisí výfukových plynů: Řídí systémy recirkulace výfukových plynů (EGR), katalyzátory a filtry pevných částic (DPF) pro snížení emisí.
5. Diagnostika a ochrana: sleduje stav motoru a jeho součástí, zjišťuje závady, zaznamenává chybové kódy a v případě potřeby spouští ochranné postupy.
6. Komunikace a výměna dat s ostatními řídicími jednotkami ve vozidle (ABS/ESP, automatická převodovka, komfortní a bezpečnostní moduly atd.).

Ústřední součástí řídicí jednotky je procesor nebo mikrokontrolér. Jedná se o integrovaný obvod, který vykonává programy řídící činnost motoru. Procesor přijímá signály z různých snímačů, zpracovává je podle předem naprogramovaných algoritmů a vysílá příslušné řídicí signály do akčních členů motoru, jako jsou vstřikovače paliva, zapalovací cívky, EGR ventil, regulátory tlaku paliva a plnicího tlaku atd. 

Firmware řídicí jednotky je soubor programů a algoritmů, které řídí provoz motoru. Firmware je obvykle vyvinut výrobcem vozidla nebo dodavatelem řídicí jednotky a je rozhodující pro optimální provoz motoru, palivovou účinnost a splnění emisních norem.

Jednou z funkcí řídicí jednotky motoru je blokování spouštění motoru, tzv. imobilizér. Účelem tohoto systému je zabránit nastartování motoru nepovolanými osobami, čímž je vozidlo účinně chráněno proti krádeži.

ECU má různé typy paměti:

1. Paměť ROM (Read-Only Memory): Obsahuje pevný softwarový kód (firmware) řadiče.
2. Paměť RAM (Random Access Memory): Slouží k dočasnému ukládání dat během provozu ECU.
3. Paměť EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) nebo paměť Flash: Umožňuje ukládání dat, která lze měnit, například mapy vstřikování paliva nebo diagnostická nastavení.

Řídicí jednotka má řadu vstupů a výstupů, které umožňují komunikaci se snímači a akčními členy motoru:

1. Analogové vstupy: Příklady: snímače teploty, tlaku vzduchu v sacím potrubí, polohy škrticí klapky.
2. Digitální vstupy: Signály ze snímačů polohy klikového hřídele, vačkového hřídele, signály rychlosti vozidla.
3. Digitální výstupy: Ovládání vstřikovačů paliva, zapalovacích cívek, ventilů recirkulace výfukových plynů (EGR).

Řídicí jednotka komunikuje s ostatními řídicími jednotkami ve vozidle prostřednictvím různých komunikačních protokolů, např.:

1. CAN (Controller Area Network): Síťová komunikační síť: oblíbený komunikační protokol ve vozidlech, který umožňuje výměnu dat mezi různými řídicími moduly.
2. LIN (Local Interconnect Network): Slouží ke komunikaci s méně důležitými systémy, jako jsou komfortní systémy.
3. FlexRay a MOST (Media Oriented Systems Transport): Používají se v pokročilejších komunikačních systémech.

Řídicí jednotka je napájena z baterie vozidla a její obvody musí poskytovat stabilní napětí všem vnitřním součástem. Napájení ECU je také chráněno proti přepětí a jinému elektrickému rušení. 

Řídicí jednotka je vybavena diagnostickými funkcemi, které monitorují provoz motoru a mohou odhalit a nahlásit závady. Pokud je zjištěn problém, může ECU uložit kód závady a v případě potřeby přejít do nouzového režimu, aby se zabránilo poškození motoru. ECU má také ochranné mechanismy proti přepětí, přehřátí a dalším nepříznivým provozním podmínkám.

Proces regenerace.

Bez ohledu na rozsah požadavku zákazníka začíná naše práce s řídící jednotkou jejím vyčištěním a vnější kontrolou. Nejdříve se tak odhalí mechanická poškození, netěsnosti, známky vlhkosti, uvolněné kolíky a podobně. Poté je zkontrolována schopnost komunikace s řídicí jednotkou, aby bylo možné provést softwarovou analýzu a zkontrolovat její obvody. U některých řídicích jednotek vyžaduje připojení diagnostických nástrojů a programů určených k otevření otevření řídicí jednotky a přímý přístup k součástkám umístěným na její desce plošných spojů. Po otevření jednotky lze ověřit stav elektronických součástek a jejich zapojení a zároveň identifikovat a opravit tzv. studené pájky).

Naprostá většina oprav se však omezuje na práci se softwarem řídicí jednotky. Naše nabídka v této oblasti zahrnuje mimo jiné:

1. Diagnostika řídicí jednotky a analýza softwaru,
2. Obnova dat ovladače,
3. Čtení kódu PIN (bezpečnostního kódu),
4. Resetování (čištění) imobilizéru,
5. Odhlášení z řadiče,
6. Synchronizace imobilizéru,
7. Změna čísla VIN,
8. Klonování řadiče,
9. Aktualizace softwaru řídicí jednotky,
10. Programování nové nebo použité řídicí jednotky,
11. Nahrání tovární dávky ovladačů (tzv. Virgin),
12. Deaktivace systému recirkulace výfukových plynů,
13. Trvalá deaktivace systému Start/Stop,
14. Vypnutí vířivých klapek,
15. A mnoho dalšího...

Příčiny a typy poškození

Nejčastějšími příznaky poruchy řídicí jednotky motoru jsou:

1. Motor nelze nastartovat nebo se motor chvíli po nastartování zastaví.
2. Správný chod motoru závisí na okolní teplotě a/nebo vlhkosti.
3. Nerovnoměrný chod motoru.
4. Žádná reakce na plynový pedál.
5. Nedostatečná komunikace.
6. Aktuální hodnoty nelze přečíst.
7. Nepřečtení chybových kódů.
8. Chyba kontrolního součtu.
9. Poruchy sběrnice CAN BUS.
10. Trvalé chyby, které nelze vymazat.

Nejčastější poruchy elektronické řídicí jednotky motoru (ECU) jsou:

1. Koroze vnitřku a kontaktů - vlhkost a voda.
2. Mechanické poškození - vibrace, náhlé přetížení.
3. závady elektronických součástek a spojů - nadměrné teplo, vlhkost, přirozené stárnutí součástek, nestabilní napájení (náhlé přepětí nebo pokles napětí).