Upravljačke jedinice motora (ECU)

Podrijetlo i primjena.

Povijest elektroničkih kontrolera motora, poznatih kao ECU (Electronic Control Unit/Engine Control Unit), primjer je evolucije automobilske tehnologije, vođene potrebom za povećanjem performansi, učinkovitosti goriva i smanjenjem emisije ispušnih plinova. Šezdesetih godina prošlog stoljeća započeli su prvi pokušaji uvođenja elektroničkih sustava upravljanja u automobile. U početku su to bili jednostavni sustavi koji su se uglavnom koristili u automobilskim utrkama. Prelomni trenutak bilo je Volkswagenovo predstavljanje D-Jetronica 1968., prvog sustava elektroničkog ubrizgavanja goriva na svijetu koji je dizajnirao Bosch. Bio je to sustav koji je koristio senzore tlaka zraka i temperature za kontrolu ubrizgavanja goriva.

Osamdesetih godina 20. stoljeća razvijaju se mikroprocesori koji postaju sve napredniji i dostupniji, omogućujući razvoj složenijih sustava upravljanja motorom. Digitalna tehnologija omogućila je precizniju kontrolu procesa izgaranja, što je pridonijelo poboljšanoj učinkovitosti goriva i smanjenoj emisiji ispušnih plinova. Tijekom tog razdoblja Bosch je predstavio sustav Motronic, integrirajući ubrizgavanje goriva i kontrolu paljenja u jednom uređaju.

U 1990-ima ECU-ovi su postali standard u većini vozila, a ti su sustavi postajali sve integriraniji, kombinirajući funkcije za kontrolu ubrizgavanja goriva, paljenja i drugih aspekata rada motora. Uvođenjem OBD (On-Board Diagnostics) sustava omogućen je nadzor i dijagnostika sustava motora, što je olakšalo servisiranje i popravke. 

U XXI stoljeću ECU-i su postali izuzetno napredni, integrirajući kontrolne funkcije mnogih podsustava vozila. Uvođenje strogih standarda za ispušne plinove, kao što su Euro 4, Euro 5 i zatim Euro 6, prisililo je proizvođače automobila da koriste još naprednije tehnologije upravljanja motorom, uključujući sustave za filtriranje ispušnih plinova i selektivnu katalitičku redukciju. ECU-ovi su počeli igrati ključnu ulogu u upravljanju električnim pogonom, baterijama i integraciji sustava za rekuperaciju energije, što je bilo neizostavno s porastom popularnosti električnih i hibridnih vozila.

Današnji autonomni automobili također koriste napredne ECU-ove za upravljanje ne samo motorom, već i sustavima pomoći vozaču i autonomnoj vožnji. Ovo pokazuje kako se automobilska tehnologija razvila kako bi zadovoljila sve veće zahtjeve za učinkovitošću, sigurnošću i zaštitom okoliša. Elektronički upravljači motora postali su sastavni dio modernih vozila, omogućujući sve napredniji nadzor nad njihovim radom.

Konstrukcija i princip rada.

Elektronički upravljač motora često se naziva računalo motora. I nema ništa čudno u tome, jer po svojoj strukturi i funkcioniranju podsjeća na računalo. Radom svih modernih motora s unutarnjim izgaranjem upravlja elektronička upravljačka jedinica. Svaka sljedeća generacija kontrolera motora ima složeniju arhitekturu i softver koji implementira sve više funkcija. Softver kontrolera implementira strategiju rada motora na temelju želja vozača, uzimajući u obzir desetke trenutnih parametara i povratnih signala sa senzora, kao i niz korekcijskih vrijednosti vezanih za održavanje emisije ispušnih plinova na odgovarajućoj razini.

Glavni zadaci ECU-a su:

1. Obrada signala senzora: prima podatke od senzora kao što su temperatura, tlak, protok zraka, senzori položaja radilice i pretvara ih u korisne informacije za upravljanje motorom.
2. Kontrola ubrizgavanja goriva: Optimizira količinu goriva i vrijeme ubrizgavanja u komore za izgaranje kako bi se osiguralo učinkovito i čisto izgaranje.
3. Upravljanje paljenjem (benzinski motori): Kontrolira vrijeme paljenja mješavine goriva i zraka kako bi se povećala učinkovitost i smanjile emisije ispušnih plinova.
4. Kontrola ispušnih plinova: Kontrolira recirkulaciju ispušnih plinova (EGR), katalizatore i filtre dizelskih čestica (DPF) za smanjenje emisija.
5. Dijagnostika i zaštita: Prati stanje motora i njegovih komponenti, otkriva greške, bilježi kodove grešaka i po potrebi pokreće zaštitne postupke.
6. Komunikacija i razmjena podataka s ostalim upravljačima u vozilu (ABS/ESP, automatski mjenjač, moduli za udobnost i sigurnost itd.).

Središnji element ECU-a je procesor ili mikrokontroler. To je integrirani krug koji izvršava programe koji kontroliraju rad motora. Procesor prima signale od raznih senzora, obrađuje ih prema programiranim algoritmima i šalje odgovarajuće upravljačke signale izvršnim komponentama motora, kao što su mlaznice za gorivo, svici paljenja, EGR ventil, regulatori tlaka goriva, tlak prednabijanja itd. 

Softver kontrolera je skup programa i algoritama koji upravljaju radom motora. Firmware obično razvija proizvođač vozila ili dobavljač ECU-a i ključan je za optimalan rad motora, učinkovitost goriva i usklađenost sa standardima emisije.

Jedna od funkcija koju obavlja upravljač motora je blokada pokretanja motora, tzv imobilizator. Svrha ovog sustava je spriječiti neovlaštene osobe da pokrenu motor, učinkovito štiteći vozilo od krađe.

ECU ima različite vrste memorije:

1. ROM (Memorija samo za čitanje): Sadrži stalni softverski kod (firmware) kontrolera.
2. RAM (Memorija s izravnim pristupom): Koristi se za privremeno pohranjivanje podataka dok ECU radi.
3. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) ili Flash memorija: Omogućuje pohranjivanje podataka koji se mogu mijenjati, kao što su mape ubrizgavanja goriva i dijagnostičke postavke.

ECU ima brojne ulaze i izlaze koji omogućuju komunikaciju sa senzorima i aktuatorima motora:

1. Analogni ulazi: Primjeri su senzori temperature, tlak zraka u usisnom razvodniku, položaj leptira za gas.
2. Digitalni ulazi: Signali sa senzora položaja radilice i bregastog vratila, signali brzine vozila.
3. Digitalni izlazi: Upravljanje mlaznicama za gorivo, zavojnicama za paljenje, ventilima za recirkulaciju ispušnih plinova (EGR).

ECU komunicira s drugim upravljačkim jedinicama u vozilu putem različitih komunikacijskih protokola, kao što su:

1. CAN (Controller Area Network): popularan komunikacijski protokol u vozilima koji omogućuje razmjenu podataka između različitih kontrolnih modula.
2. LIN (Local Interconnect Network): Koristi se za komunikaciju s manje kritičnim sustavima kao što su komforni sustavi.
3. FlexRay i MOST (Media Oriented Systems Transport): Koriste se u naprednijim komunikacijskim sustavima.

ECU se napaja iz akumulatora vozila, a njegovi sustavi moraju osigurati stabilan napon svim unutarnjim komponentama. ECU napajanje također je zaštićeno od prenapona i drugih električnih smetnji. 

ECU je opremljen dijagnostičkim funkcijama koje nadziru rad motora i mogu otkriti i prijaviti greške. Ako se otkrije problem, ECU može pohraniti šifru pogreške i, ako je potrebno, ući u režim rada kako bi spriječio oštećenje motora. ECU također ima zaštitne mehanizme od prenapona, pregrijavanja i drugih nepovoljnih radnih uvjeta.

Proces regeneracije.

Proces počinje pražnjenjem preostalog ulja iz pretvarača. Zatim je potrebno izrezati kućište pretvarača, što se radi na strugu. Sve unutarnje komponente pretvarača su temeljito očišćene kako bi se uklonila prljavština, naslage i ostaci rabljenog ulja za prijenosnike. U tu svrhu koriste se posebna sredstva za čišćenje i oprema kao što su ultrazvučni čistači. Nakon čišćenja, sve komponente se pažljivo provjeravaju na istrošenost, oštećenja i pukotine. Procjena uključuje lopatice pumpe i turbine, stator, rad jednosmjerne spojke statora, stanje i stupanj istrošenosti ležajeva, prigušivača vibracija, klinastih spojeva i dr. Istrošeni ili oštećeni elementi zamjenjuju se novim, regeneriranim. Najčešće je potrebno zamijeniti ležajeve, tarne obloge ili diskove spojke za zaključavanje, brtve i druge mehaničke elemente koji pokazuju znakove istrošenosti. Nakon zamjene i popravka svih potrebnih komponenti pretvarač se ponovno sastavlja. Komponente su precizno postavljene i sastavljene, a kućište je ponovno zavareno kako bi se osiguralo čvrsto brtvljenje. Zavarivanje se odvija na posebnoj, automatskoj stanici, koja osigurava ravnomjeran i čvrst zavar po cijelom obodu kućišta pretvarača. Međutim, kako bismo bili 100% sigurni da je zavar izveden ispravno, u sljedećem koraku provodi se ispitivanje nepropusnosti pretvarača. Zatim se provjerava ravnoteža pretvarača i, ako je potrebno, ispravlja. Završna faza je označavanje i bojanje pretvarača.

Međutim, velika većina popravaka ograničena je na rad sa softverom kontrolera. Naša ponuda na ovom području između ostalog uključuje:

1. Dijagnostika kontrolera i analiza softvera,
2. Spašavanje podataka od kontrolora,
3. Očitavanje PIN koda (sigurnosni kod),
4. Resetiranje (čišćenje) imobilizatora,
5. Odjava iz vozača,
6. Sinkronizacija imobilizatora,
7. Promjena VIN broja,
8. Kloniranje vozača,
9. Ažuriranje softvera upravljačkog programa,
10. Programiranje novog ili rabljenog kontrolera,
11. Učitavanje ulaza tvorničkog kontrolera (tzv. Virgin),
12. Isključivanje sustava recirkulacije ispušnih plinova,
13. Trajno onemogućavanje Start/Stop sustava,
14. Isključujući vrtložne zaklopke,
15. I puno više…

Uzroci i vrste oštećenja

Najčešći simptomi oštećenja regulatora motora su:

1. Motor se ne može pokrenuti ili se motor gasi ubrzo nakon pokretanja.
2. Ispravan rad motora ovisi o temperaturi i/ili vlažnosti okoline.
3. Neravnomjeran rad motora.
4. Nema reakcije na papučicu gasa.
5. Nema komunikacije.
6. Ne mogu se očitati trenutne vrijednosti.
7. Nije moguće pročitati kodove grešaka.
8. Pogreška kontrolnog zbroja.
9. CAN BUS greške.
10. Trajne pogreške koje se ne mogu ukloniti.

Najčešći kvarovi elektroničkih regulatora motora (ECU) su:

1. Korozija unutrašnjosti i kontakata - vlaga i voda.
2. Mehanička oštećenja - vibracije, nagla preopterećenja.
3. Greške na elektroničkim komponentama i spojevima - previsoka temperatura, vlaga, prirodno starenje komponenti, nestabilno napajanje (nagli prenapon ili pad napona).