Krmilne enote motorja (ECU)

Geneza in uporaba.

Zgodovina elektronskih krmilnikov motorja, imenovanih ECU (Electronic Control Unit / Engine Control Unit), ponazarja razvoj avtomobilske tehnologije, ki ga je narekovala potreba po povečanju zmogljivosti, izkoristku goriva in zmanjšanju emisij. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so se začeli prvi poskusi uvedbe elektronskih krmilnih sistemov v avtomobilih. Sprva so bili to preprosti sistemi, ki so se uporabljali predvsem v avtomobilskih dirkah. Prelomnica je bila leta 1968, ko je Volkswagen predstavil D-Jetronic, prvi elektronski sistem za vbrizgavanje goriva na svetu, ki ga je zasnoval Bosch. To je bil sistem, ki je za nadzor vbrizgavanja goriva uporabljal senzorje zračnega tlaka in temperature.

V osemdesetih letih so se razvili mikroprocesorji, ki so postali naprednejši in dostopnejši, kar je omogočilo razvoj bolj zapletenih krmilnih sistemov motorja. Digitalna tehnologija je omogočila natančnejši nadzor procesov zgorevanja, kar je pripomoglo k večji učinkovitosti porabe goriva in zmanjšanju emisij izpušnih plinov. V tem obdobju je Bosch predstavil sistem Motronic, ki je združeval vbrizgavanje goriva in nadzor vžiga v eno enoto.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja so ECU postale standardna oprema večine vozil, ti sistemi pa so bili vedno bolj integrirani in so združevali funkcije za nadzor vbrizga goriva, vžiga in drugih vidikov delovanja motorja. Uvedba sistemov OBD (On-Board Diagnostics) je omogočila spremljanje in diagnosticiranje sistemov motorja, kar je olajšalo servisiranje in popravila. 

ECU-ji so v 21. stoletju postali izjemno izpopolnjeni in združujejo nadzorne funkcije za številne podsisteme vozila. Uvedba strogih emisijskih standardov, kot so Euro 4, Euro 5 in nato Euro 6, je proizvajalce avtomobilov prisilila v uporabo še naprednejših tehnologij krmiljenja motorjev, vključno s sistemi za filtriranje izpušnih plinov in selektivno katalitično redukcijo. ECU-ji so začeli igrati ključno vlogo pri upravljanju električnega pogona, baterij in vključevanju sistemov za rekuperacijo energije, kar je bilo zaradi vse večje priljubljenosti električnih in hibridnih vozil nujno potrebno.

Današnji avtonomni avtomobili uporabljajo tudi napredne krmilne enote, ki upravljajo ne le motor, temveč tudi sisteme za pomoč vozniku in avtonomno vožnjo. To kaže, kako se je avtomobilska tehnologija razvila, da bi izpolnila vse večje zahteve glede učinkovitosti, varnosti in varstva okolja. Elektronski krmilniki motorjev so postali sestavni del sodobnih vozil in omogočajo vse bolj izpopolnjen nadzor nad njihovim delovanjem.

Konstrukcija in načelo delovanja.

Elektronski krmilnik motorja se pogosto imenuje motorni računalnik. To ni nič presenetljivega, saj je po zgradbi in delovanju podoben računalniku. Delovanje vseh sodobnih motorjev z notranjim izgorevanjem upravlja elektronska krmilna enota. Vsaka naslednja generacija krmilne enote motorja ima kompleksnejšo arhitekturo in programsko opremo, ki opravlja vedno več funkcij. Programska oprema krmilnika izvaja strategijo motorja na podlagi želja voznika, pri čemer upošteva na desetine trenutnih parametrov in povratnih signalov senzorjev ter vrsto korekcijskih vrednosti, povezanih z vzdrževanjem ustrezne ravni emisij izpušnih plinov.

Glavne naloge enote ECU so:

1. Obdelava senzorskih signalov: Prejemanje podatkov iz senzorjev, kot so senzorji temperature, tlaka, pretoka zraka, položaja ročične gredi, in njihova obdelava v informacije, uporabne za upravljanje motorja.
2. Nadzor vbrizgavanja goriva: Optimizira količino goriva in čas vbrizgavanja v zgorevalne komore ter tako zagotavlja učinkovito in čisto izgorevanje.
3. Upravljanje vžiga (pri bencinskih motorjih): Za čim večjo učinkovitost in čim manjše emisije izpušnih plinov nadzoruje čas vžiga mešanice goriva in zraka.
4. Nadzor emisij izpušnih plinov: Za zmanjšanje emisij nadzoruje sisteme za recirkulacijo izpušnih plinov (EGR), katalizatorje in filtre za trdne delce (DPF).
5. Diagnostika in zaščita: spremlja stanje motorja in njegovih sestavnih delov, odkriva napake, beleži kode napak in po potrebi sproži zaščitne postopke.
6. Komunikacija in izmenjava podatkov z drugimi krmilniki v vozilu (ABS/ESP, samodejni menjalnik, komfortni in varnostni moduli itd.).

Osrednji sestavni del ECU je procesor ali mikrokrmilnik. To je integrirano vezje, ki izvaja programe za nadzor delovanja motorja. Procesor sprejema signale iz različnih senzorjev, jih obdeluje v skladu z vnaprej programiranimi algoritmi in pošilja ustrezne krmilne signale pogonskim elementom motorja, kot so vbrizgalniki goriva, vžigalne tuljave, ventil EGR, regulatorji tlaka goriva in tlaka polnjenja itd. 

Vdelana programska oprema krmilnika je skupek programov in algoritmov, ki nadzorujejo delovanje motorja. Strojno programsko opremo običajno razvije proizvajalec vozila ali dobavitelj ECU in je ključnega pomena za optimalno delovanje motorja, izkoristek goriva in izpolnjevanje emisijskih standardov.

Ena od funkcij, ki jih opravlja krmilnik motorja, je blokada zagona motorja, tako imenovani imobilizator. Namen tega sistema je nepooblaščenim osebam preprečiti zagon motorja, s čimer je vozilo učinkovito zaščiteno pred krajo.

ECU ima različne vrste pomnilnika:

1. ROM (pomnilnik samo za branje): V njem je fiksna programska koda (vdelana programska oprema) krmilnika.
2. RAM (pomnilnik s prostim dostopom): Uporablja se za začasno shranjevanje podatkov med delovanjem ECU.
3. EEPROM (električno izbrisljiv programirljiv bralni pomnilnik) ali bliskovni pomnilnik: omogoča shranjevanje podatkov, ki jih je mogoče spreminjati, kot so zemljevidi vbrizga goriva ali diagnostične nastavitve.

ECU ima številne vhode in izhode, ki omogočajo komunikacijo s senzorji in pogoni motorja:

1. Analogni vhodi: Primeri so senzorji temperature, tlak zraka v sesalnem kolektorju, položaj dušilne lopute.
2. Digitalni vhodi: Signali senzorjev položaja ročične gredi, odmične gredi, signali hitrosti vozila.
3. Digitalni izhodi: krmiljenje vbrizgalnikov goriva, vžigalnih tuljav, ventilov za recirkulacijo izpušnih plinov (EGR).

ECU komunicira z drugimi krmilnimi enotami v vozilu prek različnih komunikacijskih protokolov, kot so:

1. CAN (Controller Area Network): Priljubljen komunikacijski protokol v vozilih, ki omogoča izmenjavo podatkov med različnimi nadzornimi moduli.
2. LIN (lokalno povezovalno omrežje): Uporablja se za komunikacijo z manj pomembnimi sistemi, kot so sistemi za udobje.
3. FlexRay in MOST (Media Oriented Systems Transport): Uporabljata se v naprednejših komunikacijskih sistemih.

ECU se napaja iz akumulatorja vozila, njegovi tokokrogi pa morajo zagotavljati stabilno napetost za vse notranje komponente. Napajanje ECU je zaščiteno tudi pred prenapetostmi in drugimi električnimi motnjami. 

ECU je opremljen z diagnostičnimi funkcijami, ki spremljajo delovanje motorja ter odkrivajo in sporočajo napake. Če odkrije težavo, lahko ECU shrani kodo napake in po potrebi preklopi v način delovanja v sili, da prepreči poškodbe motorja. ECU ima tudi mehanizme za zaščito pred prenapetostjo, pregrevanjem in drugimi neugodnimi pogoji delovanja.

Postopek regeneracije.

Ne glede na obseg strankine zahteve se naše delo s krmilnikom začne s čiščenjem in zunanjim pregledom. Po potrebi krmilnik očistimo, nato pa opravimo vizualni pregled, da odkrijemo vidne napake, kot so mehanske poškodbe, puščanje, znaki vlage, zrahljani zatiči in podobno. Nato se preveri zmožnost komunikacije s krmilnikom, da se opravi analiza programske opreme in preveri njegovo vezje. Pri nekaterih krmilnikih je za priključitev diagnostičnih orodij in programatorjev treba odpreti krmilnik in neposredno dostopati do sestavnih delov, nameščenih na ploščici. Ko je krmilnik odprt, je mogoče preveriti stanje elektronskih komponent in njihovih povezav, pri tem pa prepoznati in popraviti tako imenovane hladne spajke).

Vendar je velika večina popravil omejena na delo s programsko opremo krmilnika. Naša ponudba na tem področju med drugim vključuje:

1. Diagnostika krmilnika in analiza programske opreme,
2. Obnovitev podatkov voznika,
3. branje kode PIN (varnostne kode),
4. Ponastavitev (čiščenje) naprave za imobilizacijo vozila,
5. Odjava iz krmilnika,
6. Sinhronizacija imobilizatorja,
7. Sprememba številke VIN,
8. Kloniranje krmilnika,
9. Posodabljanje programske opreme krmilnika,
10. Programiranje novega ali rabljenega krmilnika,
11. Prenos serije tovarniških gonilnikov (tako imenovani Virgin),
12. Deaktiviranje sistema za recirkulacijo izpušnih plinov,
13. Trajni izklop sistema Start/Stop,
14. Izklop vrtinčnih loput,
15. In še veliko več...

Vzroki in vrste poškodb

Najpogostejši simptomi odpovedi krmilnika motorja so:

1. Ne morete zagnati motorja ali pa se motor ustavi nekaj trenutkov po zagonu.
2. Pravilno delovanje motorja je odvisno od temperature in/ali vlažnosti okolice.
3. Neenakomerno delovanje motorja.
4. Ni odziva na pedal za plin.
5. Pomanjkanje komunikacije.
6. Trenutnih vrednosti ni mogoče prebrati.
7. Neuspešno branje kod napak.
8. Napaka kontrolne vsote.
9. Napake CAN BUS.
10. Trajne napake, ki jih ni mogoče izbrisati.

Najpogostejše okvare elektronske krmilne enote motorja (ECU) so:

1. Korozija notranjosti in stikov - vlaga in voda.
2. Mehanske poškodbe - vibracije, nenadna preobremenitev.
3. napake v elektronskih komponentah in povezavah - prekomerna toplota, vlaga, naravno staranje komponent, nestabilno napajanje (nenaden skok ali padec napetosti).