Nadzorna elektronika – ECU motora – 1.deo -Tehnika

Kakva sve računala sa sobom svakodnevno vozimo?

Za početak, bitno je spomenuti kako je elektronska nadzorna jedinica koja upravlja radom automobilskog motora, tek jedno od niza računara što ih zatičemo u današnjim automobilima. Pored nje, uobičajeni su i moduli za nadzor nad sistemom vazdušnih jastuka, tzv. Body Control računari brinu se za centralno zaključavanje, elektropodizače prozora i sl, tu je i računar koji nadzire rad (električnog) servopojačivača upravljača, za kočioni sistem (ABS, ESP i ostalo) brine se posebni računari, automatski i poluautomatski menjači imaju svoj zasebni kompjuter za upravljanje pojedinim funkcijama, tu je i upravljačka jedinica tempomata, a ne treba zaboraviti niti naoko “nevažne” računare nadzorne jedinice koje se brinu za upravljanje elektropokretačima sedišta, klima-uređajem, telefonom, audio-sistemom itd.

Mnoga od navedenih računara međusobno su povezana, poput npr. nadzorne jedinice tempomata (uređaja za održavanje stalne brzine vozila) i nadzorne upravljačke jedinice motora, jer tempomat određuje koliko ćemo se brzo kretati, a to pak, direktno utiče na upravljanje motorom (količina ubrizganog goriva i sl.). U svakom slučaju, svaki puta kada okrenete ključ za pokretanje motora (ili pritisnete prekidač), već i u prosečnom automobilu će oživeti desetak zasebnih računara.

Recimo i to da su neki nadzorni računari katkada povezana, tj. nalaze se u istom kućištu (to bi, npr, bilo logično za upravljačku jedinicu tempomata i motora). Ali, sada bi smo previše zakomplikovali ovu temu da krenemo u raspravu koliko nadzornih jedinica radi samostalno, a koliko ih je integrisano s nekim drugim sistemima. Uostalom, to se i razlikuje od proizvođača do proizvođača. Načelno, možemo reći da jedna matična ploča – predstavlja jedan nadzorni računar (pa sada vi rastavite automobil i prebrojite sve Motherboarde i pri tome potamanite sve insekte koji su se tamo zavukli, poput ovog s naše otvorne slike, koji se udobno smestio na jednom mikromehaničkom senzoru čija je struktura vidljiva tek pod mikroskopom).

Elektronska nadzorna jedinica motora, ECU, ECM, Centralina ili kako vam već drago…

Elektronski upravljački modul (ECU – Electronic Control Unit ili ECM – Electronic Control Module) u stvari je bezlična metalna ili plastična kutija s čije se spoljne strane nalazi niz nekakvih elektro konektora i nastavci za montiranje same kutije u automobil, dok joj je unutrašnjost ispunjena kojekakvim čipovima, štampanim pločicama i drugim elektronskim divotama. Unutrašnjost ECU-a u stvari izgleda poput malog računara, što on zapravo i jeste.

Poređenja radi, recimo tek kako današnja elektronska nadzorna jedinica automobilskog motora (ECU) može imati 32-bitni 40-MHz procesor. To se, naizgled, doista gotovo smešno spram prosečnog PC-ja , ali potrebno je uzeti u obzir kako automobilski ECU “ima posla” sa specijalizovanim i kudikamo efikasnijim kodom (softverom). Tako kod prosečnog automobilskog ECU-a zauzima manje od 1 MB memorije, dok se u memoriji prosečnog računara nalazi nekoliko GB programskog koda svih mogućih vrsta.

Osnova rada ECU-a temelji se na obrađivanju ulaznih parametara koji dolaze s određenih delova motora te slanju podataka nekim drugim komponentama istog, a zavisno o trenutnom zahtevu vozača (pritisak na papučicu gasa, stepenu prenosa…). Najveći deo posla što ga ECU obavlja jest kontrola trenutka paljenja i količine goriva koje se isporučuje motoru, nadzor nad radom motora u praznom hodu, upravljanje VVT sistemom (sistem promenjivog rada bregastih vratila) i sl.

Značajniji ulazni parametri

Do podataka potrebnih za “razmišljanje” naš Elektronski kontrolni modul (ECU) dolazi uz pomoć niza senzora. Na kolenastom vratilu, na jednom njegovom kraju je pričvršćen nekakav točak koji podseća na zupčanik. O čemu se radi? Optički, ili magnetni, senzor postavljen uz taj točak šalje ECU-u signal svaki puta kad ispred njega projuri oznaka pričvršćena na tom točku. Ona je najčešće izvedena u vidu otvora, rupice ili zupca na njegovom obodu. Kako se kolenasto vratilo okreće, ta oznaka prolazi ispred senzora koji trenutno o tome obaveštava ECU. U ECU-u se potom meri vreme koje je proteklo između dva prolaza oznake i na taj se način izračunava brzina okretanja kolenastog vratila (broj okretaja motora u minuti – o/min).

Brzina rada motora je osnovni parametar za proračunavanje trenutka paljenja. Ovako obrađen podatak, ECU šalje sistemu za paljenje koji potom tačno zna kada treba dati struju svećici. U teoriji, naš bi točak na radilici mogao imati tek jedan zubac, dok se u praksi pokazalo dovoljnim postavljanje tek 2 takve oznake. Ipak, to vredi samo kod motora koji se vrte velikom brzinom i gde su promene broja o/min relativno male (tipično je za motore motocikala da neretko koriste samo dva očitanja po jednom okretu kolenastog vratila, no to su pogonski motori koji se vrte brzinama višim od 10.000 o/min).

Problem se, kod automobilskih motora, javlja prvenstveno pri pokretanju. Kada okrenete ključ u kontakt-bravi motor se zavrti s nekih 250 o/min, no taj broj skače na 800 ili više u trenutku paljenja prvog cilindra. Stoga je u praksi potrebno postaviti daleko više oznaka na taj točak koji onda doista nalikuje nekakvom zupčaniku. Tako, npr. neki opelovi motori iz serije ECOTEC koriste 58 zubaca, dok se na nekim drugim, ovoga puta fordovim pogonskim motorima sličnih karakteristika nalazi njih 36. U ova dva slučaja rezultat je taj da ECU dobije update brzine okretanja motora 58 odnosno 36 puta za jedan okret (360°) kolenastog vratila, što je sasvim dovoljno. Ovdje treba još napomenuti kako ćete, gledajući ove zupčanike, primetiti da neki zupci nedostaju (kod Opela 2, a kod Forda 1). To je postavljeno kao referentna tačka kako bi ECU “znao” tačno u kojem se položaju u nekom trenutku nalazi kolenasto vratilo.

Drugi značajni ulazni parametar Elektronskog nadzora računara (ili “modula”) je položaj leptira na usisnom sistemu. Kako je položaj leptira direktno vezan uz to koliko je pritisnuta papučica akceleratora (gasa), od njega zavisi koliko će ECU goriva “odobriti” motoru. I tu je, na leptiru, smešten jedan senzor koji svoje podatke šalje u ECU odakle oni, obrađeni, idu ka sistemu za ubrizgavanje. Ovaj, pak, prema dobijenim parametrima određuje koliko će trajati puls ubrizgavanja, tj. koliko će vremena mlaznice biti otvorene (setite se priče o ubrizgavanju goriva).

Treći ulazni parametar ilustriran na našoj šemi je podatak koji dolazi s lambda sonde. (lambda je senzor koji meri postotak kiseonika u izduvnim gasovima). Ali, recimo tek da je i taj podatak od presudne važnosti za tačan proračun koji se radi u ECU-u, s ciljem održavanja pravilnog rada motora, tj. podešavanja pravilnog odnosa goriva i vazduha u smeši.

Iz do sada izrečenog, vidljivo je kako se struktura elektronskog upravljanja motorom (eng. Engine Management) sastoji iz tri osnovne grupacije, a to su: senzori ulaznih parametara, sam elektronski kontrolni modul (ECU) te sistem koji upravljaju motorom, a koji informacije potrebne za pravilan rad dobijaju od ECU-a. Dakako, tu je i napajanje svih komponenti električnom energijom.

U kućištu ECU-a

Zavirimo li malo u unutrašnjost elektronske nadzorne jedinice automobilskog motora videćemo tri osnovna dela. To su CPU, ROM i RAM. Verujemo da nikome nije posebno potrebno objašnjavati što ove, u svetu računara uvrežene, skraćenice znače, no… CPU (Central Processing Unit) je glavni procesor koji preračunava dobivene ulazne parametre pomoću programa koji se nalazi u njemu.

ROM (Read Only Memory) je memorija sastavljena od jednog ili više čipova u kojoj se nalaze podaci prema kojima CPU usklađuje proračun podataka. Drugim rečima, ROM je poput neke vrste knjige u kojoj će doktor naći opis bolesti tipične za neke simptome (ulazni parametri), a u njoj će naći i preporučeni lek za istu. Značajno je da CPU ne može menjati parametre zapisane u ROM memoriji. Stoga neki ECU-i imaju ugrađen izmenjivi čip nazvan PROM (Programmable Read Only Memory) u kojem takođe nije moguće menjati podatke, ali ga se može zameniti čipom s pohranjenim drukčijim podacima. Tako možemo uticati na “odluke” koje donosi CPU, a time i na rad motora.

Treća verzija ove memorije zove se EEPROM (Electrically Erasable PROM) i predstavlja memorijski čip koji možemo priključiti na računare te tako menjati unesene parametre (“mapu” paljenja i ubrizgavanja i sl.). RAM (Random Access Memory) je memorijski čip koji je aktivan samo dok je motor uključen. Drugim rečima, njegovi se podaci počinju upisivati paljenjem motora, a brišu se gašenjem. RAM čipovi služe kako bi CPU u njih mogao upisati podatke dobijene od senzora s ulaza, trenutne kalkulacije i slične informacije koje se stalno menjaju. CPU u radu stalno pristupa RAM memoriji, briše stare i unosi nove podatke.

Poslednji memorijski čip koji treba opisati je KAM (Keep Alive Memory) i jedna je vrsta RAM-a. U ovaj čip CPU takođe može unositi podatke, brisati ih i zamenjivati novima, a poseban je prema tome što “pamti” upisano dok god je priključen na izvor napona. KAM memorije služe prvenstveno za pohranu “kodova kvarova u radu motora” (Trouble ili Failure Codes), a to su informacije koje je (u servisu) moguće očitati pomoći kontrolnog računala i tako doznati kakav su problem u radu motora zabeležili senzori. Dakako, KAM memorija se briše isključivanjem napona, tj. odspajanjem akumulatora.

Želim znati više!

Recimo i to da su automobilu u pravilu opremljeni OBD (danas OBD II) priključkom. Taj konektor (OBD – On-board diagnostics) služi za priključivanje dijagnostičkih uređaja u servisnim radionicama, putem kojih se proveravaju greške pohranjene u KAM memoriji. A, ako vas baš zanima koliko je “zdrav” motor automobila u kojem sedite, uvek se možete poigrati i nekom od OBD aplikacija za pametne telefone i tablete koje se, najčešće, priključuju na OBD II konektor putem Bluetooth veze.

Ove su aplikacije u stanju prikazati prijavljene kodove grešaka (što koji kod nekog proizvođača znači, lako ćete detektovati putem popisa Trouble kodova dostupnih na Internetu), podatke s raznoraznih senzora (temperatura i pritisak ulja, temp. rashladne tekućine, brzina okretanja turbopunjača, pritisak turbopunjača itd.) ili rezultate iz računa ECU-a (ili nekog od povezanih računala) poput trenutne ili prosečne potrošnje goriva. Dakako, verovatno vam ne moramo napominjati da ćete ovakve “igre” izvoditi na vlastitu odgovornost jer, ako “spalite” integrirani krug neke nadzorne jedinice vašeg automobila, mi za to nećemo biti krivi!