Programování řídících jednotek automobilů

Transkript

1 Bankovní institut vysoká škola Praha Programování řídících jednotek automobilů Diplomová práce Bc. Petr Beneš Duben 2011

2 Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra matematiky, statistiky a informačních technologií Programování řídících jednotek automobilů Diplomová práce Autor: Bc. Petr Beneš Informační technologie a management Vedoucí práce: MUDr. Marek Bradávka Praha Duben, 2011

3 Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci zpracoval samostatně a v seznamu uvedl veškerou pouţitou literaturu. Svým podpisem stvrzuji, ţe odevzdaná elektronická podoba práce je identická s její tištěnou verzí, a jsem seznámen se skutečností, ţe se práce bude archivovat v knihovně BIVŠ a dále bude zpřístupněna třetím osobám prostřednictvím interní databáze elektronických vysokoškolských prací. V Praze 22. dubna 2011 Bc. Petr Beneš

4 Poděkování: Děkuji vedoucímu práce panu MUDr. Markovi Bradávkovi za konzultace a pomoc při zpracování diplomové práce. Jeho letité zkušenosti v oblasti individuálního vývoje přeplňovaných motorů mi byly velikým přínosem.

5 Anotace Práce vysvětluje funkci řídící jednotky v automobilu. Popisuje závislosti jednotlivých členů, které s úpravou řídícího softwaru bezprostředně souvisí. V první části přibliţuje podstatu pojmu chiptuning, který se postupem doby stal spíš fenoménem, neţ odborným termínem. Popisuje motormanagement z hlediska celku, ukazuje moţnosti zásahu do elektronických řídících jednotek. Vysvětluje druhy pamětí a jejich charakteristiky, neopomíná ani vliv softwaru na vznik škodlivých emisí při spalování paliva a moţnosti diagnostiky. V druhé části přibliţuje postup a moţné nástrahy při tvorbě individuálního softwaru. Annotation The work explains the fiction of control unit in a car. It describes the dependence of individual items related to the modification of the unit software. In its first part it explains the principle of the word chiptuning, which has become phenomenon, ether than a specialized term. It describes motormanagement from the general point of view, it shows the possibilities of an interference to the electronic control units. It explains the kinds of memories and their characteristics. It does not snub the influence of the software to the origin of the harmful emissions during the fuel combustion and the possibility of the diagnostics. In its second part it explains process and relevant problems with creation individual software.

6 Obsah 1 ÚVOD CHIPTUNING KLADNÉ STRÁNKY KLASICKÉHO CHIPTUNINGU ZÁPORNÉ STRÁNKY KLASICKÉHO CHIPTUNINGU FLASH-TUNING Kladné stránky Záporné stránky POWERBOX Kladné stránky Záporné stránky ZÁMĚNA ORIGINÁLNÍHO SYSTÉMU Kladné stránky Záporné stránky MOTORMANAGEMENT EMS SNÍMAČE Snímač otáček Snímače polohy Snímače množství nasávaného vzduchu Snímače tlaku v sacím potrubí Snímače tlaku paliva Snímače teploty nasávaného vzduchu Snímače teploty výfukových plynů Lambda sonda Snímače klepání motoru Ostatní snímače AKČNÍ ČLENY Vstřikování paliva Regulace tlaku paliva Palivové čerpadlo Zapalovací soustava Regulace plnícího tlaku u turbomotorů VGT (Variable Geometry Turbocharger)... 36

7 4 DATA STRUKTURA DATOVÝCH POLÍ PAMĚTI PAMĚTI PROM EMULÁTORY KONCERN VW TVORBA INDIVIDUÁLNÍHO SOFTWARU PŘÍSTUP K ECU POMOCÍ OBD PORTU Standardizace OBD Komunikace s OBD Výbava pro flashování PŘÍDAVNÉ SYSTÉMY SOFTWARE K CHIPTUNINGU NEORIGINÁLNÍ SYSTÉMY ECU LADĚNÍ MOTORU Palivové mapy Mapy předstihu zážehu EMISE DIAGNOSTIKA Klasická diagnostika Datalogger VÝKONOVÉ PARAMETRY MOTORU DOBRÉ RADY A DOPORUČENÍ ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ... 74

8 1 Úvod ECU, tj. Electronic Control Unit, je vestavěný počítač, který řídí automobilové systémy. Zaručuje bezproblémový chod motoru, brzdového systému, funkci automatické převodovky, atd. Řídicí jednotka monitoruje činnost systému pomocí elektrických vstupů, na které jsou připojeny senzory. Pomocí těchto vstupů provádí regulační zásahy, kterými řídí akční členy. Pro vzájemnou komunikaci řídicích jednotek slouţí její síťové rozhraní. Nejčastěji jsou vyuţívané sériové sběrnice CAN 1, LIN 2 nebo FlexRay 3. Chování jednotky je definováno naprogramováním. Program je realizován jako aplikace pro operační systém pracující v reálném čase, např. OSEK/VXD. Převáţnou většinu funkcí zajišťuje softwarové vybavení jednotky, hardware umoţňuje realizaci rozhraní mezi vstupy a výstupy jednotky a vstupy a výstupy řídicího mikrokontroléru. 4 První automobil, který byl vybaven řídící jednotkou, představil výrobce BMW koncem 70. let 19. století. Toto technické řešení znamenalo revoluci v automobilovém průmyslu. Výkon se podařilo zvýšit aţ o 35 %, spotřeba paliva klesla aţ o 40 % a emise klesly aţ o 80 %. V 90. letech se staly řídící jednotky standardem ve všech sériově vyráběných automobilech v Evropě. Původní záměr byl dále rozvíjen a obohacen, např. o imobilizér, který brání nastartování automobilu, pokud nebyl pouţit originální klíč. 1 CAN (Controller Area Network) je sběrnice vyuţívaná nejčastěji pro vnitřní komunikační síť senzorů a funkčních jednotek v automobilu, z čehoţ plyne také pouţití pro automobilovou diagnostiku. Z této aplikační oblasti se CAN rychle rozšířil také do sféry průmyslové automatizace. Jedná se o sériovou datovou sběrnici vyvinutou firmou Robert Bosch GmbH. Elektrické parametry fyzického přenosu jsou specifikované normou ISO Maximální teoretická rychlost přenosu na sběrnici je 1Mb/s. CAN patří k průmyslovým komunikačním sítím označovaným jako provozní sběrnice, fieldbus. 2 LIN-Bus (Local Interconnect Network) je standardní sběrnice automobilů nebo sběrnicový systém počítačové sítě pouţívané v síťových architekturách současných automobilů. 3 FlexRay je komunikační protokol sítě pro automobily vyvinutý FlexRay konsorciem. 4 Mikrokontroléry PIC jsou programovatelné polovodičové součástky - jednočipové mikropočítače (mikrořadiče, mikrokontroléry). Jsou zaloţeny na harvardské architektuře, tj. paměti pro data a pro program jsou navzájem oddělené. Programová paměť a datová paměť nemají stejně dlouhé datové slovo. 8

9 V práci vysvětluji hlavní principy funkce řídících jednotek, zejména hardwarové prostředí, závislosti jednotlivých členů, na něţ má nastavení dat v řídící jednotce vliv. Jelikoţ se jedná o oblast, kde není úplně jednoduché se stoprocentní jistotou tvrdit, která cesta je při optimalizaci dat v řídící jednotce správná a která špatná, je zde citováno především několik obecných pravd, které tvoří jakýsi úvod do tohoto problému. Je tedy na kaţdém čtenáři, co si z této publikace odnese, zdali se pokusí optimalizovat originální data ve svém automobilu nebo jestli se svěří do rukou renomovaných firem, které se touto oblastí zabývají, nebo jestli se spokojí s originálními daty od výrobce automobilu, protoţe je povaţuje za nejlepší variantu. 9

10 2 Chiptuning 5 Chip, správněji EPROM 6, je polovodičová paměť, která má ve svém datovém poli uloţeny informace. Tyto informace řídí chod motoru tak, aby byl schopný správné funkce ve všech provozních reţimech. Jsou zde uloţeny především závislosti jednotlivých parametrů vstupních (přiváděných do jednotky čidly jako např. otáčky motoru, poloha škrtící klapky plynu, teplota vzduchu) a výstupních (mnoţství vstříknutého paliva, doba záţehu jiskry). Samotná řídící jednotka je pouhý hardware, který nejcennější informaci ukrývá uvnitř svého čipu. Mnohdy je proto vyráběna v unifikovaných sériích, kterými je vybavena veliká skupina vozidel. Je to dáno ekonomickým hlediskem, montáţí stejných motorů do různých typů vozidel a následným přizpůsobením provozním podmínkám. Teprve informace v čipu určí skutečný výkon, přestoţe pohonná jednotka je shodně řešena. Obrázek 1: Čip Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. S nástupem elektroniky v řízení motoru vzniklo mnoţství specializovaných firem, které nabízí úpravu těchto dat. Z technického hlediska se nejedná o sloţitou operaci - dojde 5 Chiptuning (ChipTuning) je optimalizace parametrů programu řídící jednotky za účelem zvýšení výkonu a točivého momentu spolu se zachováním maximální moţné ţivotnosti motoru a emisních limitů. 6 EPROM (Electronic Programmable Memory) je označení pro elektronicky programovatelnou paměť. 10

11 k vyjmutí paměti a vloţení nové. Ta obsahuje optimalizovaná data, se kterými motor dosáhne vyššího výkonu. Ceny, ve kterých se úpravy pohybují, jsou v řádech tisíců, coţ nejsou vzhledem k financování běţného provozu automobilu nijak závratné sumy. Záleţí na úpravci, jestli zůstane jen u modifikace softwaru nebo v zájmu dosaţení co nejvyššího výkonu se pustí i do instalace dalších dílů jako jsou modifikace sání, výfuku atd. V tomto případě se pochopitelně částka značně navýší. Pokud se omezí na pouhou optimalizaci dat a zachová sériové komponenty, náklady jsou minimální, odpovídají pouze ceně za drobnou elektronickou součástku. Skutečná cena úpravy je tedy jen odrazem know-how výrobce. Obrázek 2: Výměna čipu Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. Pokud má úpravce potřebné vybavení, uloţení (vypálení) dat lze zvládnout bez jakýchkoli komplikací. Horší uţ je to se samotnou strukturou vlastních dat, se kterou řídící jednotka pracuje. Výrobce se často snaţí bránit jakémukoli zveřejňování informací o struktuře a funkci dat. Proto záleţí jen na šikovnosti úpravců, jakým způsobem si dokáţí informace opatřit. Jednou z variant je originální dokumentace, která je poskytnuta strategickým partnerům a od těch si časem najde cestu i k ostatním zájemcům. Další a podstatně náročnější moţností je proces postupných testů s patřičnou diagnostikou, tzv. reverseengineering. Tato praktika dokáţe v konečné fázi poskládat mozaiku potřebných informací. Z toho vyplývá, ţe v obou případech vyţaduje tvorba čipu značnou dávku zkušeností a nezbytného technického vybavení. Neméně důleţitá ale zůstává i znalost 11

12 vlastní optimalizace výkonu motoru. Tak, aby byl přínos prokazatelný, je třeba ověřit výsledek na dynamometru 7 a jízdní zkouškou. Kvalitní čip tedy není jednoduché vytvořit. Pokud přemýšlíme o zvýšení výkonu touto cestou, je rozumné se svěřit do rukou renomovaných firem. U méně známých firem je zde díky ztíţené moţnosti kontroly riziko, ţe odvedená práce nebude odpovídat slíbenému vylepšení výkonu automobilu zákazníka. 2.1 Kladné stránky klasického chiptuningu Je to jeden z nejlevnějších způsobů zvýšení výkonu, i kdyţ finální částka závisí na celkovém rozsahu provedených úprav. Pokud výrobce nezajistí paměť EPROM pomocí sloţitého připájení k základní desce, vyjmutí a výměnu zvládne kaţdý středně zručný motorista v domácích podmínkách. Díky oblíbenosti těchto úprav nabízí specializované firmy celou řadu čipů pro nejrůznější automobily (velice široká dostupnost). 2.2 Záporné stránky klasického chiptuningu Pouhá výměna čipu je v mnohých případech zklamáním, jelikoţ u nepřeplňovaných motorů je často přírůstek výkonu zanedbatelný nebo dokonce vůbec ţádný. Jde zde prostor pro méně solidní firmy, které spoléhají na placebo efekt. Ten spočívá v tom, ţe motorista odjíţdí s pocitem dobře investovaných peněz za získaný nárůst výkonu, přestoţe nebyla ţádná změna provedena. V druhém případě byl zásah opravdu proveden, ale místo nárůstu výkonu vzhledem k originální mapě došlo naopak k propadu výkonu v určitých oblastech a zbylá křivka je pak neprávem povaţována za onen nárůst. Komerční čipy jsou navrţeny vţdy pro daný typ automobilu. Nezohledňují tak technický stav automobilu a jiné individuální úpravy. To můţe mít díky universálnosti čipu za následek rozdílný nárůst výkonu u dvou typově stejných vozů. Příklady firem, resp. odkazy na jejich www stránky, které se chiptuningem zabývají, jsou především automobily značky Škoda; 7 Dynamometr je zařízení k měření síly, popř. jejího účinku; téţ k měření točivého (krouticího) momentu. 12

13 kromě čipů nabízí i kompletní technické vybavení k této činnosti; britská firma, jeden z největších světových specialistů. 2.3 Flash-tuning Záměrně jsem uvedl pouze tři zástupce firem, zabývající se chiptuningem, jelikoţ trend doby směřuje k poslednímu hitu v oblasti úprav ECU 8, čili flashtuningu. Jeho předností je způsob záměny dat v pevné paměti ECU. Dřívější mechanickou záměnu nahrazuje záměnou dat pomocí funkce OBD (On Board Diagnostic). Jinými slovy, díky zavedením nových standardů stačí propojit počítač s ECU přes OBD diagnostický port a bez mechanického zásahu do ECU potřebné informace v čipu přehrát nebo nahradit, coţ zabrání mnohým komplikacím spojeným s fyzickou manipulací s jednotkou. Technologický pokrok přinesl pevné paměti nové generace, tzv. Flash-EPROM. Přepis dat, čili flashování, je moţné přes komunikaci s ECU. Patřičné hardwarové a softwarové vybavení je tedy v tomto případě nutností. Díky nim máme umoţněnu komunikaci mezi počítačem a řídící jednotkou, která nese data určená k modifikaci. Situaci komplikuje fakt, ţe ne kaţdá řídící jednotka je totoţného typu, čili úspěch s universálním vybavením není úplně stoprocentní. To není dobrá zpráva pro potenciální úpravce, kteří by si v této činnosti chtěli zařídit ţivnost. Stejně jako v případě chiptuningu, tak i při flashování je třeba zváţit další okolnosti, pokud se úpravce nespokojí s pouhým nahráním dat. I zde je optimalizace záleţitostí zkušeností a moţností provedení otestování výsledku. 8 ECU (Electronic Control Unit) je elektronická řídící jednotka. 13

14 2.3.1 Kladné stránky Pokud tedy budeme investovat do patřičného vybavení, které umoţní plnohodnotnou komunikaci s ECU, lze ladit jednotku i doma bez specializovaného dílenského nářadí. Data jsou mnohdy přístupná ke staţení na webových stránkách jednotlivých úpravců. Potom odpadá práce s výměnou čipu a ECU tedy není nutno rozebírat. S tím souvisí i jednoduchost a rychlá moţnost updatu dat, popř. jejich návrat k originálním datům Záporné stránky Tento způsob úprav lze pochopitelně provádět pouze u vozidel vybavenými funkcí OBD, která se ve valné většině vyskytuje aţ u vozidel novějšího data výroby. Klíčovým je rok Protokoly, které se vyuţívají ke komunikaci ECU s diagnostickým portem, nejsou identické. Nejde tedy pouţít jeden unifikovaný typ převodníku mezi OBD portem a vlastním počítačem. Potřebné vybavení je poměrně nákladné. Zástupce, kteří se flashtuningem zabývají, jmenovat nebudu, jelikoţ jsou totoţní s předchozími zástupci v chiptuningu. Firmy mnohdy přestávají úpravy dělit na čipování a flashování, svoji nabídku úprav shrnují pod výrazem chiptuning. 2.4 Powerbox Způsob, jakým přijímá veřejnost tento systém úpravy, bývá značně rozlišný. Na jednu stranu se jedná o poměrně rozšířenou věc, na stranu druhou i věc trochu zdánlivě záhadnou. Jedná se totiţ o přídavný modul, který se nainstaluje do kabeláţe vně řídící jednotky. Nedá se tedy říci, ţe by se jednalo o vyloţený chiptuning. Veřejnost zná tyto moduly pod názvem Powerbox. Z tohoto důvodu by se dalo očekávat, ţe krabička typu black-box obsahuje informace, které zapříčiní nárůst výkonu. Skutečnost je ale trochu jiná. Ve valné většině se vyskytuje u vznětových motorů, ale není vyloučeno se s powerboxem setkat i u záţehových motorů. Tím, ţe je k ECU připojen vně, tj pouze do kabeláţe, nezasahuje přímo do činnosti ECU. Pracuje na principu toho, ţe při spalování není vyuţit všechen vzduch ve válci a snaţí se ho eliminovat. V praxi to znamená, ţe tento powerbox změní informace od čidel motoru ještě před tím, neţ tyto informace dorazí do řídící jednotky. Ta pak na základě zkreslených informací upraví délkou vstřiku nebo jiné 14

15 parametry řízení motoru. Existují zde samozřejmě limity, které by neměly být překročeny z důvodu výrazného zvýšení emisí a rovnoměrného chodu motoru. Pokud se tyto limity nebudou brát v úvahu, mohou se projevit na vzniklých problémech při startech nebo při jiných pracovních reţimech. Mezi největší výhody patří snadná montáţ a moţnost kdykoli zařízení odstranit. Zcela zde odpadá nutnost znalostí motormanagementu 9. Svojí činností nezasahují do ţivotnosti motoru. Je to dáno tím, ţe nezasahují do regulačních funkcí turbodmychadla, tím pádem nezvyšují jeho zatíţení ani tepelně, ani mechanicky. V tomto případě obzvláště platí, aby si zákazník dal pozor na výrobce modulu. Nekvalitní výrobek nejen ţe nedodá slibovaný výkon, ale naopak můţe vést i k jeho poklesu. Doby, kdy byl tento způsob úpravy hitem, jsou uţ pryč. Moţnosti chiptuningu překonaly vlastnosti powerboxů jak v cenové dosaţitelnosti, tak především v moţnostech. Přesto ale není problém sehnat tento výrobek i v současnosti. Příklady www stránek firem, které se přídavnými moduly zabývají, jsou: Kladné stránky Není nutné zasahovat do ECU, instalace je jednoduchá. S tím odpadá i nutnost specializovaného příslušenství a softwaru, které jsou pro chiptunig jinak nezbytností Záporné stránky Funkčnost zařízení je čistě v rukách výrobce, jelikoţ není moţné systém dál kalibrovat Záměna originálního systému Poslední moţností, jak upravit ECU, je její záměna plně programovatelnou náhradou. Tento způsob je obvyklý spíše v oblasti automobilového sportu. Je to dáno jednak vysokou pořizovací cenou, přesností naladění všech veličin a závislostí (pro jeden konkrétní motor, 9 Komplexní systém řízení funkce motoru. 10 Kalibrace je soubor úkonů, kterými se za specifikovaných podmínek stanoví vztah mezi hodnotami veličin. 15

16 na rozdíl od jednotek, které jsou určeny pro všechny motory stejné řady) a také faktem, ţe závodní vůz nepotřebuje ke své funkci přídavné systémy, jako je např. regulace klimatizace, zabezpečení atd. Tedy systémy, které se starají spíše o luxus a pohodlí posádky. Z toho důvodu není moţné jednotku jen tak vyjmout a nahradit ji programovatelnou. Elektronika automobilu je příliš provázána. Některé bezpečnostní prvky jsou integrovány do původních řešení. Mezi podstatné výhody patří plná programovatelnost; nastavení velké řady hodnot; moţnost zapojit přídavná čidla (např. teplota oleje atd.); exportovat z jednotky zpětně data o chodu motoru (tzv. dataloging). Software k těmto jednotkám jiţ počítá s moţností detailního nastavení. Není proto potřeba obcházet předdefinované algoritmy, jako je tomu u sériových ECU. K tomuto druhu úpravy se přistupuje většinou v souvislosti s rozsáhlejšími úpravami motoru, u kterých by sériová jednotka nebyla schopná tak výstiţně reagovat. S tím ale pochopitelně souvisí i úplně jiná úroveň potřebných znalostí; jak elektroniky, tak celkové funkce motoru Kladné stránky Přehledný systém, který umoţňuje upravovat všechny funkce jednotky a tak i motoru. Odpadá nutnost pořizovat komunikační software a hardwarové vybavení potřebné k propojení s ECU Záporné stránky Poměrně vysoká cena kompletu. Problém se zachováním kontrolních a zabezpečovacích systémů pro civilní uţití. Náročnost procesu ladění a znalost problematiky. Častá nekompatibilita se sériovými čidly a kabeláţí vozu. 16

17 3 Motormanagement Moderní doba, přísné nároky na výkonové parametry, na spotřebu a emisní normy s sebou přinášejí i sofistikované postupy, pomocí kterých lze přísné normy plnit. Svoje nezaměnitelné místo má zde i elektronika, která se podílí na řízení a na všech základních funkcích motoru. Kdybychom chtěli porovnat parametry a architekturu řídícího systému s běţným PC, došli bychom ke zjištění, ţe řídící systém je podstatně jednodušší. Důvodem jsou menší nároky na ECU, která není nucena vykonávat sloţité funkce a výpočty, není zatěţkávána aplikacemi a grafickým systémem, jako je tomu u stolních počítačů. Na druhou stranu jsou zde kladeny vyšší nároky na rychlost procesů, spolehlivost a především odolnost. Ta je díky rozdílným klimatickým podmínkám, vibracím a agresivitě prostředí vystavena nejrůznějším okolnostem, ve kterých musí obstát. Z toho důvodu se výrobce snaţí o co nejjednodušší, ale o to spolehlivější systém. 3.1 EMS 11 CPU 12 je základním prvkem řídícího systému motoru. Její architektura se odlišuje podle výrobce, ale základní struktura je víceméně podobná. Úkolem procesoru je zpracovávání veškerých aritmetických a logických operací. Postupy, podle kterých CPU pracuje, jsou popsány v programu, který je uloţen v samostatném modulu ROM. Dalším paměťovým prvkem je modul RAM, který slouţí ke krátkodobému ukládání dat, která mikroprocesor dále zpracovává. Celková výkonnost ECU je tedy dána výkonností procesoru a velikostí obou dříve zmiňovaných pamětí (v kb). Na tom závisí schopnost zvládat sloţitější a rozsáhlejší operace. Dalším paměťovým typem je EPROM. Jsou v ní uloţena data, která souvisí uţ s konkrétním typem motoru. Jedná se tedy o čip, který má na svědomí hlavní projev motoru, tj. jeho charakteristiky. V jeho datovém poli jsou uloţeny závislosti hodnot jednotlivých akčních členů; tedy vstřikování paliva, řízení předstihu na okamţitých provozních podmínkách (otáčkách motoru, resp. polohy plynového pedálu). Pokud 11 EMS (Electronic Management System) je kompletní elektronický systém řízení motoru. Zahrnuje nejen řídící jednotku, ale zároveň i akční členy a snímače. 12 CPU (Central Processor Unit) je centrální řídící jednotka. 17

18 změníme hodnoty jednotlivých závislostí, dosáhneme změn i u výkonových parametrů v jednotlivých reţimech chodu motoru. Umístění ECU ve vozidle je dáno snadnou přístupností a co moţná největší ochranou před nepříznivými vlivy, které panují v motorovém prostoru. Pomocí konektoru je připojena k CAN BUS 13, pomocí níţ sdílí informace s ostatními elektrickými systémy a sbírá potřebná data od snímačů. Jde tedy o komunikaci oboustrannou. Ne všechny snímače jsou ovšem digitální. Z toho důvodu je zapotřebí, aby ECU obsahovala interface ve formě analogově-digitálního převodníku (A/D). Z důvodu oboustranné komunikace tedy i digitálně-analogový převodník (D/A). Popis struktury EMS je z pochopitelných důvodů značně zjednodušen. Skutečná architektura se odvíjí od poţadavků, které jsou na EMS z hlediska řízení motoru kladeny. Odlišnost v návrhu ECU můţeme nalézt kromě architektury i ve filozofii, kterou se daný výrobce prezentuje. Z těchto důvodů se doporučuje před jakýmkoli zásahem či experimentem získat a nastudovat veškerou dostupnou dokumentaci, která se k ECU vztahuje. 3.2 Snímače Vstupní hodnoty jsou nezbytností pro správnou funkci řídící jednotky. Mnoţství vstupních parametrů je závislé na úrovni a komplikovanosti řídících algoritmů, které dokáţí popsat okamţité podmínky pracovního reţimu, v němţ se motor nachází. S ohledem na různé fyzikální parametry je rozdělujeme do následujících skupin: Snímače polohy (např. snímače otáček klikového hřídele, vačkového hřídele, snímač polohy plynového pedálu, resp. polohy škrtící klapky, spojkového pedálu, otáček kol, plováku nádrţe, atd.). Objemové snímače (např. mnoţství nasávaného vzduchu sacím potrubím). Tlakové snímače (např. snímání absolutního tlaku v sacím potrubí, výfukovém potrubí, vnějšího barometrického tlaku a ovládacích tlaků, snímače tlaku paliva, oleje, eventuelně jiných provozních kapalin). 13 CAN (Controller Area Network) je sériová datová sběrnice s maximální teoretickou rychlostí přenosu 1 Mb/s. Prostřednictvím CAN datové sběrnice (CAN-BUS) spolu komunikuje většina elektronických systémů vozidla. 18

19 Teplotní snímače (např. snímače teploty nasávaného vzduchu, výfukových plynů, teploty oleje, motoru i převodovky nebo chladící kapaliny motoru). Snímače složení výfukových plynů (např. lambda sondy). Mezi ostatní snímače můţeme řadit snímač klepání motoru, snímače napětí systému aj. To je výčet základních a nejvíce pouţívaných čidel. To ovšem neznamená, ţe vozidlo nemůţe být vybaveno mnoţstvím dalších nejrůznějších senzorů, které jsou vyuţity pro kontrolní nebo řídící funkce. Existuje však určité minimum potřebných údajů, bez kterého se ţádna ECU neobejde. Takové snímače budou popsány v následujících odstavcích Snímač otáček Jedná se o jeden z nejzákladnějších snímačů, bez jehoţ plné funkčnosti není moţné řídit chod motoru. Nejčastěji tyto snímače pracují na principu Hallova efektu. Ten spočívá v tom, ţe v blízkosti snímače dochází k indukování napětí vlivem průchodu vodivého předmětu. Z toho důvodu se nejčastěji na setrvačníku klikové hřídele dělají více či méně pravidelné výřezy, které pak indukují signál ve snímači. Stejný princip můţeme nalézt i při snímání polohy vačkové hřídele; s tím rozdílem, ţe signál je zde generován nejčastěji pomocí nálitků na rozvodovém kole. Obrázek 3: Snímač otáček Bosch Phase senzor HA-P Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. Někdy je funkce tohoto snímače nahrazena snímačem klikové hřídele a poloha vačky se z něj dopočítává algoritmem. 19

20 Další varianty jsou magnetické, indukční nebo optické snímače. Princip je zde však stále stejný, tzn. vytvoření elektrického signálu v okamţiku pootočení klikové či vačkové hřídele o definovaný úhel Snímače polohy Aby řídící jednotka dokázala zareagovat na okamţitou situaci a správně regulovat ovládání akčních členů, potřebuje znát jejich přesnou polohu. Jedná se o vstupní hodnoty, bez nichţ nemůţe ECU danou situaci správně vyhodnotit. Jsou to např. jiţ zmiňované snímače polohy plynového pedálu (v případě elektronicky řízeného motoru) nebo polohy škrtící klapky. Obrázek 4: Snímač polohy plynového pedálu Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. Nejčastěji se jedná o potenciometry, které mění elektrický odpor v závislosti na změně polohy pohyblivého členu. Z pochopitelných důvodů je u těchto snímačů kladen důraz na spolehlivost a především přesnost, protoţe svojí funkcí určují ovladatelnost motoru Snímače množství nasávaného vzduchu Informace o mnoţství nasávaného vzduchu je nezbytná pro správnou regulaci sloţení palivové směsi. Na základě této informace vysílá řídící jednotka signál, který udá mnoţství vstřikovaného paliva. Technických provedení těchto snímačů je více. Mezi nejznámější patří technologie se ţhaveným drátkem nebo filmem od výrobce BOSCH. Pracují tak, ţe snímač má předem definovanou velikost napětí a předem definovanou teplotu, která danému napětí odpovídá. Pokud vzroste mnoţství protékajícího vzduchu, snímač je ochlazen a konstantní teplotu jde udrţet pouze nárůstem napájecího napětí. Velikost napětí 20

21 tedy odpovídá hmotnostnímu průtoku vzduchu při známém průřezu místem, kde k ochlazení čidla dochází. Obrázek 5: Snímač mnoţství vzduchu (Bosch Motronic) Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning Snímače tlaku v sacím potrubí Velikost podtlaku nebo absolutního tlaku v sacím potrubí za škrtící klapkou vypovídá o okamţitém zatíţení motoru. Obrázek 6: Univerzální tlakový snímač (palivo/olej/voda) Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. 21

22 Je zde umístěn snímač, jehoţ funkce je klíčová pro stanovení optimální vstřikované dávky paliva a správné hodnoty předstihu. Výstupem jsou jak hodnoty analogové (např. napětí), tak i hodnoty digitální (např. proměnná frekvence signálu). Jelikoţ v některých případech bývá integrován ve snímači tlaku i snímač barometrického tlaku, je moţné ho zařadit i do této skupiny. Tyto snímače monitorují okolní vnější tlak a pomáhají tak určit výpočet absolutní hodnoty tlaku v sacím potrubí. Také poskytují údaj o změně v mnoţství vstřikované směsi v závislosti na nadmořské výšce Snímače tlaku paliva Svou koncepcí je tento snímač podobný předešlému snímači tlaku v sacím potrubí. Jeho úkolem je monitorování tlaku v systému vstřikování paliva, k udrţení adekvátní dodávky paliva vstřikovačům. Obměny těchto snímačů se vyskytují i na jiných systémech, jako např. snímač tlaku mazacího oleje nebo tlaku v chladící soustavě. Tyto snímače však mají na rozdíl od dříve jmenovaných ryze informativní či kontrolní funkci. Teprve pokud by byly překročeny kritické hodnoty, zareaguje na to i řídící jednotka a upraví stav novým podmínkám tak, aby znemoţnila poškození. Obrázek 7: Snímač tlaku paliva Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning Snímače teploty nasávaného vzduchu I tento snímač je pro optimální tvorbu směsi velice důleţitý. Tím, jak se mění teplota nasávaného vzduchu, mění se i jeho hustota. Aby bylo moţné zachovat optimální hmotnostní poměr paliva a vzduchu, ECU dostává tuto informaci a reaguje na to korekcí 22

23 vstřikovaného paliva. Výsadou těchto čidel je velmi rychlá odezva na jakékoli změny teploty. Obrázek 8: Univerzální snímač teploty vzduchu Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning Snímače teploty výfukových plynů Teplota výfukových plynů má vliv na optimalizaci výkonu a to zejména u přeplňovaných motorů. Je to parametr, který vypovídá o sloţení směsi a emisí. Pokud pomineme nároky na vyšší pracovní rozsah a odolnost proti vysokým teplotám, dá se říci, ţe princip funkce snímače je shodný s ostatními tepelnými senzory. Tento snímač nepatří mezi nejdůleţitější, některé ECU tento údaj o teplotě výfukových plynů téměř nevyţadují. Platí to zejména u nepřeplňovaných motorů s niţším výkonem. Mezi další tepelné snímače patří snímač teploty chladící kapaliny, teploty oleje a teploty hlavy válců. Princip jejich funkce je opět shodný s výše uvedenými, řídící jednotka pomocí jejich údajů provádí korekce základního programu. Příklad takového stavu je studený start nebo přehřívání motoru Lambda sonda Tento pojem je v motoristické terminologii poměrně znám. Jedná se o snímač obsahu kyslíku ve výfukových plynech. Funkce lambda sondy se úzce dotýká procesu tvorby směsi, její výstupy jsou hlavním měřítkem pro stanovení správné dávky vstřikovaného paliva do sání motoru. Nefunkčnost tedy způsobí nejen pokles výkonu, zvýšení spotřeby, 23

24 zvýšení emisí, ale v krajním případě můţe mít za následek i poškození motoru nebo katalyzátoru. Poznámka: Pro spálení 1 kg benzínu potřebujeme asi 14,7 kg vzduchu a při takovémto poměru nasávaného vzduchu a vstřikovaného benzínu má λ hodnotu 1 (stechiometrický koeficient). V praxi se uţívá poměru 0,75;,1 2, kdy je směs snadno zápalná. Díky nedokonalému promísení se ale většinou uţívá směs bohatší, aby došlo ke spálení všech molekul vzduchu. Navíc větší mnoţství paliva evaporací ochlazuje směs a tak zlepšuje charakteristiky hoření (oddálením detonačního limitu). Moderní úsporné motory jsou schopny spalovat i směs chudší a to především optimalizací promísení paliva a vzduchu a také vyšší koncentrací paliva v místě záţehu svíčky. Lambda sonda na základě detekce mnoţství nespáleného kyslíku ve výfukových plynech tedy řídící jednotce sděluje, zda je za daných podmínek směs ještě třeba obohatit palivem nebo zda je moţno palivo ubrat. Moderní jednotky potom jsou schopny tuto zpětnou vazbu ukládat a optimalizovat ve své další činnosti vstřikování paliva tak, aby spotřeba a emise byly co nejniţší. Obrázek 9: Lambda sonda Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. V praxi se vyskytují dva základní druhy lambda sond, z nichţ kaţdá pracuje na různém principu. Ten první je u klasické sondy princip elektrického článku, druhou variantou je odporová lambda sonda. Druhá jmenovaná nemění svoje napětí, ale v závislosti na přítomnosti kyslíku mění odpor. Pokud je směs bohatá, prudce narůstá její vnitřní odpor. Pokud je poměr sloţení směsi blíţící se stechiometrickému (lambda = 1), je vnitřní odpor sondy minimální. Při přechodu na chudší směs její odpor tedy výrazně klesá. Pokud lambda sonda pracuje správně, v obou případech se výstupní napětí mění mezi těmito krajními hodnotami skokově. Frekvence změny se pohybuje mezi 1-10 Hz. U moderních motorů se vyuţívají tzv. širokopásmové lambda sondy. Je to dáno tím, ţe u takových motorů je vyţadována práce v rozsáhlém spektru provozních podmínek. Jejich výhodou je schopnost reagovat jak na sloţení velmi chudé, tak zároveň i velmi bohaté směsi. Stejně jako u klasické lambda sondy, tak i u odporové lambda sondy můţeme měřit provozní parametry jen při dosaţení provozní teploty. U klasické lambda sondy se pohybuje v rozsahu C. U odporové jsou to vyšší teploty, neboť aktivní se 24

25 začíná stávat aţ od 500 C. Z toho důvodu jsou odporové lambda sondy vybavené výhřevným odporem, aby byly schopné provozu za všech situací a dosahovaly provozní teploty. Dalším důvodem jsou stavy, které mohou při provozu nastat. Pokud je lambda sonda umístěna před katalyzátorem, vlivem proudícího vzduchu můţe být ochlazována nebo nedostatečně zahřátá výfukovými plyny, např. při volnoběhu. Díky tomu, ţe odporová lambda sonda dokáţe předávat řídící jednotce i údaje o teplotě, můţe plnit i funkci ochrany katalyzátoru. Některé vozy jsou vybavené i druhou lambda sondou umístěnou zpravidla za katalyzátorem, coţ vyţaduje OBD II 14. Její funkce je ryze kontrolní, informuje řídící jednotku o správné funkci katalyzátoru Snímače klepání motoru Poslední skupinou snímačů, které významně zasahují do regulačního procesu motoru, jsou tzv. knock senzory, umístěné na bloku nebo na hlavě motoru. Pokud zaregistrují vznik detonačního hoření (projevujícího se typickými akustickými rázy známými jako klepání v motoru), vyšlou elektrický signál do ECU a ta následně ovlivní předstih zapalování. Obrázek 10: Snímač klepání a jeho základní části Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. 14 OBD (On Board Diagnostics) je standardizovaný systém palubní diagnostiky. OBD II nahradil původní standard OBD I (od ). 25

26 Princip jeho funkce spočívá v tom, ţe senzor obsahuje piezoelektrický krystal, který reaguje na rezonance vzniklé detonacemi. Signál je následně převeden na napětí a zpracován v ECU. Moderní snímače vyuţívají pro kaţdý válec samostatné čidlo, čímţ se vylepšuje proces regulace hoření směsi a okamţik záţehu Ostatní snímače Tím, jak se rozvíjí elektronika, potřebuje ke svému řízení všech funkcí moderního automobilu i velké mnoţství nejrůznějších snímačů, jejichţ signálů ECU vyuţívá. Kromě funkcí motormanagementu jsou to funkce podvozku. Typickými zástupci jsou kontrola prokluzu, stability a podobně. Do řízení motoru tedy zasahují kromě optimalizace spotřeby, emisí a výkonu i další kritéria. Příkladem takového hůře zařaditelného senzoru je snímač otáček kol. Princip jeho funkce je optický nebo magnetický. Předává informaci o okamţitých otáčkách kola do ECU, která pomocí výpočetního algoritmu dochází ke stanovení okamţité rychlosti vozidla. Poznatky o rychlosti vozidla, resp. otáček kol, jsou dále vyuţívány při prokluzu nebo při omezování rychlosti. Celá řada senzorů spolu vzájemně komunikuje, jsou na sobě závislé. Proto při jakémkoli zásahu či opravě je nutné znát strukturu a vyhnout se tak zbytečným potíţím. Kaţdý snímač má svoji vlastní charakteristiku, své vlastní algoritmy řízení a rozhodování. Nelze je tedy měnit za podobné typy, které výrobce neschválil. To se však nevztahuje na řídící jednotky; u některých můţeme bez negativních následků provádět zásahy a úpravy v jejich datových polích. Lze tedy kalibrovat systém, který bude vyuţívat údaje o novém snímači. Tato poznámka je důleţitá v případě kompletní přestavby motoru a elektroniky. Jinak není moc pravděpodobné, ţe bychom potřebovali daný snímač nahradit. Nesprávná funkce senzoru můţe natolik zkreslit vstupní informace pro řídící jednotku tak, ţe nebude nadále schopna práce. 3.3 Akční členy Tyto členy můţeme rozdělit do tří základních skupin: Vstřikovací čerpadla a jejich příslušenství spadají pod nejdůleţitější prvky regulující otáčky a výkon motoru. 26

27 Regulace plnícího tlaku u přeplňovaných motorů (systémy ovládající turbodmychadla, přepouštění plnícího tlaku v sacím potrubí). Regulace předstihu zapalování. Díky přechodu na plně elektronickou formu se jiţ nejedná o klasický akční člen, avšak zapalovací, stejně jako vstřikovací soustava, do této skupiny nepochybně spadá. Řízení funkce zapalování je integrováno do činnosti ECU. Moderní vozidla mohou být vybavena elektronickým plynovým pedálem, který jde taktéţ povaţovat za akční člen. Mechanické spojení (lanko, resp. struna) mezi plynovým pedálem a škrtící klapkou v sacím potrubí je nahrazeno elektronikou. Ta ovládá servomotor spojený se škrtící klapkou, reaguje dle okamţitých podmínek a dle toho ji natáčí. Podle toho, jaký má daný výrobce konstrukčně řešený motor, můţeme nalézt i další akční členy. Příkladem je variabilní časování u vozů značky Honda nebo proměnná délka sacího potrubí u vozů od výrobce BMW. Tyto systémy, které jsou řízené ECU, jsou ale natolik specifické, ţe je nebudeme dále rozebírat. Do této skupiny patří i ovládání běţných prvků, jako např. spouštění ventilátorů. I jejich funkce je spíše doplňková, proto nyní zmiňme jen ty hlavní Vstřikování paliva To, jakým způsobem vstřikovat palivo do motoru, prochází neustálým vývojem. Nejprve se jednalo o mechanické systémy, kdy nutnost elektroniky byla zanedbatelná. Nyní uţ se setkáváme s technologiemi přímých vstřiků za vysokých tlaků. Rozebírat proto nebudeme úplně všechny, ale zaměříme se na ty nejpodstatnější. Jakým způsobem bude palivo vstřikováno, je řešeno jiţ v okamţiku vývoje konstrukce motoru. Podle priorit, zda má být motor ekonomicky výhodný nebo jestli má dosahovat nejvyšších moţných výkonů, se liší i funkce motormanagementu, tedy řízení vstřiku paliva. I přesto je moţné systém vstřikování paliva rozdělit do tří základních skupin. 1. Simultánní vstřikování Jedná se o způsob otevření všech (nebo jedné společné) vstřikovacích trysek v jednom společném okamţiku. Ke vstřikování dochází díky otočení klikového hřídele jednou za 360 stupňů, plná dávka je rozdělena na dvě menší. Plyne z toho výhoda rovnoměrného rozdělení směsi. 27

28 2. Sekvenční vstřikování Vyznačuje se vţdy jednou otevřenou tryskou v daném okamţiku. Ke vstřiku dávky paliva tak dochází v okamţiku otevírání sacího ventilu pouze u jednoho válce, kde probíhá sací zdvih. Výhodou u tohoto typu vstřikování paliva je, ţe narozdíl od předchozího typu nedojde při vstřiku k výraznému poklesu tlaku v palivovém vedení a lze přesně načas dávkovat palivo pro všechny válce i pro kaţdý válec zvlášť. Díky zaručení bezproblémových studených startů některé ECU vyuţívají systém simultánního vstřikování, pokud dojde k rozběhnutí motoru, vrací se ke své původní strategii sekvenčního vstřiku. 3. Skupinové vstřikování Jedná se o kombinaci sekvenčního a simultánního vstřikování. Kaţdý vstřikovač se otevře dvakrát za pracovní cyklus motoru, to znamená při kaţdé otáčce klikového hřídele. Systém je nejčastěji pouţit tam, kde není snímač polohy vačkového hřídele. Zástupce takového automobilu najdeme mezi Škoda Felicia 1.3 MPI. Všechny zmíněné technologie vstřikování jsou záleţitostí pouze záţehových motorů. U motorů vznětových je situace obdobná. Také existují základní skupiny, podle kterých jdou rozdělit. V rámci zjednodušení jde ale říci, ţe všechny tyto skupiny spadají do kategorie sekvenčního vstřikování. Obrázek 11: Schéma vstřikovací trysky Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. 28

29 Vstřikovací trysky jsou vůbec nejdůleţitějším prvkem celé vstřikovací soustavy. Je to dáno tím, ţe na jejich bezchybné funkci závisí kvalita vytvářené směsi a z toho plynoucí výkonové a emisní parametry motoru. U sériových motorů jsou zvolené takové trysky, aby s rezervou splňovaly všechny konstrukční poţadavky na motor. Z toho důvodu u rozsáhlejších úprav motoru mohou být originální trysky nedostatečné a nahrazují se novými. Mimo ostatních prvků palivové soustavy je třeba v takovém případě reagovat i patřičným nastavením činnosti motormanagementu. Jednou z důleţitých vlastností vstřikovací trysky je rychlost otevření. Tím, jak rostou otáčky motoru, pochopitelně klesá i čas, během kterého je třeba provést úplný vstřik paliva. Podle výkonových poţadavků narůstá i poţadovaná dávka paliva. Je proto nutné zvolit takový typ vstřikovačů, které tyto poţadavky dokáţí plnit Regulace tlaku paliva Kromě rozměru vstřikovací trysky rozhoduje o velikosti vstřikované dávky také tlak paliva, pod kterým je palivo vstřikováno do sání motoru. Čím vyšší tlak, tím vyšší mnoţství vstříknuté dávky paliva ve stejném časovém intervalu. Vysoký tlak je tedy jedním z moţných řešení pro zkrácení vstřikovacích intervalů. Nese s sebou ale negativa, která se projeví v niţších otáčkách, kdy motor nevyţaduje tak velikou dodávku paliva. Obrázek 12: Regulační ventil tlaku paliva Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. 29

30 V takovém případě se projeví neúměrný nárůst tlaku v palivovém potrubí, jelikoţ palivové čerpadlo dodává stále stejné mnoţství paliva, avšak poţadavek ze strany vstřiků je niţší. Riskuje se tím poškození palivového čerpadla a problémy s dávkováním vstřikovaného paliva. Situaci řeší regulační přepouštěcí ventil, který je zařazen do soustavy a udrţuje tlak paliva na potřebné úrovni. Při jeho překročení přepouští palivo zpět do nádrţe, dokud není tlak opět na poţadované úrovni Palivové čerpadlo Úloha palivového čerpadla je jednoznačná - dopravit palivo z nádrţe ke vstřikovačům v poţadovaném objemu i tlaku. Návrh palivového čerpadla je proto důleţité pečlivě zváţit, v úvahu je třeba brát výkonové parametry motoru, aby mnoţství odpovídalo jak limitním situacím při maximálním odběru, tak aby příliš netlačilo v reţimech, kdy je odběr paliva minimální. Na trhu je mnoho typů a provedení palivových čerpadel, ale nejdůleţitějším kritériem při výběru jsou parametry, které od něho vyţadujeme. Finální rozhodnutí, zda dané čerpadlo vyhovuje, či nikoli, můţeme rozhodnout aţ po zkoušce na brzdě nebo po absolvování testovací jízdy ve všech provozních reţimech. K prvotnímu návrhu poslouţí následující empirický výpočet. P P BSFC PČ M, kde P PČ - je výkon palivového čerpadla [kg/hod] P M - výkon motoru [kw] BSFC - Specifická spotřeba paliva, tj. mnoţství paliva, které je potřeba během jedné hodiny k provozu motoru o výkonu 1 kw. Tato hodnota souvisí s účinností; čím je toto číslo menší, tím větší je účinnost motoru. Pro různé motory je tedy rozdílná. [kg/kw hod] 30

31 Pro získání bliţších jednotek můţeme vzorec poupravit: P P C PČ L PČ, kde P PČL - je výkon palivového čerpadla [l/hod], P PČ - je výkon palivového čerpadla [kg/hod], C benzín = 0,72-0,77 15 C nafta = 0,82-0,86 Obrázek 13: Palivové čerpadlo umístěné v nádrţi Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. 15 U výkonných přeplňovaných benzínových motorů je 0,49 kg/kw hod. U běţného atmosférického motoru je 0,30 kg/kw hod. Dieselové atmosférické motory 0,24 kg/kw hod. Dieselové přeplňované motory 0,22-0,23 kg/kw hod. Pro orientační výpočet se udává jednotná hodnota BSFC = 0,33 kg/kw hod. 31

32 Obrázek 14: Regulační ventil paliva (pro výkonné turbomotory s moţností seřízení) Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. Díky faktu, ţe k provozu potřebuje palivová pumpa napájecí napětí, některé moderní systémy toho vyuţívají a místo ventilu regulují svůj výkon pomocí řízení napájecího napětí. Toto napětí se však pohybuje v daném rozmezí, které podléhá kontrole ECU. Je dobré to brát v úvahu při případné výměně originálního palivového čerpadla za jiné. 32

33 3.3.2 Zapalovací soustava Jedním z faktorů, který hraje svoji roli na výkonu motoru, je bezchybná funkce zapalovací soustavy. Nejčastější současné řešení spočívá v tom, ţe zapalovací cívka s příslušenstvím je integrována do samostatné jednotky pro kaţdou zapalovací svíčku. Stejně tomu je i u vícebodového vstřikování paliva. Motormanagementu je tak umoţněna kontrola nad optimálním řízením okamţiku záţehu, neboť řídí zapalování u kaţdého válce zvlášť. Z hlediska architektury není třeba toto téma více rozebírat, jelikoţ kaţdá zapalovací jednotka je s řídící jednotkou propojena a neumoţňuje samostatné seřizování. Důleţité ale je, ţe s ECU komunikuje na základě instrukcí řídícího programu. Samotné řízení hodnot u zapalování je tedy dáno správností zvolených dat. Kromě bezchybné funkce je na zapalovací soustavu kladen poţadavek i na výkonnost. Zapálení směsi musí být provedeno v přesně stanovený okamţik. Pokud je výrazně upraven výkon, v souvislosti se zvýšeným teplotním a tlakovým namáháním můţe přestat originální zapalovací soustava vyhovovat nově vzniklým podmínkám. V takovém případě není výjimečností i výměna zapalování za výkonnější. Nutno dodat, ţe toto jsou opravdu extrémní podmínky navýšení výkonu, jelikoţ originální zapalovací soustava je dimenzována tak, aby byla schopna zvládnout i vyšší zatíţení motoru Regulace plnícího tlaku u turbomotorů Turbodmychadlo a jeho správná funkce má vliv na výkon, ale i emise. Mechanickou část pomineme a zaměříme se na ovládání turbodmychadla v různých provozních reţimech. Hlavním a nejdůleţitějším úkolem je udrţení plnícího tlaku v sacím potrubí na poţadované hodnotě. Jistým nedostatkem turbomotorů je fakt, ţe s poklesem zatíţení motoru dochází i k poklesu otáček turbodmychadla. Tím pádem dojde k poklesu plnícího tlaku a zhorší se tím kromě akcelerace i další dynamické vlastnosti vozidla. Regulace plnícího tlaku v sacím potrubí je tedy jeden z klíčových prvků, které ovlivňují výkon motoru. U výkonných sportovních motorů je jeho velikost ovlivněna pouze parametry turbodmychadla, pevností a odolností při detonačním spalování. V případě běţné produkce jsou brány na zřetel ještě další aspekty, jako např. spotřeba nebo ţivotnost. Plyne z toho, ţe právě v úpravách motormanagementu je obrovský potenciál. U atmosférických motorů je tomu jinak. Pouhá úprava motormanagementu přinese jen 33

34 malý efekt, často i nulový. U přeplňovaných motorů lze docílit citelného nárůstu výkonu pouhou změnou parametrů v ovládání plnícího tlaku. Samozřejmostí je pochopitelně přizpůsobení patřičné dodávky paliva. K udrţení regulovaného (niţšího) plnícího tlaku se pouţívá elektronicky řízený obtokový ventil turba (wastegate). Konstrukce turbodmychadla je navrhována tak, aby měla dostatečný plnící tlak v nízkých otáčkách. Tím, jak rostou otáčky motoru, zvětšuje se pochopitelně i plnící tlak a je tedy třeba ho regulovat. Zde nacházejí uplatnění jiţ zmiňované wastegate ventily, které odpustí část výfukových plynů obtokovým kanálem tak,ţe dojde k menšímu průtoku výfukových plynů přes hnací lopatky dmychadla a sníţení otáček (i kompresní části) a tím i velikosti plnícího tlaku. Obrázek 15: Aktuátor pro ovládání polohy wastegate ventilu Zdroj: RŮŢIČKA, Bronislav. Jak na chiptuning. První modely wastegate ventilů, které jsou jen u starších motorů, pracují na mechanické úrovni pomocí pruţiny, která reaguje na nastavenou maximální hodnotu plnícího tlaku. U modernějších motorů je řízení odpouštění výfukových plynů regulováno pomocí ECU, která hlídá poţadovanou velikost plnícího tlaku v závislosti na různých zatíţení motoru. Systém celého odpouštění přebytečného tlaku ale neprobíhá řízením samotných wastegate ventilů. Motormanagement k tomu vyuţívá solenoidový ventil, který reguluje tlak v pneumatickém válci a ten ovládá samotný přepouštěcí wastegate ventil. Jedná se tedy 34

35 o mechanické propojení mezi elektronikou a samotným wastegate ventilem. Samotná podstata funkce by se dala vyjádřit tak, ţe podle typu provedení je do pneumatického válce přiveden na jednu nebo obě strany membrány ovládací tlak ze sacího potrubí a jeho regulaci zajišťuje solenoidový ventil. Ten podle potřeby v aktuátoru 16 odpustí nebo naopak přidrţí zmíněný ovládací tlak a tím ovlivní i pohyb spojeného táhla s membránou. I zde je zapotřebí připomenout nutnost bezchybné, ba dokonce precizní funkce aktuátoru při regulaci plnícího tlaku turbodmychadla. Pokud dojde k nutnosti výměny za jiné provedení, je třeba následně přenastavit ECU tak, aby se zachovaly původní charakteristiky ovládání turbodmychadla. Jelikoţ většina produkčních motorů disponuje niţším výkonem, pracují i s niţším plnícím tlakem, wastegate ventil bývá zčásti integrován přímo ve výfukové části turbodmychadla. U výkonných motorů a s tím spojenými vysokými plnícími tlaky se pouţívá řešení samostatného turbodmychadla a samostatně instalovaným tělesem wastegate. Jde ale o ryze konstrukční řešení. Princip činnosti je zde stále stejný, tudíţ z hlediska chiptuningu nepodstatný. Jak jiţ bylo řečeno, především starší motory jsou vybaveny wastegate ventily ovládanými pruţinou, která je předepjata na určitou sílu a ta odpovídá maximálnímu dovolenému plnícímu tlaku (protisílou, která pruţinu přetlačuje a otevírá tak ventil je tlak generovaný dmychadlem v sání). Existují ale systémy, které umoţňují nezávisle ovládat maximální velikost plnícího tlaku a řidič tak můţe jeho hodnotu regulovat i během jízdy. K tomu slouţí ovládací prvek na palubní desce, popřípadě na kontrolním displeji, díky kterému je velikost plnícího tlaku stále pod kontrolou. Jedná se o tzv. boost controllery, které kromě potřebné elektroniky jsou vybaveny i solenoidovým ventilem, který je nutno instalovat do stávajícího systému. S tím jsou spojeny moţné problémy plynoucí ze spolupráce mezi doplňkovým řešením a originálním systémem. I tady se tedy vyplatí rada nejdříve pečlivě prokonzultovat kupovaný systém s prodejcem a předejít tak moţným komplikacím při instalaci na konkrétní motor. A to v případě vozu, který má pouze mechanický systém regulace plnícího tlaku. I v tomto případě totiţ rozhoduje ECU na základě okamţitých provozních podmínek o velikosti předstihu nebo o regulaci správné dodávky paliva. 16 Mechanické zařízení pro posun nebo kontrolu mechanického systému. 35

36 VGT (Variable Geometry Turbocharger) Proměnná geometrie rozváděcích lopatek turbíny patří mezi trendy v oblasti regulace plnícího tlaku. Přestoţe se objevují první případy vyuţití u záţehových motorů, jejich rozšíření je omezeno hlavně na vznětové motory. Je to dáno faktem, ţe u niţší teploty výfukových plynů nejsou tak veliké nároky na pouţitou technologii. Celý princip spočívá v tom, ţe při niţších otáčkách motoru by u velkého turbínového kola nedocházelo k jeho dostatečnému roztočení a motor by pak pro nedostatečný plnící tlak trpěl prodlevou výkonu. Proto se roztáčí jen střed s malými lopatkami, dosáhne se tak rychlého nástupu plnícího tlaku. U vyšších otáček by ale malé lopatky nestačily pojmout energii výfukových plynů a působily by téţ jako restrikce v jejich odvodu. Proto se připojí vnější věnec lopatek a motor má i při rychlém náběhu v nízkých otáčkách dostatečný potenciál ve vyšších otáčkách. 36