«…oι ηλεκτρονικές μονάδες οι οποίες διαχειρίζονται αποκλειστικά τον κινητήρα ονομάζονται ECU ή ΕMS και τα αρκτικόλεξα τους βασίζονται στους πλήρης ορισμούς «Engine Control Unit» και «Engine Management System».
Αναμφισβήτητα, ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά δείγματα της ραγδαίας τεχνολογικής εξέλιξης των τελευταίων δεκαετιών είναι και το αυτοκίνητο. Ωστόσο, σε σχέση με τις ξεπερασμένες πλέον κατασκευές περασμένων ετών η εφαρμογή της ηλεκτρονικής έχει αλλάξει ριζικά την αρχιτεκτονική των σύγχρονων μοντέλων. Σχεδόν όλες οι λειτουργίες του σύγχρονου αυτοκινήτου ελέγχονται πλέον από πλειάδα ηλεκτρονικών συστημάτων τα οποία έχουν εκτοπίσει αείμνηστα εξαρτήματα όπως π.χ. το καρμπυρατέρ. Έτσι λοιπόν όλες οι λειτουργίες του αυτοκινήτου ελέγχονται από ηλεκτρονικές μονάδες επεξεργασίας δεδομένων. Καμία όμως από αυτές όμως δεν είναι τόσο ζωτική όσο αυτή που διαχειρίζεται την λειτουργία του κινητήρα…
ECU: Ο εγκέφαλος του κινητήρα
Η αρχιτεκτονική της ΕCU
Η τελευταία αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία, τις μνήμες RAM, ROM και PROM. Η RAM αποθηκεύει προσωρινά τα δεδομένα εισόδου -από τους αισθητήρες- και εξόδου πριν αρχίσει το πρόγραμμα ελέγχου. Στην ROM έχουν αποθηκευθεί μόνιμα πληροφορίες ενώ η συγκεκριμένη μνήμη επικοινωνεί απευθείας με το πρόγραμμα ελέγχου. Η μνήμη PROM περιέχει σε μορφή αλγοριθμικού προγράμματος όλα τα κατασκευαστικά στοιχεία λειτουργίας του κινητήρα και υπάρχει δυνατότητα επαναπρογραμματισμού. Επιπλέον υπάρχει και μία ακόμα μνήμη η ΚΑΜ η οποία αποτελεί ουσιαστικά παραλλαγή της RAM και σε αυτή η CPU μπορεί να διαβάσει και να αποθηκεύσει νέα δεδομένα λειτουργίας.
Η ηλεκτρονική στην υπηρεσία του κινητήρα
Για να κατανοήσουμε καλύτερα όλα τα παραπάνω ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Σε έναν τετρακύλινδρο τετράχρονο κινητήρα, σε κάθε πλήρη περιστροφή του στροφαλοφόρου του άξονα εκτελούνται δύο ψεκασμοί με ακρίβεια χιλιοστών του δευτερολέπτου. Για παράδειγμα, στο αυτοκίνητο μας την στιγμή που ο δείκτης του στροφόμετρου βρίσκεται στις 6.000 σ.α.λ. τότε στους κυλίνδρους του κινητήρα πραγματοποιούνται 12.000 ψεκασμοί το λεπτό, δηλαδή 200 το δευτερόλεπτο! Παράλληλα, η ECU λαμβάνει υπόψη της και της πληροφορίες που δίνει ο καταλύτης ρυθμίζοντας έτσι την αναλογία του στοιχειομετρική αναλογία (αέρας-καύσιμο) ανάλογα ώστε οι εκπομπές ρύπων να μην ξεπερνούν τις προδιαγραφές που ολοένα και γίνονται αυστηρότερες.
Safe mode
Τι γίνεται όμως σε περίπτωση που κάποιος αισθητήρας εμφανίσει βλάβη; Στο software του BIOS υπάρχει ένα βοηθητικό πρόγραμμα ανάγκης που ανιχνεύει την δυσλειτουργία κάποιου βασικού σένσορα και θέτει τον κινητήρα σε λειτουργία «safe mode». Σε ασφαλείς συνθήκες λειτουργίας -τις περισσότερες φορές μέχρι τις 3.500σ.α.λ.- το αυτοκίνητο μπορεί να φτάσει μέχρι το πλησιέστερο συνεργείο. Αν η βλάβη δεν επιτρέπει την κατάσταση safe mode το αυτοκίνητο ακινητοποιείται και το κόστος αντικατάστασης του εγκεφάλου ξεκινά από περίπου 1.000 ευρώ ενώ σε πολυτελή μοντέλα συνήθως ξεπερνά τα 3.000 ευρώ. Προσοχή, λοιπόν στις πολυετής εγγυήσεις των εταιριών που παρέχουν για μηχανικά μέρη γιατί όταν βρεθείτε σε ανάλογη δυσάρεστη περίπτωση μπορεί να διαπιστώσετε ότι η ECU δεν περιλαμβάνεται στην εγγύηση. Οι περισσότερες αυτοκινητοβιομηχανίες προμηθεύονται εγκεφάλους από την Bosch, την Siemens, την Magneti Marelli, την Denso και την Delphi.
Ο τρόπος σκέψης της ECU
Στροφές κινητήρα ανά λεπτό (σ.α.λ.) |
Φορτίο |
||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1000 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
2000 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
3000 |
3 |
6 |
9 |
12 |
15 |
4000 |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
Πίνακας 1: Θεωρητικού κύματος
Στον δεύτερο πίνακα οι παράγοντες Α και Β αφορούν παραμέτρους συγκεκριμένων αισθητήρων. Ας υποθέσουμε ότι ο Α αντιστοιχεί στον αισθητήρα θερμοκρασίας του κινητήρα και ο Β στον αισθητήρα περιεκτικότητας του αέρα σε οξυγόνο. Αν η θερμοκρασία αντιστοιχεί με 100 και η ποιότητα του αέρα με 3 τότε ο Α ισούται με 0,8 και ο Β με 1,0.
Α |
Παράμετρος Α |
Β |
Παράμετρος Β |
|
0 |
1,2 |
0 |
1,0 |
|
25 |
1,1 |
1 |
1,0 |
|
50 |
1,0 |
3 |
1,0 |
|
75 |
0,9 |
3 |
1,0 |
|
100 |
0,8 |
4 |
0,75 |
Πίνακας 2: Αισθητήρων θερμοκρασίας και οξυγόνου
Σε τι μας χρειάζονται όμως όλα αυτά τα δεδομένα; Στην μνήμη του εγκέφαλου είναι καταχωρημένες διάφορες εξισώσεις όπως αυτή που συνδέει τα παραπάνω στοιχεία και μας δίνει το πραγματικό μήκος κύματος (το διάστημα δηλαδή που θα μείνει ανοιχτό το μπεκ) το οποίο ισούται με το θεωρητικό μήκος κύματος επί τους παράγοντες Α και Β. Με λίγα λόγια ισχύει ότι: Πραγματικό μήκος κύματος = Θεωρητικό μήκος κύματος (σ.α.λ., φορτίο) x (A) x (B). ‘Άρα: 8 x 0,8 x 1,0 = 6,4 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Προς αποφυγήν οποιασδήποτε παρεξηγήσεως το εν λόγω παράδειγμα διαμορφώθηκε κατάλληλα ώστε να γίνει κατανοητός ο τρόπος σκέψης της ECU. Στην πράξη τα πράγματα είναι πολύ δυσκολότερα όταν διασταυρώνονται σε κλάσματα του δευτερολέπτου περισσότερες από 100 τέτοιες παραμέτρους με χιλιάδες πληροφορίες να φτάνουν κάθε λεπτό.
Τσιπάκια… ντομπαρίσματος!
4398_FT0254_resize.jpg
BMW_7_Electronic_Arhitecture_resize.JPG
BMW_Chip_Unit_resize.JPG
BMW_ECU_4C_Diesel_330Nm_resize.JPG
BMW_ECU_CommonRail_1600Bar_resize.JPG
BMW_ECU_MSS54_resize.JPG
BMW_ECU_Valvetronic_Gasoline_resize.JPG
BMW_Petrol_Direct_Ijection_V12_resize.JPG
GM Gen II Power Bay
2004 GM 3.6L Global V6 Engine
Mercedes-Benz_E-Class_UnitsElectrical_resize.jpg
P0000945_resize.JPG
Δημοσιευμένο στο περιοδικό RAM (Ιούλιος 2003)