Motorsteuergerät

Ein ECU aus einem 1996 Chevrolet Beretta.
Für andere Verwendungen siehe ECU.

Ein Motorsteuergerät (ECU), auch allgemein als ein bezeichnet Motorsteuerungsmodul (ECM), ist eine Art von Art von elektronische Kontrolleinheit das kontrolliert eine Reihe von Aktuatoren auf an Verbrennungsmotor um eine optimale Motorleistung zu gewährleisten. Dies geschieht, indem sie Werte aus einer Vielzahl von lesen Sensoren Innerhalb des Motorraums, Interpretation der Daten mit mehrdimensionalen Leistungskarten (genannt Nachschlagetabellen) und die Motoranträge einstellen. Vor ECUS wurden Luft -Kraftstoffmischung, Zündzeit und Leerlaufgeschwindigkeit mechanisch eingestellt und dynamisch gesteuert mechanisch und pneumatisch meint.

Wenn das ECU die Kontrolle über die hat Treibstoff Zeilen, dann wird es als als bezeichnet elektronisches Motormanagementsystem (EEMs). Das Kraftstoffeinspritzung Das System spielt die größte Rolle bei der Steuerung der Kraftstoffversorgung des Motors. Der gesamte Mechanismus der EEMs wird von einem Stapel von Sensoren und Aktuatoren gesteuert.

Arbeiten

Kontrolle des Luft -Kraftstoff -Verhältnisses

Die meisten modernen Motoren verwenden eine Art Kraftstoffeinspritzung, um den Zylindern Kraftstoff zu liefern. Das ECU bestimmt die Menge an Kraftstoff, die auf einer Reihe von Sensorwerte injiziert werden soll. Sauerstoffsensoren Sagen Sie dem ECU, ob der Motor reich ist (zu viel Kraftstoff oder zu wenig Sauerstoff) oder mager (zu viel Sauerstoff oder zu wenig Kraftstoff) im Vergleich zu idealen Bedingungen (so bekannt als stöchiometrisch). Das Drosselklappensensor sagt der ECU, wie weit die Drosselklappe geöffnet wird, wenn der Gaspedal (Gaspedal) wird niedergedrückt. Die Masse Luftströmungssensor misst die Luftmenge, die durch die Drosselklappe in den Motor fließt. Das Motorkühlmitteltemperatursensor misst, ob der Motor aufgewärmt oder kühl ist. Wenn der Motor noch kühl ist, wird zusätzlicher Kraftstoff injiziert.

Die Steuerung der Luft -Brennstoff -Mischung von Vergaser mit Computern ist mit einem ähnlichen Prinzip ausgelegt. In der Schwimmerschale des Vergasers wird jedoch ein Magnetmagnet oder ein Schrittmotor der Mischung kontrolliert.

Steuerung der Leerlaufgeschwindigkeit

Die meisten Motorsysteme haben Leerlauf Steuerung in das ECU eingebaut. Der Motor Drehzahl wird von der überwacht Kurbelwellenpositionssensor, die eine primäre Rolle bei den Motor -Timing -Funktionen für Kraftstoffeinspritzung, Funkenereignisse und Ventilsteuer spielt. Die Leerlaufgeschwindigkeit wird durch einen programmierbaren Drosselklappenstopp oder einen Leerlaufluftbypass -Steppermotor gesteuert. Frühe Carburettor-basierte Systeme verwendeten einen programmierbaren Drosselklappenstopp mit einem bidirektionalen Gleichspannungs Motor. Frühzeitig Drosselklappeninjektion (TBI) Systeme verwendeten eine Leerlaufluftsteuerung Schrittmotor. Eine effektive Leerlaufgeschwindigkeitsregelung muss die Motorlast im Leerlauf vorhersehen.

Ein volles Behörde-Gaskontrollsystem kann verwendet werden, um die Leerlaufgeschwindigkeit zu steuern und Geschwindigkeitsregelungsfunktionen und die Obergeschwindigkeitsbegrenzung bereitzustellen. Es überwacht auch den ECU -Abschnitt für Zuverlässigkeit.

Steuerung des Timings des variablen Ventils

Einige Motoren haben variable Ventilsteuerung. In einem solchen Motor steuert das ECU die Zeit im Motorzyklus, in dem sich die Ventile öffnen. Die Ventile werden normalerweise früher bei höherer Geschwindigkeit als bei niedrigerer Geschwindigkeit geöffnet. Dies kann den Luftstrom in den Zylinder erhöhen und die Stromversorgung und den Kraftstoffverbrauch erhöhen.

Elektronische Ventilsteuerung

Versuchsmotoren wurden gemacht und getestet keine Nockenwelle habenhaben aber die volle elektronische Steuerung der Einlass- und Abgasventilöffnung, des Ventilschlusses und des Bereichs der Ventilöffnung.[1] Solche Motoren können ohne Vorspeisemotor für bestimmte Mehrzylindermotoren mit Präzisionszeit-elektronischer Zündung und Kraftstoffeinspritzung gestartet und ausgeführt werden. So ein statischer Start Der Motor würde die Effizienz- und Verschmutzungsreduzierungsverbesserungen von a liefern milder hybrid-elektrischer Antrieb, aber ohne die Kosten und Komplexität eines übergroßen Startermotors.[2]

Der erste Produktionsmotor dieses Typs wurde (im Jahr 2002) erfunden und (im Jahr 2009) vom italienischen Autohersteller eingeführt Fiat in dem Alfa Romeo Mito. Ihr Multiair Motoren verwenden die elektronische Ventilsteuerung, die das Drehmoment und die Leistung dramatisch verbessert und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch um bis zu 15%verringert. Grundsätzlich werden die Ventile durch Hydraulikpumpen geöffnet, die vom ECU betrieben werden. Die Ventile können je nach Motorlast mehrmals pro Ansauigkeitshub öffnen. Das ECU entscheidet dann, wie viel Kraftstoff injiziert werden sollte, um die Verbrennung zu optimieren.

Bei stetigen Lastbedingungen öffnet sich das Ventil, der Kraftstoff wird injiziert und das Ventil schließt. Unter einer plötzlichen Zunahme des Gass öffnet sich das Ventil im selben Ansaughub und es wird eine größere Menge an Kraftstoff injiziert. Dies ermöglicht eine sofortige Beschleunigung. Für den nächsten Schlag berechnet das ECU die Motorlast an der neuen, höheren Drehzahl und entscheidet, wie das Ventil geöffnet werden soll: früh oder spät, weit geöffnet oder halb geöffnet. Die optimale Öffnung und das optimale Timing sind immer erreicht und die Verbrennung ist so präzise wie möglich. Dies ist natürlich bei einer normalen Nockenwelle unmöglich, die das Ventil für die gesamte Einlasszeit und immer zum vollen Auftrieb öffnet.

Die Beseitigung von Nocken, Liftern, Rockern und Timing -Set reduziert nicht nur Gewicht und Masse, sondern auch die Reibung. Ein erheblicher Teil der Leistung, den ein Motor tatsächlich erzeugt, wird nur mit dem Ventilzug aufgebraucht und alle diese Ventilfedern tausendmal pro Minute komprimiert.

Einmal vollständig entwickelt, bietet der elektronische Ventilbetrieb noch mehr Vorteile. Die Zylinderdeaktivierung könnte beispielsweise viel Kraftstoffeffizienter gestaltet werden, wenn das Ansaugventil an jedem Abwärtstrich geöffnet werden könnte und das Abgasventil bei jedem Aufwärtshub des deaktivierten Zylinders oder "toten Lochs" geöffnet wird. Ein weiterer noch bedeutenderer Fortschritt wird die Beseitigung des konventionellen Gass sein. Wenn ein Auto bei Teilgas gefahren wird, verursacht diese Unterbrechung im Luftstrom überschüssiges Vakuum, wodurch der Motor wertvolle Energie verbraucht, die als Vakuumpumpe fungiert. BMW versuchte, dies auf seinem V-10-Antrieb M5 zu umgehen, das für jeden Zylinder individuelle Gasschmetterlinge hatte, die kurz vor den Ansaugventilen platziert waren. Bei einem elektronischen Ventilbetrieb ist es möglich, die Motordrehzahl durch Regulierung des Ventilhebers zu steuern. Bei Teilgas wäre der Ventillift nicht so toll, wenn weniger Luft und Gas benötigt werden. Vollgas wird erreicht, wenn das Gaspedal gedrückt wird, wodurch ein elektronisches Signal an das ECU gesendet wird, das wiederum den Auftrieb jedes Ventilereignisses reguliert und den ganzen Weg nach oben öffnet.

Programmierbarkeit

Eine spezielle Kategorie von ECUs sind diejenigen, die programmierbar sind. Diese Einheiten können vom Benutzer neu programmiert werden.

Bei der Änderung eines Motors für Aftermarket- oder Upgrade -Komponenten kann ein Lager -ECUs möglicherweise nicht die korrekte Steuerung für die Anwendung (n) bereitstellen, in der der Motor verwendet werden kann. Um sich für Motoränderungen zuzuordnen, kann ein programmierbares ECU anstelle des Fabrikschiff-ECU verwendet werden. Typische Modifikationen, für die möglicherweise ein ECU -Upgrade erforderlich ist, können Turbokalging, Aufladung oder beides einen natürlich abgesaugten Motor umfassen. Kraftstoffeinspritzung oder Zündkerzen -Upgrades, Änderungen oder Upgrades für Abgabesysteme, Getriebeverbesserungen usw. Das Programmieren eines ECU erfordert in der Regel das Vernetzung des Geräts mit einem Desktop oder Laptop. Diese Schnittstelle ist erforderlich, damit der Programmiercomputer komplette Motorstimmungen an die Motorsteuereinheit senden und die Bedingungen des Motors in Echtzeit überwachen kann. Die Verbindung, die normalerweise in dieser Schnittstelle verwendet wird, sind entweder USB oder Serie.

Durch Ändern dieser Werte während der Überwachung der Auspuffanlagen mit einem breiten Band Lambda -SondeMotorstimmspezialisten können den optimalen Kraftstofffluss für die Motorgeschwindigkeit und die Drosselklappe bestimmen. Dieser Vorgang wird häufig in einer Motorleistung durchgeführt. EIN Dynamometer wird normalerweise an diesen Stellen gefunden; Diese Geräte können nützliche Informationen zur Motorsteuerspezialist wie Motordrehzahl, Ausgang, Drehmomentleistung, Ereignisse für Zahnradwechsel usw. bereitstellen. Tuning -Spezialisten verwenden häufig ein Chassis -Dynamometer für Straßen- und andere Hochleistungsanwendungen.

Motorabstimmungsparameter können das Kraftstoffeinspritzvolumen umfassen. Gaspedal-Graffikvolumen Kartierung, Zahnradverschiebungsabbildung und so weiter. Während die genannten Parameter üblich sind, können einige ECUs andere Variablen liefern, in denen eine Tuning -Software möglicherweise ändern kann. Diese Parameter umfassen:

  • Anti-Lag
  • Geschlossene Schleife Lambda: Lassen Sie das ECU eine dauerhaft installierte überwachen Lambda -Sonde und modifizieren Sie das Kraftstoff, um das gewünschte Luft/Kraftstoff -Verhältnis zu erreichen. Dies ist oft das stöchiometrisch (ideal) Luftbrennstoffverhältnis, das auf traditionellem Benzin (Benzin) Fahrzeuge dieses Luft-Brennstoff-Verhältnis 14,7: 1 beträgt. Dies kann auch ein viel reichhaltigeres Verhältnis sein, wenn der Motor unter hoher Belastung steht, oder möglicherweise ein schlankeres Verhältnis, wenn der Motor unter Bedingungen mit niedriger Last für maximale Fahrverhältnisse arbeitet Kraftstoffeffizienz.
  • Zahnradsteuerung
  • Zündzeitpunkt
  • Start Steuerung
  • Kraftstoffdruckregler
  • REV -Limiter
  • Inszenierte Kraftstoffeinspritzung
  • Transient Tanking: fordert das ECU an, eine bestimmte Menge Kraftstoff hinzuzufügen, wenn Gaspedal wird angewandt. Dies wird als "Beschleunigungsanreicherung" bezeichnet.
  • Variabler CAM -Timing
  • Wastegate Kontrolle
  • Wassertemperaturkorrektur: Ermöglicht, zusätzlichen Kraftstoff hinzugefügt werden, wenn der Motor kalt ist, z. Nur ein Notfall).

Ein ECU an der Rennqualität ist häufig mit einem Datenlogger ausgestattet, um alle Sensordaten für die spätere Analyse aufzuzeichnen. Dies kann nützlich sein, um Motorstände, Fehlzündungen oder andere unerwünschte Verhaltensweisen während eines Rennens zu identifizieren. Der Datenlogger hat normalerweise eine Kapazität zwischen 0,5 und 16 Megabyte.

Um mit dem Fahrer zu kommunizieren, kann ein Renn -ECU häufig mit einem "Datenstapel" verbunden werden, einem einfachen Armaturenbrett, das den Treiber mit der aktuellen Drehzahl, Geschwindigkeit und anderen grundlegenden Motordaten präsentiert. Diese Datenstapel, die fast immer digital sind, sprechen mit dem ECU mit einem von mehreren Protokollen, einschließlich RS-232 oder Canbus. Informationen werden dann über die Datenverbindungsschnittstelle geleitet, die sich normalerweise auf der Unterseite der Lenksäule befindet.

Sensoren

Sensoren für Luftströmung, Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Abgas -Sauerstoff, * klopfen und Kurbelwinkelpositionssensor hat einen sehr wichtigen Einfluss auf EEMs. Sensoren

Geschichte

Frühe Entwürfe

Einer der frühesten Versuche, ein solches eingerichtetes und automatisiertes Gerät zu verwenden, um mehrere Motorsteuerungsfunktionen gleichzeitig zu verwalten, war die Kommandogerät erstellt von BMW im Jahr 1939 für ihre 801 14 Zylinderluftfahrt Sternmotor.[3] Dieses Gerät ersetzte die 6 Steuerelemente, die zur Initiierung der harten Beschleunigung durch eine Steuerung im 801-Serien-Flugzeug ausgestattet wurden. Es hatte jedoch einige Probleme: Es würde den Motor stürmen und das Fliegen der FW 190 (Focke-Wulf FW 190 Wurger), eines einmotorigen deutschen Kampfflugzeugs, etwas schwierig, und zum ersten Mal den Supercharger wechselten lassen Gänge hart und zufällig, was das Flugzeug in einen extrem gefährlichen Stand werfen könnte.

Die Entwicklung von integrierte Schaltkreise und Mikroprozessoren in den 1970er Jahren wirtschaftlich machbar gemacht. In den frühen 1970er Jahren die Japanische Elektronikindustrie begann integrierte Schaltungen zu produzieren und Mikrocontroller für Motorsteuerung in Japanische Automobile.[4] Das Ford EEC (Elektronische Motorsteuerung) System, das das nutzte Toshiba Der TLCS-12-Mikroprozessor ging 1975 in die Massenproduktion.[5]

Hybrid digitale Designs

Hybrid Digital oder Analog Designs waren Mitte der 1980er Jahre beliebt. Hier Nachschlagwerk in einem digitalen gespeichert Rom Chip, um vorkundigte Ausgangswerte zu ergeben. Spätere Systeme berechnen diese Ausgänge dynamisch. Die ROM -Art des Systems ist zugänglich für Stimmung Wenn man das System gut kennt. Der Nachteil solcher Systeme besteht darin, dass die vorkundigten Werte für einen idealisierten neuen Motor nur optimal sind. Mit dem Motor kann das System im Vergleich zu anderen Konstruktionen weniger kompensieren können.

Modernes Design

Moderne ECUs verwenden a Mikroprozessor Dies kann die Eingänge von den Motorsensoren in verarbeiten Echtzeit. Eine elektronische Steuereinheit enthält Hardware und Software (Firmware). Die Hardware besteht aus elektronischen Komponenten auf a gedruckte Leiterplatte (PCB), Keramiksubstrat oder ein dünnes Laminatsubstrat. Die Hauptkomponente auf dieser Leiterplatte ist a Mikrocontroller -Chip (MCU). Die Software wird im Mikrocontroller oder in anderen Chips auf der Leiterplatte gespeichert, typischerweise in Eproms oder Flash-Speicher Die CPU kann also durch Hochladen aktualisierter Code oder Ersetzen von Chips neu programmiert werden. Dies wird auch als (elektronisches) Motormanagementsystem (EMS) bezeichnet.

ECU reference architecture
ECU -Referenzarchitektur

Anspruchsvolle Motormanagementsysteme erhalten Eingaben aus anderen Quellen und steuern andere Teile des Motors. Zum Beispiel einige variable Ventilsteuerung Systeme werden elektronisch gesteuert und Turbolader Abfalltore können auch verwaltet werden. Sie können auch mit kommunizieren Übertragungssteuerungseinheiten oder elektronisch kontrolliert direkt an die Schnittstelle Automatikgetriebe, Traktionskontrollsystemeund dergleichen. Das Controller Area Network oder CAN -BUS -Automobilnetzwerk wird häufig verwendet, um die Kommunikation zwischen diesen Geräten zu erreichen.

Das moderne ECUs umfasst manchmal Funktionen wie z. Tempomat, Übertragungskontrolle, Anti-Skid-Bremskontrolle und Anti-Diebstahl-Kontrolle usw.

General Motors'(GM) First ECUs hatte 1979 eine kleine Anwendung von Hybrid Digital ECUs als Pilotprogramm, aber bis 1980 verwendeten alle aktiven Programme auf Mikroprozessorbasis -Systemen. Aufgrund der großen Rampe des ECU -Volumens, die zur Begegnung der erzeugt wurden Clean Air Act Anforderungen an 1981 konnten nur ein ECU -Modell für das Modelljahr von 1981 gebaut werden.[6] Das Hochvolumen -ECU, das aus dem ersten Hochvolumenjahr 1981 in GM -Fahrzeugen installiert wurde, war ein moderner Mikroprozessor basiertes System. GM bewegte sich schnell zum Ersetzen Vergasung mit Kraftstoffeinspritzung als bevorzugte Methode der Kraftstoffversorgung für Fahrzeuge, die sie hergestellt haben. In diesem Prozess wurde 1980 erstmals Früchte mit injiziertem Kraftstoff geführt Cadillac Motoren, gefolgt von der Pontiac 2,5 l I4 "Eisen Herzog" und die Chevrolet 5.7l V8 L83 "Cross-Fire" -Motor, der die betreibt Chevrolet Corvette im Jahr 1982. The 1990 Cadillac Brougham angetrieben von der Oldsmobil 5.0L V8 Lv2 Der Motor war der letzte mit Vergaser in der zum Verkauf stehende Pkw -Auto nordamerikanisch Markt (A 1992 Volkswagen Käfer Modell, das von einem Vergasermotor betrieben wurde Mexiko aber nicht zum Verkauf angeboten in der Vereinigte Staaten oder Kanada) und bis 1991 war GM der letzte der wichtigsten US -amerikanischen und japanischen Autohersteller, die den Vergaser aufgeben und alle Pkw -Fahrzeuge ausschließlich mit Kraftstoffmotoren herstellen. 1988 Delco (GMs Elektronikabteilung) hatte mehr als 28.000 ECUs pro Tag produziert und ist damit der weltweit größte Produzent von Digital Control Computern an Bord zu dieser Zeit.[7]

Andere Anwendungen

Solche Systeme werden für viele interne Verbrennungsmotoren in anderen Anwendungen verwendet. In Luftfahrtanwendungen sind die Systeme als "bekannt"FADECS"(Vollständige Behörde Digitale Motorsteuerung). Diese Art der elektronischen Steuerung ist in kolbenmotorigen Lichtflugzeugen und Hubschrauberns weniger häufig als in Automobilen. Dies ist auf die gemeinsame Konfiguration von a zurückzuführen Vergaser Motor mit a Magnetozündung System, für das keine elektrische Leistung erfordert, die von einem erzeugt wird Generator zu laufen, was als Sicherheitsvorteil angesehen wird.[8]

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Austen, Ian (2003-08-21). "Was kommt als nächstes? Eine auf Chip-basierte Herausforderung für die drehende Nockenwelle eines Autos". Die New York Times. Abgerufen 2009-01-16.
  2. ^ Kassakian, J.G.; Wolf, H.-C.; Miller, J. M.; Hurton, C. J. (1996). "Automobile elektrische Systeme ca. 2005". IEEE -Spektrum. 33 (8): 22. doi:10.1109/6.511737.
  3. ^ Gunston, Bill (1989). Weltzyklopädie von Aero -Motoren. Cambridge, England: Patrick Stephens Limited. p. 26. ISBN 978-1-85260-163-8.
  4. ^ "Trends in der Halbleiterindustrie: 1970er Jahre". Semiconductor History Museum Japans. Abgerufen 27. Juni 2019.
  5. ^ "1973: 12-Bit-Motorkontrollmikroprozessor (Toshiba)" (PDF). Semiconductor History Museum Japans. Abgerufen 27. Juni 2019.
  6. ^ GM Emission Control Project Center - Ich war dort - Gmnext
  7. ^ Delco Electronics Electron Magazine, The Atwood Legacy, Spring '89, Seite 25
  8. ^ Enzyklopädie des Piloten von Luftfahrtkenntnissen. Föderale Flugverwaltung.
  9. ^ "Secu3 Open Source ECU".Secu-3

Externe Links