Nissan Fan Club - Hungary

  • A betűméret növelése
  • Alapértelmezett betűméret
  • A betűméret csökkentése
Home Hírek Legfrissebb hírek Hogyan működik a Nissan ECU? (1. rész)


Közösségi média: Neked egy kattintás, nekünk elismerés!
Hasznosnak ítéled az oldalt és ajánlanád ismerőseidnek? Tudod mit kell tenned. Wink

Hogyan működik a Nissan ECU? (1. rész)

E-mail Nyomtatás PDF

Nos először is leszögezném, hogy a témának jómagam is mindössze amatőr kutatója vagyok, így sok olyan részlet van, ami előttem sem ismert. A leírás sokkal inkább egy átfogó ismertető, semmint részletes útmutató, így az olvasót nem változtatja profi „chiptuningolóvá”, viszont az ECU működését megértve látható lesz, hogy mit lehet elérni a chiptuninggal, illetve mire nem jó, miért kell szkeptikusan fogadni a csak a chiptuning által elővarázsolt lóerők százait. Rengeteg olyan területtel sem foglalkozom, ami az ECU(k) működésének fontos része, ám a mi szempontunkból kevésbé lényeges (pl a „limp home mode”, azaz olyan üzemmód, ami – csökkentett funkcionalitással, de - működőképesen tartja a motort, valamilyen rendszerhiba esetén is). No és hogy tovább szűkítsem a kört, az egész a régebbi típusú, benzinmotorok ECU-ire vonatkozik, a 80-as évek vége, 90-es évek eleje időszakából (a legszebb korszak az autóelektronika történelméből, amikor még nem mindent az ECU csinált, csak a motor benzinellátását, valamint a gyújtást szabályozta).

Ja igen, megelőzendő a durva kritikát, az egész a saját véleményem és tapasztalataim összessége. Tehát, aki az alábbiak után kísérletezni kezd és tönkreteszi az ECU-jét, vagy a motorját, az rám ne mutogasson Wink. Vágjunk hát bele, aztán meglátjuk hova jutunk...

Az ECU (Electronic Control Unit) alapvető feladata, hogy figyelembevéve a környezeti paramétereket és a motor üzemi jellemzőit, egyfajta algoritmus alapján kiszámolja a szükséges üzemanyag mennyiséget, illetve az előgyújtási szöget. Hogy ebbe kissé belemenjünk, nézzünk meg néhány fizikai jellemzőt, ami a motor működésének megértéséhez elengedhetetlen. Amiről beszélünk, az ugyebár egy 4 ütemű benzinmotor, a négy ütem:

  • szívás
  • sűrítés
  • munka
  • kipufogás

A szívóütemben a motor benzin-levegő keveréket szív be, majd összesűríti. A munkaütemben a beszívott keverék elég (lényeges, hogy nem robban!) ezzel munkát végez a dugattyún, majd a kipufogás ütemben távozik a motorból. Egyszerű kémia, hogy a benzin tökéletes égésének eléréséhez, 1 kg benzinhez 14,7 kg (ez a „λ=1” állapot, ahol a „λ” a légfelesleg tényező (lásd a képletet, ahol az AFR az aktuális levegő-üzemanyag viszony), az ideális állapothoz képest) levegőre van szükség. Ha a keverék több benzint tartalmaz akkor vastag, illetve dús (ilyenkor a légfelesleg tényező 1-nél kisebb, pl 0,7-0,8), ha kevesebbet, akkor szegény vagy vékony (ilyenkor a légfelesleg tényező 1-nél nagyobb, pl 1,2-1,3) keverékről beszélünk. Megjegyzendő még, hogy a katalizátor is kifejezetten szereti, ha ideális keveréket égetünk el, így tudja a leghatékonyabban ellátni a feladatát.

Λ = AFR / 14,7

Egy apró érdekesség: a fenti arányok tömegre vonatkoznak. Ez térfogatba átszámolva azt jelenti, hogy 1 térfogategység benzinhez kb 9 000 térfogategység levegő kell! Azaz 1 l benzinhez 9 m3 levegő kell. Már érthető is, miért találták ki a turbót.

E85. Ez sem csodaszer, egyszerűen egy másik üzemanyag, más kémiai tulajdonságokkal. A ethanol a 9 kg levegőt igényel 1 kg elégetéséhez, az E85 valamivel többet, hiszen az 85% ethanol, 15% benzin.

Sima ügy, nemde? Akkor minek ide az ECU? Miért nem jó a hagyományos karburátor, meg a vákuumos és a röpsúlyos gyújtásszabályozás? Nos, mint az autógyárak hosszas kutatásai kiderítették, a motor különböző üzemállapotaihoz nagyon eltérő és sok paramétertől függő keverék illetve előgyújtási szög szükésges, ugyanis nem mindig az optimális égés a cél. Sokszor kell komprommisszumot kötni a nagyobb teljesítmény, a kisebb fogyasztás, vagy éppen a minél alacsonyabb károsanyag kibocsátás egymásnak ellentmondó követelményei között. Ezt a sok változós „függvényt” már nem (vagy csak nagyon nehezen, sok kompromisszummal) lehetett megvalósítani a hagyományos módszerekkel. A 80-as években elterjedő mikrokontrollerek szinte kínálták magukat, a jól algoritmizálható, tulajdonképpen egyszerű feladatok elvégzésére. Lássuk hát, milyen szenzorok illetve eszközök állnak az ECU rendelkezésére, hogy elvégezze a feladatát:

Szenzorok:

  • Légmennyiségmérő
  • Főtengely jeladó
  • Lambda szonda
  • Fojtószelep jeladó
  • Vízhőfokmérő
  • Kopogásérzékelő

Beavatkozók:

  • Injektorok
  • Gyújtás
  • Emelt alapjárati levegő szelep
  • Üzemanyagnyomás szabályzó szelep

Mit csinálnak a szenzorok?

A légmennyiségmérő (MAF): MAF - VG30DETT (300ZX)A Nissanokban ún. hődrótos anemométer van.Tulajdonképpen egy csőbe tett ellenálláshuzal, amit az ECU vezérelte áram fűt, míg az áramló levegő hűt. A huzal ellenállása a hőmérsékletétől függ. Az egész egy mérőhíd része, és gyakorlatilag az átáramló levegővel arányosan változik a híd feszültsége.MAF karakterisztika Ez az összefüggés azonban nem lineáris, hanem fordított exponenciális. Később látni fogjuk ennek a jelentőségét. A légmennyiségmérőnek számunkra két fontos jellemzője van: az előbb említett karakterisztika, illetve, hogy mennyi levegőt képes megmérni. Ha ugyanis elérjük a méréshatárát, akkor hiába nő az átáramló levegőmennyiség, a kimeneti feszültsége nem változik, azaz az ECU nem fog tudni erről a plusz levegőről. Az ábrán a vízszintes tengelyen az átáramló levegő mennyisége látható, a függőlegesen pedig a szenzor feszültsége (általában 0-5V).

Főtengely jeladó (CAS): CAS - CA18DETMinden henger felső holtpontjánál ad egy jelet (az 1-es henger külön jelölve van), valamint főtengely-fokonként egy jel. Az ECU ebből számolja a fordulatszámot, illetve ezzel időzíti a befecskendezést, valamint a gyújtást, fokra pontosan.

Lambda szonda: A kipufogógáz vizsgálatával ad visszajelzést, hogy a keverék szegény, vagy dús.Lambdaszonda Ezt a kipufogógáz oxigéntartalma alapján dönti el. A gyári lamdaszonda NEM tudja megmondani, hogy mennyire szegény, vagy dús a keverék. A szondák működéséhez kellő hőmérséklet szükséges, ezért külön elektromos fűtése van.

Fojtószelep jeladó: A gázpedál állásával arányos jelet küld az ECU-nak.

Vízhőfok érzékelő: Hmm, ez elég magától értetődő... Smile.

Kopogás szenzor: Piezo elem, a motorban az égéskor lejátszódó folyamatokról tájékoztatja az ECU-t. Elég komplex kis áramkör foglalkozik vele, mégis úgy tűnik, hogy némelyik ECU (pl a CA18DET motor esetében) nem törődik vele. A VG30DETT (300ZX, ha így ismerősebb Smile), azonban a később leírtak szerint figyelembe veszi.

Most pedig lássuk, mikkel tud az ECU operálni!

Injektor: Injektorok (oldalbevezetéses/side feed) Tulajdonképpen egy elektromágneses szelep. Adott üzemanyag nyomás mellett megadott áteresztő képességgel rendelkezik A benzint a szívócsőbe, illetve a szívószelepre fecskendezi, az ECU által vezérelt módon. Fontos megérteni, hogy a megadott üzemanyagnyomást a rendszer a szívócsőben uralkodó nyomáshoz viszonyítva tartja, tehát nem a normál légköri nyomáshoz képest! Gondoljunk csak arra, hogy egy turbós autónál legyen mondjuk a maximális turbonyomás 2 bar (merjünk nagyot álmodni Wink), a gyári üzemanyagnyomás pedig mondjuk 3 bar. Ez esetben a normál légkörhöz képest 5 bar nyomás lesz az üzemanyagban! Könnyen belátható, hogy a legtöbb gyári üzemanyagpumpa ennyit nem fog tudni produkálni, pláne azzal a szállított mennyiséggel, amit ez a turbonyomás igényel...

Gyújtás: az ECU képes befolyásolni a gyújtás időpontját, illetve bizonyos mértékig a szikra energiáját a gyújtótekercs(ek) feltöltésének idejével.

Emelt alapjárati szelep(ek): Kis megkerülőjáratok, amivel az ECU plusz levegőt tud adni alapjáratnál, hogy pl az egyes fogyasztók (klíma, hátsóablak fűtés) extra teljesítmény igényét kielégítse. (A hidegindítási alapjárat emelés tisztán elektromechanikus, a hűtővíz által vezérelt megkerülő szelep, ebben az ECU közvetlenül nem vesz részt).

Üzemanyagnyomás szabályzó szelep: az üzemanyag nyomását emeli meg indítás után, ha a motor meleg (!), hogy csökkentse a gőzbuborék kialakulásának lehetőségét a benzinben.

A fentiek ismeretében nézzük meg, mit-hogy csinál az ECU. A motorműködés legalapvetőbb mennyisége a befecskendezendő üzemanyag mennyisége, valamint az előgyújtás. Nézzük, az ECU milyen jeleket hasznel fel a fentiek kiszámolására:

Fuel Injection Control, I/O Signal Line

Ignition Timing Control, I/O Signal Line

Mint a fenti két ábrán láthatjuk, rengeteg érzékelő jele befolyásolja ezeket a mennyiségeket. Sokuk azonban csak olyan finomságokhoz kell (pl az indítózás alatt fix előgyújtás és befecskendezés, érzékelőktől függetlenül; bizonyos típusoknál pl a sebesség jelből és a fordulatszámból meghatározza a sebességfokozatot és eltérő üzemanyag és gyújtás térkép használható a legmagasabb fokozatban (300ZX); stb.), aminek leírása nem célja a jelenlegi leírásnak (vagy esetleg fogalmam sincs mit csinál vele az ECU Smile).

Tehát az ECU két lényeges jelből számítja a szükséges benzinmennyiséget: ez a légmennyiségmérő és a fordulatszám jel. Ezekből a jelekből az ECU elvégez egy trükkös kalkulációt. A számítás eredményeként kapunk egy számot (gyakorlatilag időtartamot), amit a Nissan szakzsargon „tp”-nek (theoretical pulsewidth) nevez. Ezt megszorozva egy konstanssal („k” az adott motorra jellemző érték, az injektorok és a légmennyiségmérő határozzák meg, később látjuk mire jó) megkapjuk azt az időt, amíg kinyitva az injektorokat kijön a λ=1 arányt. Remek! (Tudni kell azonban, hogy ez az elmélet, a gyári alkatrészekkel, gyári állapotban, laboratóriumi körülmények között, stb. érvényes. A gyakorlati eredmények kissé eltérnek ettől, de ez mindössze annyit jelent, hogy az ECU átprogramozásához nem elég egy számológép, hanem bizony mérnünk is kell majd!)

Nekünk azonban ez nem is olyan jó minden esetben, szeretnénk ha különböző üzemállapotokban ettől eltérő értéket is kikeverne nekünk az ECU. A Nissan mérnökei is szerették volna ezt, így jó pár táblázatot tettek az ECU programjába, amivel minden igényünket kielégíthetjük. (Természetesen a hardware korlátain belül: tehát nem igen lesz rajtprogramunk, ALS-ünk (illetve hát részban azért mégis Wink), az ECU-k nem fogják a turbonyomást szabályozni (legalábbis az esetek 95%-ban, stb). Ezen túl azonban, képes a tuning során felmerülő összes igényt kielégíteni. Szinte tetszőleges méretű injektor, légmennyiségmérő, turbó, vagy éppen vezérműtengely működtetését le tudja kezelni, mindenféle egyéb, külső számítógép (piggy-back és társai) nélkül.)

Tehát a táblák. Egyszerű, két paraméteres táblázatok: az egyik változó a motor fordulatszáma, a másik pedig a motor terhelése. A motor terhelés pedig nem más, mint a „tp”! Hogy a motor terhelését könnyebben meg tudjuk érteni, vegyük a következő példát: Járművünkkel egy enyhe lejtőn gurulunk lefelé, komótos tempóban. A fordulatszámmérő 3 000 / perc fordulatot mutat, a gázpedált épphogy csak érintenünk kell, azaz a pillangószelep majdnem zárva van, motorunk alig szív be egy kevés levegőt. De ugyebár minden lejtő után emelkedő jön (és a túrázók tudják, hogy az emelkedő után pedig újabb emelkedő...), az autónk lelassulna. Lusták vagyunk, nem kapcsolunk vissza, csak jobban a gázra lépünk. Tegyük fel, hogy az emelkedő olyan meredek, hogy padlógázt kell nyomni, hogy a sebességünket tartani tudjuk. Mit látunk most? A furdulatszámmérő ugyanúgy 3000 / perc fordulatot mutat, de jobb lábunkkal már a fenéklemezt horpasztjuk be. Azaz a fojtószelep teljesen nyitva van, a motor a 3 000-es fordulathoz a mechanikai paraméterei (szelepek, szívócső, vezérműtengely, lökettérfogat, stb.) által meghatározott maximális levegőmennyiséget szívja be. Beláthatjuk, hogy a két üzemállapot gyökeresen eltér. Nos ezt számolja az ECU a légmennyiségmérőre alapozva. Ellentétben sok más gyártó ECU-jével, a Nissannak nincs szüksége a gázpedálállásra a kalkulációhoz (persze valamire használja, ezt majd később látni fogjuk), és a beszívott levegő hőmérsékletével sem törődik. Sajnos. Ez ugyanis sokszor jól jönne, és, bár a hődrótos anemométer kimeneti jele valamelyest függ a levegő hőmérséklettől, de ez bizonyos esetekben nem elég.

Vége az 1. résznek, de hamarosan folytatom...

( 64 értékelés )

 

Móka Smile

A nő leparkol a kocsival és megkérdezi a férjét:
- Drágám, nem álltam meg túl messze a járdaszegélytől?
- Melyiktől?

Friss hirdetések

Friss fórum hozzászólások

 Általános Almera topic (7109)
Beküldő: zoli11 
Tegnap 22:33:32
 Maxima (520)
Beküldő: Primera_P11 
Tegnap 11:51:48
 Általános kérdések (Primera) (5198)
Beküldő: dstsem 
2018.06.16 22:54:44
 Primera P12 (1092)
Beküldő: Kip31 
2018.06.09 08:13:34
 Nissan Almera fordulati problémák (91)
Beküldő: NISSAN16V 
2018.06.06 17:23:45