Moottorinohjausyksikkö

Kohteesta AutoWiki
Siirry navigaatioon Siirry hakuun
1996 Chevrolet Berettan moottorin ohjausyksikkö
VW Golf III TDI:n moottorin ohjausyksikkö avattuna.

Moottorin ohjausyksikkö (ECU, Engine Control Unit tai ECM, Engine Control Module) on elektroninen komponentti, joka erilaisten toimilaitteiden avulla ohjaa polttomoottorin tapahtumia siten, että moottori toimii optimaalisesti sille annetussa tehtävässä. Ohjausyksikkö tekee tämän lukuisilta konehuoneen antureilta lukemansa tiedon perusteella, vertaamalla kerättyä dataa yksikköön ohjelmoitujen moniulotteisten karttojen eli hakutaulukkojen dataan. Näiden tietojen perusteella ohjausyksikkö suorittaa toimilaitteiden säädön. Ennen elektronisia ohjausyksiköitä moottorin polttoaineseos, sytytysennakko ja tyhjäkäyntinopeus olivat tiettyyn perusarvoon asetettuja ja niiden säätö tapahtui joko pneumaattisesti tai mekaanisesti.

ECU:n tehtävät[muokkaa]

Polttoaineseoksen säätö[muokkaa]

Valtaosa nykyaikaisista moottoreista on varustettu jonkin tyyppisellä polttoaineen suihkutusjärjestelmällä, joka nimensä mukaisesti huolehtii polttoaineen toimittamisesta sylintereille. ECU määrittelee eri antureilta saamansa datan perusteella, paljonko polttoainetta on annosteltava. Pakoputkiston happitunnistin / -tunnistimet kertovat ECU:lle josko moottori käy rikkaalla (liikaa polttoainetta / liian vähän happea) tai laihalla (liikaa happea / liian vähän polttoainetta) seoksella, verrattuna ECU:n kartalle ohjelmoituun seokseen. Kaasuläpän asentotunnistin (TPS, Throttle position sensor) kertoo ECU:lle kaasuläpän avatumisasteen kaasupoljinta painettaessa. Ilmamassamittari (MAF, Mass air flow sensor tai saks. LMM, Luftmassenmesser) kertoo moottorille imetyn ilman määrän massana, toinen käytössä oleva mittaustapa on MAP eli imusarjan absoluuttipaineen tunnistin (Manifold absolute pressure sensor). Mottorissa voi näistä tunnistimesta olla jompikumpi tai molemmat. Jäähdytinnesteen lämpötilatunnistin (CTS, Coolant temperature sensor) mittaa onko moottori lämmennyt vai kylmä. Mikäli moottori on kylmä, ECU säätää seoksen rikkaalle, tällöin on kyseessä open loop eli avoin silmukka, ts. ECU ei mittaa happitunnistimen arvoja. Moottorin lämmettyä ohjelmoituun arvoon, ECU kytkee päälle closed-loop- eli suljetun silmukan tilan. Tällöin ECU lähettää happianturille tietyn jännitteen ja saa paluuviestinä jännitteen, jonka arvon muutoksesta se kalkuloi polttoaineseoksen vahvuuden.

Markkinoilla on ollut myös ECU:n ohjaamia kaasuttimia, mutta ne eivät saaneet moottorinvalmistajien keskuudessa suurta suosiota ja jäivät pian yksinkertaisemman ja edullisemman yksipisteruiskun syrjäyttämäksi.[1]

Sytytyksen ajoitus[muokkaa]

Ottomoottorissa sylinteriin ajettu polttoaineseos sytytetään kipinän avulla. Moottorin optimaalisen toiminnan kannalta seos täytyy sytyttää juuri oikealla hetkellä. Sytytyshetki ilmoitetaan asteina ennen tai jälkeen männän yläkuolokohdan (kohta, jossa mäntä on liikeratansa ylimmässä pisteessä). Sytytyksen ajoitus vaihtuu moottorin kierrosten ja kuormituksen mukaan. Kolme tärkeintä anturia, joiden perusteella ECU määrittelee sytytyshetken ovat kampiakselin asentotunnistin, nokka-akselin (-akselien) asentotunnistin (-tunnistimet) ja nakutustunnistin. Kaksi ensinmainittua kertovat kampi- ja nokka-akselin asennot, eli mäntien asennot työkiertonsa vaiheessa sylintereittäin (tämä tieto on ohjelmoitu ECU:n kartalle) sekä imu- ja pakoventtiilien avautumis- ja sulkeutumishetket suhteessa työkiertoon. Nakutuksentunnistimen tehtävänä on havainnoida se tila, jolloin moottorissa esiintyy polttoaineseoksen väärästä syttymishetkestä aiheutuvaa nakutusta. Sytytysennakon muuttamista hieman aiemmaksi saattaa edellyttää esim. matalaoktaaninen polttoaine, jonka puristuskestävyys eli itsesyttymislämpötila, on alhaisempi kuin korkeaoktaanisen polttoaineen. Myös ulkoiset muuttujat, kuten korkeus merenpinnasta, aiheuttavat sytytysennakon muutostarpeen.

Tyhjäkäynnin säätö[muokkaa]

Moderneissa moottoreissa ECU ohjaa moottorin tyhjäkäyntinopeutta elektronisesti. Moottorin pyörimisnopeutta tarkkaillaan kampiakselin asentotunnistimen avulla. Kun kaasupoljinta ei paineta, kaasuläpän asentotunnistin kertoo ECU:lle läpän olevan suljettuna, jolloin ECU kytkee päälle moottorin tyhjäkäyntitilan. Tässä tilassa moottorin oikea ilmamäärän saanti hoidetaan tyhjäkäyntiventtiilin avulla (IAC, Idle air control tai saks. Leerlaufregler), Tyhjäkäyntiventtiili on pääsääntöisesti sähkötoiminen askelmoottori, joka avaa joko läppärungossa olevan ilmakanavan, josta ilma virtaa ohi suljetun kaasuläpän, tai raottaa kaasuläppää. ECU:n kartalle on ohjelmoitu kylmän ja siitä lämpimämmäksi muuttuvan moottorin vaatimat pyörintänopeudet. Nopeutta säädettäessä ECU ottaa huomioon laturin ja ilmastointilaitteen toimintojen aiheuttamat moottorin pyörintävastuksen muutokset.

Työkierrosten säätö[muokkaa]

ECU:n tehtävänä on pitää moottorin kierrokset optimaalisina, vakionopeussäädintä käytettäessä. ECU:n kartalle on ohjelmoitu moottorin kierrosluvut määrätyillä vaihteilla, lisäksi varsinaiseen nopeuden mittaamiseen käytetään pyörintänopeusanturia, joka voi sijaita esim, vaihteiston tai voimansiirtoyksikön ulostuloakselilla. ECU säätää moottorin pyörintänopeutta, eli avaa ja sulkee kaasuläppää auton vetovastuksen muutosten mukaan. Kehittyneempi PCM eli voimalinjan ohjausyksikkö (Powertrain control module) huolehtii myös automaattivaihteiston ohjauksesta suhteessa moottorin pyörintänopeuteen. Vanhemmissa järjestelmissä vaihteiston ohjaus on hoidettu esim. mekaanisesti tai ECU:n parametreilla on voitu vaikuttaa myös vaihteiston ohjaukseen. Nykyaikaisissa autoissa on enenevässä määrin yleistymässä mukautuva vakionopeussäädin, johon voi olla yhdistetty nopeudenrajoitin, ruuhka-ajoavustin tms. Lisäksi autonomiset taskupysäköintiavustimet ovat yleistymässä. Kaikissa näissä ECU ohjaa moottorin kaasunkäyttöä osana PCM-järjestelmää, jarrujen ohjausta ym. tähän liitettyjä toimintoja. Viimeksi mainittuun voi olla lisäksi liitetty ajonvakautus-, luistonesto-, kaarrevakautus-, hätäjarrutus- ym. järjestelmiä, jotka toimivat synkronoidusti ECU:n kaasuläpän ohjauksen kanssa.

Muuttuva venttiilienajoitus[muokkaa]

Mikäli moottori on varustettu muuttuvalla venttiilenajoituksella ECU:n tehtäviin kuuluu tämän toiminnon ohjaaminen. Aivan kuten sytytysennakon muutoksella, myös venttiilien ajoituksen ja aukioloajan muutoksilla voidaan vaikutttaa moottorin ominaisuuksiin ja optimoida sen toimintaa. Raskaissa kuorma-autodieseleissä ECU voi kääntää venttiilien ajoituksen sellaiseksi, että moottorista saadaan aikaan tehokkaasti jarruttava kompressori.

Joidenkin moottorivalmistajien käyttämä sylinterien lepuutusjärjestelmä liittyy läheisesti venttiilien ajoituksen muutoksiin ja on hoidettu ECU:n toimesta.

Fiat S.p.A:n 2000-luvun alussa markkinoille tuoma MultiAir-moottoriteknologia mahdollistaa moottorin hengittämisen, ts. imuilman annostelun, ilman kaasuläppää. Venttiilien avaamisesta ja sulkemisesta vastaa ECU:n ohjaama sähköhydraulinen yksikkö, joka muuttaa venttiilien avautumaa ja aukioloaikaa ECU:n antamien käskyjen mukaisesti.

Historia[muokkaa]

Ensimmäinen innovaatio saada monta toimintoa yhden automaattisen yksikön ohjaamaksi, oli Focke-Wulf Fw 190 -lentokoneen "Kommandogerät"-yksikkö. Tämä sähkömekaaninen yksikkö sääti automaattisesti 14-sylinterisen BMW 801 -tähtimoottorin polttoaineseosta, potkurin lapakulmaa, ahtimen tehoa ja magneettosytytyksen ajoitusta.

Ensimmäinen tietokonetyyppinen, maakulkuneuvossa sovellettu ohjausyksikkö oli amerikkalaisen Bendix Corporation -yhtiön valmistama Electrojector. Laite oli kehitetty lentokonemoottoreiden polttoaineensyötöstä vastaavasta laitteesta. Electrojectorin "aivot" olivat transistoroitu modulaattori, joka sai ajoitussignaalinsa virranjakajaan sijoitetuilta toisilta katkojan kärjiltä. Järjestelmä keräsi antureiden kautta tietoa moottorin lämpötilasta, kaasuläpän asennosta, imusarjan paineesta ja ajoneuvon korkeussijainnista, ts. imuilman tiheydestä. Modulaattori yhdisti tämän datan, suoritti laskutoimituksen ja lähetti polttoainesuuttimille ohjauskäskyn suihkutettavan polttoaineen määrästä eli suuttimen aukioloajasta. Electrojector oli tarjolla Chrysler Corporationin valmistamiin autoihin vuonna 1958. Chryslerin arkistotieto kertoo, että todella kallis laitteisto asennettiin 35 autoon, joihin kuuluivat konsernin kaikki silloiset merkit: Chrysler, DeSoto, Dodge ja Plymouth.[2]

GM esitteli vuonna 1975 ensimmäisen massavalmistetun polttoaineen suihkutusjärjestelmän, joka otettiin käyttöön mallivuoden 1976 Cadillac Sevillessa. Järjestelmän toimintaa ohjasi melko alkeellinen analoginen tietokone, eri antureilta keräämänsä tiedon pohjalta. Järjestelmän olivat kehittäneet yhteistyössä Bendix, Bosch ja General Motors.[3]

Vuonna 1976 Chrysler Corporation esitteli ensimmäisen moottorin toimintaa ohjanneen transistoroidun tietokoneen: Chrysler Lean Burn -järjestelmän. Siihen kuului kahdeksan anturia, joiden perusteella ohjausyksikkö laski optimaalisen sytytyshetken ja teki siihen muutoksia lennosta. Koska polttoainejärjestelmässä käytettiin kaasutinta, sähkötoimisen suihkutuksen sijaan, tietokone ei voinut vaikuttaa annosteltavan polttoaineen määrään. Lean Burn -järjestelmä kärsi alkuun lastentaudeista, mutta sitä parannettiin jatkuvasti. Vuonna 1981 Chryslerin 2,2-litraiset neloskoneetkin olivat jo varustettu sähköisen palautesignaalin antavalla kaasuttimella ja tietokoneella.[4][5]

Ford toi oman ensimmäisen tietokoneohjatun järjestelmänsä markkinoille vuonna 1978. Silloinen EEC-1-järjestelmä (Electronic Engine Control) ohjasi sytytksen ja EGR:n toimintaa.

Vuonna 1980 Cadillac otti 368 V8 -moottorilla varustettujen Eldorado- ja Seville-malliensa yhteydessä käyttöön sähkötoimisen polttoaineen suihkutuksen (DFI, Digital Fuel Injection), joka sisälsi itsediagnoositoiminnon.

Mallivuodelle 1981 Cadillac toi tarjolle tietokoneohjatulla sylinterien lepuutuksella varustetun V8-6-4 (L62) -moottorin.

Chrysler Corporation oli ensimmäinen valmistaja, joka otti käyttöön tietokoneen uudelleenohjelmoitavan "flash"-muistin, vuonna 1994. Yhtiö oli jo 1980-luvulta lähtien rakentanut polttoaineen suihkutuksella varustettujen malliensa tietokoneet niin, että loppukäyttäjällä on itsellään mahdollisuus lukea moottorin ohjauksen itsediagnoosin vikakoodit.

Amerikkalaiset valmistajat siirtyivät vuonna 1996 käyttämään bensiinimoottoristen henkilöautojensa moottorien yhteydessä OBD-II -järjestelmää. Euroopassa OBD-II otettiin käyttöön bensiinimoottoristen autojen järjestelmänä vuonna 2001. Vaikka eri moottorivalmistajilla on käytössään omat moottorin ohjausjärjestelmänsä, OBD-II -standardi on vakioinut diagnoosipistokkeen pinnien järjestyksen ja vikakoodien numeroinnin.

ECU-järjestelmiä[muokkaa]

Entisiä[muokkaa]

Nykyisiä[muokkaa]

Viitteet[muokkaa]