TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motor
NÁVRH ZM N V DATOVÝCH POLÍCH ÍDÍCÍ JEDNOTKY PRO OPTIMÁLNÍ VÝKONOVÉ A EMISNÍ PARAMETRY MOTORU
PROPOSAL OF AJDUSTMENTS IN THE DATA ENTRIES OF CONTROL UNIT FOR OPTIMAL OUTPUT AND EMISSIVE
PARAMETERS OF THE ENGINE DIPLOMOVÁ PRÁCE
Josef Ptá ek
Kv ten 2007
TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI
FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motor
Obor 2302T010 Konstrukce stroj a za ízení
Zam ení
Pístové spalovací motory
NÁVRH ZM N V DATOVÝCH POLÍCH ÍDÍCÍ JEDNOTKY PRO OPTIMÁLNÍ VÝKONOVÉ A EMISNÍ PARAMETRY
MOTORU
PROPOSAL OF AJDUSTMENTS IN THE DATA ENTRIES OF CONTROL UNIT FOR OPTIMAL OUTPUT AND EMISSIVE
PARAMETERS OF THE ENGINE Diplomová práce
KSD – DP – 506
Josef Ptá ek
Vedoucí diplomové práce: Ing. Josef Blažek Konzultant diplomové práce: Ing. Zbyn k Sedlá Po et stran : 80
Po et obrázk : 54 Po et p íloh : 5
Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra vozidel a motor
Dokon eno : 2007
Archivní ozna ení zprávy:
Kv ten 2007
Diplomová práce KSD - DP - 506
Návrh zm n v datových polích ídící jednotky pro optimální výkonové a emisní parametry motoru
Resumé
Diplomová práce se zabývá popisem zm n v datových polích ídící jednotky, s cílem zvýšení výkonových parametr motoru s ohledem na emise výfukových plyn .
První ást práce je v nována popisu elektronického systému ízení motoru, zapojení sníma , idel a ak ních len , jejich komunikaci s ídící jednotkou motoru a nastavení v p ípad poruchy. Dále popisuje druhy používaných datových pam tí a základní zp soby zm n v datových polích. Popsány jsou vlivy úprav na vn jší projevy motoru, tj. emise výfukových plyn , spot eba paliva, životnost a spolehlivost motoru. V neposlední ad se zabývá metodou využití elektrických mezi lánk (PowerBox, apod.).
V praktické ásti se diplomová práce v nuje rozboru jednotliv provedených úprav a m ením výkonových parametr každé zm ny na válcovém dynamometru, v etn porovnání výsledk se sériovou verzí. Práce se také zabývá problematikou kou ivosti vzn tových motor ,
m enou podle legislativn dané metody volné akcelerace. Dále porovnává výsledky nam ené touto metodou s kontinuálním m ením kou ivosti motoru p i zát ži.
V záv ru práce jsou vyhodnoceny výsledky praktické ásti. Popsány jsou výhody a nevýhody provedených úprav a jejich vliv na emise výfukových plyn motoru. Práce je zakon ena zhodnocením praktické využitelnosti softwarových úprav motor .
Klí ová slova ak ní leny diagnostika
elektronické ízení motoru emise výfukových plyn chiptuning
kou ivost motoru kroutící moment opacimetr
otá ková charakteristika ídící jednotka
sníma e
úprava datových polí válcový dynamometr volná akcelerace výkon
zatížení
Proposal of Ajdustments in the Data Entries of Control Unit for Optimal Power and Emissive Parameters of the Engine
Annotation
Diploma work deals with the description of adjustments in data entries of control unit with the goal of increasing the power parameters of the engine, considering also the exhaust-gas emissions.
First part of this work is devoted to the description of engine electronic control system, integration of sensors and activators, its communication with engine control unit and setting up in case of damage. Diploma work further describes kinds of used data memories and basic methods of changes in data entries. The influence of these changes on external engine
performance such as exhaust-gas emissions, fuel consumption, service life and safety of engine, is also described. The method of using the electrical interlinks (PowerBox, etc.) is also a part of this work.
The practical part is devoted to the analysis of separately-made adjustments and to the measuring of power parameters of each single adjustment, performed on cylindrical dynamometer, including the comparison of results with the serial version. Work also deals with the exhausting problem of diesel engines, measured in accordance with legal reserved method of open acceleration. Hereby given results are compared with the continual
measurement of exhaust-gas emissions of engine during the loading.
The conclusion of this work consists of evaluation of results given in practical part.
Advantages and disadvantages of made adjustments and its influence on exhaust-gas emissions are provided. Thesis is closed by evaluation of practical using of software adjustments made on engines.
Key words activators diagnostics
electronical engine control exhaust-gas emissions chiptuning
engine exhausting torque
opacimeter
rpm charakteristics control unit
sensors
data entries adjustments cylindrical dynamometer open acceleration
power loading
Prohlášení k využívání výsledk diplomové práce
Byl jsem seznámen s tím, že na mou diplomovou práci se pln vztahuje zákon . 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.
Beru na v domí, že technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnit ní pot ebu TUL.
Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si v dom povinnosti informovat o této skute nosti TUL; v tomto p ípad má TUL právo ode mne požadovat úhradu náklad , které vynaložila na vytvo ení díla, až do jejich skute né výše.
Diplomovou práci jsem vypracoval samostatn s použitím uvedené literatury a na základ konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem.
V Liberci dne ……… ………
podpis
Pod kování
D kuji všem, kte í mi umožnili zpracování této diplomové práce, zejména
Ing. Zby ku Sedlá ovi za plnou podporu a pomoc p i ešení úkol , Ing. Milanu Cikrytovi a kolektivu SOU Záb eh na Morav za možnost provést m ení v jejich laborato i, Karlu Sobkovi za poskytnutí softwaru a za jeho spolupráci p i vytvá ení datových úprav, Vladimíru Vaskovi za poskytnutí emisní stanice pro m ení kou ivosti a v neposlední ad Ing. Josefu Blažkovi, za podn tné rady, p ipomínky a pe livé vedení mé práce.
Seznam symbol a jednotek
A ampér
AD analogov digitální
AGR mechanický ventil recirkulace výfukových plyn AGR kód motoru
AHF kód motoru
aj. a jiné
apod. a podobn atd. a tak dále bar jednotka tlaku Bn stupe z ernání
cm centimetr
CO oxid uhelnatý
CO2 oxid uhli ítý
. íslo
DF svorka alternátoru
EEPROM electronically erasable programmable read only memory EGR elektromagnetický ventil recikulace výfukových plyn EOBD european on bord diagnostic
EPROM erasable programmable read only memory
FLASH pam t tymu RAM, elektronicky programovatelná, organizovaná do blok
GB giga byte
h hodina
H2O voda
HC uhlovodíky
HDD hard disk
HSU hatrige smoke unit k sou initel abrobce
k k
kB kilo byte
K korun eských
kHz kilo hertz
km kilo metr
kPa kilo pascal
kW kilo watt
L ú inná dráha
ln logaritmus
m metr
mA mili ampér max. maximální
MB mega byte
mg mili gram
min minuta
min. minimální mm mili metr mV mili volt
m mili ohm
N lineární stupe absorbce
N2 dusík
nap . nap íklad Nm newton metr NOX oxidy dusíku
O2 kyslík
OBD on board diagnostics obr. obrázek
PC personal computer
PID proporcionáln integra n deriva ní
PROM electronically programmable read only memory RAM read access memory
ROM read olny memory J ídící jednotka SO2 oxid si i itý
SZ Schwarzunszahl
tab. tabulka TDI turbo diesel tj. to jest tzn. to znamená tzv. tak zvaný
V volt
z zdvih
m mikrometr
°C ohm Celsi v stupe
2D dvou rozm rný
3D t í rozm rný
Obsah
Úvod... 10
Základní charakteristika elektronicky ízeného motoru AHF 1.9 TDI 81 kW ... 11
Elektronický systém ízení ... 12
Popis sníma , spína a idel... 12
Popis ak ních len ... 17
ízení vst ikovaného množství paliva ... 20
ízení po átku vst iku a p edvst iku... 21
Datová pole v ídících jednotkách motor a jejich úpravy ... 22
Spot eba paliva... 23
Emise výfukových plyn ... 23
Životnost a spolehlivost motoru... 23
Alternativa zm ny datových polí - PowerBox ... 24
Popis válcového dynamometru a zp soby m ení ... 26
M ení vn jší otá kové charakteristiky se sériovým nastavením ídící jednotky... 28
Výsledky m ení . 1... 31
Výsledky m ení . 2... 32
Software ECM 2001... 35
P íprava ídí jednotky a m ení provedených úprav ... 40
Zm na nastavení omezova e kroutícího momentu motoru úprava - 5... 41
Nam ené hodnoty po úprav omezova e kroutícího momentu... 43
Zm na pr b hu tlaku turbodmychadla úprava . 4... 46
Nam ené hodnoty po úprav tlaku turbodmychadla ... 48
Zm na rychlosti reakce p i sešlápnutí akcelerátoru úprava . 3 ... 49
Nam ené hodnoty po úprav .3... 51
Maximální dávka paliva úprava . 2 ... 53
Nam ené hodnoty po úprav .2... 56
Vst ikování paliva p i áste ném zatížení úprava . 1 ... 58
Nam ené hodnoty po úprav .1... 60
Celková úprava úprava . cel ... 62
Nam ené hodnoty po celkové úprav ... 63
M ení kou ivosti vzn tových motor ... 66
Filtra ní metoda... 66
Hmotnostní m ení koncentrace ástic ... 67
Opacimetrie ... 67
M ení kou ivosti na testované Škod Octavii ... 69
M ení kou ivosti p i zát ži se sériovými daty ... 70
M ení kou ivosti p i zát ži s pam tí úpravy . 1... 71
M ení kou ivosti p i zát ži s pam tí celkové úpravy ... 71
Ov ení metody m ení kou ivosti volnou akcelerací ... 73
M ení . 1... 73
M ení . 2... 74
M ení . 3... 74
Záv r... 76
Seznam použíté literatury... 79
Seznam p íloh... 80
Úvod
lov k ze své podstaty je tvor stále nespokojený a sout živý. Automobil, který je dnes b žnou sou ástí života, se stává pro stále více lidí partnerem a osobním královstvím na celé hodiny každý den, kdy jej užívají ke své práci i zábav . Snad všichni n kdy zatoužili, aby jejich ty kolový p ítel jel n kdy rychleji nebo m l k dispozici více síly p i p edjížd jícím manévru. Jednou z možností jak takové p ání vyplnit bez velkých investic jsou softwarové úpravy elektronicky ízených motor – chiptuning.
V dnešní kosmopolitní spole nosti je nep eberné množství firem, které nabízí impozantn vyhlížející úpravy s nár sty výkonových parametr v ádech desítek procent.
Slibují nižší spot ebu paliva a nesníženou životnost. Každému racionáln uvažujícímu lov ku se to musí zdát alespo podez elé.
Tato práce se v nuje popisu takové úpravy od po átku, kdy je t eba se soust edit na vnit ní pochody a seznámit se s elektronickým ízením daného motoru. Rozebírá dnes b žn dostupné možnosti zvyšování výkonových parametr a techniku úprav datových polí
v ídících jednotkách. Popisuje vliv provád ných úprav na provozní vlastnosti automobilu, jako je nap . spot eba paliva, životnost a spolehlivost automobil a v neposlední ad uživateli opomíjené emise výfukových plyn . Ty jsou v sou asnosti p i vývoji motor na prvním míst a stále se zp ís ující emisí normy nutí výrobce hledat i ty nejskryt jší rezervy, pomocí kterých se mohou dostat pod nastavené limity.
V hlavní ásti se práce v nuje podrobnému popisu úprav p ti parametr , díky nimž lze dosáhnout požadovaného nár stu výkonu a kroutícího momentu. Popisuje p vodní tovární nastavení a provedené zm ny v softwarovém prost edí ECM 2001. Nam ené výsledky z m ení na válcovém dynamometru pak umož ují sledovat vliv t chto samostatn provedených úprav na pr b h vn jší otá kové charakteristiky motoru. V nuje se popisu celkové úpravy datových polí, ve které jsou slou eny všechny samostatn testované zm ny a shrnuje výsledky nár stu výkonových parametr , kterých bylo dosaženo. Dále rozebírá metody pro m ení kou ivosti vzn tových motor . V nuje se výsledk m nam ené kou ivosti metodami volné akcelerace a kontinuálním m ením p i zát ži. Toto m ení probíhalo
souvisle s provád nými m eními výkonových parametr motoru na válcovém dynamometru, takže se zm na výkonu p esn odráží ve zm n kou ivosti.P edkládaná diplomová práce by tedy m la sloužit jako základní rozbor problematiky softwarových úprav v ídících
jednotkách a na provedeném m ení prokázat souvislosti a zákonitosti dané problematiky.
Základní charakteristika elektronicky ízeného motoru AHF 1.9 TDI 81 kW
M ení je provád no na vozidle Škoda Octavia první generace s koncernovým
vzn tovým motorem AHF 1. 9 TDI 81 kW. Motor vychází konstruk n z typu AGR 1.9 TDI 66kW je u n j však použito nového turbodmychadla s nastavitelnými
rozvád cími lopatkami.
Pr m r d r v p tiotvorových vst ikovacích tryskách byl zvýšen na 205 m (z p vodních 197 m). V tší otvor trysek a výkonn jší turbodmychadlo umožnili Obr. . 1: Škoda Octavia na stanovišti válcové dynamometru zvýšení výkonu na 81 kW.
Vzn tový motor AHF je vybaven p ímým vst ikem paliva s rozd lovacím vst ikovacím erpadlem VP37. ídící jednotka motoru Bosch MSA 15 pln p ejímá kontrolu nad množstvím vst ikovaného paliva, po átkem vst iku, plnícím tlakem, zp tným vedením výfukových plyn , dobou žhavení a elektrických vyh íváním chladící kapaliny. Základní parametry motoru jsou následující:
Motor 1.9 TDI
kód motoru AHF
konstrukce adový ty válec
zdvihový objem 1896 cm3
maximální výkon motoru 81 kW / 4150 min-1
maximální kroutící moment 235 Nm / 1900 min-1
vrtání 79,5 mm
zdvih 95,5 mm
kompresní pom r 19,5 : 1
volnob žné otá ky 875 ÷ 950 min-1
elektronický systém Bosch EDC
p íprava sm si elektronicky ízené p ímé vst ikování rozd lovací vst ikovací erpadlo Bosch VP37
po adí vst ikování 1 - 3 - 4 - 2
asování vst ikovacího erpadla 0,70 ± 0,02 mm tlak na vst ikovacích ventilech 190 ÷ 200 bar
minimáln 170 bar
turbodmychadlo Garrett GT15
tlak turbodmychadla 0,55 ÷ 0,75 / 3000 bar/min-1 Tab. . 1: Základní parametry motoru
Elektronický systém ízení
Po íta em podporované ízení motoru je speciáln p izp sobeno požadavk m regulace otá ek turbodmychadla. V systému jsou zapojeny následující sníma e, idla a spína e:
• sníma zdvihu jehly
• sníma otá ek motoru
• sníma množství nasávaného vzduchu
• idlo teploty chladící kapaliny
• sníma teploty nasávaného vzduchu
• idlo tlaku nasávaného vzduchu
• spína brzdových sv tel a brzdového pedálu
• sníma spojkového pedálu
• sníma polohy pedálu akcelerace ( + koncový spína volnob žných otá ek, + spína pohybu pedálu akcelerace – tzv. kick-down )
• sníma polohy regula ního šoupátka
• sníma teploty paliva
Tyto sníma e p edávají signál do ídící jednotky motoru. Sníma atmosférického tlaku je p ímo zabudován v t lese ídící jednotky. Další signály mohou být z klimatizace a DF svorky na alternátoru.
Popis sníma , spína a idel
• Sníma zdvihu jehly
Na vst ikovací trysce t etího válce je p ipojen sníma zdvihu jehly pro zjišt ní skute ného po átku vst iku. Skládá se z elektromagnetické cívky, která je napájena konstantním proudem z ídící jednotky. Uvnit cívky je trn v podob prodloužené jehly trysky, jejíž pohyb zp sobuje zm nu indukovaného nap tí v cívce. Okamžik indukce nap tí v cívce je ídící jednotkou Obr. . 2: Sníma zdvihu jehly[8] porovnáván se signálem o horní úvrati pístu ve t etím válci.
J vypo ítá z rozdílu skute ný okamžik po átku vst iku. Výsledná hodnota se porovná s požadovanou hodnotou a pokud je mezi nimi diference, dojde ke korekci stávající hodnoty nastavení po átku vst iku paliva do válce.
V p ípad výpadku signálu je spušt n nouzový chod motoru. Po átek vst iku se ídí podle datového pole v ídící jednotce a dojde ke snížení vst ikovaného množství paliva.
• Sníma otá ek motoru
Induktivní sníma otá ek motoru je umíst n na klikové h ídeli na stran u setrva níku.
Snímá uhel neto ení klikové h ídele z na n m p ipevn ného speciálního kotou e (jeho p esná polohaje fixována lícovacím kolíkem) se ty mi vý ezy. M í se odstup mezi dv ma po sob následujícími impulzy. Okamžitá poloha klikového h ídele se vypo ítá vyhodnocením ty impulz . Signál slouží k výpo tu vst ikovaného množství paliva a po átku vst iku.
Dále je signál použit k ízení funkcí zp tného vedení Obr. . 3:Sníma otá ek motoru[8] výfukových plyn a p edžhavování.
V p ípad výpadku signálu se je spušt n nouzový chod motoru. Jako náhradní signál je použit signál ze sníma e zdvihu jehly. Po átek vst iku se ídí podle datového pole ídící jednotky motoru. Sníží se plnící tlak vzduchu a vst ikované množství paliva.
• Sníma množství nasávaného vzduchu
Sníma je umíst n v sacím potrubí hned za filtrem vzduchu. Množství protékajícího vzduchu se ur uje pomocí senzoru pracujícího podle principu vyh ívaného drátu. Proudící vzduch ochlazuje drát, respektive vodivou fólii, a tím klesá její odpor. Zm na proudu je
vyhodnocována ídící jednotkou. Výsledek m ení sníma e slouží k ízení recirkulace výfukových plyn (EGR) a k omezení
Obr. . 4:Sníma množství nasávaného vzduchu[8] vst ikovaného množství paliva ve chvíli, kdy by bylo množství nasávaného vzduchu tak malé, že by docházelo ke spalování za vzniku kou e.
V p ípad výpadku signálu dojde ke snížení tlaku v turbodmychadle a nastaví se konstantní hodnoty pro optimalizaci chodu.
• idlo teploty chladící kapaliny
idlo fungující jako odpor s negativním teplotním koeficientem se nachází v hlav válc v hrdle výstupního potrubí chladící kapaliny. Poklesem nap tí se p edává okamžitá teplota do ídící jednotky. Signál se používá k výpo tu po átku vst iku, k dob p edžhavování, k vyh ívání chladící kapaliny a Obr. . 5: idlo teploty chladící recirkulace výfukových plyn .
kapaliny [8] V p ípad výpadku signálu se použije náhradní teplota. Dojde k p erušení vyh ívaní chladící kapaliny. P edžhavení probíhá po hodnotu maximální doby.
• idlo tlaku a sníma teploty nasávaného vzduchu
idlo tlaku a sníma teploty jsou umíst ny v potrubí za chladi em nasávaného vzduchu a dodávají signál do ídící jednotky. Na základ t chto hodnot se poté koriguje plnící tlak vzduchu, ídí recirkulace výfukových plyn ,
vst ikovanou dávku, po átek vst iku a vyh ívání chladící kapaliny.
V p ípad výpadku signálu z idla tlaku použije ídící Obr. . 6: idlo tlaku a sníma teploty jednotka pevnou hodnotu plnícího tlaku.
nasávaného vzduchu [8] V p ípad výpadku signálu ze sníma e teploty se pro výpo et mezní hodnoty plnícího tlaku a vyh ívání chladicí kapaliny použije pevná náhradní hodnota 20 °C.
• Spína brzdových sv tel a brzdového pedálu
Oba spína e jsou integrovány do jedné sou ástky p ipevn né p ímo na brzdovém pedálu. Oba spína e dávají signál ídící jednotce motoru „brzdový pedál sešlápnutý“ a tím se vylu uje možnost sou asn akcelerovat i brzdit. „Zdvojený“ signál zaru uje systému dvojnásobnou jistotu. Spína brzdových Obr. . 7: Spína brzdových sv tel sv tel rozsv cí brzdová sv tla. Signál se v ídící jednotce
a brzdového pedálu [8] používá p i deceleraci pro p erušení dodávky paliva a kontrolu v rohodnosti signálu ze sníma e polohy akcelerátoru.
V p ípad výpadku signálu pracuje ídící jednotka v nouzovém režimu a upraví vst ikované množství paliva.
• Spína spojkového pedálu
Spína je umíst n p ímo na pedálu spojky a p edává ídící jednotce informaci o zapnutí nebo vypnutí spojky.
Krátkodobým snížením vst ikované dávky paliva p i sešlápnutí spojky se zabrání škubání motoru p i azení.
Obr. . 8: Spína spojkového pedálu [8]
• Spína polohy pedálu akcelerace
Spína polohy akcelerátoru je formou potenciometru.
Elektrický nap ový signál je p iveden do ídící jednotky a udává p esnou polohu pedálu akcelerace. Uvnit sníma e je válcová pružina, která vytvá í vratnou sílu a tím i pocit
idi e, že ovládá mechanický pedál. Ve sníma i jsou umíst ny také koncový spína volnob žných otá ek a spína pohybu pedálu akcelerace tzv. kick-down. Signál se používá pro výpo et vst ikovaného množství paliva a po átek vst iku. Zárove se používá
k omezení plnícího tlaku vzduchu a k ízení zp tného vedení výfukových plyn .
Obr. . 9: Spína polohy pedálu V p ípad výpadku signálu b ží motor v nouzovém režimu.
akcelerace [8] Nastaví se zvýšené volnob žné otá ky 1300 min-1, které slouží pro dojezd do servisu.
• Sníma polohy regula ního šoupátka
Bezdotykový sníma regula ního šoupátka umíst ný v rozd lovacím erpadle sleduje úhel nato ení excentrického h ídele dávkova e vst ikovacího erpadla. Skládá se ze dvou induktivních sníma . Jeden slouží jako referen ní a druhý je použit pro m ení skute né polohy h ídele. Podél speciáln tvarovaného železného jádra se vytvá í vlivem st ídavého nap tí magnetické pole. Na excentrickém h ídeli je upevn n pohyblivý železný kroužek, který se pohybuje podél jádra. Tím se indukuje v cívce st ídavé nap tí. Fázové posunutí indukovaného nap tí v i požadovanému nap tí je mírou pro nastavení dávkova e. Signál se používá k porovnání skute né hodnoty polohy dávkova e s polohou vypo tenou.
V p ípad výpadku signálu dojde z bezpe nostních d vod k okamžitému odstavení motoru.
• Sníma teploty paliva
Sníma m í teplotu paliva v rozd lovacím vst ikovacím erpadle. Signál se p edává do ídící jednotky (je d ležitý vzhledem k závislosti hustoty paliva na teplot ) a vypo ítává se z n j po átek a konec vst iku paliva.
V p ípad výpadku signálu se po ítá s náhradní konstantní hodnotou.
• Sníma atmosférického tlaku
Piezoelektrický sníma tlaku vzduchu je umíst n p ímo v t lese ídící jednotky motoru. P sobením síly
uvol uje piezokrystal nap tí, které je mírou tlaku.
Sníží-li se atmosférický tlak (nap . zm nou nadmo ské výšky) dojde k deregulaci plnícího tlaku vzduchu a recirkulace výfukových plyn .
Obr. . 10:Sníma atmosférického tlaku[8] V p ípad výpadku signálu dojde ke snížení plnícího tlaku podle p edem zadané hodnoty.
• DF svorka alternátoru
Signál z DF svorky alternátoru, který udává volnou proudovou kapacitu, se vyhodnocuje ve spojitosti s vyh íváním chladicí kapaliny. Funguje jako pojistka proti vybíjení akumulátoru.
V p ípad výpadku signálu dojde k odpojení vyh ívání chladící kapaliny.
Signál klimatizace je použit pro zvýšení po tu volnob žných otá ek motoru, aby p i zapnutí kompresoru klimatizace nebyly p íliš nízké a nedocházelo k neklidnému chodu motoru. Signál o rychlosti vozidla je použit, když je vozidlo vybaveno tempomatem. ídící jednotka upravuje množství vst ikovaného paliva podle rychlosti vozidla, aby byla jízda plynulá. V neposlední ad je vysílán z palubní desky signál o sepnutí elektronického imobilizéru, který zabra uje použití vozidla nepovolané osob .
Z ídící jednotky motoru pak jdou signály do následujících ak ních len :
• žhavicí sví ky motoru, relé žhavicích sví ek
• žhavící sví ky vyh ívání chladící kapaliny, relé žhavících sví ek vyh ívání chladící kapaliny
• p epínací ventil škrtící klapky
• elektromagnetický ventil pro zp tné vedení výfukových plyn
• elektromagnetický ventil omezování plnícího tlaku vzduchu
• kontrolka p edžhavování
• nastavova množství paliva
• uzavírací ventil p ívodu paliva
• ventil po átku vst iku
a další signály mohou být použity pro jako informace o okamžitých otá kách motoru, spot eb paliva a pro klimatizaci.
Popis ak ních len
• Žhavící sví ky motoru
Žhavící sví ky jsou umíst ny v hlav každého válce a jejich hrot je v blízkosti trysky vst ikova e. Jsou aktivovány ídící jednotkou motoru, která na základ signálu o otá kách motoru a teplot chladící kapaliny vypo te doby p edžhavování, žhavení a dožhavování.
Obr. . 11: Žhavící sví ky motoru [8]
• Žhavící sví ky pro vyh ívání chladící kapaliny
Pro zajišt ní dostate ného p ívodu tepla do prostoru pro cestující a výpomoc p i studených startech je motor vybaven t emi žhavícími sví kami. Jsou p išroubovány na spojovacím hrdle chladící kapaliny na hlav válc . Je-li teplota v dob startu motoru nižší než 5 °C (p esná hodnota je uložena do pam ti), aktivuje se p es dv relé vyh ívání chladící kapaliny.
Obr. . 12: Žhavící sví ky Aby se zabránilo vybíjení akumulátoru, lze napájet t i, dv nebo jen pro vyh ívání chladící jednu žhavící sví ku (signál z DF svorky alternátoru). Vyh ívání je
kapaliny [8] p erušeno p i dosažení ur ité teploty. Ta je dána ídící jednotkou a je závislá na p vodní teplot p i startu ( ím je teplota p i startu nižší, tím vyšší je teplota, p i které dojde k odpojení vyh ívaní).
• P epínací ventil škrtící klapky
V sacím potrubí je umíst na klapka, která v okamžiku vypnutí motoru p eruší dodávku vzduchu. Tím dojde ke kompresi menšího množství vzduchu a motor „dob hne“ m k eji.
Klapka má dv pracovní polohy: otev eno a zav eno. V poloze otev eno p sobí na membránu ovládacího podtlakového ventilu atmosférický tlak. P i vypnutí motoru vyšle ídící jednotka do p epínacího ventilu škrtící klapky proud, který p itáhne kotvu. Ta uvolní p ívod podtlaku na membránu podtlakového ventilu, který p estaví škrtící klapku do polohy zav eno. Klapka setrvá v této poloze po dobu t í sekund a vrací se do polohy otev eno.
• Elektromagnetický ventil pro zp tné vedení výfukových plyn EGR
Elektromagnetický ventil pro zp tné vedení výfukových plyn se nachází na p í né st n v motorovém prostoru pod její horní ástí a ovládá pomocí podtlaku mechanický ventil AGR pro zp tné vedení výfukových plyn . Skládá se z cívky, jádra, vn jší a vnit ní membrány. V klidové poloze je p ívod
podtlaku k AGR ventilu uzav en. Na cívku ventilu je
p ivád no nap tí s konstantním kmito tem. Impulzy se zm nou kmito tu p ivád né od ídící jednotky jsou p em ovány na mechanický pohyb jádra cívky, které potom otvírá p ívod Obr. . 13: EGR ventil [8] podtlaku.
V p ípad poruchy se odpojí zp tné vedení výfukových plyn , to se ale nijak výrazn neprojeví na chodu motoru.
• Elektromagnetický ventil omezování plnícího tlaku vzduchu
Ventil se nachází na p í né st n v motorovém prostoru pod jejím horním okrajem. Ovládá membránu v tlakové nádob mechanického ventilu plnícího tlaku vzduchu. V klidové poloze prochází plnící vzduch (o stejném tlaku jako je v sacím potrubí) voln skrz elektromagnetický ventil k mechanickému ventilu plnicího tlaku vzduchu na turbodmychadle. Tam se po dosažení Obr. . 14: Ventil omezování ur itého tlaku otev e klapka ventilu pro regulaci plnícího tlaku plnící tlaku vzduchu [8] vzduchu a výfukové plyny mohou nyní voln proudit vzniklým otvorem p ímo do výfuku, aniž by procházely turbodmychadlem. V aktivním stavu je ást plnícího vzduchu odvád na do sacího kanálu. ídící jednotka vysílá k elektromagnetickému ventilu výchozí signály odpovídající datovému poli plnícího tlaku. Otev ením, p ípadn zav ením, se zvyšuje nebo snižuje tlak v sacím potrubí na regula ním ventilu plnícího tlaku turbodmychadla. V p ípad poruchy se omezí tlak mechanickou cestou na 0,075 MPa.
• Kontrolka p edžhavování
Kontrolka p edžhavování signalizuje na p ístrojové desce svým svícením dobu p edžhavování. Svým p erušovaným svícením signalizuje závadu na následujících dílech:
- sníma zdvihu jehly Obr. . 15: Kontrolka
- sníma polohy regula ního šoupátka p edžhavování [8]
- sníma otá ek motoru
- sníma polohy regula ního šoupátka - sníma polohy pedálu akcelerace
- sníma brzdových sv tel a spína e brzdového pedálu - nastavova množství paliva
- ventil po átku vst iku
Kontrolku aktivuje ídící jednotka pouze v p ípad hrozícího nebezpe í, že nebude možné pokra ovat v jízd .
• Nastavova množství paliva
Nastavova množství paliva je p ipevn n v horní asti rozd lovacího vst ikovacího erpadla. Signály od ídící jednotky se elektromotoricky m ní v pohyb pohán ného h ídele s excentricky umíst ným kulovým kloubem. Nato ení h ídele je možné v rozmezí 60°. Vratná pružina vytvá í trvale vratný pohyb, který natá í h ídel do nulové polohy. Kulový kloub pohybuje šoupátkem, které se posouvá na rozd lovacím válci sem a tam. ídící pr ez m že být zcela otev en – dodávka paliva p erušena, nebo zcela uzav en – plný plyn.
Jako regula ní parametry jsou ídící jednotkou použity signály o poloze akcelerátoru a otá kách motoru. Korek ní parametry jsou ze sníma teploty chladící kapaliny, množství nasávaného vzduchu a polohy pedálu spojky. Z t chto údaj vypo ítá ídící jednotka hodnotu nastavení, kterou p enáší v podob nap tí na nastavova množství paliva.
V p ípad poruchy na nastavova i se motor zastaví. P i výpadku proudu se vratná pružina postará o p estavení h ídele do polohy „0“. Tím dojde k úplnému uvoln ní ídícího pr ezu rozd lovacího pístu a motor se zastaví.
• Uzavírací ventil p ívodu paliva
Elektromagnetický uzavírací ventil paliva je namontován v horní ásti rozd lovacího erpadla a slouží k p erušení dodávky paliva, respektive k odstavení motoru. Jádro cívky slouží zárove jako ventil. Pokud je cívka napájena proudem, p ekonává jádro odpor pružiny a tím je uvoln n pr tok paliva. Jestliže proud cívkou
neprochází, je p ívod paliva do rozd lovacího vst ikovacího erpadla p erušen.
Obr. . 16: Uzavírací ventil V p ípad poruchy je vozidlo vy azeno z provozu díky p erušení p ívodu paliva [8] dodávky paliva.
• Ventil po átku vst iku
Elektromagnetický ventil je namontován v dolní ásti vst ikovacího erpadla a skládá se z pístku, pružiny a cívky. V klidovém stavu uzavírá pístek p sobením pružiny zp tný tok paliva. Ten se otev e teprve aktivací elektromagnetického ventilu prost ednictvím ídící
jednotky. Tlak paliva, který p sobí na pístek proti smyslu síly vyvíjené pružinou, zp sobuje p esouvání pístku do rovnovážné polohy (p i každém tlaku paliva). Rovnovážná poloha zajiš uje definovanou pozici nastavovacího vále ku vst ikování, a tím posunutí po átku vst iku paliva. Poloha nastavovacího vále ku vst ikování se p enáší pomocí epu na kotou ovou va ku ve
Obr. . 17:Ventil vst ikovacím erpadle. Kotou ová va ka m ní dráhu epu v úhel po átku vst iku [8] nato ení.Tím se va ka pooto í ve sm ru „na d íve“ nebo „na pozd ji“ a po átek vst iku se zm ní v závislosti na jejím nato ení. Pro výpo et hodnoty signálu pro elektromagnetický ventil se používá signál ze sníma e zdvihu jehly jako skute ná hodnota parametru.
V p ípad poruchy se p estane provád t regulace po átku vst iku paliva a aktivuje se nouzový režim. Tím dojde ke snížení plnícího tlaku vzduchu a snížení vst ikovaného množství paliva.
Dalšími výstupními signály z ídící jednotky jsou nap . spot eba paliva, která se vypo ítává z polohy regula ního šoupátka a zobrazuje se na displeji palubního po íta e v p epo tu jako spot eba v l na 100 km nebo otá ky motoru. Ty se zobrazují na p ístrojové desce jako okamžité otá ky motoru, ale používají se také pro výpo et dynamického tlaku oleje apod.
ízení vst ikovaného množství paliva
V závislosti na parametrech vst ikovaného množství, otá ek motoru, to ivého momentu, jízdního komfortu a startování reguluje ídící jednotka motoru nastavova množství paliva. V datovém poli ídící jednotky je uložena výchozí hodnota vst ikovaného množství paliva, která se up es uje pomocí hodnot, které p ichází od sníma , spína a
idel:
• poloha pedálu akcelerace
• poloha koncového spína e volnob žných otá ek
• teplota chladící kapaliny
• teplota paliva
• otá ky motoru
• množství nasávaného vzduchu
• poloha regula ního šoupátka
• brzdový pedál
• poloha pedálu spojky
• signál o rychlosti
ídící jednotka regulací vst ikovaného množství upravuje volnob žné a maximální otá ky, p erušuje dodávku paliva p i setrva ném chodu, zvyšuje dávku p i startování motoru nebo omezuje kou ivost motoru.
ízení po átku vst iku a p edvst iku
Pro optimalizaci spot eby paliva, emisí výfukových plyn nebo chování motoru p i startu je pot eba dodávat palivo do válce ve správný okamžik. Základ pro výpo et po átku vst iku je hodnota datového pole ídící jednotky. Skute ný okamžik otev ení trysky je signalizován sníma em zdvihu jehly. Tato hodnota se neustále porovnává s hodnotou danou datovým polem a p ípadné odchylky se m ní ve zm nu aktivace elektromagnetického ventilu na p esuvníku vst iku, ímž se uzavírá regula ní obvod.
Pevné hodnoty datového pole jsou použity p i startu motoru a v pr b hu jeho oh evu.
Jsou dány teplotou chladící kapaliny.
Datová pole v ídících jednotkách motor a jejich úpravy
Nutnost vyhov t stále p ísn jším limit m exhalací zap í inila použití d mysln jší mikroelektroniky pro posloupnosti výpo t – algoritm , které probíhají v ídící jednotce a jsou základem motormanagementu. Struktura ídící jednotky je podobná b žnému osobnímu po íta i. P ipravuje data pro jednotlivé sou ásti elektronicky ovládaného motoru. Vstupní hodnoty jako otá ky motoru, poloha pedálu akcelerátoru, množství nasávaného vzduchu, signál z lambda sondy, teplota motoru a mnohé další, jsou plynule prom nné (analogové) veli iny a jsou p evád ny AD (analogov digitálními) p evodníky do dvojkové (binární) soustavy tak, aby je mohl mikroprocesor zpracovat. Ten provádí výpo ty s využitím dat tzv.
statických pam tí – ROM, EPROM, EEPROM, FLASH. Data statických pam tí slouží jako základní data pro ízení motoru, eventuáln jsou v nich uloženy korek ní faktory. Výsledky výpo tu z mikroprocesoru jsou k ak ním len m vysílány v podob asových nebo nap ových hodnot. Z tohoto je jasné, že p i zm n základních dat dojde ke zm n výsledných hodnot. Každá zm na parametru vyvolá v systému ízení motoru i vn jší odezvu.
Systém ízení motoru je tedy založen na spojité regulaci pomocí tzv. PID regulátor . Každý regulátor má své výpo tové konstanty – v praxi jsou optimální hodnoty t chto konstant stanoveny experimentáln . Hodnoty složek PID regulace jsou trvale uloženy v pam ti
mikroprocesoru nebo ve vyhrazených pam ových bu kách externí pam ti. P i zm nách datových map uložených v EPROM1) pam ti nejsou tyto konstanty nijak upravovány.
Nejednodušší cesta ke zvýšení to ivého momentu a výkonu sériového motoru je tedy v modifikaci datových polí v ídící jednotce. Na otázku jak je v bec možné takovou „prostou“
cestou zvýšit nap . o 30 % výkon p epl ovaných vzn tových motor koncernu VW lze odpov d t dv ma zp soby. První a ve ejn více diskutovaná varianta je, že výrobci uloží do
ídící jednotky data, která jsou jakousi zlatou st ední cestou pro všechny sv tové trhy. To by znamenalo kompromis vzhledem k teplotním pásm m, kvalit paliva, emisních limit m, ale i legislativ pojišt ní a podobn . Druhá varianta je finan ní. Automobilka zkonstruuje základní typ motoru a z n j potom p i minimálních nákladech m že vytvo it n kolik výkonových variant. Takový postup ušet í oproti vývoji nového agregátu hodn práce i financí. Na obou teoriích je pravd podobn n co pravdy. Nejd ležit jší faktor pro výkonovou rezervu p i tvorb továrního nastavení datových polí jsou zajisté stále se zp ís ující emisní limity.
1) semipermanentní typ pam ti typu ROM-RAM, jejíž obsah je mazatelný ultrafialovým zá ením. P ed novým naprogramováním je nutné pam smazat. K programování se používá v tšinou n kolikanásobn vyšší nap tí než ke tení (typ 12V nebo 25V proti 5V napájecího nap tí. [zdroj:<www.wikipedia.cz>]
Automobil musí p i všech jízdních režimech spl ovat normy pro emise, což se pro výrobce automobilu stává stále obtížn jší a nejjednodušší cestou je práv v kritických fázích snížit dávku paliva, p edvst ik aj. tak, aby i v kritické fázi automobil normám vyhov l.
Spot eba paliva
Se zm nou datových polí dochází i ke zm n spot eby paliva. Se zvýšením výkonu motoru vzhledem k fyzikálním závislostem p em ny paliva na mechanickou energii a tím, že základním parametrem úprav je zvýšení dávky paliva, samoz ejm stoupá i spot eba paliva.
Dá se nicmén konstatovat, že pokud dojde úpravou ke zvýšení to ivého momentu motoru, má idi k dispozici p i jízd v tší sílu. To znamená, že p i ur itých režimech jízdy,
nap .akceleraci, nemá pot ebu adit a to vede ke snížení spot eby paliva.
Emise výfukových plyn
U zážehových motor dochází kv li zvýšení bohatosti sm si (nižší hodnota lambda sondy) k nár stu obsahu oxidu uhelnatého CO a nespálených uhlovodík HC. K výraznému zvýšení emisí HC dochází v p ípadech neúm rn zvýšeného plnícího tlaku, kdy za íná selhávat zapalování, nebo není vytvo ena pot ebná energie jiskry zapalovací sví ky.
Zvýšení plnící dávky paliva u vzn tových motor , bez pot ebného navýšení dávky vzduchu jako oxida ního inidla zp sobuje nár st kou ivosti motoru. Doprovodným jevem, který také zp sobí zvýšení emisí je potom porucha EGR ventilu vlivem zne išt ní.
Životnost a spolehlivost motoru
V dnešní dob neexistuje žádná spolehlivá statistická metoda, která by vyhodnotila spolehlivost nebo životnost motor s upravenými ídícími jednotkami. Je to dáno hlavn zanedbatelným vzorkem upravených automobil na trhu vzhledem k masové sériové
produkci. Faktem z stává, že s využitím zvýšeného výkonu a to ivého momentu upraveného motoru samoz ejm klesá životnost jednotlivých mechanických komponent. Ty jsou sice konstruovány s dostate ným bezpe nostním koeficientem, ale p i nár stu kroutícího momentu o 20 – 30 % nelze p edpokládat, že neklesne životnost spojky, která tento zvýšený to ivý moment musí p evést na p evodovku.
D ležitým argumentem proti úpravám datových polí ídících jednotek motor je ztráta záruky od výrobce. Cena úpravy výkonu je n kolikanásobn nižší než je rozdíl dvou
výkonových verzí jednoho motoru, nap .1.9 TDI 74kW a 1.9 TDI 96kW, takže se
automobilky chrání proti „zneužití“ takových úprav, které by jim v podstat snižovaly zisk.
Alternativa zm ny datových polí - PowerBox
Zm na dat elektronické ídící jednotky je závislá na použitém typu ídící jednotky a typu pam tí. Starší systémy ízení motoru používali jen statické pam ti, které musely být fyzicky vyjmuty a p eprogramovány v externím programátoru. To je p ípad Škoda Octavia 1.9 TDI, vybrané pro úpravy v rámci této práce. Používaly se i typy, které nebylo možné p epsat a museli se nahradit novými. U nov jších ídících jednotek je zm na dat mnohem jednodušší a bez nutného zásahu p ímo do ídící jednotky. P ipojením se p es diagnostickou zásuvku automobilu lze p ehrát obsah pam tí. Tento zp sob je použitelný také u typ , které
mají data uloženy ve vyhrazeném pam ovém prostoru, který je sou ástí mikroprocesoru. Pro zvýšení výkonu a to ivého momentu motoru lze použít i r zné odporové mezi lánky tzv. PowerBox, SeedBox, SeedBuster apod., které jsou na trhu b žn dostupné.
Jelikož je zp tná vazba do ídící jednotky analogová, lze zp tnovazební signál upravit za azením takového lenu.
Obr. . 18: Odporový mezi lánek - PowerBox [zdroj: http://obd.ec.cz] Podobné „chipy“ tedy nejsou nic jiného než zapouzd ený elektrický odpor s konektorem. V tšinou se umis uje na
vst ikovací lištu jako mezi lánek na kabeláž ke vst ikova m nebo na volný slot p ímo na ídící jednotku motoru. Tyto PowerBoxy mají uvád né tém shodné parametry nár stu výkonu a to ivého momentu jako úpravy datových polí. Jejich nespornou výhodou je zcela jednoduchá montáž i demontáž. Jsou ale založeny na zasílání špatných informací do ídící jednotky. Nej ast jší variantou je signál o poloze elektromagnetického ventilu rozd lovacího
erpadla.
PowerBox vyšle nepravdivý signál ídící jednotce o tom, že ješt nebylo dosaženo pot ebné plnící dávky paliva a tím se prodlouží doba otev ení ventilu. Zvýší se dávka paliva, aniž by o tom ídící jednotka motoru m la správné informace. Výrobci zmín ných systém
prezentují nem nnou spot ebu paliva, což potvrzuje údaj palubního po íta e. Jednoduše proto, že ídící jednotka dostává chybné informace o dávkách paliva, respektive stejné jako bez namontovaného PowerBoxu. Ve skute nosti je spot eba
samoz ejm vyšší. Tento systém je zcela nevhodný a znamená vysoké riziko vzniku defektu motoru.
Obr. . 19: Defekt pístu motoru [zdroj:www.cimbu.cz] Nespálené kapénky nafty doho ívají nap . na pístech a narušují jejich strukturu, viz obr. . 19 a 20. Zárove také nespálené kapénky zp sobují smývání olejového filmu ze st n válc a vypalují krátery do povrchu píst . V neposlední ad dochází ke zvýšené kou ivosti motor , která doprovází provoz takto
upravených vozidel. Varianta, Obr. . 20: Defekt pístu motoru [zdroj:www.cimbu.cz] kdy bude PowerBox vysílat chybný signál o plnícím tlaku turbodmychadla kv li jeho um lému zvýšení výkonu, m že zp sobit vážné závady na turbodmychadle i klikovém ústrojí. Neúm rn zvýšený plnící tlak zp sobuje vynecháváni zapalování v d sledku nedostatku energie pot ebné k p esko ení jiskry na zapalovací sví ce.
Popis válcového dynamometru a zp soby m ení
Výkon motoru, tak jak je prezentován výrobcem, a už jako maximální hodnoty nebo lépe jako graf vn jší otá kové charakteristiky, je m en p ímo na motoru. Síla p i rota ním pohybu je m ena bezprost edn za klikovou h ídelí. Na motorovém stanovišti jsou zárove zajišt ny tém ideální provozní podmínky, které za b žného provozu nemohou být nikdy spln ny. K m ení výkonu motoru v zástavb se používají válcové dynamometry. To ivý moment je p enášen pohonným ústrojím na hnací kola, která se odvalují na zkušebních válcích dynamometru. M ení výkonu pak m že vycházet ze dvou metod - dynamické nebo statické.
• Dynamická metoda
Je založena na urychlování setrva né hmoty zkušebních válc . Lépe simuluje provozní režim, pro který je charakteristické prom nné pásmo otá ek a zatížení (v m eném
asovém úseku). Tato metoda je rychlejší než statická, ale klade mnohem vyšší nároky na m ící aparaturu.
• Statická metoda
Je založena na vytvá ení brzdícího momentu, který má opa ný smysl p sobení, než p enášejí kola od motoru. Zkoušky podle statické metody jsou standardizovány a lze si je p edstavit jako jízdu automobilu v dálni ním stoupání, kdy je snahou idi e udržet maximální rychlost.
Protože p i m ení výkonu p es hnací kola by nutn nastala chyba výsledku vzniklá nezahrnutím složky pasivních ztrát v trakci a skluzech na kole, je nutné pasivní ztráty stanovit. U dynamické metody se ur ují ztráty ihned po skon ení aktivní ásti zkoušky
výkonu, tzv. dob hem. Vozidlo se rozjede na vysokou rychlost a po vy azení rychlostního stupn se nechá setrva ností na zkušebních válcích dojet.
Obr. . 21: Octavia na stanovišti válcového dynamometru Zjiš uje se p i tom pokles rychlosti v závislosti na ase. P esn jším m ením pasivních ztrát je protá ení kol ze strany zkušebních válc , kdy je ale nutné mít aktivní pohon válc elektromotorem. Ztráty jsou p i teny k síle na povrch válc a p i znalosti rychlosti tak získáváme výkon motoru.
Zkušební stanice je vybavena dynamometrem od firmy Jaroš Brno. Jedná se o typ Power Tester 2PT 220 pro dvouosá vozidla s maximálním trvale brzd ným výkonem 220 kW. Dynamometr pracuje pomocí softwaru Engine Brake ver. 4. 7.
(© 1998).
Obr. . 22: Pracovišt obsluhy dynamometru 2PT220
M ení vn jší otá kové charakteristiky se sériovým nastavením ídící jednotky
P ed za átkem jakýchkoliv úprav je t eba zjistit v jakém stavu je motor
s p íslušenstvím daného vozidla. V p ípad n jakých závad nebo velkého opot ebení díl (nap . špatná komprese, vadný n který ze sníma nebo ak ních len , vadné vst ikova e apod.) by byly veškeré úpravy bezp edm tné a m ení by se stalo zbyte ným. Pro základní kontrolu jsme použili diagnostický tester firmy Bosch KTS 650, který se p ipojil p es diagnostickou zásuvku v prostoru pod volantem k ídící jednotce.
Diagnostika Bosch KTS 650
Za ízení pro diagnostiku elektronických systém na bázi pr myslového PC. Provozní systém Windows XP, 518 MB RAM, 40 GB HDD. Osazen barevným TFT dotykovým
displejem . Napájený z akumulátoru vozidla, sí ového zdroje nebo vlastní baterií. Integrovaný dvoukanálový multimetr (p esnost nam ené hodnoty 1% ) pro m ení nap tí (rozlišení 0,1 mV a rozsah 200 V), odporu (rozlišení 100 m a rozsah 1 M ) a proudu (rozlišení 0,1 mA a rozsah 600 A) a dvoukanálový osciloskop (vzorkování 1x100 kHz nebo 2x50 kHz )pro m ení nap ových a proudových signál sníma a ak ních len . P ípojky pro OBD vedení nebo univerzální adaptérové vedení.
Obr. . 23: Vn jší otá ková charakteristika motoru udávaná výrobcem [8]
V ídící jednotce nebyla zapsána žádná chybová hlášení. Nejjednodušší varianta jak posoudit stav motoru je zm it jeho výkonovou a momentovou charakteristiku na válcovém dynamometru a porovnat ji s grafem od výrobce. Vozidlo bzlo na stanovišti válcového dynamometru zajišt no jedním kotvícím pásem vzadu a dv ma vp edu. P ed vozidlo se ustavil externí ventilátor, který žene vzduch k chladi i chladící kapaliny a k mezichladi i stla eného vzduchu, aby nedocházelo ke nep im enému zvyšování teploty a lépe se nasimuloval stav jízdy.
Prvním d ležitým parametrem je nastavení p evodového pom ru mezi motorem a válci dynamometru. K tomu je t eba znát p esné otá ky motoru. Ty jsme zjistili použitím diagnostiky Bosch KTS 650, jejíž modul byl p ipojen p es diagnostickou zásuvku a spojen se
stanicí pomocí rozhraní Bluetooth. Na monitoru se zobrazili p esné otá ky motoru. Vozidlo se rozjelo postupn až na pátý p evodový stupe a ve chvíli, kdy byli otá ky p esn 3000 min-1 se zaznamenaly otá ky válc dynamometru a z nich si software sám spo ítal p esný Obr. . 24: Ukotvení vozidla na m ícím stanovišti p evodový pom r 0,621747. Otá kový rozsah m ení byl nastaven na 1500 ÷ 4500 min-1. Bylo rozhodnuto rozd lit rozsah m ení na šest bod , aby nedošlo vlivem délky m ení ke zkreslení výsledk v d sledku vzr stající teploty motoru. Byla nastavena známá ú innost p enosu energie z motoru na kola (válce dynamometru) p i zahrnutí pasivních odpor na 83 %.Toto nastavení bude shodné pro všechna m ení.
základní parametry nastavení válcového dynamometru
celkový p evodový pom r 0,6217
po áte ní otá ky m ení 1500 min-1 kone né otá ky m ení 4500 min-1
po et bod m ení 6
ú innost kola / motor 83 %
Tab. . 2: Základní parametry nastavení válcového dynamometru
Byla zm ena teplotu vzduchu u nárazníku v míst p ed chladi em chladící kapaliny a atmosférický tlak. Tyto základní hodnoty byly zadány do softwaru. Ten si z nich spo ítal korek ní faktor dle normy DIN 70020. Tím se dokon ili p ípravy pro m ení, které mohlo za ít.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
otá ky [min-1]
výkon [kW]
0 50 100 150 200 250
kroutící moment [Nm]
nastavení aktuálních hodnot pro m ení
teplota vzduchu 24 °C
atmosférický tlak vzduchu 98,1 kPa
korek ní hodnota 1,0478
Tab. . 3: Nastavení aktuálním parametr pro m ení
Vozidlo se rozjede na válcovém dynamometru postupn až na pátý p evodový stupe a v softwaru se spustí po átek m ení. Poté software vyzve k maximální akceleraci a
p ibrz uje automaticky válce dle pot eby. Do grafu zaznamenává hodnoty, které je možné sledovat na monitoru na pracovišti obsluhy.
Výsledky m ení . 1.
otá ky motoru [min-1] výkon [kW] výkon [k] kroutící moment [Nm]
1440 21,92 29,40 145,43
2149 47,22 63,33 209,91
2679 46,59 62,47 166,10
3211 44,89 60,19 133,50
3695 42,61 57,13 110,12
4082 33,48 44,89 78,31
Tab. . 4: První nam ené výsledky sériové verze
Graf. . 1: Otá ková charakteristika s vadným sníma em množství vzduchu
Nam en byl maximální výkon 47,22 kW (tj. 58 % hodnoty udávané výrobcem) a maximální kroutící moment 209,91 Nm (tj. 89 % hodnoty udávané výrobcem).
Z výsledk je jasné, že na motoru je n jaká závada. Potvrdili se p vodní p edpoklady z posledního chování testovaného vozu na vadný sníma hmotnosti vzduchu. Výrobcem p edepsaná hodnota pro pr tok vzduchu je > 800 mg/zdvih p i otá kách 3000 min-1. Pro ov ení hodnot, které vysílá sníma do ídící jednotky se znovu p ipojila diagnostika Bosch KTS 650. Vozidlo se rozjelo postupn až na pátý p evodový stupe a p i maximálním sešlápnutí akcelerátoru se v režimu p ibrz ování válc brzdy ustálili otá ky motoru na 3000 min-1 a z monitoru diagnostiky KTS se ode etla hodnota 560 mg/z, kterou vykazoval sníma hmotnosti vzduchu. Tím se jasn prokázala jeho vada. Sníma byl tedy vym n n za nový.
Znovu byla kontroln zm ena hodnota pr toku vzduchu, která nyní vykazovala 810 mg/z, což odpovídá hodnot , kterou udává výrobce. M ení výkonové charakteristiky se tedy zopakovalo, nyní s funk ním sníma em hmotnosti protékajícího vzduchu.
Výsledky m ení . 2.
Tab. . 5: Nam ené hodnoty sériového nastavení s funk ním sníma em hmotnosti vzduchu otá ky motoru [min-1] výkon [kW] výkon [k] kroutící moment [Nm]
1513 32,18 42,16 202,18
2213 57,96 77,75 250,16
2642 70,70 94,81 237,55
3449 79,35 106,41 219,75
4024 80,61 108,14 191,35
4405 62,31 83,55 135,08
0 15 30 45 60 75 90
0 1000 2000 3000 4000 5000
otá ky [min-1]
výkon [kW]
0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 300,00
kroutící moment [Nm]
Graf . 2: Otá ková charakteristika po vým n vadného sníma e množství vzduchu
Nam en byl maximální výkon 80,64 kW (tj. 99% hodnoty udávané výrobcem) a maximální kroutící moment 250,18 Nm (tj. 106% hodnoty udávané výrobcem). K ivky pr b h výkonu a kroutícího momentu jsou velmi podobné t m, které udává výrobce.
Pro jasn jší p edstavu o tom, jakou mírou ovliv uje váha vzduchu, jako jeden ze sníma v elektronickém systému vozu jeho výkon, jsou výsledky p ed vým nou a po vým n sjednoceny do jednoho grafu.
Porovnání pr b hu výkonu p ed a po vým n sníma e hmotnosti vzduchu
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
otá ky [min-1]
výkon [kW]
vadná váha vzduchu dobrá váha vzduchu Graf .3: Porovnání pr b hu výkonu prvního a druhého m ení
Z grafu porovnání výkonových k ivek je patrný zhruba stejný po áte ní nár st výkonu. Od dvou tisíc otá ek za minutu, za íná výkon motoru se zapojenou vadnou váhou vzduchu lehce klesat, zatímco s funk ním sníma em výkon stále roste. P i otá kách 3000
min-1, pro které je zárove udávána výrobcem kontrolní hodnota pr toku, je rozdíl ve výkonech tém dvojnásobný. Je to dáno tím, že sníma pr toku vzduchu špatn informuje
ídící jednotku o pr to ném množství a ta snižuje vst ikované množství paliva, aby nedocházelo ke spalovaní p íliš bohaté sm si za vzniku nežádoucí kou ivosti.
Porovnání pr b hu kroutícího momentu p ed a po vým n sníma e hmotnosti vzduchu
0 50 100 150 200 250 300
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
otá ky [min-1]
kroutící moment [Nm]
vadná váha vzduchu dobrá váha vzduchu Graf . 4: Porovnání pr b hu kroutícího momentu prvního a druhého m ení
Z grafu . 4 je patrné, že rozdíl hodnot kroutících moment motoru vzr stá s otá kami motoru.
Nutno podotknout, že poruchy váhy vzduchu jsou u koncernových voz VW velice astou závadou. M i hmotnosti vzduchu, tzv. váha vzduchu, je umíst na v sacím potrubí jako mezikus t sn p ed vzduchovým filtrem. Její vým na je velice jednoduchá, i laik ji zvládne b hem n kolika málo minut.
max. výkon [kW] max. kroutící moment [Nm] nár st po vým n vozidlo s vadným sníma em
hmotnosti vzduchu 47,22 209,91 70,70%
vozidlo s dobrým sníma em
hmotnosti vzduchu 80,61 250,16 19,17%
Tab. . 6: Procentuální rozdíl p ed a po odstran ní
Software ECM 2001
Software pro elektronické lad ní – chiptuning, který funguje jako p eklada hexadecimálního kódu, je uložen v EPROM pam tech ídící jednotky. Umož uje
v uživatelsky relativn srozumitelném prost edí upravovat datová pole z ídících jednotek.
Cena softwaru je 350.000 K . Následn je nutné hradit každý rok obnovovací poplatek, který zahrnuje aktualizaci nových podporovaných systém ídících jednotek v cen 80.000 K .
Každá ídící jednotka má své íslo itelné na štítku umíst ném na t lese jednotky, tj.
v tomto p ípad 0281010182, které je spjaté s typem vozidla. Dále má íslo softwaru, který se mohl b hem doby výroby vozidla zm nit i n kolikrát. P íkladem m že být model vozidla, který se vyráb l n kolik let (nap .šest) a v pr b hu jeho výroby samoz ejm docházelo k drobným úpravám nap . k rozší ení komfortní výbavy, zm ny n kterých mechanických komponent, ale hlavn samotné lad ní softwarovými vývojovými pracovníky automobilky, kte í se snaží eliminovat nedostatky a vymýšlejí další vylepšení. ísla softwaru upravované jednotky jsou 1037330933 u low pam ti a 1037330934 u high pam ti.
Na po átku úprav je nutné nejd íve na íst data z EPROM pam ti z ídící jednotky automobilu. U vybrané Octavie to znamená na íst dv nep episovatelné pam ti (low a high) o kapacit 128 kB. Po na tení vznikly tedy dva 8 bitové soubory po 128 kB. S t mi se nedá pracovat samostatn , ale je nutné je spojit v jeden 16 bitový soubor o 256 kB. Toto umož uje samotný program. Po provedení úprav v nov vzniklém 16 bitovém souboru
Obr. . 25: Zobrazení dat v hexadecimálním kódu
musí být soubor op t rozd len na dva samostatné a nahrán do pam tí v externím programátoru.
Data z ídící jednotky mají podobu kódu, který sám o sob nemá vypovídací
schopnost. Na obrázku . 25 jsou kódovaná data vid t. Je to n kolik tisíc ádk , p i emž první údaj je adresa a za ní následují hodnoty. Na obrázku . 24 je s pomocí programu Windows Total Commander zobrazeno porovnání p vodních a zm n ných dat. erveným písmem jsou zobrazeny zm n né hodnoty. V levém sloupci p vodní hodnota a v pravém nová navýšená i ponížená hodnota. erven orámovaná je pak oblast jedné mapy, která byla zm n na. Mapy jednotlivých úprav se v celkovém souboru n kolikrát opakují. Nap . mapa pro plnící tlak turbodmychadla se opakuje 16krát. Toto je tak naprogramováno z d vodu r zných
provozních podmínek. Nejv tším problémem je u p epl ování dynamické proud ní vzduchu a paliva, které je p i chodu motoru b žné. Aby nem l motor nepravidelný „houpavý“ chod, jsou naprogramovány r zné režimy, které eliminují vliv t chto pulzací. T ch je v datech n kolik a díky driver m, které jsou doslova alfou a omegou úprav, je možné je zm nit. V ECM 2001 se však zobrazí jen jedna mapa turbodmychadla a ostatní se m ní podle stejného kritéria, které je použité pro p ístupnou mapu. Dalším ur ující parametrem m že být nap íklad nadmo ská výška. Je tedy dán krok 25 kPa od 800 do 1200 kPa a pro každý atmosférický tlak je
Obr. . 26: 2D grafické zobrazení úprav program ECM 2001
naprogramována jedna mapa. Teoreticky by sta ilo upravit tedy pouze jednu mapu, protože se v R bude atmosférický tlak pohybovat v malém rozmezí, ale k tomu by bylo t eba znát p esn její pozici. Tu ovšem není možné zjistit. Je ale jasné, že nebude úprava optimální pro všechny nadmo ské výšky. P i vysokohorském provozu m že být zm na, kterou provedeme neznatelná. Na obr. . 25 je erven zakroužkován popis mapy. Pokud se pozorn podíváme, je z ejmé, že adresa 03D680 je stejná jako je na obr. . 25 v ásti po átku zm n. Polí ka za adresou udávají hodnoty po átku a konce a za nimi je umíst no pole s procentuelním nár stem. Vertikální erná ára v grafu je vlastn kurzor, který nám umož uje p esouvat se v souboru a v míst zm n vy íst adresu a procentuální nár sty úprav. Z obr. . 26: „V míst zm ny mapy je nár st upravované verze v i p vodní 0 %“. ervená k ivka grafu je pr b h po úprav . P ekrývá modrou k ivku p vodního pr b hu a v místech nár stu se pak k ivky rozd lují a jasn zobrazují diferenci. Tyto nár stky je možné zobrazit v tabulkách, jak bude popsáno níže. Program tedy umož uje vid t pr b h veli iny ve srozumitelném 2D grafu.
Samoz ejm je k dispozici i 3D grafické zobrazení, ale vzhledem k velmi malým nár stk m je toto zobrazení nevýrazné a nic ne íkající.
Obr. . 27: Data vst ikovaného množství v tabulce programu ECM 2001
Obr. . 27 ukazuje tabulkov zpracované data pro vst ikované množství paliva. Ve svislé ose je závislost na otá kách motoru a ve vodorovné závislost na zatížení. Hodnoty mapy je lépe pro jasn jší p edstavu p epo ítat. íslo totiž nezna í vst ikované množství nap . v miligramech na zdvih, ale jen srovnávací hodnotu. Nap . pro za átek na 800 ot/min a zatížení 6 procent, je v tabulce uvedena hodnota 16. Pomocí diagnostiky by bylo možné ode íst skute n vst ikované množství paliva p i volnob hu (nebo hodnotu zjistit v manuálu
í dílenské p íru ce k automobilu), které bude nap . 10 mg/z. Maximální hodnota vst ikovaného množství je pak z tabulky 67 což ve skute nosti bude 41.875 mg/z. P i otá kách 700 min-1 je p i nulovém a 6% zatížení hodnota vst ikované dávky 0. Motor by se
nem l do takového režimu dostat, respektive by došlo k jeho
zhasnutí. Naopak se vzr stajícím zatížením p i stejných otá kách se vst ikovaná dávka zvyšuje. Motor by byl v takovém režimu
podto ený a zvýšením dávky paliva se ho snaží ídící jednotka dostat do režimu vyšších otá ek,
Obr. . 28: Externí programátor aby nezhasnul. Nejednodušší
orientace p i úpravách je v programem p ednastavených datových polích. Najde se režim, p i kterém je pot eba zm nit stávající hodnoty a jednoduše se p epíše. V ideálním p ípad by pak musela následovat kontrola provedené zm ny v automobilu nasimulováním jízdního režimu a zm ením na válcovém dynamometru. To je ovšem v praxi tém nesplnitelné. V p ípad zm n na starých typech ídících jednotek (jako je ta v této práci upravovaná) by to znamenalo po každé zm n naprogramování pam tí v externím programátoru (obr. 28), ímž se pam stává dále nepoužitelnou a pro další kontrolu by se musela použít pam nová. Dalším argumentem je vysoká náro nost na vybavení (válcovým dynamometrem apod.). Úpravy je možné provád t i p ímo v grafech „vytažením“ k ivky na požadovanou hodnotu, ale pro svou nižší p ehlednost je tato varianta ur ena spíše pro zkušené uživatele.
Software umož uje úpravu n kolika základních map, které jsou implicitn p ednastaveny. Ty mají p ímý vliv p i úprav motoru na zvýšení výkonu a kroutícího momentu. Jsou to:
• úprava omezova e kroutícího momentu
• úprava pr b hu turbodmychadla
• zm na rychlosti reakce akcelerátoru
• dávka paliva p i maximálním zatížení
• dávka paliva p i áste ném zatížení
• p edvst ik paliva
V neposlední ad je d ležitý fakt, že software automaticky vypo te „checksum“, tedy kontrolní sou et na základ provedených úprav, bez n hož by provedené zm ny nebyly v bec
ídící jednotkou akceptovány (na obrázku 28 jsou zakroužkovány kontrolní sou ty originálu vlevo a modifikované jednotky vlevo).
Ve zvoleném p ípad byl prov en vliv jednotlivých úprav (mimo p edvst iku paliva), provedených samostatn a celková úprava na záv r.
Obr. . 29: Kontrolní sou ty- Chechsum
P íprava ídí jednotky a m ení provedených úprav
U testovaného vozidla výrobce použil dnes již starý typ ídící jednotky
s nep episovatelným typem pam ti EPROM. Výhodou byla a je samoz ejm cena pam tí (dnes je 60,- K ), ale i p vodní p edpoklad, že nebude t eba data v pam ti m nit. S rozvojem
doby se ukázalo, že naopak nemálo zákazník touží po zvýšení jízdních výkon svého vozu a i za cenu ztráty záruky od výrobce k takovým úpravám p istupují. Na druhou stranu je také nutno podotknout, že i pro výrobce m že mít p episovatelná pam výhodu. U Octavie se Obr. . 29: ídící jednotka motoru, místa pájení pam tí a patice vyskytla v jedné sérii v roce 2001 softwarová chyba, kdy vozidla startovala p i zah átém motoru až na páté
„oto ení“ motoru. V p ípad p episovatelných pam tí by napravení bylo v celku jednoduchým úkolem, který by mohly provád t autorizované servisy v rámci záruky.
S použitím diagnostické zásuvky by to trvalo jen n kolik minut.
V ídící jednotce jsou použity dv pam ti o kapacit 128 kB. Nejd íve se po ítalo s odpájením originálních pam tí a napájením patice, ve které by se poté p i každé zm n varianty jen vym nili pam ti.
Bohužel konstrukce a materiál patice tento p vodní zám r p ekazily. P i pájení nebylo kv li plastovému rámu patice vid t, zda jsou piny p esn umíst ny na desce plošných spoj ídící jednotky. N kolikrát se ídící
jednotka odzkoušela namontovaná Obr. . 30: Horkovzdušná pájka
