21) Řídící jednotka a snímače veličin

Co je řídící jednotka automobilu, jak funguje a k čemu je určena? Řídící jednotka je určena k řízeným, tedy kontrolovaným procesům automobilových systémů. Nejčastěji tím myslíme elektronické systémy, jako jsou různá čidla, servo, řízené vstřikování, DPF apod. Jak taková řídící jednotka funguje a k čemu vlastně v autě je? V počátcích automobilismu a motorismu obecně nebyla řídící jednotka tak, jak ji známe dnes, prakticky zapotřebí. Veškeré systémy byly poháněny mechanicky, ručně. Automatika v podstatě neexistovala, kontrola nad vozidlem byla plně v režii člověka. Ani první elektrické obvody řídící jednotky nepotřebovaly. Nicméně s rychlým vývojem stoupala také potřeba zvyšovat vlastnosti a schopnosti vozidla. Cílem byla rychlejší a přesnější reakce řízení, brzdění, větší stabilita, efektivní spotřeba, vyšší výkon. apod. Samozřejmě prim vždy hrály závodní vozy továrních jezdců. Teprve druhotně se veškeré elektronické systémy postupně dostávaly do civilního automobilového průmyslu. Dříve stačila k ovládání prvních složitějších systému jediná řídící jednotka. Dnes je naprosto běžné mít v autě systémy, které se postarají např. o dobrou přilnavost, držení, brzdění, ovládání zrcátek, okének, přímou kontrolu spotřeby paliva, výkonu motoru nebo filtraci výfukových plynů. Prakticky každý složitější systém / okruh má vlastní řídící jednotku. Moderní automobily tak disponují až několika desítkami řídících jednotek s různými určeními. Jak funguje moderní řídící jednotka Jednotlivé systémy (brzdná soustava, motorová, výfuková, apod.) jsou osazeny senzory a vlastními řídícími jednotkami. Některé spolu vzájemně komunikují po sběrnicích a nezřídka všechny najednou spravuje nadřazená hlavní řídící jednotka. Senzory snímají aktuální stavy svých systémů a formou elektrických impulzů je neustále posílají do řídící jednotky. Jakmile řídící jednotka obdrží stavy jednotlivých čidel a senzorů, vyhodnotí je a zachová se dle potřeby. Díky elektronickému zpracování mnoha dat najednou, umí řídící jednotka vyhodnocovat maximum vstupních parametrů a učinit optimální výstupní řešení. Výsledkem je mnohem lépe a efektivněji zvládnutá situace. Např. umožňuje přerušovaný přenos výkonu motoru na kola při prokluzování, auto tedy „nehrabe“, ale rychleji vystartuje. Nebo zabrání smyku při brzdění, hlídá přetáčení, apod. Vše samozřejmě probíhá v každém okamžiku rychlostí blesku. Možnosti úprav řídící jednotky a chiptuning Co se týká funkcí řídící jednotky, ty určuje především software, tedy způsob, jakým je ta která jednotka naprogramována. Její hardware slouží především jako sběrnice dat. Samotné vyhodnocení probíhá na základě instalovaného software, čímž se otevírají cesty k možným úpravám, vylepšením nebo i načítáním stavů jednotlivých systémů. Díky řídícím jednotkám tak lze kontrolovat stav motoru, brzd, výfukového systému a dalších s maximální přesností. Tato diagnostika má ještě jednu výhodu: díky speciálnímu software lze např. navýšit výkon motoru, tzv. provést chiptuning. Ovšem, není to tak snadné, jak by to mohlo vypadat. K profesionálnímu a bezpečnému chiptuningu je nutné disponovat potřebným vybavením pro reálné měření výkonu, v ideálním případě se doporučuje provést měření výkonu na válcové brzdě ve válcové zkušebně. Je to jediné přesné měření výkonu, které může odhalit nějakou případnou skrytou závadu. Bez poctivé diagnostiky při chiptuningu hrozí trvalé a nevratné poškození motoru nebo i jiných systémů vozidla. Snímače Snímač obecně znamená označení pro technické zařízení, které je určeno pro snímání a detekci různých fyzikálních veličin, vlastností látek a technických stavů v mnoha oborech lidské činnosti, v praxi se může jednat například o: • senzor nebo čidlo – součástka používaná v automatizaci a průmyslové regulaci o snímač polohy - součástka pro odměřování délky nebo úhlu natočení (absolutní, inkrementální, optický, indukční, magnetický … ) o snímač pohybu o snímač teploty o snímač posunutí o hladinový snímač o otřesový snímač o indukční snímač průtoku o ultrazvukový snímač o snímač rozdílů tlaků respektive snímač tlakových rozdílů • snímač pro elektroakustické nástroje o elektromagnetický snímač o piezoelektrický snímač • snímač čárového kódu • snímač otisků prstů Snímač tlaku Měří tlak v sacím potrubí za škrtící klapkou, převádí ho na napětí a podle hodnoty napětí dochází ke změně doby trvání vstřiku ( doby otevření vstřikovacích ventilů ). Měřící klapka s potenciometrem Na klapku působí síla proudícího vzduchu, proti ní působí síla pružina. Klapka ovládá potenciometr a jeho napětí slouží pro nastavení dávky paliva řídící elektronikou. Tento měřič byl používán od počátku sedmdesátých let do počátku devadesátých let. Měřiče se žhaveným měřícím elementem U těchto měřičů se využívá závislosti mezi rychlostí proudění vzduchu a odporem žhaveného elementu. Původní provedení měřičů používalo žhavený drát, v současnosti se používá žhavený kovový povlak na nosné destičce. Měřič úhlu pootočení škrtící klapky Tento systém měření množství vzduchu vychází ze závislosti mezi úhlem pootočení škrtící klapky a množstvím vzduchu, které takto otevřenou klapkou proteče. Škrtící klapka ovládá potenciometr. Systém byl vyvinut pro jednobodová vstřikování. Snímače teploty Signál teploty výrazně ovlivňuje tvorbu směsi. Nejvýznaměji se projevuje při studeném startu a ve fázi zahřívání motoru. Obvykle je snímána teplota chladící kapaliny a teplota nasávaného vzduchu. Nejčastěji se používají odporové snímače teploty. V těchto snímačích je měřící prvek z materiálu, jehož elektrický odpor se vzrůstající teplotou klesá, má např. 1 až 3 kΩ při 20°C a 0,1 až 0,3 kΩ při 80 až 90°C. Méně často se používají odporové snímače, kde naopak se vzrůstající teplotou roste odpor měřícího prvku. Používají se snímače s jedním nebo dvěma teploměrnými prvky. Je-li použit jeden měřící prvek, bývá obvykle izolován od kostry a snímač má dvě svorky. Jsou-li použity dva měřící prvky, jsou buď izolovány od kostry i navzájem mezi sebou a snímač má čtyři svorky, nebo jsou propojeny na kostru a snímač má dvě svorky. Čidla teploty nasávaného vzduchu bývají tvořena jen měřícím prvkem, který je vysunut ze svého držáku do proudu vzduchu, popř. je chráněn proti mechanickému poškození mřížkou. Snímač nadmořské výšky Pokles atmosférického tlaku vzduchu v nadmořských výškách nad 1 500 m významně ovlivňuje tvorbu směsi. Změna tlaku působí zkreslování údajů některých snímačů množství vzduchu tak, že je tvořena bohatší směs, než odpovídá skutečnosti. Pouze měřiče se žhaveným elementem a měřiče tlakové nejsou nadmořskou výškou ovlivněny, proto se používají v automobilech určených pro větší nadmořské výšky ( Švýcarsko ). Snímače klepání Za určitých podmínek je hoření směsi u zážehových motorů provázeno zvonivým zvukem. Tento způsob spalování je nežádoucí a nazývá se detonační spalování. To je způsobeno samovzněcováním čerstvé směsi před frontou směsi hořící. Normálně probíhající spalování směsi a její stlačování pístem způsobí zvýšení tlaku a teploty, které vede ke samovzněcování ještě nezapálené směsi. Při detonačním spalování může být rychlost šíření plamene větší než 2000 m/s, během normálního spalování je rychlost hoření 30 m/s. Při tomto rychle probíhajícím způsobu spalování dochází k silnému stlačení nespálené směsi. Takto vzniklá tlaková vlna se šíří a naráží na stěny spalovacího prostoru ( to se projeví klepáním motoru ). Dlouhotrvající detonační spalování může svými tlakovými vlnami a zvýšeným tepelným namáháním způsobit mechanické poškození hlavy válce, jejího těsnění, případně pístu. Charakteristická frekvence kmitání při detonačním hoření může být zaznamenána snímačem klepání motoru a převedena na elektrický signál, který je veden do řídící jednotky. Počet a umístění snímačů musí být pečlivě zvažováno. Zpravidla se u čtyřválcových řadových motorů používá jeden snímač, u pěti a šestiválcových motorů dva snímače a u osmi až dvanáctiválcových motorů dva až čtyři snímače.