1SERWIS ELEKTRONIKI

Sterowanie i regulacja silnika ZI przy pomocy układu Motronic firmy Bosch

Sterowanie i regulacja silnika ZI przy pomocy ukła-du Motronic firmy Bosch

Motronic jest nazwą układu, który umoż-liwia sterowanie i regulację silnika ZI jed-nym sterownikiem. Pierwsze takie układy Bosch wyprodukował seryjnie w 1979 roku. Obejmowały one elektroniczne sterowanie wtryskiem i zapłonem. Wraz z rozwojem mikroelektroniki mogła się zwiększać wydaj-ność układów Motronic, dzięki czemu zakres działania i kompleksowość układu Motronic ciągle się zwiększały.

Wiadomości ogólne

Podstawę pierwszych układów Motronic two-rzył układ L-Jetronic z wtryskiem jednoczesnym (wielopunktowym) oraz elektronicznie sterowa-na mapa kątów wyprzedzenia zapłonu z wirują-cym rozdzielaczem wysokiego napięcia (ROV). Potem mechanicznie napędzany rozdzielacz (ROV) zastąpiono w pełni elektronicznym roz-dzielaczem zapłonu (RUV). Początkowo, ze względu na wysoką cenę, układy Motronic wpro-wadzano tylko do samochodów luksusowych. Jednak rosnące wymagania dotyczące emisji spalin wymusiły szerokie zastosowanie układu Motronic w projektach nowych silników.

Podstawowe dane eksploatacyjne

Czujniki i nastawnikiUkład Motronic zbiera od czujników i nastaw-

ników informacje do sterowania i regulacji silnika za pomocą wymaganych zmiennych sterujących (schemat poglądowy 1 na stronie 2). Nastawniki (np. przełączniki) gromadzą określone przez kierowcę ustawienia, jak np.:• położenie kluczy-ka w stacyjce (wyłączniku zapłonu, zacisk 15),

• położenie przełącznika klimatyzacji,• położenie dźwigni nastawczej regulatora prędkości jazdy.Czujniki przekształcają wielkości fizyczne

i chemiczne w celu przekazania informacji o chwilowym stanie działania silnika. Przykła-dami takich wielkości są:

• temperatura silnika,• masa powietrza zasilającego cylindry sil-

nika,• ciśnienie w kolektorze dolotowym

• kąt uchylenia przepustnicy,• współczynnik nadmiaru powietrza X,• prędkość obrotowa wału korbowego,• położenie wału rozrządu,• prędkość jazdy.Sygnały wyjściowe czujników mogą być cy-

frowe, impulsowe lub analogowe.

Przetwarzanie sygnałów w sterownikuUkłady wejściowe w sterowniku, a w przy-

szłości także w większości czujników, odpo-wiednio przygotowują wszystkie otrzymane sygnały. Dopasowują poziom napięcia oraz dostosowują sygnały do dalszego przetwarzania w mikrokontrolerze sterownika. Cyfrowe sygnały wejściowe w mikrokontrolerze są odczytywa-ne bezpośrednio i zapamiętywane, jako dane cyfrowe. Sygnały analogowe są przetwarzane w przetworniku analogowo-cyfrowym (AC) na wartości cyfrowe.

Przetwarzanie danych eksploatacyjnychNa podstawie sygnałów wejściowych sterow-

nik rozpoznaje chwilowy stan pracy silnika, wy-magania stawiane przez urządzenia dodatkowe i kierowcę oraz oblicza sygnały nastawcze dla urządzeń wykonawczych. Zadania sterownika silnika są przedstawione w postaci algorytmów sterowania, stanowiących oprogramowanie za-pisane w pamięci stałej sterownika.

Funkcje główneDawkowanie paliwa do powietrza zasilają-

cego i wyznaczenie optymalnej chwili zapłonu są głównymi funkcjami układu Motronic. Połą-czenie tych funkcji w jednym układzie umożliwia jak najlepsze wzajemne dopasowanie wtrysku i zapłonu.

Funkcje dodatkoweCiągłe zwiększanie mocy obliczeniowej ist-

niejących mikroprocesorów umożliwia dodawa-nie wciąż nowych funkcji układu Motronic, wyko-rzystywanych w procesie sterowania i regulacji silników. Coraz ostrzejsze prawne ograniczenia emisji toksycznych składników spalin są moż-liwe do spełnienia dzięki ulepszaniu procesów

SERWIS E

LEKTRONIK

I 2

Sterowanie i regulacja silnika Z

I przy pomocy układu M

otronic firmy B

osch

16

64

282726

25

9

2

1

3

10 11 12

13

1817 19 21

20

22

29

3130

5

78

1415

23

24

CAN

Schemat poglądowy 1

1 - pochłaniacz z węglem aktywnym,2 - zawór odcinający 1),3 - zawór regeneracyjny,4 - elementy wykonawcze i czujniki układu przestawiania krzywek wałów rozrządu,5 - cewka zapłonowa umieszczona bezpośrednio na świecy zapłonowej,6 - czujnik fazowego położenia wału rozrządu,7 - przekaźnik powietrza dodatkowego,8 - pompa powietrza dodatkowego,9 - przepływomierz powietrza z dołączonym czujnikiem temperatury,10 - czujnik ciśnienia w kolektorze dolotowym 1),11 - kolektor dolotowy o zmiennej geometrii z przestawną przesłoną,

12 - fragment zasobnika paliwa,13 - wtryskiwacz,14 - zawór powietrza dodatkowego,15 - zawór sterujący powietrza dodatkowego,16 - sterownik silnika,17 - czujnik położenia przepustnicy,18 - nastawnik biegu jałowego,19 - zawór recyrkulacji spalin,20 - czujnik prędkości obrotowej wału korbowego,21 - czujnik spalania stukowego,22 - czujnik temperatury silnika,23 - sonda X przed katalizatorem,

24 - sonda X za katalizatorem 1),25 - gniazdo złącza diagnostycz-nego,26 - kontrolka diagnostyczna 1),27 - złącze sterownika immobili-zera (blokady silnika),28 - złącze sterownika skrzynki przekładniowej 2),29 - czujnik ciśnienia w zbiorni-ku paliwa 1),30 - moduł z elektryczną pompą paliwa, filtrem paliwa i regulato-rem ciśnienia paliwa,31 - stacyjka (wyłącznik zapłonu, zacisk 15)1) Elementy stosowane specjal-nie do układu OBD.2) Możliwa komunikacja także magistralą CAN.

LegendaLegenda

Legenda ciąg dalszy:11 77

88Schemat poglądowy 1Schemat poglądowy 1Schemat poglądowy 1

Elementy elektroniczne sterowania i regulowane przez układ M-Motronic

3SERWIS ELEKTRONIKI

sterowania silnikami. Funkcjami, które mogą się do tego przyczynić, są na przykład:

• regulacja prędkości biegu jałowego,• regulacja X (składu mieszanki),• sterowanie odprowadzeniem par paliwa

(przewietrzaniem zbiornika paliwa),• regulacja przeciwstukowa,• recyrkulacja spalin w celu zmniejszenia

emisji tlenków azotu (NOJ,• sterowanie zaworem układu powietrza do-datkowego w celu szybkiego zapewnienia sprawnego działania katalizatora.

Przy zwiększonych wymaganiach dotyczą-cych układu napędowego Motronic może być uzupełniony o następujące funkcje:

• sterowanie turbodoładowaniem,• odłączanie przewodów dolotowych, w celu

sterowania mocą i momentem obrotowym sil-nika,

• sterowanie wałem rozrządu, w celu zmniej-szenia emisji spalin i zużycia paliwa, a także zwiększenia mocy silnika,

• ograniczenie prędkości obrotowej i pręd-kości jazdy w celu zabezpieczenia silnika przed uszkodzeniem i zwiększenia bezpie-czeństwa ruchu pojazdu. Ważną tenden-cją rozwoju samochodów jest zwiększe-nie komfortu pracy kierowcy. Przykładami typowych funkcji zwiększających wygodę obsługi pojazdu są:

• regulacja prędkości podróżnej (tem-pomat),• adaptacyjna regulacja prędkości jazdy ACC (Adaptive Cruise Control),

• dostosowanie momentu obrotowego do zmian przełożenia automatycznej skrzynki prze-kładniowej,

• tłumienie uderzeniowych zmian obciążenia (łagodzenie skutków działań kierowcy).

Urządzenia wykonawczeWyjściowe podzespoły dostarczają niezbęd-

nego prądu dla nastaw urządzeń wykonawczych (np. cewek zapłonowych, wtryskiwaczy, zaworu recyrkulacji spalin). Są one sterowane sygnała-mi obliczanymi przez mikrokontroler.

Diagnozowanie elektroniczneScalone funkcje diagnostyczne w sterowniku

sprawdzają, czy układ Motronic (sterownik wraz z czujnikami i urządzeniami wykonawczymi)

nie wykazuje błędów działania (usterek). Wy-kryte błędy sterownik przechowuje w pamięci diagnostycznej, wprowadza również zastępcze procedury działania (tryb awaryjny).

O błędach informują kierowcę kontrolki dia-gnostyczne lub wyświetlacze. Standardowe złącze diagnostyczne umożliwia odczyt zapa-miętanych w pamięci sterownika kodów błędów. Pierwotnie diagnozowanie elektroniczne służyło ułatwieniu kontroli pojazdu w warsztacie obsłu-gowym.

Po wprowadzeniu – zgodnie z amerykańskim ustawodawstwem – układu diagnostyki pokłado-wej OBD (On-Board-Diagnostic) przypisano mu funkcje diagnostyczne, które polegają na spraw-dzeniu całego układu silnika pod kątem znaczą-cych błędów emisji spalin i wykazaniu wykrytych błędów. Te wymagania zostały uwzględnione również w europejskich przepisach prawnych (EOBD) w zmienionej formie.

Zarządzanie pojazdemPoprzez sieć transmisji danych, jak np. ma-

gistrala CAN (Controller Area Network) układ Motronic może się komunikować ze sterowni-kami innych układów pojazdu. Na rysunku 2, na str. 4 pokazano kilka takich przykładów. Sterow-niki mogą przetwarzać dane z innych układów, jako dane wejściowe do swoich algorytmów ste-rowania i regulacji (np. na przełączanie biegów układ Motronic reaguje zmniejszeniem momentu obrotowego, umożliwiając łagodną zmianę).

Odmiany układu MotronicWraz ze zwiększaniem wymagań dotyczą-

cych poszczególnych układów pojazdu, Motro-nic podlegał ciągłemu rozwojowi. Dotychczas istniały następujące odmiany tego układu:

• M-Motronic, z wyżej opisanymi funkcjami głównymi i dodatkowymi,

• ME-Motronic, rozbudowany układ M-Motronic z dodatkowo dołączonym elektronicznym pedałem przyspieszenia (EGAS),

• MED-Motronic, rozbudowany układ ME-Mo-tronic, z funkcją sterowania bezpośrednim wtryskiem benzyny.

Istnieją również układy z dołączoną funkcją sterowania napędem (np. MEG-Motronic), jed-nak z powodu bardzo wysokich wymagań sprzę-towych nie wykorzystuje się ich powszechnie.

Sterowanie i regulacja silnika ZI przy pomocy układu Motronic firmy Bosch

SERWIS ELEKTRONIKI 4

Sterowanie i regulacja silnika ZI przy pomocy układu Motronic firmy Bosch

9

8 7

4321

5

6

1 - sterownik silnika (Motronic),2 - sterownik ESP (wraz z ABS i ASR),3 - sterownik układu napędowego (przełożeń),4 - sterownik klimatyzacji,5 - zestaw wskaźników z komputerem pokładowym,6 - sterownik elektronicznej blokady silnika (immobilizera),7 - rozrusznik,8 - alternator,9 - sprężarka klimatyzacji

Legenda

4444

Przykładowy układ połączeń podzespołów z układem Motronic

Rysunek 2