Širokospektrální ECU MASTER ignition

V záplavě možných úprav se nabízí možnost ladění zapalovací nebo řídicí jednotky motoru. Výrobci originálních řídicích jednotek optimalizace obvykle neumožňují, případně dovolují pouze drobné funkční korekce prováděné v autorizovaném servisu.
Nabízí se ještě další možnost, která je například u závodních aplikací nevyhnutelná a to úplná náhrada zapalování nebo řídící jednotky motoru. Existují zde různé varianty a my se nyní pokusíme krátce představit řešení českého výrobce společnosti IMFsoft s.r.o..

Na začátek, ale maličko historie, firma IMFsoft s.r.o. se už od svého založení v roce 2005 zabývá výrobou zapalování se snadným nastavením, které plní svůj účel pro jednoduché řízení předstihu založené na principu časového zpoždění. Takovéto jednotky mají ovšem omezené uplatnění, obvykle jako náhrada zestárlých kladívek a tak upoutá nejednoho Jawistu, Trabantistu, ba dokonce naše kamarády na Uralech a Dněprech. Nabíjení sice nevyřeší, za to co se týče zapalování majitele potěší pravidelným chodem a úsporou paliva. Je pak tedy možné, že bude muset investovat svoje ušetřené peníze k větší porci ujetých kilometrů nebo do návštěvy oblíbené hospůdky.

S postupem času rostla poptávka nad něčím opravdu sofistikovaným, schopným řídit zapalování nebo i vstřikování a mít další užitečné funkce pro kompletní řízení i více-válcových motorů a tou se stala právě aktuální řada jednotek MASTER.
Jednotka MASTER je v určena jako plně nastavitelná náhrada sériové jednotky, u které často není žádná možnost zasahovat do procesu řízení, ale pouze diagnostikovat chyby a vidět omezeně data zpracovávaná čidly. Jedná se tedy o jednotku schopnou v reálném čase řídit předstih nebo i vstřikovací aparaturu.

Od klasických sériových, a v podstatě i tuningových jednotek se liší v řešení založeným na obvodu FPGA, kdy přítomný procesor provádí pouze méně náročné operace. Veškerá inteligence a hlavně bezkonkurenční rychlost se tedy odehrává v obvodu FPGA – ten prakticky používají jen výrobci špičkových závodních jednotek pro F1 a Le Mans. Všechno tady funguje v dokonalé souhře, bez drhnutí o přerušení a přetečený zásobník. Doporučuji si prostudovat alespoň pár teorií ohledně FPGA obvodů. V podstatě jde o programovatelnou logickou matici, tedy o čistě hardwarový obvod, kdy jeho zapojení vytváří až samotný programátor – výrobce ve speciálním prostředí pro jazyk VHDL.

Protože se veškeré výpočty či v podstatě vzorce odehrávají na hardwarové úrovni, a díky skutečnému paralelnímu zpracování je celý tento proces neskutečně rychlý a přesný, dokonce až tak rychlý, že i igelitka výkonných procesorů by jim pouze z dálky koukala na paty. V podstatě při každém nahrání firmwaru do FPGA obvodu se vytvoří znovu celá logická struktura. Programátor tedy při každém programování nasype do obvodu pytel tranzistorů, kdy je jenom na něm, jestli od další sekundy bude tento obvod počítat polohu hvězd s miliónem aktivních hradel, nebo dynamicky zpracovávat obraz magnetické rezonance.

Firmware pro jednotku MASTER je pravidelně aktualizován a uveřejněn na Webu. Jediným stiskem tlačítka se přehraje jak nová struktura FPGA obvodu tak i program pomocného procesoru. Samotný FPGA obvod je také velmi nákladnou součástkou, v celé jednotce prakticky nejdražší. Proto ve většině případů klasické jednotky obsahují pouze procesor v hodnotě pár desítek korun. Procesor však obvykle neumožňuje provozovat více úkolů v reálném čase najednou a navíc je plynulý chod programu přerušován různými událostmi (časovače, komunikace, A/D převody), proto často ani není možné vytvořit výkonnou aplikaci s přijatelnou přesností.

Zde vidíte základní graficky vizualizované možnosti řízení předstihu a vstřikování, Na levé straně korekce podle vypočítaného zatížení motoru, teploty a na pravé straně malou přehledku všech aktuálních provozních stavů. Současně máme možnost provádět korekce manuálně - buďto s notebookem a aplikací v ruce, a nebo si dát potenciometr v hodnotě jednoho piva na řidítka a použít funkci debug – můžeme tedy v reálném čase za chodu motoru měnit parametry jak zapalování tak vstřikování. Pro statické úpravy s aplikací pak máme možnost nahrávat změny dočasně a podstatně rychleji ukládáním pouze do RAM. Až se nám to bude zdát jako přijatelné a chceme vyrazit do ulic tak to jedním klikem překlopíme do FLASH. To má taky výhodu v tom, že když nemáme soubor s původní konfigurací a nastavíme za chodu něco nevhodného, tak prachsprostě otočíme klíčkem a vypneme. Jednotka si po startu znova nahraje původní údaje z FLASH a můžeme se v tom vrtat dál. Ukážeme si další zajímavý obrázek.

Tentokrát jde o takzvané MAPY. Mapy předstihu, vstřikování, a výfukového serva. Zobrazená mapa se zdá být pouze 2D, ale zdání klame. Řízení jak předstihu tak případného vstřikování se děje nejen za základě otáček vs. úhlu, ale také na základě zatížení motoru, externích čidel a vstupů a jiných korekcí - ve skutečnosti by se pak jednalo až o 5D mapu, kterou by jaksi nebylo reálné zobrazit. Přechody mezi mapami jsou interpolovány. Znamená to tedy, že hodnoty "neskáčou" mezi první druhou a další křivkou, ale virtuálně je mezi křivkami další tisíce neviditelných. Pomocí funkce terče pak máme možnost zapnout vizualizaci aktuální polohy řízení - hned vidíme v jakém bodě mapy se nacházíme. Při vytváření nových map máme možnost také použít přednastavené matematické funkce, které nám křivku automaticky vykreslí podle zadaných parametrů a potom pouze provedeme úpravu dle libosti. Poslední z křivek může být použita k funkci regulace přívěry. Je tedy možné nasimulovat 1024 poloh otevření přívěry v celém spektru nastavených otáček mezi kterými je zase interpolováno. Je možné jak řízení přívěry dvoutaktu přímo na válci tak čtyřtaktní příruby na výfukových svodech pro větší krouťák. Současně máme možnost kompletního nastavení PID parametrů regulace otáček motoru nebo tlaku turba. Podporováno je také připojení serva se zpětnou vazbou, kdy máme informaci o absolutní reálné poloze. Pro jednotlivé regulace je PWM poměr zobrazován na obrazovce, takže můžeme sledovat průběh a stabilitu řízení hned.

Protože naše „splašená kalkulačka“ - jak MASTERu říkám - nejde jenom tak unavit, máme tu další a neméně zajímavé funkce, a tou je například integrovaný osciloskop. Často je velmi těžké najít důvod proč jednotka nereaguje správně na čidlo otáčení motoru nebo zjistit důvod proč motor vynechává?
Díky integrovanému osciloskopu máme reálný přehled o průběhu signálů vstupů, načítání zubů, matematický model otáčení motoru a skutečném spínání cívek. V podstatě tady před sebou máme obraz celého chodu motoru v reálném čase. Podle potřeby můžeme zoomovat na určitý časový úsek a zkoumat různé detaily.
Další z graficky velmi podobných funkcí je akcelerační brzda - graficky znázorňuje výkonovou / momentovou křivku motoru v závislosti na zrychlení vlastních rotačních hmot. Princip podobný jako klasická válcová brzda, pouze místo stovky kilogramů vážícího válce použijeme vlastní setrvačnou hmotu motoru. Měření konkrétních absolutních výkonových parametrů nám sice neposkytne, ale je nám velmi dobrým vodítkem například při ladění karburátoru, předstihu a dalších parametrů jako porovnávací měření.
Pojďme se tedy mrknout na samotné přizpůsobení našemu stroji – jednotka je natolik univerzální, že je možné ji pár kliky naroubovat na moderní šestiválec se vstřikováním, ale i na motor ze Stadiona, nebo snad na náš vlastní motor domácí výroby.

V první řadě nás bude tížit nastavení samotného zubatého kola – trigger disku, ze kterého bude jednotka zjišťovat polohu klikového hřídele. Jak už je dobrým zvykem, umí jednotka vše, co je jenom trochu možné nastavit, proto nás nezastaví ani kolo BOSCH s 60-2 zuby, ale když na to přijde tak si vystačíme i s jedním zubem. Je možné zadávat úhel každé hrany zubu zvlášť, použít původní kladívka, nebo používat snímání jak na klice tak na vačce, fantazie se tady rychle stává skutečností. Máme také možnost nastavit samostatné napěťové úrovně pro snímání signálu PICK UP čidel a různé otáčky motoru. Odpadne tedy problém s tím, že při malých otáčkách – vybité baterii a tím pádem nízkému signálu z čidla stroj dost neochotně startuje. Kdo by chtěl řešení dotáhnout k dokonalosti, nebo si postavit letadlo má možnost využít funkci zálohování čidla – namontujeme ještě jedno a jednotka sama pozná, že něco není v pořádku a bez většího výpadku přejde na druhé funkční.
Co nás bude zajímat dál budou určitě výstupy – podporované cívky. MASTER se vyrábí jak v provedení CDI, což je doporučovaná varianta obsahující speciální měnič o špičkovém výkonu až 100W. Ten dokáže kočírovat i cívku o velikosti sklenice od trnkového kompotu bez toho, aby se zadýchal. Je opět plně řízený FPGA, takže můžeme nastavit jak napětí tak proudy výstupního napětí do cívek a tím najít kompromis mezi spotřebou energie a sílou samotné jiskry. Vyrábí se také jednodušší a levnější provedení s TCI výstupy nebo jejich kombinace.

Jednotka dále obsahuje analogové / digitální vstupy, na které je možné připojit jakékoli analogové čidla o maximálním napětí 5V, nebo odporu 10k. Je tedy možné připojovat veškeré snímače škrtících klapek, teplotní čidla, snímače stojanů, náklonu, až k různým potenciometrům a vypínačům na řidítkách, kdy motorka bude vypadat spíše jako pojízdný výherní automat. Tyto čidla si nakalibrujeme podle vlastního uvážení a hodnota zobrazovaná ve vizualizaci bude ukazovat přímo v našich jednotkách např. teploty nebo procenta. Jednotka má mimo tyto vstupy integrován MAP snímač podtlaku sání, takže stačí pouze přivést hadičku od klapky. Tento snímač má rozsah od -80 do +150kPa, takže můžeme začít s turbem nebo NOS :)

Jednotka MASTER neřídí jenom motory v motocyklech, autech a letadlech, ale také motory v kogeneračních stanicích, kde je požadovaná vysoká přesnost směsi kvůli ekonomice provozu a ekologii. Zejména z toho důvodu bylo potřebné vyvinout speciální LAMBDA controller pro připojení precizní širokopásmové sondy LSU4.9. Tato sonda je konstruována pro přesné měření směsi moderních automobilů splňujících emisní normy EURO 5. Žádné chudé bohaté, žádné kompromisy a snahu se složením směsi trefit „tak nějak na půl škody“ ale přesné měření v reálných číslech.

Ruku v ruce s integrovanou programovou akcelerační pumpou se už nestane, že zatáhneme za plyn, a motor jen hluboce zabučí jak naštvaný bůvol a nic se nebude dít. Tento kontrolér může být připojený přímo přes průmyslovou CAN sběrnici v protokolu J1939, tedy bez přidané chyby způsobené analogově digitálním převodem a přepočtem. Žádných 1024 hodnot na celý rozsah, ale reálné spojité řízení. Jednotka dokáže vzhledem o otáčkám a měření teploty uvnitř lambda sondy regulovat plynule její vyhřívání, takže už se nestane, že se lambda poškodí vlivem nespálené směsi a chladné lambdy.

A ta poslední třešnička na závěr – funkce Dataloggeru. Každý jistě zná ten problém, kdy motorka nejede podle očekávání v určitém rozmezí otáček, na určité trase, kombinaci plynu, rychlosti, zatížení nebo díky splašenému tepu vlastního jezdce. Datalogger zde nabízí nový prostor k informacím a případnému řešení. Na základě nastavené periody jednotka ukládá všechny dostupné informace do vnitřní paměti FLASH o velikosti 8MB s následným uložením do souboru ve formátu CSV. Soubor lze přímo editovat v aplikaci EXCEL nebo jej nahrát do specielního programu pro pokročilou analýzu. Data můžeme prohlížet v podobě surových čísel, lze zvolit hodnoty pro zobrazení do 3D grafů, nebo přehrávat jako reálnou jízdu na grafických ukazatelích a nakonec ještě uložit v AVI formátu. Je možné zvolit periodu ukládání – kdy při zápisu všech hodnot 10x za sekundu paměť vystačí na 1 hodinu záznamu.

A rychle k závěru, jednotka má certifikace z hlediska elektromagnetické kompatibility, a také vlastní odolnosti. Při vývoji bylo bráno v úvahu i samotné oteplení vnitřní struktury jednotky, kde k ověření byla provedena analýza termokamerou, více informací najdete na webu https://imfsoft.com/