Uglaševanje jeklenih konjičkov

Mikroračunalniki oz. mikrokontrolerji se neustavljivo množijo v izdelkih našega vsakdana. In kot se rad pohvali Sy Liebergot, glavni nadzornik elektronskih sistemov pri enem od poletov Apolla, ima danes že vsak avtomobil zmogljivejši računalnik od tistega, ki je bil na voljo njim.

Delovanje motorja

Razen redkih izjem sodobni avtomobili uporabljajo štiritaktni motor. Že samo ime pove, da njegovo delovanje lahko opišemo s štirimi koraki: vsesavanje gorivne zmesi, stiskanje (kompresija), vžig zmesi in izpuh. Gorivna zmes je zmes bencina oz. dizelskega goriva in zraka. Pri bencinskih motorjih čas vžiga določamo z iskro, pri dizelskih pa s količino dovedene zmesi, saj se zmes vžge, ko doseže določen tlak. Sproščena energija pa je poleg količine vbrizgane zmesi odvisna tudi od razmerja gorivo-zrak. Motorji s turbo polnilnikom omogočajo večji tlak v valju in s tem večjo sproščeno moč in izkoristek goriva.

Mehanska moč motorjev se v strojništvu izraža s pomočjo navora, saj se sila motorja prenaša na pogonska kolesa prek številnih mehanskih zglobov (med drugim tudi menjalnika). Navor motorja je močno odvisen tudi od vrtljajev in ni enakomerno porazdeljen. Idealno bi bilo, ko bi imel motor največ navora pri nizkih hitrostih, saj so potrebe po pospeševanju tedaj največje. Pospešek je namreč neposredno odvisen od navora. Temu deloma zadostimo z uporabo menjalnika in sklopke, kjer z mehanskimi prenosi poskrbimo za ustreznejša razmerja vrtljajev motorja in pogonskih koles.

Delovanje štiritaktnega bencinskega motorja.

Koliko pa to kaj stane?

Eno najcenejših možnosti predstavljajo uglaševalne škatlice, ki jih kupec po priloženih navodilih lahko vgradi kar sam. V spletu komplete s povezovalnimi žicami ponujajo že po 150 evrov. Dražje in boljše različice se gibljejo nekje okrog 450 evrov.

Prepis krmilne enote vas bo navadno olajšal za 400-500 evrov za šibkejše motorje, z močjo pa se cena zviša tudi do 1000 evrov. Tu plačate predvsem kakovost programa in raven storitve, ki zajema garancijo in opravljanje meritev ter dodatno prilagajanje vašim željam.

Med smotrne stroške lahko prištejemo še zavarovanje motorja za primer okvare zaradi takega posega; nekako 200-300 evrov.

Ker je vozilo zdaj mogočnejše in želi nekoliko več zraka tako vsrkati kot tudi sprostiti v okolico, je pogosto potreben še nakup boljših zračnih filtrov in izpušnih sistemov.

Domača ponudba uglaševanja je dokaj pestra. Nekatera podjetja tržijo tako dodatne module kot preprogramiranje ECU po konkurenčnih cenah. Nekaj velja tudi to, da je usposobljena pomoč ob morebitnih težavah lahko dosegljiva.

Zakaj v avtomobilu računalnik(e) sploh potrebujemo? Elektronika nadzoruje varnostne mehanizme, skrbi za posredovanje raznovrstnih podatkov vozniku, skrbi za njegovo udobje, ena najpomembnejših funkcij pa je nadzor in krmiljenje delovanja samega motorja, za katerega je zadolžena t. i. ECU (engine control unit). Ta nadomešča vlogo uplinjača z določanjem časa vžiga goriva, nadzoruje količino vbrizganega goriva, količino dovedenega zraka in tlaka v valju itd. Poglavitna prednost elektronskega nadzora je prilagajanje parametrov glede na razmere (vrtljaji motorja, hitrosti, temperature hladilne tekočine ...), odčitanih ob pomoči številnih tipal.

Prve avtomobilske elektronske enote, ki so nastale sredi osemdesetih let, so uporabljale preprost sistem pretvorbe analognih odčitkov tipal v digitalno obliko in nato njihovo primerjavo z vrednostmi, ki so bile tovarniško vnesene v pomnilniško vezje EEPROM. S tem so se izdelovalci izognili računanju v realnem času, ki je bilo takrat izvedljivo le z zelo drago tehnologijo. S pocenitvijo in povečanjem zmogljivosti mikrokontrolerjev pa so se možnosti prilagajanja delovanja motorja glede na različne razmere močno povečale in sprotno nastavljanje je postalo primerno tudi za še bolj specifične situacije in je pridobilo na učinkovitosti.

Spreminjanje nastavitev

Prilagajanje časa vžiga je znano že iz zelo zgodnjih let avtomobilizma. V nekaterih avtomobilih je bila ročica za nastavitev časa vžiga nameščena na dosegu voznikove roke, da je iz takratnih šibkih motorjev lahko iztisnil kar najbolj optimalno delovanje glede na razmere in naravo vožnje. Zato ni presenetljivo, da so navdušenci, ki svoja prevozna sredstva tako ali drugače prilagodijo, pomislili tudi na poseg v krmiljenje parametrov motorja ob pomoči prilagajanja elektronike.

Najpogosteje se spreminjajo čas vžiga, uravnava se količina vbrizganega goriva in dovedenega zraka za učinkovitejše izgorevanje. Vse v želji po povečanju navora oz. moči in celo ekonomike motorja. S povečanjem moči pridobimo na odzivnosti motorja (boljši pospeški) in višji končni hitrosti. Pridobitve so bistveno večje pri motorjih s turbinskim polnilnikom kot pri klasičnih.

In čemu tega ne postorijo že sami izdelovalci? Kakovost goriv se v različnih državah razlikuje. Drugačne so tudi predpisane emisije v izpušnih plinih in drugi okoljski standardi. Nastavitve motorja so prilagojene tudi zanesljivosti delovanja in povprečnemu načinu vožnje. Nekaj prispeva tudi to, da za povprečnega uporabnika utripajoči napis "service" ni najbolj prepričljiv razlog za obisk avtomehanične delavnice. Materiali namreč v privitih motorjih bolj trpijo, zviša se tudi temperatura hladilne tekočine, to pa ne vpliva blagodejno na življenjsko dobo vašega stroja. V elektroniki pa so tudi mejne vrednosti še dovoljenih vrtljajev motorja in najvišje dovoljene hitrosti, ki jih je s programskim posegom mogoče spremeniti oziroma odstraniti.

Z mislijo na tolerance, ki jih upošteva izdelovalec, z uglaševanjem začnemo hoditi po robu dovoljenega. Izdelovalci oziroma uglaševalci vam, žal, pogosto le z besedami zagotavljajo odsotnost nezaželenih učinkov in celo povzročene škode na motorju. Včasih pa vam pihajo na dušo tudi le s 5 % hitrejšo obrabo. Do tedaj, ko bi vas ta prizadela, pa se bodo vaši apetiti po pospeških že davno povečali. In ob obljubah po 20-40 % povečanju moči in navora se marsikomu orosijo oči. Zanimiva možnost, ki jo tržijo nekatere storitve, je še možnost zavarovanja v primeru škode na motorju, ki bi jo poseg lahko povzročil.

Ko se končno odločimo, da nam tovarniške zmogljivosti ne zadoščajo, je na voljo nekaj različnih pristopov elektronske modifikacije, ki so odvisni od tipa motorja, nameščene elektronske enote in tudi želja posameznika.

Sodobna elektronska krmilna enota (ECU).

Povečanje navora in moči motorja v odvisnosti od vrtljajev.

Uglaševalna škatlica (tuning box)

Uglaševalne škatlice so za posameznika najenostavnejša rešitev, izdelovalci pa jih ponujajo kar v obliki kompletov oziroma "kitov", ki naj bi bili namestljivi v borih dvajsetih minutah. V ohišju sta najpogosteje mikrokontroler, ki je prilagojen komunikacijskim protokolom avtomobila, kateremu je enota namenjena. Enoto se priklopi v avtomobil kot dodatek, ki prestreza odčitke tipal in jih prilagojene pošilja vgrajeni krmilni enoti, njene ukaze pa po potrebi tudi interpretira nekoliko po svoje in jih spremenjene pošilja enotam za vbrizg in dovajanje goriva.

Dobra stran takega posega v delovanje motorja je vsekakor preprosta montaža in po potrebi tudi odstranitev, saj enota ne pušča sledov niti v programski niti v strojni opremi primarne elektronike. Odstranitev in prikritje posega pa pride prav tudi ob kakih kočljivih situacijah, kot so tehnični pregledi vozila in servisiranje. In, kot pravijo prodajalci, primerna je celo za službena vozila ...

Žal so take škatlice lahko tudi vir sporočanja napak vgrajene elektronske enote, saj ta prejema podatke, ki se ne skladajo s pričakovanimi posledicami njenih odločitev. Poleg tega so na trgu tudi napravice, ki vsebujejo precej manj elektronskih možganov, kot bi se spodobilo, in posledično precej špartansko prepričajo motor, da iz sebe iztisne nekaj konjičev več.

Uglaševalna škatlica oz. tuning box.

Uglaševanje čipa (chip tuning)

Izraz, ki je sicer prevzel vlogo nadpomenke za elektronski poseg v ECU, izhaja iz bližnje preteklosti, ko se je pri prilagajanju elektronske krmilne enote dejansko opravila fizična menjava pomnilniškega integriranega vezja. EEPROMa načeloma ni mogoče programirati v vezju, nekateri modeli pa so vsebovali celo vezja brez možnosti preprogramiranja, zato je bil potreben nov čip. Različni izdelovalci so uporabljali tudi različne tipe in ohišja čipov, ki so bili včasih celo neposredno prispajkani na tiskanino. Iz napisanega je bržkone razvidno, da poseg ni več trivialen in da je bila potrebna strokovna pomoč. Tako pri vgradnji kot tudi pri želji vzpostavitve tovarniškega stanja, ki je mogoča z namestitvijo prvotnega čipa ali vnovičnim vpisom tovarniških vrednosti.

Prepis krmilne enote (ECU flashing)

Z že omenjenim napredkom elektronike pa so krmilne enote postale bolj prilagodljive. Z razširitvijo mikrokrmilnikov, v katere je pogosto že v osnovi vgrajen pomnilnik, v katerem so shranjeni program in za delovanje potrebni podatki, po potrebi pa jim je dodan še zunanji bliskovni (flash) pomnilnik, ki omogoča spreminjanje vsebine v vezju, je postalo prilagajanje delovanja nadzornih enot enostavnejše. Po letu 1996 so se v številnih avtomobilih začeli pojavljati tudi napredni in že delno standardizirani diagnostični vmesniki (OBD-II - On Board Diagnostic), ki omogočajo dostop do podatkov o delovanju motorja in podatkov motorne krmilne enote prek konektorja v sami kabini vozila. Omogočajo pa tudi nastavitve parametrov in spremembo strojne kode (firmware) mikrokrmilnika. V servisne namene, se razume. Na veselje avtomobilskih navdušencev se vmesnik uspešno uporablja tudi za manipulacijo in priganjanje motorja bliže skrajnim mejam delovanja.

Če elektronika ne podpira standarda OBD-II, je programiranje treba izvesti na samem vezju, oz. čip začasno odspajkati.

Konektor OBD-II je na voznikovem prostoru, nanj pa prek vrat USB ali RS232 in pretvornika priključimo osebni računalnik.

Zmogljivost mikroračunalnikov

V primerjavi s tehnologijo, ki je bila na voljo ob nastanku prvih elektronskih nadzornih enot, dandanes načrtovalce prej kot zmogljivost omejuje kompleksnost naprav in programov, ki jih vgrajujejo.

Kot zgled mikroračunalnika si oglejmo 16-bitni mikrokrmilnik družine PIC24HJ. V enem samem čipu je združeno 256 KB programskega pomnilnika flash, ki omogoča celo samodejno nadgradnjo programa (v program mikrokrmilnika so lahko vključeni ukazi, ki spreminjajo vprogramirano kodo), 16 KB RAM, strojni bloki za raznovrstne komunikacijske protokole, ki se uporabljajo za pridobivanje podatkov iz tipal, zapisovanje in branje podatkov iz zunanjih pomnilniških vezij in komunikacijo z drugimi mikrokrmilniki v sistemu, analogno-digitalni pretvorniki pa omogočajo tudi priklop analognih vhodov, saj mikrokrmilnik vsebuje kar do 32 vhodov z 12-bitno pretvorbo. Procesor tiktaka pri največji frekvenci 80 MHz, pri čemer doseže zavidljivih 40 Mipsov.

Cena? Manj kot štiri dolarje.

Praktično vsako programiranje se opravlja z osebnim računalnikom prek prilagojenih naprav, ki se priključijo bodisi na zaporedni bodisi USB vmesnik. Za preprogramiranje EEPROMa je potreben sila preprost program, ki omogoča le spremembo vrednosti posameznih celic in zapis podatkov na integrirano vezje prek namenskega programatorja. Bolj uporabni so programi, ki poleg golega zapisa podatkov zmorejo tudi analize in grafične ponazoritve rezultatov meritev. Na voljo so tako samostojni programi kot tudi dodatki (plugin) za uveljavljena imena na področju matematičnega softvera, npr. LabView in MatLab. Najmočnejša pa so orodja, ki omogočajo še simulacije delovanja motorja in pripadajočih elektronskih enot. Ta se ne uporabljajo neposredno za sam poseg v elektroniko, temveč predvsem za pridobivanje optimalnih vrednosti nastavitvenih parametrov.

Uporabniški vmesnik naprednejšega uglaševalskega programa

Ko modre LEDice niso več dovolj

Kaj torej storiti, ko si zaželite, da bi krilca in aerodinamične obline prišle do pravega izraza? Najprej velja preveriti, ali ima vaše "prevozno sredstvo" dovolj velik potencial, da je poseg smiseln. Številne spletne strani vam zelo pregledno predstavijo pridobitve, ki vam jih ponuja ta tehnologija, glede na znamko vozila in tip motorja. Uglednejši mojstri vam v dokaz sprememb izvedejo tudi meritve. Ponudba je pestra, razpon cen prav tako. Razlikuje se med izdelovalci, že opisanimi pristopi in učinkovitostjo.

A če sodimo po pričevanjih tistih, ki so se že spustili v navijalske vode, obljube o 20-40 % pridobitvi na moči niso tako iz trte izvite, kot se nam morda zazdi sprva.

V primerjavi s tehnologijo, ki je bila na voljo ob nastanku prvih elektronskih nadzornih enot, dandanes načrtovalce prej kot zmogljivost omejuje kompleksnost naprav in programov, ki jih vgrajujejo.

Najpogosteje se spreminjajo čas vžiga, uravnava se količina vbrizganega goriva in dovedenega zraka za učinkovitejše izgorevanje. Vse v želji po povečanju navora oz. moči in celo ekonomike motorja.

Materiali v privitih motorjih bolj trpijo, zviša se tudi temperatura hladilne tekočine in to ne vpliva blagodejno na življenjsko dobo vašega stroja.