Das Motorsteuergerät

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Sapphire
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Das Motorsteuergerät

Beitrag von Sapphire »

Das Motorsteuergerät (Engine Control Unit (ECU) oder auch Powertrain Control Modul (PCM)) genannt, ist für die Steuerung, Regelung und Überwachung von Motorfunktionen verantwortlich. Sie befindet sich im Motorraum in der Steuergerätebox.
ECU1.jpg
Es verwendet die integrierten Stromkreise und CAN-Datenbusinformationen sowie Eingangssignale von zahlreichen
festverdrahteten Bauteilen zur Überwachung einer Vielzahl von Fühlern und Schaltereingängen im Fahrzeug.
Anhand dieser Eingangssignale können die integrierten Stromkreise und Programmierungen des PCM viele elektronische
Fahrzeugfunktionen steuern und integrieren. Dies erfolgt über die festverdrahteten Ausgänge und durch
Übertragung elektronischer Signale an andere Steuergerät im Fahrzeug über den CAN-Datenbus.

Ausgebaut sieht die ECU so aus:
ECU2.jpg
Der Computer/Motorsteuerung (PCM) ist ein vorprogrammierter Mikroprozessor. Er regelt die Zündverstellung, das
Kraftstoff-Luftgemisch, die Geräte zur Abgasregelung, das Ladesystem, bestimmte Getriebefunktionen, die
Geschwindigkeitsregelung, das Eingreifen der Klimakupplung und die Leerlaufdrehzahl. Das PCM kann seine Programmierung
jeweils an wechselnde Betriebsbedingungen anpassen.

Das PCM empfängt Eingangssignale von verschiedenen Schaltern und Fühlern. Anhand dieser Eingangssignale
regelt er über verschiedene Systembauteile bestimmte Motor- und Fahrzeugfunktionen. Diese Bauteile werden als
Ausgänge des PCM bezeichnet. Die Fühler und Schalter, die ihre Eingänge an das PCM legen, werden als Eingänge
des PCM bezeichnet.

Das PCM verstellt die Zündeinstellung entsprechend den Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren, die auf
folgende Werte ansprechen: Motordrehzahl, Ansaugunterdruck, Motorkühlmitteltemperatur, Drosselklappenstellung,
Gangwahl (Automatikgetriebe), Fahrgeschwindigkeit und Bremsschalter.
Das PCM passt die Leerlaufdrehzahl entsprechend den Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren an, die auf
folgende Werte ansprechen: Drosselklappenstellung, Fahrgeschwindigkeit, Gangwahl, Motorkühlmitteltemperatur,
sowie von Eingängen, die er vom Schalter der Klimakupplung und dem Bremsschalter empfängt.

Das PCM verstellt den Zündzeitpunkt anhand der von ihm empfangenen Eingangssignale. Ferner passt der PCM
den Ladestrom der Lichtmaschine über die Steuerung der Erregerwicklung/Lichtmaschine an und stellt die Tempomat-
Funktionen zur Verfügung.

Bei aktuellen Verbrennungsmotoren werden mit dem Motorsteuergerät die Verbrennungsabläufe im Motor so gesteuert und kontrolliert, dass das gewünschte Fahrverhalten erreicht und die gültige Abgasnorm eingehalten wird (z.B. Lambdaregelung).
Hierzu muss das Motorsteuergerät synchron zum innermotorischen Prozess alle Stellsignale berechnen und ausgeben. Das gilt besonders für die Luftfüllung des Brennraums, die Kraftstoffeinspritzung und die Steuerung des Zündzeitpunkts bis zur Regeneration/Reinigung der Abgasanlage. Motorsteuergeräte können über 200 Anschlüsse (analoge und digitale I/O-Schnittstellen) aufweisen.

Typische Eingangssignale der Motorsteuerung sind:
• Kurbelwellensensor und Nockenwellensensor für die Synchronisation von Verbrennungsmotor und Motorsteuergerät,
• Luftdrucksensor, Luftmassensensor und Elektrische Drosselklappe für die Berechnung der Ladeluftmasse,
• Ladedruck bei Aufladung (Turbolader),
• Zündzeitpunkt (bei fremdgezündeten Verbrennungsmotoren),
• Lambdasonde für das Gemischverhältnis und die katalytische Abgasreinigung sowie die Abgasrückführung,
• variabler Ventiltrieb die Öffnungs- und Schließ(kurbelwellen)winkel der Ein- und Auslassventile,
• Klopfsensor,
• barometrischer Umgebungs-Luftdruck,
• Kraftstoffdrucksignal,
• Temperatur der angesaugten Luft,
• Temperatur der Motorkühlflüssigkeit,
• Temperatur und Druck des Motoröls.

Weitere Eingangssignale werden durch den Fahrer erzeugt, zum Beispiel:
• Gaspedalwinkel/-weg (Fahrpedalweg),
• Kupplungspedal-Schalter,
• Bremssignal-Schalter,
• Fahrgeschwindigkeits-Regelungssystem (Tempomat).

Typische Ausgangssignale der Motorsteuerung sind:
• Ansteuerung der Einspritzventile,
• Aktivierung der Zündung,
• Ansteuerung des Drosselklappenstellers,
• Ansteuerung des Abgasrückführungsventils,
• Ansteuerung des Turboladers (Waste Gate oder VTG),
• Nockenwellenverstellung,
• Kraftstoffpumpe.
ECUfunktion.png
Diagramm zur Funktionsweise eines Fahrzeugsteuergeräts

Charakteristisch für einen Motorsteuerungscomputer ist die integrierte Schnittstelle für analoge und digitale Eingangssignale von Sensoren und Ausgangssignale für Aktoren. Für die On-Board-Diagnose existiert eine separate, vorgeschriebene und genormte Schnittstelle (K-Leitung), um mit geeigneten Geräten die Fehlerspeicher auslesen zu können.
Das Motorsteuergerät ist über den CAN-Bus oft mit weiteren Steuergeräten, wie zum Beispiel Getriebesteuerung, ABS, ESP, Kombiinstrument und Klimaanlage vernetzt.

Oftmals handelt es sich beim Motorsteuergerät nicht um eine offene Steuerung, sondern um eine geschlossene Regelung, weil der mit einem Sensor gemessene IST-Zustand mit einem berechneten SOLL-Zustand verglichen wird (Rückkopplung) und über einen Aktuator dann die Abweichung im geschlossenen Regelkreis minimiert wird. Man bezeichnet die Software in der Motorsteuerung auch als elektronisches Motormanagement.

Ein Motorsteuergerät gehört (nach Austauschmotor und -getriebe) meist zu den teuersten Ersatzteilen eines Autos, dies liegt vor allem daran, dass das Steuergerät unter schwierigen Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel ein sehr großer Temperaturbereich, Vibrationen vom Motor und Erschütterungen durch den Straßenzustand sowie Über- und Unterspannung, einwandfrei funktionieren soll. Es kann oft auch im Austausch geliefert bzw. repariert werden.
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Another One Bites the Dust :ievil:
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