Het motormanagement systeem is niet meer weg te denken uit de moderne auto. Om de strenge milieu eisen te halen en zo effectief mogelijk gebruik te maken van de energie in de brandstof, maken motor fabrikanten gebruik van een elektronisch regelsysteem: Het motormanagement systeem.

Opbouw van het motormanagement systeem

Het motormanagement systeem is onder te verdelen in de volgende hoofdgroepen:

·         Sensoren

·         Elektronisch regelsysteem

·         Actuatoren

De sensoren worden gebruikt om te meten wat de toestand van de motor op enig moment is. Bijvoorbeeld het motortoerental, de inlaatlucht hoeveelheid en brandstof druk.

Het elektronische regelsysteem (engels: Engine Control Unit (ECU)) bevat een microcontroller. Deze microcontroller is een computere met software die op basis van de sensorwaarden bepaalt hoe en wanneer de actuatoren moeten worden aangestuurd.

De actuatoren zijn alle (bewegende) delen die door de ECU worden aangestuurd, zoals: Injectoren, ontsteking, gasklep etc...

Schematisch ziet het motormanagement systeem er als volgt uit:

Taken van het motormanagement systeem

Doordat de ECU in staat is snel berekeningen uit te voeren, is deze uitermate geschikt om timing kritische systemen te regelen, zoals brandstof inspuiting, ontstekingstijdstip en luchthoeveelheid.
Het grote voordeel hiervan is dat er complexe regelstrategieen toegepast kunnen worden die met mechanische regelaars, zoals vroeger gebruikelijk was (veertjes, vlieggewichtjes, vacuum...), niet haalbaar zijn. Bovendien zijn mechanische regelsystemen storingsgevoelig door de grote hoeveelheid bewegende onderdelen.

Naast het regelen van de onststeking, inspuiting en lucht toevoer, kan het motormanagement systeem door slim gebruik te maken van sensoren, ook in de gaten houden wat de conditie van de motor is (diagnose). Als er sensoren stuk gaan, of op basis van sensor waarden geconcludeerd kan worden dat er iets mis is, kan de bestuurder gewaarschuwd worden. Deze kan vervolgens de auto afleveren bij de garage voordat er iets serieus stuk gaat.

Het regelen van de ontsteking

De allereerste taak die het motormanagement systeem kreeg toegewezen was het timen van de ontsteking. De taak van de onderbreker werd overgenomen door een transistor, die door een microcontroller kan worden gestuurd. Op het moment dat de stroom door de transistor wordt geblokkeerd, treedt er ontlading van de bobine op, wat de bougie doet vonken.
Nu moet de ECU alleen nog weten wannéér het de transistor moet laten sperren. Hiervoor is het nodig te meten in welke positie de krukas staat. We geven het ontstekingstijdstip immers aan in krukas graden.

Om de krukas positie te kunenn meten is er op het vliegwiel een tandkrans aangebracht. Met behulp van een inductieve sensor, worden er spanningen opgewekt door elk tandje dat de sensor passeert. De ECU is in staat deze spanningen te registreren en door te kijken hoeveel tijd er tussen het passeren van twee tandjes zit, kan het motortoerental berekend worden.

Maar nu weten we nog steeds de krukas positie niet. Door enkele tandjes van de tandkrans te verwijderen, ontstaat er een soort gat in de continue stroom van spanningen die de ECU waarneemt. Een veel gebruikte methode is een tandkrans met 60 tandjes, waarvan er 2 zijn weggehaald (een 60-2 tandkrans). Door nu te zorgen dat we weten op welk punt de tandjes zijn weggehaald (bijvoorbeeld op BDP van cilinder 1). Kunnen we registreren wat de krukas positie is. De ontbrekende tandjes bevinden zich dan namelijk op 0 graden. Elk volgend tandje dat langskomt betekent een verdraaing van 360/60 = 6 graden. Door nu de tandjes te tellen weten we in welke positie de krukas zich bevindt. Als we bijvoorbeeld met een ontstekingsvervroeging van 6 graden  willen ontsteken, dan moeten we bij tandje 29 en 59 de transistor laten sperren.

In dit systeem hebben we alleen nog een rotor nodig die de vonk naar de juiste cilinder stuurt. Dit probleem werd in eerste instantie opgelost door 1 bobine toe te passen per 2 cilinders. In een viertakt motor betekent dat, dat cilinder 1 en 4 samen een bobine delen en cilinder 2 en 3. Als namelijk cilinder 1 aan zijn arbeidsslag toe is, begint cilinder vier net aan de inlaatslag. De bobine veroorzaakt een vonk in beide cilinders, waardoor het lucht-brandstof mengsel in cilinder 1 ontsteekt en het uitlaatrestgas in cilinder 4 doet niks. Zodra cilinder 4 aan z’n arbeidsslag toe is, heeft cilinder 1 net z’n uitlaatslag gemaakt, zodat het zelfde trucje kan worden uitgehaald.
Voor cilinders 2 en 3 werkt het precies het zelfde.

Een andere mogelijke oplossing is om elke cilinder een eigen bobine te geven en deze gericht door de ECU te laten aansturen. Het probleem is dan alleen dat alleen de krukas positie geen uitsluitsel geeft of cilinder 1 in het BDP van de uitlaatslag staat, of van z’n compressieslag. Om hier achter te komen is ook de nokkenas voorzien van een tandkrans. Deze heeft vaak maar 5 tanden. Eentje voor elke cilinder, die aangeeft dat deze aan de inlaatslag gaat beginnen, plus een nokje die aangeeft dat de volgende nok voor cilinder 1 geldt. Door de signalen van nokkenas en krukas sensor te vergelijken, kan precies vastgesteld worden welke cilinder er moet gaan vuren en wanneer de transistors moeten worden aangestuurd.

Het regelen van de brandstof inspuiting

Met de komst van de injector werd het mogelijk om de brandstof hoeveelheid nauwkeurig te regelen. Met behulp van een druksensor wordt gemeten wat de druk van de brandstof in de injector is. Doordat de afmetingen van de doorstroom openingen in de injector bekend zijn, kan berekend worden hoeveel brandstof er per seconde door de injector stroomt als deze open staat. Hierdoor kan de ECU de ingespoten brandstof hoeveeheid regelen, door de injector langer of korter open te sturen.

Behalve de hoeveelheid is ook de timing van de inspuiting van belang. Nu is het bij mono-point injectie (1 injector vlak achter de gasklep) vrij eenvoudig. Afhankelijk van de krukas positie kan vastgesteld worden wanneer er een cilinder aan de inlaatslag bezig is. De ingespoten brandstof wordt automatisch meegevoerd naar de cilinder waarvan de inlaatklep geopend is. Bij mulitpoint injectie (1 injector per cilinder) is het ook belangrijk dat de ECU weet wélke cilinder er aan de inlaatslag bezig is. Ook hiervoor wordt gebruik gemaakt van de extra tandkrans op de nokkenas. Met behulp van drie sensoren kan de ECU dus heel precies de hoeveelheid en timing van de brandstofinspuiting regelen, zowel voor indirecte als directe injectie.

Het regelen van de luchthoeveelheid

Met de komst van het motormanagement systeem is er veel veranderd in de toevoer van lucht naar de motor. Voorheen was de hoeveelheid lucht in de cilinders een direct gevolg van de gaspedaal positie en daarmee de positie van de smoorklep. Tegenwoordig is de gaskabel al lang vervangen voor een elektrisch bediende gasklep en een gaspedaal positie sensor. De gaspedaalstand geeft de ECU aan hoeveel koppel de bestuurder van de auto verlangt, maar heeft geen directe relatie meer tot de gasklepstand. Samen met de luchtmassameter kan het motormanagement systeem precies de gewenste luchthoeveelheid leveren voor het gevraagde bedrijfspunt. De lambdasensor geeft vervolgens terugkoppeling over de daadwerkelijke lucht brandstof verhouding tijdens de verbranding. De ECU kan op basis van deze sensorwaarde zijn regeling iets bijsturen (closed loop control).

Met de komst van de elektrisch geregelde drukvulling, zoals een elektrisch bypass ventiel en tegenwoordig zelfs de variabele turbine geometrie, zijn de mogelijkheden voor de ECU alleen maar groter geworden. Als daar onder druk van milieunormen ook nog een EGR (exhaust gas recirculation / uitlaatgas recirculatie) systeem bij komt, kun je je voorstellen dat de regelsoftware voor het precies regelen van de hoeveelheid verse en teruggevoerde lucht uiterst complex wordt. Autofabrikanten steken daarom veel tijd en moeite in het ontwikkelen van het lucht-regelsysteem (air management).

Conclusie

Het motormanagement systeem is niet meer weg te denken uit de moderne auto. Het speelt een cruciale rol in het regelen en aansturen van de onsteking, inspuiting en luchthoeveelheid. De sensoren vertalen de fysieke situatie in de motor naar elektrische signalen. De software in de ECU stuurt op basis daarvan elektrische signalen naar de actuatoren, die deze elektrische signalen omzetten vertalen naar de fysieke motor.
De laatste decennia heeft het motormanagement systeem een grote bijdrage geleverd aan het reduceren van schadelijke emissies en het omlaag brengen van het brandstofverbruik.