Chiptuning, optimointi tai lastuttaminen?

kaikki termit tarkoittavat moottorin ohjausyksikön uudelleen ohjelmointia pyrkimyksenä parantaa moottorin tehoa ja vääntömomenttia. Ajoneuvon valmistaja joutuu tekemään kompromisseja moottorin suorituskyvyn ja olosuhteiden, pakokaasuarvojen ja polttoainetalouden välillä. Ohjelmoimalla säätöarvot uudelleen pystytään moottorin kehittämää vääntömomenttia ja tehoa lisäämään polttoainetalouden heikentymättä.

Miten chiptuning tehdään?

Säätöarvot on tallennettu ajoneuvon moottorinohjausyksikköön. Komponentti missä tieto sijaitsee on nimeltään eprom eli chip. Uudelleen ohjelmoinnissa asennetaan alkuperäisen epromin tilalle emulaattori, jonka avulla voidaan reaaliaikaisesti dynamometrissä muokata ohjelman parametreja tietokoneella. Ajoneuvovalmistajat ympäri maailmaa käyttävät samankaltaisia järjestelmiä kehitystyössään. Olemme ensimmäisenä Suomalaisena yrityksenä ryhtyneet tarjoamaan tätä palvelua. Teemme jokaiseen ajoneuvoon sopivan chipin ja takaamme sen toimivuuden. Tietokannassamme on valmiina yli 4000 ohjelmaa ja jokaisesta ohjelmasta useita eri versioita.

Markkinat ovat täynnä superlatiiveja, paljon luvataan, mutta kuka voi sanoa tietävänsä mitä tarjolla oleva viritysohjelma oikeastaan pitää sisällään?
Seuraavassa on hiukan perustietoa lastuvirityksestä ja mekanismeista joihin viritys perustuu.

Lyhyt oppimäärä:

Flash, ohjelmointi, OBD-tuning, optimointi, päivitys, tarkoittavat moottorin ohjainlaitteen uudelleenohjelmointia jossa alkuperäinen ohjelma korvataan muutetulla ohjelmalla.

Lastu, chip, virityslastu, eprom, prommi, sipsi... kaikki nimet tarkoittavat komponenttia jossa sijaitsee moottorin ohjainlaitteessa olevan prosessorin muistidata eli ohjelma, säätöarvojen muistipankki.

Nykyaikainen moottorinohjausjärjestelmä säätelee ja ohjaa moottorin eri toimintoja. Tärkeimmät toiminnot moottorin tehon kannalta ovat moottorin säätöarvojen määrittelytiedot. Valmistaja on tehnyt valtavan tutkimustyön löytääkseen oikeat säätöarvot jokaiselle ajotilanteelle ja ympäristön olosuhteelle sopivaksi. Vaatimukset pakokaasupäästöille ja polttoaineen kulutukselle ja optimoitaessa säätöarvoja hyvän moottoritehon suhteen ovat kuitenkin ristiriidassa keskenään. Moottorin säätöarvojen optimoiminen parhaan tehon saavuttamiseksi lisäävät moottorin ominaiskulutusta ja pakokaasupäästöjä. On selvää että valmistaja joutuu tekemään kompromisseja. Nämä kompromissit antavat virittäjälle mahdollisuuden parantaa moottoritehoa.

Peruskurssi:

Polttomoottorin tuottamaa tehoa voidaan virityslastulla lisätä seuraavissa tapauksissa:

• Valmistaja on tarkoituksella vähentänyt tehoa eri mallisarjoissa ja/tai tehoa säädellään elektronisesti, esimerkkinä TDI-moottorit.
• Moottorin ominaisuus on tuottaa vääntömomenttia jollakin kierrosluvulla enemmän, mutta sitä on säätöarvoilla vähennetty vääntömomentti-käyrän tasaamiseksi.
• Säätöarvot ovat matalaoktaaniselle polttoaineelle vaikka moottorin perusrakenne olisi sopiva myös korkeamman oktaaniluvun omaavalle polttoaineelle.
• Moottorin kaasujenvaihtoa on parannettu (viritetty)
• Pakokaasujen lambdasäätö on aktiivinen myös täydellä kaasulla.
• Valmistajalla on virhe ohjelmassa.
• Moottori on ahdettu

1. Ahtamattomat polttomoottorit:

Vapaasti hengittävän moottorin tehon lisääminen säätämällä (chipillä) on vaikein osa-alue lastuvirittämistä. Moottorin tuottama teho on teoriassa suoraan verrannollinen sen kuluttamaan ilmamäärään eli happimäärään. Polttoainetta voidaan säädellä ohjainlaitteella mutta ilmamäärä on moottorin mekaanisesta rakenteesta riippuva. Virityslastulla muutetaan yleensä polttoaine/ilma suhdetta sekä sytytysennakkoa. Polttoaine/ilmasuhde on täydelliselle palamiselle 14.7kg ilmaa ja 1kg bensiiniä. Tämä suhdeluku ilmoitetaan myös lambda-arvona . Lambdan ollessa 1.00 voidaan pakokaasut puhdistaa katalysaattorilla. Jos lambda-arvo on 1.03-1.20 on seos laiha ja moottorin ominaiskulutus pienenee mutta pakokaasupäästöt lisääntyvät. Jos taas lambda-arvo on 0.85-0.90 saavutetaan paras teho mutta toisaalta ominaiskulutus ja pakokaasupäästöt lisääntyvät. Ongelma ratkaistaan tekemällä seos-säädöstä kaksijakoinen. Moottorin käydessä joutokäynnillä ja ajettaessa osakaasulla moottori toimii lambda-arvolla 1,00 ja kiihdytettäessä täydellä kaasulla lambda-arvolla 0.85-0.90. Näin saavutetaan tyydyttävä polttoaineen kulutus ja suorituskyky, sekä pidetään pakokaasupäästöt kurissa. Sytytysennakko riippuu moottorin kierrosluvusta ja kuormituksesta. Palamisnopeus työtahdin aikana on riippuvainen seoksen tiheydestä (kuormitus) ja seos-suhteesta. Rikas seos ja suuri tiheys = nopea palaminen ja laiha seos ja pieni kuormitus = hidas palaminen.

Käytännön esimerkki eräästä moottorista:
Ajettaessa 100 km/h tasaista nopeutta moottorin kierrosluvun ollessa 2000 on ohjelmassa määritelty sytytysennakko 32 astetta. Seos-suhde on 1,00 ja kuormitus pieni eli sylinteriin imetään vähemmän ilma/polttoaineseosta kuin täydellä kuormalla. Jos kaasupoljin painetaan pohjaan, muuttuu sytytysennakko 13 asteeseen. Ennakko vähenee koska seossuhde muuttuu rikkaammaksi lambda 0,85 ja sylinterin täytös lisääntyy maksimaaliseksi, jolloin palamisnopeus kasvaa. Jos sytytysennakko ei vähenisi täydellä kaasulla moottorin palamispaine kasvaisi huippuarvoonsa liian aikaisessa vaiheessa ja moottori saattaisi detonoida eli nakuttaa. Sytytysennakko tulee säätää täydellä kuormalla sellaiseen arvoon jolla paras vääntömomentti saavutetaan. Parhaan sytytysennakon arvo on joskus hyvin lähellä nakutusrajaa jolloin valmistaja joutuu jättämään riittävän pelivaran sytytysennakon ja nakutusrajan väliin. Valmistajan tulee huomioida myös valmistus-toleranssit ja yksilölliset erot moottoreiden välillä. Näistä valmistusteknisistä seikoista johtuva liian myöhäinen sytytysennakko laskee moottoritehoa. Optimoimalla ennakkoa autokohtaisesti voidaan saavuttaa tehonlisäystä. Useimmiten iskutilavuudeltaan suurehkot moottorit joissa on pieni litrateho ovat parhaita kohteita virityslastulle. Korkeaviritteiset moottorit suurella litrateholla ovat jo valmiiksi säädetty huipputehoa varten.

2. Ahdetut ottomoottorit:

Moottorin ahtaminen lisää täydellä kuormalla toimivan moottorin ilmamäärää ja volymetristä hyötysuhdetta. Ahdetun moottorin teho on suhteessa käytettyyn ahtopaineeseen, mitä suurempi ahtopaine sen suurempi teho. Normaalisti ahtopaine on välillä 0.40 bar-0,90 Bar moottorin viritysasteesta riippuen. Ahdettu moottori on mekaanisesti vahvempi kuin vastaavan kokoinen ahtamaton moottori koska palamispaineet ja lämpötilat ovat korkeammat. Ahtopainetta voidaan lisätä lastulla silloin kun ahtopaine on kontrolloitu ohjainlaitteella. Lastulla muutetaan yleensä hukkaportin avulla ahtopainetta säätävän venttiilin käyntiaikasuhdetta. Samalla nostetaan ahtopaineen rajoitusarvoa korkeammalle. Ahtopaineen rajoitusarvo on suojaustoiminto jolla polttoaineen syöttö katkaistaan hetkeksi jos ahtopaine nousee yli säädetyn arvon. Joissakin moottoreissa ahtopaineen säätö on toteutettu mekaanisesti ilman sähköistä säätöä, tällöin ahtopainetta mekaanisesti lisättäessä on ensin lastulla poistettava ohjelmasta suojaustoiminto. Turboahtimet on usein mitoitettu tarkasti automalliin ja moottoritehoon sopiviksi, yli 20% ilmamäärän lisäys pudottaa ahtimen hyötysuhdetta progressiivisesti. Tehon lisääminen onnistuukin parhaiten pienemmillä moottorin kierrosluvuilla eli jos maksimitehoa saadaan lisättyä 15% voidaan maksimi vääntömomenttia lisätä jopa 35%. Polttoaine/ilma suhde on ahdetuissa moottoreissa osakuormalla sama kuin ahtamattomissa moottoreissa. Täydellä kuormalla seos-suhde on ahdetussa moottorissa selvästi rikkaampi. Lastuvirityksellä rikastetaan polttoaineseosta entisestään jotta palamislämmöt eivät nousisi liikaa kohonneen ahtopaineen myötä. Sytytysennakko on ahdetulla moottorilla samankaltainen kuin ahtamattomalla, mutta vaihteluväli on suurempi. Ahdetun moottorin puristussuhde on pienempi, jolloin osakuormalla tarvitaan suurempi ennakko. Vastaavasti täydellä kuormalla tarvittava ennakko on pienempi koska nakutusherkkyys ja puristuslämpötila kasvavat johtuen dynaamisen puristussuhteen lisääntymisestä ahdetussa moottorissa. Lastuvirityksessä sytytysennakkoa yleensä vähennetään niillä kuormitusalueilla joilla ahtopainetta on lisätty. Tehoa lisättäessä pakoputkiston vastapaine kasvaa virtausmäärän lisääntyessä. Usein vakioputkisto on mitoitettu liian ahtaaksi tehon lisäämisen kannalta. Jo pelkkä putkiston vaihtaminen paremmin virtaavaan parantaa tehoa. Joissakin turboahdetuissa malleissa on pakoputkiston vastapaine lähes samansuuruinen kuin ahtopaine.

3. Ahdetut dieselmoottorit:

Yleisimmät käytetyt moottorimallien lyhenteet (kirjoittajan tietojen mukaan):

• TDI = Turboahdettu suorasuihkutus diesel (VAG)
• TDI = Turboahdettu pumppusuutin diesel (VAG) PD Pumpe düse
• CDI, HDI = Yhteispaine (Common rail) suoraruiskutus diesel, turboahdettu (Mercedes, Peugeot, Citroen)
• DIT = Turboahdettu suorasuihkutusdiesel (GM)
• CRDI=Yhteispaine (Common rail) suoraruiskutus diesel (Kia, Hyundai)

Elektronisesti ohjatut dieselmoottorit ovat rakenteensa vuoksi otollisia kohteita lastuviritykselle. Tässä moottorityypissä kuormituksen hallinta on täysin sähköisten signaalien varassa. Koska ohjainlaite kontrolloi ja toteuttaa kuljettajan kaasupolkimen välityksellä ehdottamaa vääntöpyyntöä, voidaan näitä arvoja muuttamalla saada aikaan haluttuja vaikutuksia moottorin toiminnassa. Lastuvirityksellä määritellään uudelleen ruiskutusmäärät 60%-100% kuormituksella. Yleensä on tarpeen kasvattaa myös ahtopainetta, jotta ilmamäärä pysyisi riittävänä suhteessa syöttömäärään. Liian pieni ilmamäärä palamistapahtuman aikana aiheuttaa mustaa savua (nokea). Myös ominaiskulutus huonontuu savutuksen lisääntyessä. EGR-venttiilin toimintaa tulee myös säätää samassa suhteessa syöttömäärän lisäykseen.

3.1 Lisäboksit TDI-moottoreihin

Lisäboksit, lisämuistit, tehoyksiköt ym.. ovat moottorin ohjauksen johtosarjaan lisättäviä yksinkertaisia nopeasti asennettavia komponentteja joiden tarkoituksena on muuttaa ja välittää ohjainlaiteelle virheellistä tietoa moottorin kuormitustilasta. Esimerkki: EDC-jakajapumpun syöttömäärää säädellään ohjainlaitteelta tulevalla virtamäärällä. Jotta ohjainlaite voi hallita syöttömäärää tulee ohjainlaitteen saada tieto jakajapumpun antamasta syöttömäärästä. Syöttömäärään suhteessa olevaa ja takaisin kytkettyä jännitetasoa muuntamalla voidaan lisätä syöttömäärää ja sitä kautta moottoritehoa. Lisäbokseilla voidaan lisätä karkeasti syöttömäärää koko kierroslukualueella, mutta ei ahtopainetta EGR-venttiilin toimintaa, ruiskutusennakkoa ym. ohjainlaitteen hienosäätämiä toimintoja.

Ohjelman asennus

Ohjelman asentaminen auton moottorinohjainlaitteeseen voidaan suorittaa usealla eri tavalla
1. Sarjamuotoinen ohjelmointi diagnostiikka-pistokkeen kautta kaapelilla. (OBD-tuning, Flash)
2. Kirjoittaminen suoraan muistipiiriin ohjelmointilaitteella.
3. Ohjelman lukeminen ja kirjoittaminen suoraan ohjausyksikön ohjelmointinastoista (BDM) Asennustavasta riippumatta saadaan aikaan sama lopputulos. Käytännön erot asennustapojen välillä ovat seuraavat:

1. Sarjamuotoinen ohjelmointi. (OBD-tuning, Flash programming)

Sarjamuotoinen ohjelmointi tapahtuu suoraan ajoneuvon testaus/diagnostiikka-liittymästä ja vaatii kyseiseen ajoneuvoon sopivan muuntimen ja tiedonsiirtoprotokollan käyttämistä. Sarjaohjelmointi on mahdollista suorittaa useimpiin BMW, MB, VAG, PSA, GM, Renault, SAAB konsernin Diesel-moottoreihin ja rajoitetusti BMW, MB, VAG, GM, Renault, SAAB bensiinimoottoreihin.
Ohjelman siirto kestää autosta riippuen 10-60 min.
+ suhteellisen nopea työ.
+ ei mekaanista komponenttien käsittelyä.
- rajoitetusti automalleja
- viritysohjelman sopivuuden varmistaminen voi jäädä ohjausyksikön ulkoisten koodien varaan.
- mahdollinen tiedonsiirtovirhe tai väärä ohjelma voi "pimentää" boksin.

2. Kirjoittaminen suoraan muistipiiriin ohjelmointilaitteella. (Chip, Chiptuning)

Perinteinen tapa, jolla voidaan ohjelmoida lähes kaikki eurooppalaiset automallit. Ohjelmointi edellyttää ohjainlaitteen avaamisen ja ohjelman lukemisen ja kirjoittamisen erillisellä laitteella.
Laitteella luetaan alkuperäinen ohjelma kokonaisuudessaan ja verrataan sen sopivuus identtisesti haluttuun viritysohjelmaan. Ohjelmointityö kestää 1-1.5h
+ Universaali, laajasti automalleja
+ Vakio-ohjelman tunnistaminen luotettava
+ Luotettava, ei tiedonsiirtovirheen mahdollisuutta jos alkuperäinen piiri säilytetään.
+ Mahdollisuus reaaliaikaiseen ohjelmointiin dynamometrissä, käyttöen muistipiirin paikalle asennettua emulaattoria.
+ Vakio-ohjelman palauttaminen yksinkertaista, ei vaadi erikoistyökaluja.
- Vaatii mekaanista työtä.
- Ammattitaitoa vaativa asennustyö.

3. Ohjelman lukeminen ja kirjoittaminen suoraan ohjausyksikön ohjelmointinastoista (BDM)

Uusimmissa automalleissa on ohjausyksikön piirilevylle sijoitettu ohjelmointinastat, joista ohjausyksikön prosessori, muistipiiri ja sarja-eeprom voidaan kokonaisuudessaan lukea ja kirjoittaa.

+ suhteellisen nopea työ.
+ Vakio-ohjelman tunnistaminen luotettavaa.
+ Luotettava, ei tiedonsiirtovirheen mahdollisuutta.
+ Vakio-ohjelman palauttaminen yksinkertaista.
- Ei mahdollisuutta reaaliaikaiseen "custom-chip" ohjelmointiin dynamometrissä.
- Vaatii mekaanista työtä, ohjausyksikön avaaminen.

Asennustavasta riippumatta käytettävän ohjelman sisältö määrää halutun lopputuloksen.