Project MegaSquirt Land Rover pagina 7:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Tunen van het motormanagementsysteem
-VE-tabel
-AFR-tabel
-Ontstekingsvervroegingstabel en Cold Advance
-Dwell-batterijcorrectie
-Contact inschakelen en starten, Cranking Pulse
-Stationair
-Acceleratie
-Extra verrijking

 

Tunen van het motormanagementsysteem:
In de voorgaande hoofdstukken is beschreven hoe de motor voorbereid is en welke keuzes er zijn gemaakt om het motormanagementsysteem vorm te geven. In de uitvoering is beschreven hoe de verkregen gegevens zijn verwerkt in het motormanagementsysteem. Het invoeren van alle parameters is nog niet voldoende om de motor mee te laten draaien. Er moet er nog “getuned” worden, waarmee afstellingen worden uitgevoerd aan de hand van metingen en proefondervindelijke resultaten.

De softwarematige afstelling van de motor heeft grote invloed op de werking. Een verkeerde afstelling kan zorgen voor onregelmatig draaien, afslaan en kan zelfs leiden tot motordefecten. Dat laatste kan ontstaan bij een te arm mengsel. De inspuittijd en inspuithoeveelheid zijn afhankelijk van een aantal factoren:

Om bij wisselende bedrijfsomstandigheden ten alle tijden een goede mengselvorming te realiseren, dient de ECU voorafgaande aan de eerste motorstart goed ingesteld te worden. De instellingen vinden plaats door middel van het invullen van een aantal tabellen, namelijk:

De tabellen worden ingevoerd in het programma TunerStudio. Het invoeren van verkeerde waarden kan tot gevolg hebben dat de motor niet goed functioneert; systeemkennis is hier dus een vereiste. In de volgende paragrafen wordt uitgelegd hoe de tabellen zijn vastgesteld. De basis inspuittijd, dus zonder verrijking, wordt door middel van een aantal berekeningen vastgesteld.

De soortelijke massa van de lucht (ρ) wordt berekend uit de gemeten temperatuur van de aangezogen lucht en de onderdruk (de waarde van de MAP-sensor). Het mag dus duidelijk zijn dat goed ingevulde tabellen noodzakelijk zijn voor het goed functioneren van de motor.


VE-tabel:
In het hoofdstuk injectiesysteem wordt uitgelegd waar de VE-tabel voor dient. Deze paragraaf geeft uitleg hoe de gegevens voor de VE-tabel zijn vastgesteld voor de Land Rover motor.

In de VE-tabel wordt in elke cel het percentage aangegeven dat hoort bij de onderdruk in relatie met het toerental. Dit percentage zal het hoogst zijn bij het toerental waarbij het koppel het hoogst is. Daar is de motor immers het meest efficiënt omdat de motor het beste vult. De koppel- en vermogenskromme van de Land Rover motor wordt in de afbeelding hieronder weergeven.



De onderstaande afbeelding toont een met een generator ingevuld VE-tabel. De Y-as geeft de druk in het inlaatspruitstuk aan die door de MAP-sensor wordt geregistreerd. 100kPa is gelijk aan 1 bar (de buitenluchtdruk) en is de maximale druk die in het inlaatspruitstuk van een atmosferische motor heerst. De X-as geeft het motortoerental aan.



Voordat de motor voor de eerste keer wordt gestart, moet de VE-tabel naar schatting worden ingevuld. De definitieve instelling van de VE-tabel zal op een testbank plaats moeten vinden met behulp van een breedband lambdasonde en een uitgeschakelde lambdaregeling. Het programma “TunerStudio” waarmee de MegaSquirt van de software en de parameters wordt voorzien, heeft een hulpprogramma waarmee de waarden in de VE-tabel worden berekend. Echter, de VE-waarden kunnen ook berekend worden aan de hand van formules. De gegevens uit de tabel worden gebruikt om de formules in te vullen.

Afkorting:

Betekenis:

Eenheid:

Hoeveelheid:

ρ lucht

Rho, soortelijke massa lucht

kg/m3

1,276

ᶯv

Vullingsgraad (VE)

%

--

K

Temperatuur

K

273,15

Ne

Motortoerental bij hoogste koppel

omw/min

2500

nr

Aantal krukasrotaties per cyclus

--

2

Inlaatluchtdruk

Pa

100000

P lucht

Luchtmassa (V lucht / 60 / 1000)

g/s

0,04187

Gasconstante

J/kgK

286,9

T

Temperatuur

⁰C

18

V lucht

Luchtvolume

kg/min

2512,1

Vs

Cilinderinhoud motor

dm3

2,25

Vsc

Cilinderinhoud (Vs / 1000)

m3

0,00225

V lucht wordt onder dezelfde omstandigheden bepaald als in een eerdere berekening; namelijk bij het motortoerental waarbij het koppel het hoogste is. Het antwoord uit formule 4 wordt daarom overgenomen in formule 21.



De (onder)druk in het inlaatspruitstuk en de inlaatluchttemperatuur hebben invloed op de soortelijke massa van de lucht, en dus ook op de formule van de vullingsgraad (22). Met de bekende en berekende gegevens uit tabel 3 en formule 21 kan de vullingsgraad worden vastgesteld (23).





In de cel bij 2500 RPM en 100kPa in de VE-tabel kan 70% worden ingevuld. Dit is in de bovenste rij van de getallenreeks, waarbij de gasklep volledig geopend is. De berekeningen kunnen een aantal malen worden herhaald om andere getallen in de VE-tabel te kunnen invullen. Tussenliggende cellen kunnen door middel van een interpolatiefunctie gegenereerd worden. De computer bepaald daarmee de tussenliggende waarden middels een lineair verloop. Dit zorgt ervoor dat de “heuvel” die in de 3D-weergave te zien is zo geleidelijk mogelijk verloopt en er geen kuilen en punten tussenin liggen. Wanneer de cellen in het 100 kPa bereik tussen het stationair en maximale toerental ingevuld zijn, zal het koppelverloop hierin af te leiden zijn. Wanneer het koppel bij bijvoorbeeld het maximale toerental gehalveerd is, zal de VE-waarde ook de helft zijn van de maximale waarde; in dit geval ongeveer 35%. Als er besloten wordt om de cellen naar schatting in te vullen, kan op deze manier ook de gehele VE-tabel worden ingevuld. De VE-tabel die met de voorgaande berekeningen en redeneringen is samengesteld, zal goed genoeg zijn om de motor mee te kunnen laten draaien, maar zal zeker nog niet correct zijn. De definitieve instelling van de VE-tabel dient op een testbank plaats te vinden met behulp van een breedband lambdasonde en uitgeschakelde lambdaregeling om AFR-correcties te voorkomen, waarbij de motor langdurig belast kan worden. Omdat er voor dit project geen gebruik gemaakt wordt van een testbank, zal de instelling zo goed mogelijk in het stationair gebied en met verhoogd toerental bij lage belasting worden verricht.
Het netjes stationair laten draaien is het lastigste deel en wordt als laatste gedaan. Het is aan te raden om de motor op een verhoogd toerental (ongeveer 2000 omw/min.) te houden en de motor eerst op te laten warmen tot dat de motor op bedrijfstemperatuur is. Temperatuurveranderingen hebben dan zo min mogelijk invloed op de VE-waarden. Nadat de complete VE-tabel gecorrigeerd is, kunnen de correcties voor de lagere temperaturen (bijv. bij een koude start) worden ingevoerd. Dit is mogelijk in de aparte instelprogramma’s zoals van de koude start verrijking.

Het maximale toerental van de motor is een factor die meegenomen moet worden in het invullen van de tabel. Met een tabel van 16 * 16 = 256 cellen is het voor de tussenliggende toerentallen nauwkeuriger om het maximale toerental zo ver mogelijk te beperken. Het heeft geen zin om de tabel tot 7000 omw/min. in te vullen, terwijl het maximale toerental 4500 omw/min. bedraagt.

Tijdens het aanpassen van de bij benadering ingevulde VE-tabel zal voor het corrigeren van de percentage bij de juiste inlaatspruitstukdruk (MAP) en toerental, gekeken worden naar de actuele lambdawaarde. Deze waarde moet door middel het aanpassen van de VE-waarde op λ = 1 worden gekregen. Wanneer er bijvoorbeeld een mengverhouding van 12,3 wordt gemeten terwijl er 14,7 is ingesteld in de AFR-tabel, zal de VE-waarde verlaagd moeten worden totdat er een mengverhouding van 14,7 wordt gemeten. Met het verlagen van de VE-waarde zal er minder brandstof ingespoten worden. Het mengsel wordt armer.

De Innovate breedband lambdasonde met externe controller meet de mengselsamenstelling en geeft dit door middel van een spanning tussen de 0 en 5 volt door aan de MegaSquirt. De software zet deze spanningswaarde om in een AFR-waarde (bijv. lambda = 1). Na het meten en afstellen van diverse cellen in de VE-tabel kan door middel van interpoleren de tussenliggende cellen automatisch worden ingevuld. Het aanpassen van de VE-waarde resulteert in een andere inspuitstrategie. De aansturing van de injector is afgeleid uit de waarde die aangeeft hoeveel lucht er in de motor aanwezig is: oftewel, de waarde in de VE-tabel.

Helaas beschikten we niet over een vermogenstestbank en het was niet mogelijk om de motor op de weg onder belasting te testen. Daarom zijn we enigszins beperkt tot onbelast draaien. Wel is er een remtrommel aanwezig die van origine dient als parkeerrem. Deze rem kan kortstondig worden bediend om de motor te belasten. Met een ingeschakelde versnelling (bijvoorbeeld de vierde) en een bekrachtigde rem, kan bij bepaalde toerentallen de lambdawaarde worden gecorrigeerd. De tussenliggende waarden corrigeren we door middel van de interpolatie-functie. Het is mogelijk dat er detonatie plaatsvindt tijdens de test. In een eerder stadium is de ontstekingstabel ingevuld, waarin de ontstekingsvervroeging is ingevuld. Mogelijk wijkt de gewenste vervroeging af met de ingevoerde waarden in de tabel. Bij het horen van lichte detonatiegeluiden, dient de ontsteking een aantal graden minder vervroegd (dus verlaat) te worden. Een graad of 3 is vaak al voldoende. Dit kan naderhand uiteraard weer worden aangepast als de VE-tabel voltooid is. De waarden van de VE-tabel kunnen ook in een 3D-weergave worden getoond. Hiermee is inzichtelijk of er geen grote afwijkingen in zitten, zoals afwijkende punten en kuilen.

Niet alleen kan worden gecontroleerd of de waarden die de generator berekend heeft logisch zijn, maar zou het VE-tabel ook zonder het gebruik van de generator deels ingevuld kunnen worden. De motor is het meest efficiënt rond het toerental waarbij het koppel het hoogst is: hierbij is de vullingsgraad het hoogst en is de waarde in de VE-tabel ook het hoogst. De VE-tabel geeft immers de vullingsgraad van de motor in een percentage aan.

Nadat de VE-tabel volledig is ingevuld, kan de lambdaregeling weer worden ingeschakeld.

De onderstaande afbeeldingen tonen de ingevulde VE-tabel en de 3D-weergave waarmee de Land Rover-motor goed functioneert.







AFR-tabel:
Op de pagina injectiesysteem wordt beschreven wat de AFR-tabel voor functie heeft, en waarom het verarmen en verrijken noodzakelijk is voor het leveren van vermogen en zuinig rijden. Op deze pagina wordt beschreven hoe de AFR-tabel is ingesteld voor de Land Rover motor.

Eerst wordt de VE-tabel ingesteld, pas daarna wordt de AFR-tabel gecorrigeerd. Wel moet de AFR-tabel wordt in het begin geheel op 14,7 ingesteld, zodat de MegaSquirt geen correctie uit gaat voeren als de VE-tabel wordt ingevuld (zie onderstaande afbeelding). In eerste instantie wordt er uitgegaan van een stoichiometrische mengverhouding. Ook wordt de lambdaregeling uitgeschakeld. Pas na het instellen van de VE-tabel wordt de AFR-tabel ingevuld en wordt de lambdaregeling ingeschakeld.



De onderstaande afbeelding toont een ingevuld AFR-tabel, waarbij de lucht- / brandstofverhouding varieert tussen de 12,5 (rijk) en de 15,1 (arm). Bij het invullen van de AFR-tabel zal in het vollastgebied het mengsel verrijkt worden. De verrijking is te zien over het hele gebied tussen de 75 en 100 kPa. Hierbij staat de gasklep volledig geopend. Tijdens deellast en rond het koppel-toerental is het mengsel arm; de mengverhouding is hier 15:1. Dit is te zien tussen de 1500 en 3100 omw/min. bij een onderdruk van 15 tot 40 mbar. Hierbij is de gasklep slechts gedeeltelijk geopend. In dit gebied is de motor het meest efficiënt.





Ontstekingsvervroegingstabel en Cold Advance:
Op de pagina ontstekingssysteem wordt beschreven wat de ontstekingsvervroeging inhoudt.
De ontstekingsvervroegingstabel wordt aan de hand van de fabrieksgegevens van de centrifugaalvervroeging met vacuümregeling ingesteld. De zwarte lijn geeft de mechanische vervroeging aan. De blauwe lijn weergeeft de kenveldregeling. Om te voorkomen dat er in het deellast pingelgebied terecht wordt gekomen, wordt een correctie toegepast; de werkelijke vervroeging volgt de rode lijn.



De gegevens zijn overgenomen in de ontstekingsvervroegingstabel in de MegaSquirt. Tijdens het draaien van de motor is de ontstekingsvervroegingstabel proefondervinderlijk bijgesteld.



In de 3D-weergave is te zien dat er geen afwijkende waarden zijn, zoals kuilen of heuvels. De tabel moet redelijk "egaal" zijn en mag niet teveel hobbels hebben.



Behalve de standaard instellingen in de ontstekingstabel, bestaat via de “Cold Advance” ook de mogelijkheid om de ontsteking extra te vervroegen bij koude motor.
Bij koude motor zal er meer vervroeging moeten plaatsvinden omdat de verbranding dan wat trager verloopt. Om deze vertraging te compenseren, wordt de vervroeging tot wel 6 graden verhoogd. De onderstaande afbeelding toont deze instellingen.





Dwell-batterijcorrectie:
Op pagina 5 is beschreven welke invloed de accuspanning heeft op de laadtijd van de primaire bobinespoel. Onderstaande afbeelding toont het instellingenscherm, waarin de reeds berekende correcties zijn ingevuld.




Contact inschakelen en starten, Cranking Pulse:
Nadat het contact wordt ingeschakeld, wordt niet alleen de brandstofpomp bekrachtigd, maar worden ook eenmalig de injectoren aangestuurd. Dit wordt de “priming pulse” genoemd. De benzine die tijdens de priming puls wordt ingespoten, slaat neer op de – waarschijnlijke - koude wanden van het inlaatspruitstuk. Het startproces zal nu gemakkelijker verlopen, omdat de benzine die wordt ingespoten om mee te starten, niet verloren gaat aan de eerder genoemde situatie. De hoeveelheid brandstof dat wordt ingespoten tijdens de priming puls is afhankelijk van de motortemperatuur. Een warme motor heeft een lagere priming puls nodig. De gewenste hoeveelheid kan in een grafiek in TunerStudio worden ingesteld.

Het starttoerental bedraagt vaak minder dan de helft van het stationaire toerental. De zogenaamde “Cranking Pulse” moet in de MegaSquirt worden ingesteld. Omdat er tijdens het starten nog geen gas wordt gegeven en de gasklep dus in gesloten toestand blijft, moet de benodigde lucht door de stationaire regelklep komen. Het is mogelijk om een gaskleppositie in te stellen waarbij de inspuiting wordt beëindigd. In dit project wordt gebruik gemaakt van een stappenmotor. Deze stappenmotor wordt tijdens het starten dus gedeeltelijk geopend. De stand is afhankelijk van de koelvloeistoftemperatuur; meer lucht als de motor koud is en minder bij warme motor. Behalve de luchttoevoer, dient ook de inspuiting aangepast te worden aan de omstandigheden waarbij de motor gestart wordt. De hoeveelheid benzine wordt aangepast door de inspuittijd te variëren. Bij een koelvloeistoftemperatuur van 25⁰C wordt de inspuithoeveelheid verdubbeld ten opzichte van een situatie waarbij de motor op bedrijfstemperatuur is (rond de 90⁰C). De onderstaande afbeelding toont de curve waar de inspuithoeveelheid ten opzichte van de koelvloeistoftemperatuur ingesteld kan worden. Een PWM van 100% is gelijk aan de berekende hoeveelheid brandstof, alles daarboven is extra verrijking.





Stationair:
De gasklep dient tijdens het stationair draaien volledig gesloten te zijn. De luchttoevoer tijdens het stationair draaien wordt volledig geregeld door de toegepaste stappenmotor.



Acceleratie:
Het accelereren vereist een rijker mengsel. De mengselverhouding moet aangepast worden aan de snelheid waarmee het gaspedaal wordt ingetrapt. In het programma TunerStudio wordt de acceleratieverrijking ingesteld met de optie “Acceleration Enrichment”, afgekort als “AE”. Het instellen van de acceleratieverrijking dient pas te worden uitgevoerd wanneer de VE-tabel correct is ingevuld.

Omdat de motor in dit project is uitgevoerd met zowel een gaskleppositiesensor als een MAP-sensor, kunnen zowel de gasklepstand als de onderdruk die in het inlaatspruitstuk heerst worden bepaald. Voor de verandering in gasklepstand wordt TPS-dot gebruikt. De “Dot” geeft de snelheid van de verandering aan en wordt uitgedrukt in een percentage. Afhankelijk van dit percentage wordt er meer brandstof ingespoten. De inspuitduur wordt met een aantal milliseconden verlengd. Een TPS-Dot waarde van 100% geeft aan dat de gasklep in een periode van 1 seconde van gesloten naar geheel geopend is bewogen. Vindt de opening nog sneller plaats, dan zal het percentage stijgen. Het is wel belangrijk om te weten vanaf welke waarde de gasklep wordt geopend; draaide de motor alvorens het accelereren al enige tijd in deellast, dan kan er niet vanuit worden gegaan dat de gasklep geheel gesloten was. De stand waarin de gasklep zich bevindt, wordt aangegeven als een zogenaamde acceleratiedrempel, oftewel een “threshold”. De threshold geeft aan vanaf welke gaskleppositie er naar volledig geopende gasklep is bewogen. De acceleration taper geeft de overgangstijd weer van de acceleratie-inspuittijd tot het einde van de inspuitverrijking. Hiermee wordt voorkomen dat de acceleratie te snel wordt beëindigd.

De instelling van de acceleratieverrijking kan in eerste instantie met de simulator worden gecontroleerd. Een definitieve afstelling zal proefondervindelijk plaats moeten vinden, al dan niet met behulp van de breedband lambdasonde.




Priming pulse:
De priming pulse is een functie om bij het inschakelen van het contact een kleine hoeveelheid brandstof op de inlaatkleppen te spuiten. Dit vergemakkelijkt het startproces. Bij een warme motor neemt de inspuithoeveelheid af. De priming pulse wordt met de blauwe punten in de curve afgesteld (zie onderstaande afbeelding).




Cranking pulse:
Tijdens het starten van de motor (het starttoerental wordt in een ander instellingenscherm ingevoerd) wordt een extra hoeveelheid brandstof ingespoten, afhankelijk van de koelvloeistoftemperatuur. Vanaf een temperatuur van 80⁰C bedraagt de inspuithoeveelheid nog maar 120% van de, met de VE-tabel berekende, duty-cycle. De cranking pulse wordt in de onderstaande afbeelding weergeven. De blauwe punten in de curve kunnen naar wens worden verschoven.






Extra verrijking:
Direct nadat de motor na het starten is aangeslagen, wordt er een verrijking toegepast. Dit wordt de “AfterStart Enrichment” genoemd. De MAP is nog te hoog omdat het toerental nog niet hoog genoeg is om te zorgen voor genoeg vacuüm. Vooral bij koude motor vindt een bepaalde tijd verrijking plaats totdat de motor volgens de VE-instellingen gaat draaien.




De “Warmup Enrichment” (WUE) zorgt voor een verrijking tijdens de opwarmfase van de motor. Wanneer de motor zijn bedrijfstemperatuur nadert, dient de verrijking 0% te zijn.


 

Project MegaSquirt - Pagina's:

1    2    3    4    5    6    7    8

Vorige

Volgende