Předměty:
- Určete a nainstalujte snímače pro systém řízení motoru
- Snímač polohy klikového hřídele
- Pulzní kolo
- Mapový senzor
- Snímač teploty chladicí kapaliny
- Lambda sonda
Určete a nainstalujte snímače pro systém řízení motoru:
Systém řízení motoru vyžaduje řadu senzorů. Senzory slouží jako „vstup“ systému. Senzory převádějí fyzikální veličinu na elektrický signál, který dokáže zpracovat počítač, v tomto případě MegaSquirt.
Proces montáže MegaSquirt musí brát v úvahu komponenty, které mají být namontovány na motor, protože struktura MegaSquirt se může lišit.
Obrázek ukazuje různé obvody snímačů, ve kterých jsou tyto komponenty umístěny. Vstupní signály zobrazené na obrázku pocházejí z lambda sondy, snímače polohy škrticí klapky, snímače teploty chladicí kapaliny a snímače teploty vzduchu.
Kromě snímačů obsahuje schéma také řadu rezistorů a kondenzátorů. Složení těchto složek tvoří filtry; Tyto filtry slouží k zachycení rušivých signálů a šumu. Pokud je signál snímače zkreslen šumem, může to mít závažné důsledky pro ovládání akčních členů, a tedy i pro funkci motoru.
Snímač polohy klikového hřídele:
Důležitým vstupem pro systém řízení motoru jsou otáčky klikového hřídele.
Otáčky klikového hřídele se měří pomocí snímače polohy klikového hřídele a pulzního kola. Snímač polohy klikového hřídele má dvě důležité funkce:
- Otáčky klikového hřídele lze určit na základě frekvence signálu;
- Chybějící zub v pulzním kole ukazuje polohu klikového hřídele, ve které jsou písty válců 1 a 4 několik stupňů před TDC.
Otáčky motoru ovlivňují ovládání vstřikovačů a zapalování. Chybějící zub v pulzním kole 36-1 je důležitý pro určení doby zapalování a vstřiku. Jako snímač rychlosti bylo rozhodnuto použít Hallův senzor a ne generátor indukčních pulsů. Indukční snímač generuje střídavé napětí, které musí být v ovladači MegaSquirt převedeno na stejnosměrné napětí. Hallův senzor generuje obdélníkové napětí, které je zesíleno na napětí 5 nebo 12 voltů pomocí interního nebo externího pull-up rezistoru. Díky tomu je Hallův senzor vhodnější pro vytváření spolehlivého signálu. Tato volba musí být provedena předem před sestavením MegaSquirt; oba snímače vyžadují jinou konstrukci obvodu.
Pulzní kolo:
Snímač polohy klikového hřídele měří změnu vzduchové mezery pulzního kola namontovaného na motoru. Motor Land Rover však původně nemá snímač polohy klikového hřídele a tedy ani pulzní kolo. Pulzní kolo proto muselo být instalováno dodatečně. Hodně se přemýšlelo o umístění a poloze pulzního kola. Možnosti byly:
- Kotouč s 36 zuby, který je připevněn k vnější straně řemenice klikového hřídele pomocí svorky nebo šroubového spojení.
- Nastavení aktuální řemenice klikového hřídele frézováním zubů z řemenice.
Běžně se používá pulzní kolo 36-1 nebo 60-2. Pulzní kolo s 60 zuby se používá hlavně pro větší průměry. 36-1 je vhodný pro použití díky své šířce zubů. Je velmi důležité, aby pulzní kolo mělo co nejmenší výškový zdvih. Změnou elevace se rozumí změna magnetického pole mezi snímačem a zuby pulzního kola. To může mít nepříznivé důsledky pro chod motoru. Tomu je samozřejmě třeba zabránit. Proto bylo vhodnější upravit aktuální řemenici klikového hřídele. Vnější hrana stávající řemenice klikového hřídele je opracována na frézce. Zářezy byly vytvořeny odstraněním materiálu. Zbývajících 36 zubů slouží k tomu, aby senzor mohl měřit změny v magnetických polích. Pro referenční bod byl odbroušen zub. Obrázek níže ukazuje obrobenou řemenici klikového hřídele.
Broušený zub je viditelný v horní části pulzního kola, přímo pod snímačem. Když je klikový hřídel v této poloze, neznamená to, že písty válců 1 a 4 jsou v TDC, ale že tyto písty jsou 90 stupňů před TDC, což odpovídá 9 zubům (360/36). Ve chvíli, kdy chybějící zub projde kolem, dostane MegaSquirt signál, že by mělo brzy dojít k zapálení. Od tohoto okamžiku se vypočítává, kdy má být aktivována zapalovací cívka. Při měnících se provozních podmínkách se na základě tohoto referenčního bodu určuje také doba předstihu.
Obrázek z osciloskopu (viz obrázek) ukazuje signál klikového hřídele (nahoře) v porovnání se signálem řízení zapalovací cívky (dole). Řídicí impuls k zapalovací cívce se tvoří na osmém zubu za chybějícím. Při volnoběhu motoru se zapalování posune o 10 stupňů, což je 1 zub. To odpovídá 90 stupňům (9 zubů) mezi odstraněným zubem a skutečnou horní úvratí.
Pro sestavení obvodu Hallova senzoru v MegaSquirt je třeba nainstalovat kondenzátor C11, odpory R12 a R13, diodu D2 a optočlen U3 (viz obrázek níže). Signál z Hallova senzoru vstupuje do diagramu na obrázku 105 pod „Opto in“. Přes diodu a rezistor přichází signál do tzv. optočlenu. Tato součást je označena přerušovanou přerušovanou čarou. Optočlen je malý integrovaný obvod, ve kterém LED na levé straně vede při rozsvícení fototranzistor na pravé straně. Optočlen lze považovat za spínač bez mechanických nebo elektrických spojení mezi ovládací a spínací částí.
Když je tranzistor v optočlenu vodivý, může z Vcc do země téci malý proud. V tu chvíli je na „Opto Out“ napětí 0 voltů. Pokud tranzistor není vodivý, neprotéká žádný proud a tudíž ani úbytek napětí na rezistoru R13. Napětí na „Opto out“ je pak 5 voltů.
Použitím optočlenu je provedeno galvanické oddělení mezi diodou a fototranzistorem. Nebezpečná rušivá napětí jsou tak udržována mimo obvod mikrokontroléru, protože průrazné napětí je obvykle větší než 5 kV.
senzor MAP:
Snímač MAP (Snímač absolutního tlaku v potrubí) měří tlak v sacím potrubí. MegaSquirt využívá tento tlak, otáčky motoru a vstupní teplotu k výpočtu množství vzduchu vstupujícího do motoru. U motoru Land Rover bude měřen absolutní tlak (tlak venkovního vzduchu) nebo podtlak. Jedná se o atmosférický motor, který nasává vlastní vzduch. Motory vybavené turbem se musí vypořádat s přetlakem v sacím potrubí. Měřicí rozsah senzoru MAP je obvykle mezi 0,2 a 1.1 bar.
Tlak v sacím potrubí spolu s úhlem otevření škrticí klapky (který je měřen snímačem polohy škrticí klapky) a otáčkami motoru mohou určit zatížení motoru. Vzhledem k chybějícímu senzoru MAF (Manifold Air Flow) se množství nasávaného vzduchu vypočítává na základě údajů motoru a podtlaku v sacím potrubí. Bylo rozhodnuto nepoužít snímač MAF, protože signál je méně spolehlivý, protože není určen pro motor. Sladění nastavení s vlastnostmi sacího potrubí je složité. K tomu je zapotřebí mnoho korekčních faktorů.
Použitý MAP senzor MPX4250AP je znázorněn na obrázku. Obvodová deska MegaSquirt je standardně vybavena možnostmi připojení pro tento typ senzoru MAP. Tento snímač je také součástí standardní stavebnice. Množství vstřikovaného paliva závisí mimo jiné na množství přítomného vzduchu, protože se snaží dosáhnout stechiometrického směšovacího poměru (14,68 kg vzduchu na 1 kg paliva). Byla zde možnost nepoužívat oba senzory MAF a MAP. Množství nasávaného vzduchu by se pak určovalo podle tzv. Alfa-N regulace. Zohledňuje se poloha plynového ventilu, která je rozhodující pro množství přítomného vzduchu. Je však méně přesný než snímač MAP, takže nebyl zvolen. V tomto projektu se snímač polohy škrticí klapky používá pouze pro obohacení zrychlení.
Snímač teploty chladicí kapaliny:
V klasickém nastavení nejsou na bloku motoru žádná teplotní čidla. Motor je standardně vybaven bimetalem, který má funkci rozsvícení osvětlení palubní desky při příliš vysoké teplotě chladicí kapaliny. Protože systém řízení motoru bere v úvahu teplotu chladicí kapaliny a nasávaného vzduchu, bylo rozhodnuto dodatečně vybavit odpory NTC. NTC rezistor má záporný teplotní koeficient. To znamená, že hodnota odporu klesá s rostoucí teplotou. Zvolený snímač teploty chladicí kapaliny je snímač s hodnotou odporu 2,5 kiloohmu při 25⁰ Celsia. Změna odporu je největší v nejdůležitějším teplotním rozsahu. Pro výpočet správné teploty je třeba zmapovat vlastnosti odporu NTC.
Změna odporu je největší při změně teplotního rozsahu mezi 0°C a 60°C. To je vidět z průběhu charakteristiky; v uvedeném teplotním rozsahu dochází k poklesu odporu přibližně o 5kΩ, zatímco při T ≥ 60⁰C odpor téměř neklesá. V některých případech je žádoucí měřit i teploty nad 60°C. Aby to bylo možné, lze vnitřní předpětí při určité teplotě přepnout na předpěťový odpor jiné hodnoty. To vytváří dvě charakteristiky NTC. V tomto projektu se však teplota chladicí kapaliny používá výhradně pro obohacení studeného startu, které se nad 60 °C téměř nepoužívá.
Nejzajímavější jsou také nízké teploty; zde bude probíhat obohacování se studeným startem; při studeném motoru se vstřikovač aktivuje déle. Když se motor dostatečně zahřeje (T ≥ 60⁰C), dochází k menšímu a menšímu obohacování. Od T = 90⁰C běží strategie vstřikování podle nastavených hodnot v referenčním poli. Referenční pole je zadaná výchozí hodnota. Korekční faktor pro tuto standardní hodnotu tvoří vnější faktory, jako je obohacení při studeném startu při nízké teplotě. MegaSquirt již nebere v úvahu teplotu chladicí kapaliny.
Lambda sonda:
Ve výfuku je namontována lambda sonda (sonda), která měří poměr vzduch/palivo ve výfukových plynech. Lambda sonda má důležitý úkol „vyladit“ řízení motoru v pozdější fázi vyplněním tabulek AFR a VE. Abychom získali přehled o ideálním směšovacím poměru a užitečnosti a nutnosti obohacování nebo ochuzování, je nejprve definován stechiometrický směšovací poměr, obohacení a vyčerpání.
Stechiometrický směšovací poměr udává poměr mezi vzduchem a palivem, ve kterém je použit veškerý kyslík ze vzduchu. To je případ poměru 14,68:1 (zaokrouhleno na 14,7 kg vzduchu na 1 kg benzínu). Pak mluvíme o λ = 1.
Hodnota lambda se může lišit za různých provozních podmínek:
- Obohacení: λ < 1;
- Zchudnout: λ > 1.
Obohacení na λ = 0,8 znamená, že platí směšovací poměr 11,76 kg vzduchu na 1 kg benzínu. Ke spálení 1 kg paliva je tedy k dispozici méně vzduchu. Obohacování nebo ochuzování směsi musí vždy zůstat v mezích výbušnosti. K obohacení dochází, když má motor dodat větší výkon. Bohatší směs zajišťuje i chlazení. Chudá směs na druhé straně poskytuje lepší spotřebu paliva. Obrázek níže ukazuje dva grafy znázorňující maximální výkon a nejnižší spotřebu paliva.
Hodnota lambda ovlivňuje nejen výkon a spotřebu paliva, ale také emise výfukových plynů. Bohatší směs zajišťuje nižší obsah NOx, ale také vyšší emise CO a HC. Při chudší směsi jsou částice paliva dále od sebe, takže spalování již není optimální; což má za následek, že se také zvyšují emise HC. Obrázek níže ukazuje emise související s hodnotou lambda. Při použití katalyzátoru je žádoucí zajistit, aby se vstřik neustále střídal mezi bohatým a chudým. V bohaté směsi vzniká v důsledku nedostatku kyslíku CO, čímž katalyzátor snižuje NOx. Chudá směs obsahuje přebytek kyslíku, který oxiduje CO a HC.
Existují dva typy lambda sond; skokový senzor a širokopásmový senzor. MegaSquirt podporuje oba typy. Při nastavování tabulky VE je však skokový snímač nevhodný, a proto padla volba na širokopásmový snímač. Tabulka VE se nastavuje úpravou hodnot VE na naměřené AFR. Přestože hodnoty VE lze v zásadě zadat pomocí výpočtů a z velké části na základě křivky točivého momentu, AFR rychle leží mimo rozsah skokového senzoru. Širokopásmový snímač nabízí řešení díky velkému rozsahu měření; může měřit AFR mezi 8,0 a 1,4. Složení směsi bude při běžícím motoru téměř ve všech případech v tomto rozsahu měření, takže širokopásmový snímač je vhodný pro nastavení tabulky VE. Ladění bez širokopásmového snímače je prakticky nemožné.
MegaSquirt nemá interní lambda regulátor. Jakmile jsou známy vlastnosti širokopásmového snímače, lze je zadat do tabulky v programu TunerStudio. V ostatních případech je vyžadován širokopásmový snímač s externím ovladačem. Výstupní napětí bylo lineárně nastaveno externím ovladačem. Výstupní napětí z ovladače do MegaSquirt je mezi 0 a 5 volty, přičemž vztah mezi hodnotou lambda a napětím je lineární. Hodnota napětí je v MegaSquirt převedena na hodnotu lambda. Obrázek ukazuje graf s lineárním gradientem.
Další: Akční členy.
