Μαθήματα:
- Προσδιορισμός και εγκατάσταση αισθητήρων για το σύστημα διαχείρισης κινητήρα
- Αισθητήρας θέσης στροφαλοφόρου άξονα
- Παλμικός τροχός
- Αισθητήρας χάρτη
- Αισθητήρας θερμοκρασίας ψυκτικού
- Ανιχνευτής λάμδα
Προσδιορισμός και εγκατάσταση αισθητήρων για το σύστημα διαχείρισης κινητήρα:
Το σύστημα διαχείρισης κινητήρα απαιτεί έναν αριθμό αισθητήρων. Οι αισθητήρες χρησιμεύουν ως η «είσοδος» του συστήματος. Οι αισθητήρες μετατρέπουν μια φυσική ποσότητα σε ηλεκτρικό σήμα που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία από έναν υπολογιστή, σε αυτήν την περίπτωση το MegaSquirt.
Η διαδικασία συναρμολόγησης του MegaSquirt πρέπει να λαμβάνει υπόψη τα εξαρτήματα που πρόκειται να τοποθετηθούν στον κινητήρα, επειδή η δομή του MegaSquirt ενδέχεται να διαφέρει.
Το σχήμα δείχνει τα διαφορετικά κυκλώματα αισθητήρων στα οποία βρίσκονται αυτά τα εξαρτήματα. Τα σήματα εισόδου που φαίνονται στο σχήμα προέρχονται από τον αισθητήρα λάμδα, τον αισθητήρα θέσης πεταλούδας, τον αισθητήρα θερμοκρασίας ψυκτικού και τον αισθητήρα θερμοκρασίας αέρα.
Εκτός από τους αισθητήρες, το διάγραμμα περιέχει επίσης έναν αριθμό αντιστάσεων και πυκνωτών. Η σύνθεση αυτών των συστατικών σχηματίζει φίλτρα. Αυτά τα φίλτρα χρησιμεύουν για τη λήψη σημάτων παρεμβολής και θορύβου. Εάν το σήμα του αισθητήρα παραμορφωθεί από το θόρυβο, αυτό μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες για τον έλεγχο των ενεργοποιητών, και επομένως και για τη λειτουργία του κινητήρα.
Αισθητήρας θέσης στροφαλοφόρου άξονα:
Ένα σημαντικό στοιχείο για το σύστημα διαχείρισης κινητήρα είναι η ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα.
Η ταχύτητα του στροφαλοφόρου άξονα μετράται χρησιμοποιώντας έναν αισθητήρα θέσης στροφαλοφόρου και έναν τροχό παλμού. Ο αισθητήρας θέσης στροφαλοφόρου έχει δύο σημαντικές λειτουργίες:
- Η ταχύτητα του στροφαλοφόρου μπορεί να προσδιοριστεί με βάση τη συχνότητα του σήματος.
- Το δόντι που λείπει στον παλμικό τροχό υποδεικνύει τη θέση του στροφαλοφόρου άξονα στην οποία τα έμβολα των κυλίνδρων 1 και 4 βρίσκονται μερικές μοίρες πριν από το TDC.
Οι στροφές του κινητήρα επηρεάζουν τον έλεγχο των μπεκ και την ανάφλεξη. Το δόντι που λείπει στον τροχό παλμών 36-1 είναι σημαντικό για τον προσδιορισμό των χρόνων ανάφλεξης και έγχυσης. Αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί ένας αισθητήρας Hall και όχι η γεννήτρια παλμών επαγωγής ως αισθητήρας ταχύτητας. Ένας επαγωγικός αισθητήρας παράγει μια εναλλασσόμενη τάση που πρέπει να μετατραπεί σε άμεση τάση στον ελεγκτή MegaSquirt. Ένας αισθητήρας Hall παράγει μια τάση τετραγώνου κύματος, η οποία ενισχύεται σε τάση 5 ή 12 βολτ με μια εσωτερική ή εξωτερική αντίσταση έλξης. Αυτό καθιστά τον αισθητήρα Hall πιο κατάλληλο για τη διαμόρφωση ενός αξιόπιστου σήματος. Αυτή η επιλογή πρέπει να γίνει εκ των προτέρων πριν από τη συναρμολόγηση του MegaSquirt. Και οι δύο αισθητήρες απαιτούν διαφορετική κατασκευή κυκλώματος.
Παλμικός τροχός:
Ο αισθητήρας θέσης στροφαλοφόρου μετρά μια αλλαγή στο διάκενο αέρα ενός παλμικού τροχού που είναι τοποθετημένος στον κινητήρα. Ωστόσο, ο κινητήρας Land Rover δεν έχει αρχικά αισθητήρα θέσης στροφαλοφόρου και επομένως δεν έχει τροχό παλμού. Ο παλμικός τροχός έπρεπε επομένως να εγκατασταθεί μετά. Έχει γίνει πολλή σκέψη για τη θέση και τη θέση του τροχού παλμού. Οι δυνατότητες ήταν:
- Ένας δίσκος με 36 δόντια που είναι στερεωμένος στο εξωτερικό της τροχαλίας του στροφαλοφόρου μέσω ενός σφιγκτήρα ή σύνδεσης μπουλονιού.
- Ρύθμιση της τρέχουσας τροχαλίας στροφαλοφόρου άξονα με φρεζάρισμα των δοντιών από την τροχαλία.
Είναι σύνηθες να χρησιμοποιείται τροχός παλμών 36-1 ή 60-2. Ο παλμικός τροχός 60 δοντιών χρησιμοποιείται κυρίως για μεγαλύτερες διαμέτρους. Το 36-1 είναι κατάλληλο για χρήση λόγω του πλάτους των δοντιών του. Είναι πολύ σημαντικό ο παλμικός τροχός να έχει όσο το δυνατόν μικρότερη διαδρομή ύψους. Μια αλλαγή ανύψωσης σημαίνει μια αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο μεταξύ του αισθητήρα και των δοντιών του τροχού παλμού. Αυτό μπορεί να έχει αρνητικές συνέπειες για τη λειτουργία του κινητήρα. Αυτό φυσικά πρέπει να αποτραπεί. Η ρύθμιση της τρέχουσας τροχαλίας στροφαλοφόρου ήταν επομένως προτιμότερη. Το εξωτερικό άκρο της υφιστάμενης τροχαλίας στροφαλοφόρου είναι κατεργασμένο σε φρέζα. Έχουν δημιουργηθεί εγκοπές με αφαίρεση υλικού. Τα υπόλοιπα 36 δόντια χρησιμεύουν για να επιτρέπουν στον αισθητήρα να μετρήσει τις αλλαγές στα μαγνητικά πεδία. Ένα δόντι έχει λειανθεί για το σημείο αναφοράς. Η παρακάτω εικόνα δείχνει την κατεργασμένη τροχαλία στροφαλοφόρου άξονα.
Το δόντι γείωσης είναι ορατό στην κορυφή του τροχού παλμού, ακριβώς κάτω από τον αισθητήρα. Όταν ο στροφαλοφόρος άξονας βρίσκεται σε αυτή τη θέση δεν σημαίνει ότι τα έμβολα των κυλίνδρων 1 και 4 βρίσκονται στο TDC, αλλά ότι αυτά τα έμβολα είναι 90 μοίρες πριν από το TDC, που αντιστοιχεί σε 9 δόντια (360/36). Τη στιγμή που περνάει το δόντι που λείπει, το MegaSquirt λαμβάνει ένα σήμα ότι η ανάφλεξη πρέπει να γίνει σύντομα. Από εκείνο το σημείο και μετά υπολογίζεται πότε πρέπει να ενεργοποιηθεί το πηνίο ανάφλεξης. Με διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας, ο χρόνος προανάφλεξης προσδιορίζεται επίσης με βάση αυτό το σημείο αναφοράς.
Η εικόνα από τον παλμογράφο (βλ. εικόνα) δείχνει το σήμα του στροφαλοφόρου άξονα (πάνω) σε σύγκριση με το σήμα ελέγχου του πηνίου ανάφλεξης (κάτω). Ο παλμός ελέγχου στο πηνίο ανάφλεξης σχηματίζεται στο όγδοο δόντι μετά από αυτό που λείπει. Όταν ο κινητήρας είναι στο ρελαντί, η ανάφλεξη προωθείται κατά 10 μοίρες, που ισοδυναμεί με 1 δόντι. Αυτό αντιστοιχεί στις 90 μοίρες (9 δόντια) μεταξύ του αφαιρεθέντος δοντιού και του πραγματικού άνω νεκρού σημείου.
Για τη συναρμολόγηση του κυκλώματος αισθητήρα Hall στο MegaSquirt, πρέπει να εγκατασταθεί ο πυκνωτής C11, οι αντιστάσεις R12 και R13, η δίοδος D2 και ο οπτικός σύνδεσμος U3 (βλ. εικόνα παρακάτω). Το σήμα από τον αισθητήρα Hall εισάγεται στο διάγραμμα στο σχήμα 105 κάτω από το “Opto in”. Το σήμα φτάνει στον λεγόμενο οπτικό συζεύκτη μέσω της διόδου και της αντίστασης. Αυτό το στοιχείο υποδεικνύεται με μια διακεκομμένη γραμμή. Ο οπτικός σύνδεσμος είναι ένα μικρό ολοκληρωμένο κύκλωμα στο οποίο το LED στην αριστερή πλευρά οδηγεί το φωτοτρανζίστορ στη δεξιά πλευρά όταν είναι αναμμένο. Ο οπτικός σύνδεσμος μπορεί να θεωρηθεί ως ένας διακόπτης χωρίς μηχανικές ή ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ των εξαρτημάτων ελέγχου και μεταγωγής.
Όταν το τρανζίστορ στον οπτικό συζεύκτη είναι αγώγιμο, ένα μικρό ρεύμα μπορεί να ρέει από το Vcc στη γείωση. Εκείνη τη στιγμή υπάρχει τάση 0 βολτ στο "Opto Out". Εάν το τρανζίστορ δεν αγώγει, δεν υπάρχει ρεύμα και επομένως δεν υπάρχει πτώση τάσης στην αντίσταση R13. Η τάση στο "Opto out" είναι τότε 5 volt.
Με τη χρήση ενός οπτικού συζεύκτη, γίνεται ένας γαλβανικός διαχωρισμός μεταξύ της διόδου και του φωτοτρανζίστορ. Οι επικίνδυνες τάσεις παρεμβολής διατηρούνται έτσι έξω από το κύκλωμα του μικροελεγκτή, καθώς η τάση διακοπής είναι συνήθως μεγαλύτερη από 5 kV.
Αισθητήρας MAP:
Ένας αισθητήρας MAP (Αισθητήρας απόλυτης πίεσης πολλαπλής) μετρά την πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής. Το MegaSquirt χρησιμοποιεί αυτή την πίεση, τις στροφές του κινητήρα και τη θερμοκρασία εισόδου για να υπολογίσει την ποσότητα αέρα που εισέρχεται στον κινητήρα. Με τον κινητήρα Land Rover θα μετρηθεί η απόλυτη πίεση (η πίεση του εξωτερικού αέρα) ή η αρνητική πίεση. Αυτός είναι ένας ατμοσφαιρικός κινητήρας που ρουφάει τον αέρα του. Οι κινητήρες εξοπλισμένοι με τούρμπο πρέπει να αντιμετωπίσουν την υπερπίεση στην πολλαπλή εισαγωγής. Το εύρος μέτρησης ενός αισθητήρα MAP είναι συνήθως μεταξύ 0,2 και 1.1 bar.
Η πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής, μαζί με τη γωνία ανοίγματος της βαλβίδας γκαζιού (η οποία μετράται με τον αισθητήρα θέσης πεταλούδας) και τις στροφές του κινητήρα, μπορούν να καθορίσουν το φορτίο του κινητήρα. Λόγω της έλλειψης αισθητήρα MAF (Manifold Air Flow), η ποσότητα αέρα που αναρροφάται υπολογίζεται με βάση τα δεδομένα του κινητήρα και την αρνητική πίεση στην πολλαπλή εισαγωγής. Αποφασίστηκε να μην χρησιμοποιηθεί αισθητήρας MAF, επειδή το σήμα είναι λιγότερο αξιόπιστο επειδή δεν έχει σχεδιαστεί για τον κινητήρα. Η αντιστοίχιση των ρυθμίσεων με τις ιδιότητες της πολλαπλής εισαγωγής είναι περίπλοκη. Για αυτό απαιτούνται πολλοί διορθωτικοί παράγοντες.
Ο αισθητήρας MAP MPX4250AP που χρησιμοποιείται φαίνεται στο σχήμα. Η πλακέτα κυκλώματος MegaSquirt είναι στάνταρ εξοπλισμένη με επιλογές σύνδεσης για αυτόν τον τύπο αισθητήρα MAP. Αυτός ο αισθητήρας περιλαμβάνεται επίσης στάνταρ στο κιτ κατασκευής. Η ποσότητα του καυσίμου που ψεκάζεται εξαρτάται, μεταξύ άλλων, από την ποσότητα του αέρα που υπάρχει, γιατί γίνεται προσπάθεια να επιτευχθεί στοιχειομετρική αναλογία ανάμιξης (14,68 kg αέρα προς 1 kg καυσίμου). Υπήρχε μια επιλογή να μην χρησιμοποιηθούν και οι δύο αισθητήρες MAF και MAP. Η ποσότητα αέρα που αναρροφάται θα προσδιορίζεται στη συνέχεια σύμφωνα με τον λεγόμενο κανονισμό Alpha-N. Λαμβάνεται υπόψη η θέση της βαλβίδας αερίου, η οποία είναι καθοριστική για την ποσότητα του αέρα που υπάρχει. Ωστόσο, αυτό είναι λιγότερο ακριβές από έναν αισθητήρα MAP, επομένως δεν επιλέχθηκε. Σε αυτό το έργο, ο αισθητήρας θέσης γκαζιού χρησιμοποιείται μόνο για εμπλουτισμό επιτάχυνσης.
Αισθητήρας θερμοκρασίας ψυκτικού:
Στην κλασική ρύθμιση, δεν υπάρχουν αισθητήρες θερμοκρασίας στο μπλοκ κινητήρα. Ο κινητήρας είναι εξοπλισμένος στάνταρ με διμεταλλικό, το οποίο έχει τη λειτουργία να ανάβει το φως του ταμπλό εάν η θερμοκρασία του ψυκτικού υγρού είναι πολύ υψηλή. Επειδή το σύστημα διαχείρισης κινητήρα λαμβάνει υπόψη τη θερμοκρασία του ψυκτικού και του αέρα εισαγωγής, αποφασίστηκε να τοποθετηθούν εκ των υστέρων οι αντιστάσεις NTC. Μια αντίσταση NTC έχει αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας. Αυτό σημαίνει ότι η τιμή αντίστασης μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας ψυκτικού που επιλέχθηκε είναι ένας αισθητήρας που έχει τιμή αντίστασης 2,5 kiloohms στους 25⁰ Κελσίου. Η αλλαγή αντίστασης είναι μεγαλύτερη στο πιο σημαντικό εύρος θερμοκρασίας. Οι ιδιότητες της αντίστασης NTC πρέπει να χαρτογραφηθούν για να υπολογιστεί η σωστή θερμοκρασία.
Η αλλαγή αντίστασης είναι μεγαλύτερη με μια αλλαγή στο εύρος θερμοκρασίας μεταξύ 0⁰C και 60⁰C. Αυτό φαίνεται από την πορεία του χαρακτηριστικού. στο αναφερόμενο εύρος θερμοκρασίας υπάρχει μείωση της αντίστασης περίπου 5kΩ, ενώ σε T ≥ 60⁰C η αντίσταση ελάχιστα μειώνεται. Σε ορισμένες περιπτώσεις είναι επιθυμητό να μετράτε και θερμοκρασίες άνω των 60°C. Για να γίνει αυτό δυνατό, η εσωτερική αντίσταση πόλωσης μπορεί να αλλάξει σε μια αντίσταση πόλωσης διαφορετικής τιμής σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Αυτό παράγει δύο χαρακτηριστικά NTC. Ωστόσο, σε αυτό το έργο η θερμοκρασία του ψυκτικού χρησιμοποιείται αποκλειστικά για τον εμπλουτισμό ψυχρής εκκίνησης, η οποία σχεδόν δεν χρησιμοποιείται πάνω από 60°C.
Οι χαμηλές θερμοκρασίες είναι επίσης το πιο ενδιαφέρον. Ο εμπλουτισμός με ψυχρή εκκίνηση θα πραγματοποιηθεί εδώ. το μπεκ ενεργοποιείται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα όταν ο κινητήρας είναι κρύος. Όταν ο κινητήρας έχει ζεσταθεί επαρκώς (T ≥ 60⁰C), γίνεται όλο και λιγότερος εμπλουτισμός. Από ένα T = 90⁰C η στρατηγική έγχυσης εκτελείται σύμφωνα με τις καθορισμένες τιμές στο πεδίο αναφοράς. Το πεδίο αναφοράς είναι μια προεπιλεγμένη τιμή που έχει εισαχθεί. Εξωτερικοί παράγοντες, όπως ο εμπλουτισμός ψυχρής εκκίνησης σε χαμηλή θερμοκρασία, σχηματίζουν έναν συντελεστή διόρθωσης σε αυτήν την τυπική τιμή. Το MegaSquirt δεν λαμβάνει πλέον υπόψη τη θερμοκρασία του ψυκτικού.
Ανιχνευτής λάμδα:
Ένας αισθητήρας λάμδα (αισθητήρας) είναι τοποθετημένος στην εξάτμιση που μετρά την αναλογία αέρα/καυσίμου στα καυσαέρια. Ο αισθητήρας λάμδα έχει μια σημαντική αποστολή να «συντονίσει» τη διαχείριση του κινητήρα σε μεταγενέστερο στάδιο συμπληρώνοντας τους πίνακες AFR και VE. Για να αποκτήσουμε μια εικόνα για την ιδανική αναλογία ανάμειξης και τη χρησιμότητα και την αναγκαιότητα εμπλουτισμού ή εξαθλίωσης, ορίζονται πρώτα η στοιχειομετρική αναλογία ανάμειξης, ο εμπλουτισμός και η εξάντληση.
Η στοιχειομετρική αναλογία ανάμιξης δείχνει την αναλογία αέρα και καυσίμου στην οποία χρησιμοποιείται όλο το οξυγόνο από τον αέρα. Αυτό συμβαίνει με την αναλογία 14,68:1 (στρογγυλοποιημένη ως 14,7 kg αέρα προς 1 kg βενζίνης). Τότε μιλάμε για λ = 1.
Η τιμή λάμδα μπορεί να διαφέρει υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας:
- Εμπλουτισμός: λ < 1;
- Εξαθλιώνω: λ > 1.
Ο εμπλουτισμός σε λ = 0,8 σημαίνει ότι ισχύει αναλογία ανάμιξης 11,76 kg αέρα προς 1 kg βενζίνης. Άρα υπάρχει λιγότερος διαθέσιμος αέρας για την καύση 1 κιλού καυσίμου. Ο εμπλουτισμός ή η εξάντληση του μείγματος πρέπει να παραμένει πάντα εντός των ορίων έκρηξης. Ο εμπλουτισμός πραγματοποιείται όταν ο κινητήρας πρέπει να αποδώσει περισσότερη ισχύ. Ένα πιο πλούσιο μείγμα προσφέρει επίσης ψύξη. Ένα λιτό μείγμα, από την άλλη πλευρά, δίνει καλύτερη κατανάλωση καυσίμου. Η παρακάτω εικόνα δείχνει δύο γραφήματα που δείχνουν τη μέγιστη ισχύ και τη χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου.
Η τιμή λάμδα δεν επηρεάζει μόνο την κατανάλωση ισχύος και καυσίμου, αλλά και τις εκπομπές καυσαερίων. Ένα πιο πλούσιο μείγμα εξασφαλίζει χαμηλότερη περιεκτικότητα σε NOx, αλλά και υψηλότερες εκπομπές CO και HC. Με ένα πιο λιτό μείγμα, τα σωματίδια του καυσίμου είναι πιο μακριά, έτσι ώστε η καύση να μην είναι πλέον η βέλτιστη. με αποτέλεσμα να αυξάνονται και οι εκπομπές HC. Η παρακάτω εικόνα δείχνει τις εκπομπές που σχετίζονται με την τιμή λάμδα. Όταν χρησιμοποιείτε καταλύτη, είναι επιθυμητό να διασφαλίζεται ότι η έγχυση εναλλάσσεται συνεχώς μεταξύ πλούσιας και άπαχης. Σε ένα πλούσιο μείγμα, το CO σχηματίζεται ως αποτέλεσμα ανεπάρκειας οξυγόνου, με το οποίο ο καταλύτης μειώνει τα NOx. Ένα άπαχο μείγμα περιέχει πλεόνασμα οξυγόνου, το οποίο οξειδώνει CO και HC.
Υπάρχουν δύο τύποι αισθητήρων λάμδα. τον αισθητήρα άλματος και τον ευρυζωνικό αισθητήρα. Το MegaSquirt υποστηρίζει και τους δύο τύπους. Ωστόσο, κατά τη ρύθμιση του πίνακα VE, ένας αισθητήρας άλματος είναι ακατάλληλος και γι' αυτό έγινε η επιλογή να χρησιμοποιηθεί ο ευρυζωνικός αισθητήρας. Ο πίνακας VE ρυθμίζεται προσαρμόζοντας τις τιμές VE στο μετρούμενο AFR. Αν και οι τιμές VE μπορούν καταρχήν να εισαχθούν μέσω υπολογισμών και βασίζονται σε μεγάλο βαθμό στην καμπύλη ροπής, το AFR βρίσκεται γρήγορα πέρα από το εύρος του αισθητήρα άλματος. Ένας ευρυζωνικός αισθητήρας προσφέρει μια λύση λόγω του μεγάλου εύρους μέτρησής του. μπορεί να μετρήσει AFR μεταξύ 8,0 και 1,4. Η σύνθεση του μείγματος θα βρίσκεται σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις σε αυτό το εύρος μέτρησης όταν ο κινητήρας λειτουργεί, επομένως ο ευρυζωνικός αισθητήρας είναι κατάλληλος για τη ρύθμιση του πίνακα VE. Ο συντονισμός χωρίς τον ευρυζωνικό αισθητήρα είναι πρακτικά αδύνατος.
Το MegaSquirt δεν διαθέτει εσωτερικό ελεγκτή λάμδα. Μόλις γίνουν γνωστές οι ιδιότητες του ευρυζωνικού αισθητήρα, μπορούν να εισαχθούν σε έναν πίνακα στο πρόγραμμα TunerStudio. Σε άλλες περιπτώσεις, απαιτείται ευρυζωνικός αισθητήρας με εξωτερικό ελεγκτή. Η τάση εξόδου έχει γίνει γραμμική από τον εξωτερικό ελεγκτή. Η τάση εξόδου από τον ελεγκτή στο MegaSquirt είναι μεταξύ 0 και 5 βολτ, με τη σχέση μεταξύ της τιμής λάμδα και της τάσης να είναι γραμμική. Η τιμή της τάσης μετατρέπεται σε τιμή λάμδα στο MegaSquirt. Το σχήμα δείχνει το γράφημα με τη γραμμική κλίση.
Volgende: Ενεργοποιητές.
