Aiheet:
- Määritä ja asenna anturit moottorin ohjausjärjestelmää varten
- Kampiakselin asentoanturi
- Pulssipyörä
- Kartta-anturi
- Jäähdytysnesteen lämpötila-anturi
- Lambda anturi
Määritä ja asenna anturit moottorin ohjausjärjestelmää varten:
Moottorin hallintajärjestelmä vaatii useita antureita. Anturit toimivat järjestelmän "sisääntulona". Anturit muuntavat fyysisen suuren sähköiseksi signaaliksi, jonka tietokone voi käsitellä, tässä tapauksessa MegaSquirt.
MegaSquirtin kokoonpanoprosessissa tulee ottaa huomioon moottoriin asennettavat komponentit, koska MegaSquirtin rakenne voi vaihdella.
Kuvassa näkyvät eri anturipiirit, joissa nämä komponentit sijaitsevat. Kuvassa näkyvät tulosignaalit tulevat lambda-anturista, kaasuläpän asentoanturista, jäähdytysnesteen lämpötila-anturista ja ilman lämpötila-anturista.
Antureiden lisäksi kaaviossa on myös useita vastuksia ja kondensaattoreita. Näiden komponenttien koostumus muodostaa suodattimia; Nämä suodattimet sieppaavat häiriösignaaleja ja kohinaa. Jos anturin signaali vääristyy kohinasta, sillä voi olla merkittäviä seurauksia toimilaitteiden ohjaukselle ja siten myös moottorin toiminnalle.
Kampiakselin asentoanturi:
Tärkeä syöte moottorin ohjausjärjestelmälle on kampiakselin nopeus.
Kampiakselin nopeus mitataan kampiakselin asentotunnistimella ja pulssipyörällä. Kampiakselin asentotunnistimella on kaksi tärkeää toimintoa:
- Kampiakselin nopeus voidaan määrittää signaalin taajuuden perusteella;
- Pulssipyörän puuttuva hammas osoittaa kampiakselin asennon, jossa sylinterien 1 ja 4 männät ovat muutaman asteen ennen TDC:tä.
Moottorin nopeus vaikuttaa suuttimien ja sytytyksen ohjaukseen. Puuttuva hammas 36-1 pulssipyörästä on tärkeä sytytys- ja ruiskutusaikojen määrittämiseksi. Nopeusanturina päätettiin käyttää Hall-anturia eikä induktiopulssigeneraattoria. Induktiivinen anturi tuottaa vaihtojännitteen, joka on muutettava tasajännitteeksi MegaSquirt-ohjaimessa. Hall-anturi tuottaa neliöaaltojännitteen, joka vahvistetaan 5 tai 12 voltin jännitteeksi sisäisellä tai ulkoisella vetovastuksella. Tämä tekee Hall-anturista sopivamman luotettavan signaalin muodostamiseen. Tämä valinta on tehtävä etukäteen ennen MegaSquirtin kokoamista; molemmat anturit vaativat erilaisen piirirakenteen.
Pulssipyörä:
Kampiakselin asentoanturi mittaa muutosta moottoriin asennetun pulssipyörän ilmavälissä. Land Roverin moottorissa ei kuitenkaan alun perin ole kampiakselin asentoanturia eikä siksi pulssipyörää. Pulssipyörä oli siksi asennettava jälkikäteen. Pulssipyörän sijaintia ja sijaintia on mietitty paljon. Mahdollisuuksia olivat:
- 36-hampainen kiekko, joka on kiinnitetty kampiakselin hihnapyörän ulkopuolelle puristimella tai pulttiliitoksella.
- Nykyisen kampiakselin hihnapyörän säätö jyrsimällä hampaita hihnapyörästä.
On yleistä käyttää 36-1 tai 60-2 pulssipyörää. 60-hampaista pulssipyörää käytetään pääasiassa suurempiin halkaisijoihin. 36-1 sopii käytettäväksi hampaiden leveyden vuoksi. On erittäin tärkeää, että pulssipyörän korkeusliike on mahdollisimman pieni. Korkeusmuutos tarkoittaa anturin ja pulssipyörän hampaiden välisen magneettikentän muutosta. Tällä voi olla haitallisia seurauksia moottorin käyntiin. Tämä on tietysti estettävä. Siksi nykyisen kampiakselin hihnapyörän säätäminen oli parempi. Nykyisen kampiakselin hihnapyörän ulkoreuna on koneistettu jyrsinkoneella. Lovia on tehty materiaalia poistamalla. Loput 36 hammasta mahdollistavat sen, että anturi voi mitata muutoksia magneettikentissä. Hammas on hiottu pois referenssipisteestä. Alla olevassa kuvassa on koneistettu kampiakselin hihnapyörä.
Hiomahammas näkyy pulssipyörän yläosassa, aivan anturin alapuolella. Kun kampiakseli on tässä asennossa, se ei tarkoita, että sylinterien 1 ja 4 männät ovat TDC:ssä, vaan että nämä männät ovat 90 astetta ennen TDC:tä, mikä vastaa 9 hammasta (360/36). Heti kun puuttuva hammas menee ohi, MegaSquirt saa signaalin, että syttymisen pitäisi tapahtua pian. Siitä eteenpäin lasketaan, milloin sytytyspuolan tulee aktivoitua. Vaihtelevissa käyttöolosuhteissa esisytytysaika määräytyy myös tämän vertailupisteen perusteella.
Oskilloskoopin kuva (katso kuva) näyttää kampiakselin signaalin (ylhäällä) verrattuna sytytyspuolan ohjaussignaaliin (alhaalla). Ohjauspulssi sytytyspuolaan muodostuu kahdeksanteen hampaan puuttuvan hampaan jälkeen. Kun moottori on joutokäynnillä, sytytystä siirretään 10 astetta, mikä vastaa 1 hammasta. Tämä vastaa 90 astetta (9 hammasta) poistetun hampaan ja todellisen yläkuolokohdan välillä.
Hall-anturipiirin kokoamiseksi MegaSquirtiin on asennettava kondensaattori C11, vastukset R12 ja R13, diodi D2 ja optoliitin U3 (katso kuva alla). Hall-anturin signaali tulee kaavioon kuvassa 105 kohdassa "Opto in". Signaali saapuu ns. optoliittimeen diodin ja vastuksen kautta. Tämä komponentti on merkitty katkoviivalla. Optokytkin on pieni integroitu piiri, jossa vasemmalla puolella oleva LED johtaa valotransistorin oikealla puolella palaessaan. Optokytkin voidaan nähdä kytkimenä ilman mekaanisia tai sähköisiä kytkentöjä ohjaus- ja kytkinosien välillä.
Kun optokytkimen transistori johtaa, pieni virta voi virrata Vcc:stä maahan. Tällä hetkellä "Opto Out" -tilassa on 0 voltin jännite. Jos transistori ei johda, vastuksen R13 yli ei ole virtaa eikä siten jännitehäviötä. "Opto out" -asetuksen jännite on silloin 5 volttia.
Optokytkimen avulla tehdään galvaaninen erotus diodin ja fototransistorin välille. Vaaralliset häiriöjännitteet pysyvät siis poissa mikrokontrolleripiiristä, sillä läpilyöntijännite on yleensä yli 5 kV.
MAP-anturi:
MAP-anturi (Manifold Absolute Pressure sensor) mittaa painetta imusarjassa. MegaSquirt käyttää tätä painetta, moottorin nopeutta ja tulolämpötilaa laskeakseen moottoriin tulevan ilman määrän. Land Rover -moottorilla mitataan absoluuttinen paine (ulkoilman paine) tai alipaine. Tämä on vapaasti hengittävä moottori, joka imee omaa ilmaansa. Turbolla varustetut moottorit joutuvat käsittelemään imusarjan ylipainetta. MAP-anturin mittausalue on yleensä 0,2 - 1.1 baaria.
Imusarjan paine yhdessä kaasuventtiilin avautumiskulman (joka mitataan kaasuläpän asentoanturilla) ja moottorin kierrosluvun kanssa voivat määrittää moottorin kuormituksen. MAF-anturin (Manifold Air Flow) puuttumisen vuoksi sisään imetyn ilman määrä lasketaan moottoritietojen ja imusarjan alipaineen perusteella. MAF-anturia päätettiin olla käyttämättä, koska signaali on vähemmän luotettava, koska sitä ei ole suunniteltu moottorille. Asetusten sovittaminen imusarjan ominaisuuksiin on monimutkaista. Tätä varten tarvitaan useita korjaustekijöitä.
Käytetty MPX4250AP MAP-anturi on esitetty kuvassa. MegaSquirt-piirilevy on vakiona varustettu liitäntämahdollisuuksilla tämän tyyppisille MAP-antureille. Tämä anturi on myös vakiona rakennussarjassa. Ruiskutettavan polttoaineen määrä riippuu muun muassa läsnä olevan ilman määrästä, koska stoikiometrinen sekoitussuhde (14,68 kg ilmaa/1 kg polttoainetta) pyritään saavuttamaan. Oli mahdollisuus olla käyttämättä sekä MAF- että MAP-antureita. Imetyn ilman määrä määritettäisiin sitten ns. Alpha-N-säännön mukaan. Kaasuventtiilin asento otetaan huomioon, mikä on ratkaiseva ilmamäärän kannalta. Tämä on kuitenkin vähemmän tarkka kuin MAP-anturi, joten tätä ei valittu. Tässä projektissa kaasuläpän asentoanturia käytetään vain kiihtyvyyden rikastamiseen.
Jäähdytysnesteen lämpötila-anturi:
Klassisessa asetelmassa moottorilohkossa ei ole lämpötila-antureita. Moottori on varustettu vakiona bimetallilla, jonka tehtävänä on sytyttää kojelaudan valo, jos jäähdytysnesteen lämpötila on liian korkea. Koska moottorin ohjausjärjestelmä ottaa huomioon jäähdytysnesteen ja imuilman lämpötilan, päätettiin asentaa NTC-vastukset jälkikäteen. NTC-vastuksen lämpötilakerroin on negatiivinen. Tämä tarkoittaa, että vastusarvo pienenee lämpötilan noustessa. Jäähdytysnesteen lämpötila-anturiksi on valittu anturi, jonka resistanssiarvo on 2,5 kiloohmia 25⁰ Celsiusasteessa. Vastusmuutos on suurin tärkeimmällä lämpötila-alueella. NTC-resistanssin ominaisuudet on kartoitettava oikean lämpötilan laskemiseksi.
Vastusmuutos on suurin, kun lämpötila-alue muuttuu välillä 0⁰C ja 60⁰C. Tämä voidaan nähdä ominaisuuden kulusta; mainitulla lämpötila-alueella resistanssi pienenee noin 5kΩ, kun taas lämpötilassa T ≥ 60⁰C vastus tuskin pienenee. Joissakin tapauksissa on toivottavaa mitata myös yli 60°C lämpötiloja. Tämän mahdollistamiseksi sisäinen biasvastus voidaan vaihtaa eriarvoiseksi esivastukseksi tietyssä lämpötilassa. Tämä tuottaa kaksi NTC-ominaisuutta. Tässä projektissa jäähdytysnesteen lämpötilaa käytetään kuitenkin yksinomaan kylmäkäynnistyksen rikastamiseen, jota tuskin käytetän yli 60°C:ssa.
Alhaiset lämpötilat ovat myös mielenkiintoisimpia; kylmäkäynnistyksen rikastus tapahtuu täällä; suutin aktivoituu pidempään, kun moottori on kylmä. Kun moottori on lämmennyt riittävästi (T ≥ 60⁰C), rikastumista tapahtuu yhä vähemmän. Lämpötilasta T = 90⁰C ruiskutusstrategia toimii referenssikentässä asetettujen arvojen mukaisesti. Viitekenttä on syötetty oletusarvo. Ulkoiset tekijät, kuten kylmäkäynnistyksen rikastus alhaisessa lämpötilassa, muodostavat korjauskertoimen tähän vakioarvoon. MegaSquirt ei enää ota huomioon jäähdytysnesteen lämpötilaa.
Lambda anturi:
Pakokaasuun on asennettu lambda-anturi (anturi), joka mittaa pakokaasujen ilma/polttoainesuhdetta. Lambda-anturilla on tärkeä tehtävä "virittää" moottorin hallinta myöhemmässä vaiheessa täyttämällä AFR- ja VE-taulukot. Jotta saataisiin käsitys ihanteellisesta sekoitussuhteesta ja rikastamisen tai köyhdyttämisen hyödyllisyydestä ja välttämättömyydestä, määritetään ensin stoikiometrinen sekoitussuhde, rikastus ja tyhjennys.
Stökiömetrinen sekoitussuhde ilmaisee ilman ja polttoaineen välisen suhteen, jossa kaikki ilman happi käytetään. Tämä koskee suhdetta 14,68:1 (pyöristettynä 14,7 kg ilmaa 1 kg bensiiniä kohti). Puhumme sitten λ = 1:stä.
Lambda-arvo voi vaihdella eri käyttöolosuhteissa:
- Rikastus: λ < 1;
- Köyhyttää: λ > 1.
Rikastaminen arvoon λ = 0,8 tarkoittaa, että sovelletaan sekoitussuhdetta 11,76 kg ilmaa 1 kg:aan bensiiniä. Näin ollen käytettävissä on vähemmän ilmaa 1 kg polttoaineen polttamiseen. Seoksen rikastamisen tai kulutuksen tulee aina pysyä räjähdysrajojen sisällä. Rikastus tapahtuu, kun moottorin on annettava enemmän tehoa. Rikkaampi seos tarjoaa myös jäähdytystä. Laiha seos sen sijaan antaa paremman polttoaineenkulutuksen. Alla olevassa kuvassa on kaksi kaaviota, jotka osoittavat suurimman tehon ja pienimmän polttoaineenkulutuksen.
Lambda-arvo ei vaikuta ainoastaan tehoon ja polttoaineenkulutukseen, vaan myös pakokaasupäästöihin. Rikkaampi seos varmistaa alhaisemman NOx-pitoisuuden, mutta myös korkeammat CO- ja HC-päästöt. Laiheemmalla seoksella polttoainehiukkaset ovat kauempana toisistaan, joten palaminen ei ole enää optimaalista; Tämän seurauksena myös HC-päästöt lisääntyvät. Alla olevassa kuvassa näkyvät lambda-arvoon liittyvät päästöt. Katalyyttiä käytettäessä on toivottavaa varmistaa, että ruiskutus vaihtelee jatkuvasti täyteläisen ja laihan välillä. Rikkaassa seoksessa hapen puutteen seurauksena muodostuu CO:ta, jolla katalyytti vähentää NOx:a. Laiha seos sisältää ylimääräistä happea, joka hapettaa CO:n ja HC:n.
Lambda-antureita on kahdenlaisia; hyppyanturi ja laajakaistaanturi. MegaSquirt tukee molempia tyyppejä. VE-taulukkoa asetettaessa hyppyanturi ei kuitenkaan sovellu ja siksi valittiin laajakaista-anturia. VE-taulukko asetetaan säätämällä VE-arvot mitattuun AFR:ään. Vaikka VE-arvot voidaan periaatteessa syöttää laskelmilla ja suurelta osin vääntömomenttikäyrän perusteella, AFR on nopeasti hyppyanturin alueen ulkopuolella. Laajakaista-anturi tarjoaa ratkaisun laajan mittausalueensa ansiosta; se voi mitata AFR-arvon välillä 8,0 - 1,4. Seoksen koostumus on lähes kaikissa tapauksissa tällä mittausalueella moottorin käydessä, joten laajakaista-anturi sopii VE-taulukon asettamiseen. Viritys ilman laajakaistaanturia on käytännössä mahdotonta.
MegaSquirtissa ei ole sisäistä lambda-ohjainta. Kun laajakaistasensorin ominaisuudet ovat tiedossa, ne voidaan syöttää TunerStudio-ohjelman taulukkoon. Muissa tapauksissa tarvitaan laajakaista-anturi ulkoisella ohjaimella. Ulostulojännite on tehty lineaariseksi ulkoisella säätimellä. Lähtöjännite säätimestä MegaSquirtiin on 0 - 5 volttia, ja lambda-arvon ja jännitteen välinen suhde on lineaarinen. Jännitteen arvo muunnetaan lambda-arvoksi MegaSquirtissa. Kuvassa on kaavio lineaarisella gradientilla.
seuraava: Toimilaitteet.
