Thèmes:
- Déterminer et installer des capteurs pour le système de gestion du moteur
- Capteur de position de vilebrequin
- Roue d'impulsion
- Capteur de carte
- Capteur de température de liquide de refroidissement
- Sonde lambda
Déterminer et installer des capteurs pour le système de gestion moteur :
Le système de gestion du moteur nécessite un certain nombre de capteurs. Les capteurs servent d’« entrée » du système. Les capteurs convertissent une quantité physique en un signal électrique qui peut être traité par un ordinateur, en l'occurrence le MegaSquirt.
Le processus d'assemblage du MegaSquirt doit prendre en compte les composants à monter sur le moteur, car la structure du MegaSquirt peut différer.
La figure montre les différents circuits de capteurs dans lesquels se trouvent ces composants. Les signaux d'entrée illustrés sur la figure proviennent de la sonde lambda, du capteur de position du papillon, du capteur de température du liquide de refroidissement et du capteur de température de l'air.
En plus des capteurs, le schéma contient également un certain nombre de résistances et de condensateurs. La composition de ces composants forme des filtres ; Ces filtres servent à capturer les signaux parasites et le bruit. Si le signal du capteur est faussé par du bruit, cela peut avoir des conséquences importantes sur la commande des actionneurs et donc également sur le fonctionnement du moteur.
Capteur de position de vilebrequin:
Le régime du vilebrequin est un élément important du système de gestion du moteur.
La vitesse du vilebrequin est mesurée à l'aide d'un capteur de position du vilebrequin et d'une roue d'impulsions. Le capteur de position du vilebrequin a deux fonctions importantes :
- La vitesse du vilebrequin peut être déterminée en fonction de la fréquence du signal ;
- La dent manquante dans la roue d'impulsion indique la position du vilebrequin dans laquelle les pistons des cylindres 1 et 4 se trouvent quelques degrés avant le PMH.
Le régime moteur influence le contrôle des injecteurs et de l’allumage. La dent manquante dans la roue d'impulsions 36-1 est importante pour déterminer les temps d'allumage et d'injection. Il a été décidé d'utiliser un capteur Hall et non le générateur d'impulsions à induction comme capteur de vitesse. Un capteur inductif génère une tension alternative qui doit être convertie en tension continue dans le contrôleur MegaSquirt. Un capteur Hall génère une tension carrée, qui est amplifiée à une tension de 5 ou 12 volts avec une résistance de rappel interne ou externe. Cela rend le capteur Hall plus adapté pour former un signal fiable. Ce choix doit être fait au préalable avant d'assembler le MegaSquirt ; les deux capteurs nécessitent une construction de circuit différente.
Roue d'impulsions :
Le capteur de position du vilebrequin mesure une modification de l'entrefer d'une roue d'impulsion montée sur le moteur. Cependant, le moteur Land Rover ne dispose pas à l'origine de capteur de position du vilebrequin et donc pas de roue d'impulsion. La roue d'impulsion a donc dû être installée ultérieurement. L'emplacement et la position de la roue d'impulsions ont fait l'objet de beaucoup de réflexion. Les possibilités étaient :
- Un disque à 36 dents qui est fixé à l'extérieur de la poulie de vilebrequin au moyen d'une pince ou d'un boulon.
- Réglage de la poulie de vilebrequin actuelle en fraisant les dents de la poulie.
Il est courant d'utiliser une roue d'impulsions 36-1 ou 60-2. La roue d'impulsions à 60 dents est principalement utilisée pour les grands diamètres. Le 36-1 est adapté à l'utilisation en raison de la largeur de ses dents. Il est très important que la roue à impulsions ait le moins de déplacement en hauteur possible. Un changement d'élévation signifie un changement du champ magnétique entre le capteur et les dents de la roue d'impulsions. Cela peut avoir des conséquences néfastes sur le fonctionnement du moteur. Cela doit bien sûr être évité. Un réglage de la poulie de vilebrequin actuelle était donc préférable. Le bord extérieur de la poulie de vilebrequin existante est usiné sur une fraiseuse. Des encoches ont été créées par retrait de matière. Les 36 dents restantes servent à permettre au capteur de mesurer les changements dans les champs magnétiques. Une dent a été meulée comme point de référence. L'image ci-dessous montre la poulie de vilebrequin usinée.
La dent meulée est visible en haut de la roue d’impulsions, juste en dessous du capteur. Lorsque le vilebrequin est dans cette position cela ne signifie pas que les pistons des cylindres 1 et 4 sont au PMH, mais que ces pistons sont à 90 degrés avant le PMH, ce qui correspond à 9 dents (360/36). Au moment où la dent manquante passe, le MegaSquirt reçoit un signal indiquant que l'allumage devrait bientôt avoir lieu. À partir de ce moment, le moment où la bobine d'allumage doit être activée est calculé. Dans des conditions de fonctionnement variables, le temps de pré-allumage est également déterminé sur la base de ce point de référence.
L'image de l'oscilloscope (voir image) montre le signal du vilebrequin (en haut) par rapport au signal de commande de la bobine d'allumage (en bas). L'impulsion de commande de la bobine d'allumage est formée au niveau de la huitième dent après celle manquante. Lorsque le moteur tourne au ralenti, l'allumage est avancé de 10 degrés, ce qui équivaut à 1 dent. Cela correspond aux 90 degrés (9 dents) entre la dent retirée et le point mort haut réel.
Pour assembler le circuit du capteur Hall dans le MegaSquirt, le condensateur C11, les résistances R12 et R13, la diode D2 et l'optocoupleur U3 doivent être installés (voir figure ci-dessous). Le signal du capteur Hall entre dans le diagramme de la figure 105 sous « Opto in ». Le signal arrive au soi-disant optocoupleur via la diode et la résistance. Ce composant est indiqué par une ligne pointillée discontinue. L'optocoupleur est un petit circuit intégré dans lequel la LED du côté gauche conduit le phototransistor du côté droit lorsqu'elle est allumée. L'optocoupleur peut être considéré comme un interrupteur sans connexions mécaniques ou électriques entre les parties de commande et de commutation.
Lorsque le transistor de l'optocoupleur est conducteur, un petit courant peut circuler de Vcc à la masse. A ce moment-là, il y a une tension de 0 volt sur « Opto Out ». Si le transistor n'est pas conducteur, il n'y a pas de courant et donc pas de chute de tension aux bornes de la résistance R13. La tension sur « Opto out » est alors de 5 volts.
En utilisant un optocoupleur, une séparation galvanique est réalisée entre la diode et le phototransistor. Les tensions parasites dangereuses sont ainsi exclues du circuit du microcontrôleur, car la tension de claquage est généralement supérieure à 5 kV.
Capteur de carte:
Un capteur MAP (Manifold Absolute Pressure sensor) mesure la pression dans le collecteur d’admission. Le MegaSquirt utilise cette pression, le régime moteur et la température d'admission pour calculer la quantité d'air entrant dans le moteur. Avec le moteur Land Rover, une pression absolue (la pression de l'air extérieur) ou pression négative sera mesurée. Il s'agit d'un moteur atmosphérique qui aspire son propre air. Les moteurs équipés d'un turbo doivent faire face à une surpression dans le collecteur d'admission. La plage de mesure d'un capteur MAP se situe généralement entre 0,2 et 1.1 bar.
La pression dans le collecteur d'admission, ainsi que l'angle d'ouverture du papillon des gaz (qui est mesuré avec le capteur de position du papillon) et le régime moteur, peuvent déterminer la charge du moteur. En raison de l'absence de capteur MAF (Manifold Air Flow), la quantité d'air aspirée est calculée en fonction des données du moteur et de la pression négative dans le collecteur d'admission. Il a été décidé de ne pas utiliser de capteur MAF, car le signal est moins fiable car non conçu pour le moteur. Faire correspondre les paramètres aux propriétés du collecteur d’admission est complexe. De nombreux facteurs de correction sont nécessaires pour cela.
Le capteur MPX4250AP MAP utilisé est illustré sur la figure. Le circuit imprimé MegaSquirt est équipé en standard d'options de connexion pour ce type de capteur MAP. Ce capteur est également inclus en standard dans le kit de construction. La quantité de carburant injectée dépend entre autres de la quantité d'air présente, car on cherche à atteindre un rapport de mélange stoechiométrique (14,68 kg d'air pour 1 kg de carburant). Il était possible de ne pas utiliser à la fois les capteurs MAF et MAP. La quantité d’air aspiré serait alors déterminée selon une régulation dite Alpha-N. La position de la vanne gaz est prise en compte, ce qui est déterminant pour la quantité d'air présente. Cependant, celui-ci est moins précis qu’un capteur MAP, c’est pourquoi cela n’a pas été choisi. Dans ce projet, le capteur de position du papillon n'est utilisé que pour l'enrichissement de l'accélération.
Capteur de température de liquide de refroidissement:
Dans la configuration classique, il n’y a pas de capteurs de température sur le bloc moteur. Le moteur est équipé de série d'un bilame, qui a pour fonction d'allumer le voyant du tableau de bord si la température du liquide de refroidissement est trop élevée. Étant donné que le système de gestion du moteur prend en compte la température du liquide de refroidissement et de l'air d'admission, il a été décidé d'équiper ultérieurement des résistances NTC. Une résistance NTC a un coefficient de température négatif. Cela signifie que la valeur de la résistance diminue à mesure que la température augmente. Le capteur de température du liquide de refroidissement choisi est un capteur qui a une valeur de résistance de 2,5 kiloohms à 25⁰ Celsius. Le changement de résistance est le plus important dans la plage de température la plus importante. Les propriétés de la résistance NTC doivent être cartographiées pour calculer une température correcte.
Le changement de résistance est plus important avec un changement dans la plage de température entre 0⁰C et 60⁰C. Cela se voit au cours de la caractéristique ; dans la plage de température mentionnée, la résistance diminue d'environ 5 kΩ, tandis qu'à T ≥ 60⁰C, la résistance ne diminue pratiquement pas. Dans certains cas, il est souhaitable de mesurer également les températures supérieures à 60°C. Pour rendre cela possible, la résistance de polarisation interne peut être commutée en une résistance de polarisation d'une valeur différente à une certaine température. Cela produit deux caractéristiques NTC. Cependant, dans ce projet, la température du liquide de refroidissement est exclusivement utilisée pour l'enrichissement du démarrage à froid, qui n'est guère utilisé au-dessus de 60°C.
Les basses températures sont aussi les plus intéressantes ; l'enrichissement par démarrage à froid aura lieu ici ; l'injecteur est activé plus longtemps lorsque le moteur est froid. Lorsque le moteur s'est suffisamment réchauffé (T ≥ 60⁰C), l'enrichissement a lieu de moins en moins. A partir d'une T = 90⁰C la stratégie d'injection se déroule selon les valeurs définies dans le champ de référence. Le champ de référence est une valeur par défaut saisie. Des facteurs externes, tels qu'un enrichissement au démarrage à froid à basse température, constituent un facteur de correction de cette valeur standard. Le MegaSquirt ne prend plus en compte la température du liquide de refroidissement.
Sonde lambda :
Une sonde lambda (capteur) est montée dans l'échappement et mesure le rapport air/carburant dans les gaz d'échappement. La sonde lambda a pour tâche importante de « régler » ultérieurement la gestion du moteur en complétant les tableaux AFR et VE. Pour mieux comprendre le rapport de mélange idéal ainsi que l'utilité et la nécessité d'enrichir ou d'appauvrir, le rapport de mélange stœchiométrique, l'enrichissement et l'épuisement sont d'abord définis.
Le rapport de mélange stœchiométrique indique le rapport entre l'air et le carburant dans lequel tout l'oxygène de l'air est utilisé. C'est le cas du rapport 14,68:1 (arrondi à 14,7 kg d'air pour 1 kg d'essence). On parle alors de λ = 1.
La valeur lambda peut varier selon différentes conditions de fonctionnement :
- Enrichissement : λ < 1 ;
- Appauvrir : λ > 1.
L'enrichissement à λ = 0,8 signifie qu'un rapport de mélange de 11,76 kg d'air pour 1 kg d'essence s'applique. Il y a donc moins d’air disponible pour brûler 1 kg de carburant. L'enrichissement ou l'épuisement du mélange doit toujours rester dans les limites d'explosivité. L'enrichissement a lieu lorsque le moteur doit fournir plus de puissance. Un mélange plus riche assure également le refroidissement. Un mélange pauvre, en revanche, donne une meilleure consommation de carburant. L'image ci-dessous montre deux graphiques montrant la puissance maximale et la consommation de carburant la plus faible.
La valeur lambda affecte non seulement la puissance et la consommation de carburant, mais également les émissions de gaz d'échappement. Un mélange plus riche garantit une teneur en NOx plus faible, mais également des émissions de CO et de HC plus élevées. Avec un mélange plus pauvre, les particules de carburant sont plus éloignées les unes des autres, de sorte que la combustion n'est plus optimale ; avec pour conséquence que les émissions de HC augmentent également. L'image ci-dessous montre les émissions liées à la valeur lambda. Lors de l'utilisation d'un catalyseur, il est souhaitable de s'assurer que l'injection alterne constamment entre riche et pauvre. Dans un mélange riche, du CO se forme en raison d'un manque d'oxygène, le catalyseur réduisant ainsi les NOx. Un mélange pauvre contient un surplus d’oxygène, qui oxyde le CO et les HC.
Il existe deux types de sondes lambda ; le capteur de saut et le capteur à large bande. Le MegaSquirt prend en charge les deux types. Cependant, lors du paramétrage de la table VE, un capteur de saut n'est pas adapté et le choix a donc été fait d'utiliser le capteur large bande. Le tableau VE est défini en ajustant les valeurs VE à l'AFR mesuré. Bien que les valeurs VE puissent en principe être saisies par des calculs et largement basées sur la courbe de couple, l'AFR dépasse rapidement la portée du capteur de saut. Un capteur à large bande offre une solution en raison de sa large plage de mesure ; il peut mesurer un AFR compris entre 8,0 et 1,4. La composition du mélange se situe dans presque tous les cas dans cette plage de mesure lorsque le moteur tourne, le capteur à large bande convient donc pour régler le tableau VE. Le réglage sans le capteur à large bande est pratiquement impossible.
Le MegaSquirt n'a pas de contrôleur lambda interne. Une fois les propriétés du capteur large bande connues, elles peuvent être saisies dans un tableau du programme TunerStudio. Dans d'autres cas, un capteur large bande avec contrôleur externe est requis. La tension de sortie a été rendue linéaire par le contrôleur externe. La tension de sortie du contrôleur vers le MegaSquirt est comprise entre 0 et 5 volts, la relation entre la valeur lambda et la tension étant linéaire. La valeur de tension est convertie en valeur lambda dans le MegaSquirt. La figure montre le graphique avec le gradient linéaire.
suivant: Actionneurs.
