Предметы:
- Определить и установить датчики системы управления двигателем
- Датчик положения коленчатого вала
- Импульсное колесо
- Датчик карты
- Датчик температуры охлаждающей жидкости
- Лямбда-зонд
Определить и установить датчики системы управления двигателем:
Для системы управления двигателем требуется ряд датчиков. Датчики служат «входом» системы. Датчики преобразуют физическую величину в электрический сигнал, который может быть обработан компьютером, в данном случае MegaSquirt.
В процессе сборки MegaSquirt необходимо учитывать компоненты, которые будут установлены на двигатель, поскольку конструкция MegaSquirt может отличаться.
На рисунке показаны различные цепи датчиков, в которых расположены эти компоненты. Входные сигналы, показанные на рисунке, поступают от лямбда-зонда, датчика положения дроссельной заслонки, датчика температуры охлаждающей жидкости и датчика температуры воздуха.
Помимо датчиков, схема содержит еще ряд резисторов и конденсаторов. Композиция этих компонентов образует фильтры; Эти фильтры служат для улавливания сигналов помех и шума. Если сигнал датчика искажается шумом, это может иметь серьезные последствия для управления исполнительными механизмами и, следовательно, для работы двигателя.
Датчик положения коленчатого вала:
Важным параметром для системы управления двигателем является частота вращения коленчатого вала.
Частота вращения коленчатого вала измеряется с помощью датчика положения коленчатого вала и импульсного колеса. Датчик положения коленчатого вала выполняет две важные функции:
- Скорость коленчатого вала можно определить по частоте сигнала;
- Отсутствие зуба в импульсном колесе указывает на положение коленчатого вала, при котором поршни цилиндров 1 и 4 находятся на несколько градусов перед ВМТ.
Частота вращения двигателя влияет на управление форсунками и зажигание. Отсутствующий зубец в импульсном колесе 36-1 важен для определения времени зажигания и впрыска. В качестве датчика скорости было решено использовать датчик Холла, а не индукционный генератор импульсов. Индуктивный датчик генерирует переменное напряжение, которое необходимо преобразовать в постоянное напряжение в контроллере MegaSquirt. Датчик Холла генерирует напряжение прямоугольной формы, которое усиливается до напряжения 5 или 12 В с помощью внутреннего или внешнего подтягивающего резистора. Это делает датчик Холла более подходящим для формирования достоверного сигнала. Этот выбор необходимо сделать заранее, перед сборкой MegaSquirt; оба датчика требуют разной конструкции схемы.
Импульсное колесо:
Датчик положения коленчатого вала измеряет изменение воздушного зазора импульсного колеса, установленного на двигателе. Однако двигатель Land Rover изначально не имеет датчика положения коленчатого вала и, следовательно, импульсного колеса. Поэтому импульсное колесо пришлось установить позже. Много внимания было уделено расположению и положению импульсного колеса. Возможности были:
- Диск с 36 зубьями, который крепится к шкиву коленчатого вала снаружи посредством хомута или болтового соединения.
- Регулировка текущего шкива коленвала путем фрезерования зубьев со шкива.
Обычно используется импульсное колесо 36-1 или 60-2. Импульсное колесо с 60 зубьями в основном используется для больших диаметров. Модель 36-1 подходит для использования благодаря ширине зубьев. Очень важно, чтобы импульсное колесо имело как можно меньший ход по высоте. Изменение высоты означает изменение магнитного поля между датчиком и зубцами импульсного колеса. Это может иметь неблагоприятные последствия для работы двигателя. Это, конечно, необходимо предотвратить. Поэтому регулировка нынешнего шкива коленчатого вала была предпочтительнее. Наружная кромка имеющегося шкива коленвала обрабатывается на фрезерном станке. Выемки были созданы путем удаления материала. Остальные 36 зубцов служат для того, чтобы датчик мог измерять изменения магнитных полей. В качестве ориентира был отшлифован зуб. На рисунке ниже показан обработанный шкив коленчатого вала.
Заземленный зуб виден в верхней части импульсного колеса, прямо под датчиком. Когда коленвал находится в таком положении, это означает не то, что поршни цилиндров 1 и 4 находятся в ВМТ, а то, что эти поршни находятся под углом 90 градусов перед ВМТ, что соответствует 9 зубьям (360/36). В тот момент, когда отсутствующий зуб проходит мимо, MegaSquirt получает сигнал о том, что вскоре должно произойти воспламенение. С этого момента рассчитывается момент, когда катушка зажигания должна активироваться. При различных условиях эксплуатации время предварительного зажигания также определяется на основе этой контрольной точки.
Изображение осциллографа (см. изображение) показывает сигнал коленчатого вала (вверху) в сравнении с сигналом управления катушки зажигания (внизу). Управляющий импульс катушке зажигания формируется на восьмом зубце после недостающего. На холостом ходу двигатель опережает зажигание на 10 градусов, что составляет 1 зуб. Это соответствует 90 градусам (9 зубьев) между удаленным зубом и фактической верхней мертвой точкой.
Для сборки схемы датчика Холла в MegaSquirt необходимо установить конденсатор С11, резисторы R12 и R13, диод D2 и оптрон U3 (см. рисунок ниже). Сигнал от датчика Холла поступает на схему на рисунке 105 в раздел «Опто вход». Сигнал поступает на так называемую оптопару через диод и резистор. Этот компонент обозначен пунктирной линией. Оптопара представляет собой небольшую интегральную схему, в которой светодиод на левой стороне проводит ток через фототранзистор на правой стороне, когда он горит. Оптопару можно рассматривать как переключатель без механических или электрических соединений между управляющей и коммутационной частями.
Когда транзистор в оптопаре является проводящим, небольшой ток может течь от Vcc к земле. В этот момент на «Opto Out» присутствует напряжение 0 Вольт. Если транзистор непроводящий, ток отсутствует и, следовательно, на резисторе R13 нет падения напряжения. Напряжение на «Оптовом выходе» тогда составляет 5 Вольт.
С помощью оптопары осуществляется гальваническая развязка между диодом и фототранзистором. Таким образом, опасные напряжения помех исключены из схемы микроконтроллера, поскольку напряжение пробоя обычно превышает 5 кВ.
МАП-сенсор:
Датчик MAP (датчик абсолютного давления в коллекторе) измеряет давление во впускном коллекторе. MegaSquirt использует это давление, частоту вращения двигателя и температуру на входе для расчета количества воздуха, поступающего в двигатель. В двигателе Land Rover измеряется абсолютное давление (давление наружного воздуха) или отрицательное давление. Это безнаддувный двигатель, который всасывает собственный воздух. Двигателям, оснащенным турбонаддувом, приходится иметь дело с избыточным давлением во впускном коллекторе. Диапазон измерения датчика MAP обычно составляет от 0,2 до 1.1 бар.
Давление во впускном коллекторе вместе с углом открытия дроссельной заслонки (который измеряется датчиком положения дроссельной заслонки) и частотой вращения двигателя могут определять нагрузку двигателя. Из-за отсутствия датчика MAF (Manifold Air Flow) количество всасываемого воздуха рассчитывается на основе данных двигателя и отрицательного давления во впускном коллекторе. Датчик массового расхода воздуха было решено не использовать, поскольку сигнал менее достоверен, поскольку он не предназначен для двигателя. Согласование настроек со свойствами впускного коллектора является сложной задачей. Для этого требуется множество поправочных коэффициентов.
Используемый датчик MAP MPX4250AP показан на рисунке. Печатная плата MegaSquirt в стандартной комплектации оснащена возможностью подключения датчика MAP этого типа. Этот датчик также входит в стандартную комплектацию конструктора. Количество впрыскиваемого топлива зависит, среди прочего, от количества присутствующего воздуха, поскольку делается попытка достичь стехиометрического соотношения смешивания (14,68 кг воздуха на 1 кг топлива). Была возможность не использовать датчики MAF и MAP. Затем количество всасываемого воздуха будет определяться в соответствии с так называемым регулированием Alpha-N. Учитывается положение газового клапана, которое имеет решающее значение для количества присутствующего воздуха. Однако он менее точен, чем датчик MAP, поэтому он не был выбран. В этом проекте датчик положения дроссельной заслонки используется только для обогащения ускорения.
Датчик температуры охлаждающей жидкости:
В классической установке датчики температуры на блоке двигателя отсутствуют. Двигатель в стандартной комплектации оснащен биметаллом, имеющим функцию включения подсветки приборной панели при слишком высокой температуре охлаждающей жидкости. Поскольку система управления двигателем учитывает температуру охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, было решено установить резисторы NTC. Резистор NTC имеет отрицательный температурный коэффициент. Это означает, что значение сопротивления уменьшается с увеличением температуры. Выбранный датчик температуры охлаждающей жидкости представляет собой датчик, сопротивление которого составляет 2,5 кОм при 25⁰ Цельсия. Изменение сопротивления является наибольшим в наиболее важном температурном диапазоне. Для расчета правильной температуры необходимо определить свойства сопротивления NTC.
Изменение сопротивления является наибольшим при изменении диапазона температур от 0⁰C до 60⁰C. Это видно по ходу характеристики; в указанном диапазоне температур происходит уменьшение сопротивления примерно на 5 кОм, тогда как при Т ≥ 60⁰С сопротивление почти не уменьшается. В некоторых случаях желательно также измерять температуру выше 60°C. Чтобы сделать это возможным, внутренний резистор смещения можно переключить на резистор смещения другого номинала при определенной температуре. Это дает две характеристики NTC. Однако в этом проекте температура охлаждающей жидкости используется исключительно для обогащения холодного запуска, которое практически не используется при температуре выше 60°C.
Низкие температуры также наиболее интересны; здесь будет происходить обогащение при холодном старте; Форсунка активируется дольше, когда двигатель холодный. Когда двигатель достаточно прогрелся (Т ≥ 60⁰C), обогащение происходит все меньше и меньше. Начиная с T = 90⁰C, стратегия впрыска запускается в соответствии с заданными значениями в эталонном поле. Поле ссылки представляет собой введенное значение по умолчанию. Внешние факторы, такие как обогащение при холодном запуске при низкой температуре, формируют поправочный коэффициент к этому стандартному значению. MegaSquirt больше не учитывает температуру охлаждающей жидкости.
Лямбда-зонд:
В выхлопе установлен лямбда-зонд (датчик), который измеряет соотношение воздух/топливо в выхлопных газах. Перед лямбда-зондом стоит важная задача — «настроить» управление двигателем на более позднем этапе, заполнив таблицы AFR и VE. Чтобы получить представление об идеальном соотношении смешивания, а также о полезности и необходимости обогащения или обеднения, сначала определяются стехиометрические соотношения смешивания, обогащения и обеднения.
Стехиометрическое соотношение смешивания указывает на соотношение между воздухом и топливом, при котором используется весь кислород из воздуха. Это имеет место при соотношении 14,68:1 (округляется до 14,7 кг воздуха на 1 кг бензина). Тогда мы говорим о λ = 1.
Значение лямбда может меняться в зависимости от условий эксплуатации:
- Обогащение: λ < 1;
- Обеднение: λ > 1.
Обогащение до λ = 0,8 означает, что применяется соотношение смешивания 11,76 кг воздуха на 1 кг бензина. Таким образом, для сжигания 1 кг топлива остается меньше воздуха. Обогащение или обеднение смеси всегда должно оставаться в пределах взрывоопасности. Обогащение происходит, когда двигатель должен развивать большую мощность. Более богатая смесь также обеспечивает охлаждение. Бедная смесь, напротив, дает лучший расход топлива. На изображении ниже показаны два графика, показывающие максимальную мощность и минимальный расход топлива.
Значение лямбды влияет не только на мощность и расход топлива, но и на выбросы выхлопных газов. Более богатая смесь обеспечивает более низкое содержание NOx, но также более высокие выбросы CO и HC. В более бедной смеси частицы топлива располагаются дальше друг от друга, поэтому сгорание уже не является оптимальным; в результате чего выбросы углеводородов также увеличиваются. На изображении ниже показаны выбросы, связанные со значением лямбда. При использовании катализатора желательно следить за тем, чтобы впрыск постоянно чередовал богатое и бедное. В богатой смеси в результате дефицита кислорода образуется CO, при котором катализатор снижает NOx. Бедная смесь содержит избыток кислорода, который окисляет CO и HC.
Существует два типа лямбда-зондов; датчик прыжка и датчик широкополосного доступа. MegaSquirt поддерживает оба типа. Однако при настройке таблицы VE датчик скачка непригоден, поэтому был сделан выбор в пользу широкополосного датчика. Таблица VE устанавливается путем подгонки значений VE к измеренному AFR. Хотя значения VE в принципе можно ввести путем расчетов и во многом на основе кривой крутящего момента, AFR быстро выходит за пределы диапазона датчика скачка. Широкополосный датчик предлагает решение благодаря своему большому диапазону измерения; он может измерять AFR от 8,0 до 1,4. Состав смеси практически во всех случаях будет находиться в этом диапазоне измерения при работающем двигателе, поэтому широкополосный датчик подходит для настройки таблицы VE. Настройка без широкополосного датчика практически невозможна.
MegaSquirt не имеет внутреннего лямбда-контроллера. Как только свойства широкополосного датчика известны, их можно внести в таблицу в программе TunerStudio. В других случаях требуется широкополосный датчик с внешним контроллером. Выходное напряжение было сделано линейным с помощью внешнего контроллера. Выходное напряжение от контроллера к MegaSquirt составляет от 0 до 5 вольт, причем зависимость между значением лямбда и напряжением является линейной. Значение напряжения преобразуется в значение лямбда в MegaSquirt. На рисунке показан график с линейным градиентом.
следующий: Приводы.
