Предмети:
- Визначити та встановити датчики системи керування двигуном
- Датчик положення коленвала
- Імпульсне колесо
- Датчик карти
- Датчик температури охолоджуючої рідини
- Лямбда-зонд
Визначити і встановити датчики системи управління двигуном:
Для системи керування двигуном необхідна низка датчиків. Датчики служать «входом» системи. Датчики перетворюють фізичну величину в електричний сигнал, який може обробити комп’ютер, у даному випадку MegaSquirt.
Процес складання MegaSquirt повинен враховувати компоненти, які будуть встановлені на двигуні, оскільки конструкція MegaSquirt може відрізнятися.
На малюнку показано різні схеми датчиків, у яких розташовані ці компоненти. Вхідні сигнали, показані на малюнку, надходять від лямбда-зонда, датчика положення дросельної заслінки, датчика температури охолоджуючої рідини та датчика температури повітря.
Крім датчиків, схема також містить ряд резисторів і конденсаторів. Склад цих компонентів утворює фільтри; Ці фільтри призначені для захоплення сигналів перешкод і шуму. Якщо сигнал датчика спотворюється шумом, це може мати значні наслідки для керування приводами, а отже, і для роботи двигуна.
Датчик положення коленвала:
Важливою вхідною інформацією для системи керування двигуном є частота обертання колінчастого вала.
Частота обертання колінчастого вала вимірюється за допомогою датчика положення колінчастого вала та колеса імпульсів. Датчик положення колінчастого вала виконує дві важливі функції:
- Частоту обертання колінчастого вала можна визначити на основі частоти сигналу;
- Відсутній зубець у імпульсному колесі вказує на положення колінчастого вала, при якому поршні циліндрів 1 і 4 знаходяться на кілька градусів перед ВМТ.
Частота обертання двигуна впливає на керування форсунками та запалюванням. Відсутність зубця в імпульсному колесі 36-1 важлива для визначення часу запалювання та впорскування. В якості датчика швидкості було вирішено використовувати датчик Холла, а не індукційний генератор імпульсів. Індуктивний датчик генерує змінну напругу, яка повинна бути перетворена в постійну напругу в контролері MegaSquirt. Датчик Холла генерує прямокутну хвилю напруги, яка посилюється до напруги 5 або 12 вольт за допомогою внутрішнього або зовнішнього підтягуючого резистора. Це робить датчик Холла більш придатним для формування надійного сигналу. Цей вибір необхідно зробити заздалегідь перед складанням MegaSquirt; обидва датчики потребують різної конструкції схеми.
Імпульсне колесо:
Датчик положення колінчастого вала вимірює зміну повітряного зазору імпульсного колеса, встановленого на двигуні. Однак двигун Land Rover спочатку не має датчика положення колінчастого вала, а отже, й імпульсного колеса. Тому імпульсне колесо довелося встановити пізніше. Багато міркувань було приділено розташуванню та положенню імпульсного колеса. Можливості були:
- Диск з 36 зубами, який кріпиться до зовнішньої сторони шківа колінчастого вала за допомогою скоби або болтового з’єднання.
- Регулювання струму шківа колінчастого вала шляхом фрезерування зубів зі шківа.
Зазвичай використовують імпульсне колесо 36-1 або 60-2. Імпульсне колесо з 60 зубцями в основному використовується для великих діаметрів. 36-1 підходить для використання завдяки ширині зуба. Дуже важливо, щоб імпульсне колесо мало хід висоти якомога менше. Зміна висоти означає зміну магнітного поля між датчиком і зубцями імпульсного колеса. Це може мати негативні наслідки для роботи двигуна. Цьому, звичайно, слід запобігти. Тому краще відрегулювати поточний шків колінчастого вала. Зовнішня кромка наявного шківа колінчастого вала оброблена на фрезерному верстаті. Виїмки були створені шляхом видалення матеріалу. Решта 36 зубців дозволяють датчику вимірювати зміни в магнітних полях. За точку відліку відточено зуб. На малюнку нижче показано оброблений шків колінчастого вала.
Шліфований зубець видно у верхній частині імпульсного колеса, прямо під датчиком. Коли колінчастий вал знаходиться в такому положенні, це означає не те, що поршні циліндрів 1 і 4 знаходяться у ВМТ, а те, що ці поршні знаходяться на 90 градусів перед ВМТ, що відповідає 9 зубам (360/36). У той момент, коли відсутній зуб проходить повз, MegaSquirt отримує сигнал про те, що незабаром має відбутися займання. З цього моменту розраховується час, коли котушка запалювання повинна бути активована. При змінних умовах експлуатації час попереднього запалювання також визначається на основі цієї контрольної точки.
Зображення з осцилографа (див. зображення) показує сигнал колінчастого вала (вгорі) порівняно з сигналом керування котушки запалювання (внизу). Керуючий імпульс на котушку запалювання формується на восьмому зубці після відсутнього. При роботі двигуна на холостому ходу запалювання випереджається на 10 градусів, що дорівнює 1 зубу. Це відповідає 90 градусам (9 зубів) між видаленим зубом і фактичною верхньою мертвою точкою.
Для складання схеми датчика Холла в MegaSquirt необхідно встановити конденсатор C11, резистори R12 і R13, діод D2 і оптрон U3 (див. малюнок нижче). Сигнал від датчика Холла надходить на діаграму на малюнку 105 у розділі «Opto in». Через діод і резистор сигнал надходить на так звану оптопару. Цей компонент позначено пунктирною лінією. Оптопара — це невелика інтегральна схема, у якій світлодіод з лівого боку проводить фототранзистор з правого боку, коли горить. Оптрон можна розглядати як перемикач без механічних або електричних з'єднань між керуючою та комутаційною частинами.
Коли транзистор в оптопарі провідний, невеликий струм може протікати від Vcc до землі. У цей момент на «Opto Out» є напруга 0 вольт. Якщо транзистор не проводить, струм відсутній і, отже, падіння напруги на резисторі R13. Тоді напруга на «Opto out» становить 5 вольт.
За допомогою оптопари здійснюється гальванічна розв'язка між діодом і фототранзистором. Таким чином, небезпечні напруги перешкод не потрапляють у схему мікроконтролера, оскільки напруга пробою зазвичай перевищує 5 кВ.
Датчик MAP:
Датчик MAP (датчик абсолютного тиску в колекторі) вимірює тиск у впускному колекторі. MegaSquirt використовує цей тиск, швидкість двигуна та температуру на вході для розрахунку кількості повітря, що надходить у двигун. За допомогою двигуна Land Rover вимірюється абсолютний тиск (тиск зовнішнього повітря) або негативний тиск. Це атмосферний двигун, який всмоктує власне повітря. Двигуни, оснащені турбонаддувом, мають справу з надмірним тиском у впускному колекторі. Діапазон вимірювання датчика MAP зазвичай становить від 0,2 до 1.1 бар.
Тиск у впускному колекторі разом із кутом відкриття дросельної заслінки (який вимірюється датчиком положення дросельної заслінки) і частотою обертання двигуна можуть визначити навантаження на двигун. Через відсутність датчика MAF (Manifold Air Flow) кількість повітря, що всмоктується, розраховується на основі даних двигуна та негативного тиску у впускному колекторі. Було вирішено не використовувати датчик MAF, тому що сигнал менш надійний, тому що він не призначений для двигуна. Зіставлення налаштувань із властивостями впускного колектора складне. Для цього потрібно багато поправочних коефіцієнтів.
Використаний датчик MAP MPX4250AP показаний на малюнку. Плата MegaSquirt стандартно оснащена можливістю підключення для цього типу датчика MAP. Цей датчик також стандартно входить до складу конструктора. Кількість палива, що впорскується, залежить, серед іншого, від кількості присутнього повітря, оскільки робиться спроба досягти стехіометричного співвідношення суміші (14,68 кг повітря на 1 кг палива). Була можливість не використовувати одночасно датчики MAF і MAP. Тоді кількість повітря, що втягується, буде визначатися відповідно до так званої регуляції Alpha-N. Береться до уваги положення газового клапана, яке є вирішальним для кількості присутнього повітря. Однак це менш точний, ніж датчик MAP, тому його не було обрано. У цьому проекті датчик положення дросельної заслінки використовується лише для збагачення прискорення.
Датчик температури охолоджуючої рідини:
У класичній комплектації датчики температури на блоці двигуна відсутні. Двигун стандартно оснащений біметалом, який має функцію включення підсвічування панелі приладів, якщо температура охолоджуючої рідини занадто висока. Оскільки система керування двигуном не враховує температуру охолоджуючої рідини та всмоктуваного повітря, було вирішено модернізувати резистори NTC. Резистор NTC має негативний температурний коефіцієнт. Це означає, що значення опору зменшується зі збільшенням температури. Вибраний датчик температури охолоджуючої рідини має значення опору 2,5 кОм при 25⁰ Цельсія. Зміна опору найбільша в найважливішому діапазоні температур. Властивості опору NTC повинні бути нанесені на карту, щоб обчислити правильну температуру.
Зміна опору найбільша при зміні температурного діапазону від 0⁰C до 60⁰C. Це видно з ходу характеристики; у зазначеному температурному діапазоні спостерігається зменшення опору приблизно на 5 кОм, тоді як при T ≥ 60⁰C опір майже не зменшується. У деяких випадках бажано також вимірювати температуру вище 60°C. Щоб зробити це можливим, внутрішній резистор зміщення можна перемкнути на резистор зміщення іншого значення при певній температурі. Це створює дві характеристики NTC. Однак у цьому проекті температура охолоджуючої рідини використовується виключно для збагачення при холодному запуску, яке майже не використовується вище 60°C.
Низькі температури також є найцікавішими; тут буде відбуватися збагачення холодного старту; інжектор активується довше, коли двигун холодний. Коли двигун достатньо прогрівся (T ≥ 60⁰C), збагачення відбувається все менше. Від T = 90⁰C стратегія впорскування працює відповідно до заданих значень у контрольному полі. Поле посилання є введеним значенням за замовчуванням. Зовнішні фактори, такі як збагачення холодного старту при низькій температурі, формують поправочний коефіцієнт до цього стандартного значення. MegaSquirt більше не враховує температуру охолоджуючої рідини.
Лямбда зонд:
Лямбда-зонд (датчик) встановлений у вихлопі, який вимірює співвідношення повітря/паливо у вихлопних газах. Лямбда-зонд має важливе завдання «налаштувати» управління двигуном на більш пізньому етапі, заповнюючи таблиці AFR і VE. Щоб отримати уявлення про ідеальне співвідношення змішування та корисність і необхідність збагачення або збіднення, спочатку визначаються стехіометричне співвідношення змішування, збагачення та збіднення.
Стехіометричне співвідношення суміші вказує на співвідношення між повітрям і паливом, у якому використовується весь кисень з повітря. Це стосується співвідношення 14,68:1 (округлено як 14,7 кг повітря на 1 кг бензину). Тоді ми говоримо про λ = 1.
Значення лямбда може змінюватися в різних умовах експлуатації:
- Збагачення: λ < 1;
- Збідніти: λ > 1.
Збагачення до λ = 0,8 означає, що застосовується співвідношення 11,76 кг повітря до 1 кг бензину. Тому для спалювання 1 кг палива залишається менше повітря. Збагачення або збіднення суміші завжди повинно залишатися в межах вибухонебезпечності. Збагачення відбувається, коли двигун має видавати більше потужності. Багатша суміш також забезпечує охолодження. З іншого боку, бідна суміш забезпечує кращу витрату палива. На зображенні нижче показано два графіки, що показують максимальну потужність і найменше споживання палива.
Значення лямбда впливає не лише на потужність і споживання палива, а й на викиди вихлопних газів. Багатша суміш забезпечує нижчий вміст NOx, але також вищі викиди CO та HC. Зі збідненішою сумішшю частинки палива розташовані далі одна від одної, тому згоряння більше не є оптимальним; в результаті чого викиди вуглеводнів також збільшуються. На зображенні нижче показано викиди, пов’язані зі значенням лямбда. При використанні каталізатора бажано стежити за тим, щоб впорскування постійно чергувалося між багатим і бідним. У збагаченій суміші в результаті дефіциту кисню утворюється CO, за допомогою якого каталізатор знижує NOx. Збіднена суміш містить надлишок кисню, який окисляє CO і HC.
Існує два типи лямбда-зондів; датчик стрибка та широкосмуговий датчик. MegaSquirt підтримує обидва типи. Однак під час встановлення таблиці VE датчик стрибка не підходить, тому було прийнято рішення використовувати широкосмуговий датчик. Таблиця VE встановлюється шляхом приведення значень VE до виміряного AFR. Хоча значення VE в принципі можна ввести шляхом розрахунків і в основному на основі кривої крутного моменту, AFR швидко виходить за межі діапазону датчика стрибка. Широкосмуговий датчик пропонує рішення завдяки своєму великому діапазону вимірювання; він може вимірювати AFR від 8,0 до 1,4. Майже у всіх випадках склад суміші буде знаходитися в цьому діапазоні вимірювань, коли двигун працює, тому широкосмуговий датчик підходить для налаштування таблиці VE. Налаштування без широкосмугового датчика практично неможливе.
MegaSquirt не має внутрішнього лямбда-контролера. Коли властивості широкосмугового датчика відомі, їх можна ввести в таблицю в програмі TunerStudio. В інших випадках потрібен широкосмуговий датчик із зовнішнім контролером. Вихідна напруга була зроблена лінійною зовнішнім контролером. Вихідна напруга від контролера до MegaSquirt становить від 0 до 5 вольт, при цьому співвідношення між значенням лямбда та напругою є лінійним. Значення напруги перетворюється на значення лямбда в MegaSquirt. На малюнку зображено графік з лінійним градієнтом.
Volgende: Актуатори.
