 Начало |
Инновации |
J5Sport |
J5Sport-РПД |
Download |
"Матрица" и J5LS |
Программатор ЭБУ |
GM-Multec |
FAQ |
Cтатьи |
Форум |
Ответы на некоторые вопросы по работе систем управления.
"Датчик фаз" - ставить или не ставить? Как правильно выбрать фазу впрыска?
Наверно все знают очередность открытия форсунок в различных видах впрыска, если не все - вот картинки для двигателя с порядком работы цилиндров 1-3-4-2 (ВАЗ) на различных типах впрыска реализуемых системами Январь-5.
Итак поясню подробнее, фазированный впрыск подразумевает наличие на двигателе специального датчика фаз, установленного на впускном распределительном валу, по этому датчику система определяет фазу впуска 1 цилиндра. При фазированном впрыске форсунка открывается 1 раз за 2 оборота (1 раз за цикл в 4-х тактном двигателе). Фазированный впрыск штатно реализован на всех двигателях 2112, кроме самых старых систем (где в ГБЦ не предусмотрено место под ДФ). При попарно параллельном впрыске форсунки открываются 2 раза за цикл - таким образом всем цилиндрам обеспечиваются более менее равные условия, без применения датчика фаз. При отказе ДФ система также переходит в попарно параллельный режим. Ранее в таком режиме работали двигатели 2111 под нормы Евро-2. Одновременный впрыск не обеспечивает даже ,более менее равных условий сгорания топлива в цилиндрах, так что его рассматривать не будем вообще, это удел примитивных систем управления из прошлых веков, он приводится только для примера. Так же для примера скажу, что одновременный впрыск реализовывался на двигателях 2111 с эбу Я5.1.1-71 под нормы Россия-83.
Вернемся к нашим баранам - а именно преимуществам фазированного впрыска:
1) Выше точность дозирования топлива на ХХ и низких нагрузках в случае применения форсунок с большой производительностью.
2) Отсутствует 2-й "лаг" (достаточно скользкий участок времени переходных процессов открытия и закрытия форсунки, зависящий от характеристик форсунки и напряжения бортсети в автомобиле, которое может быть довольно нестабильным в процессе эксплуатации). Кроме того это несколько увеличивает диапазон регулирования при выходе форсунок на большие времена впрыска (80% открытия и более).
3) Селекция детонации ведется поцилиндрово а не попарно. В принципе двигатели не идеальны, возможно небольшое различие в камерах сгорания, вызывающее одиночные детонационные стуки в одном из цилиндров при работе на достаточно ранних углах. В этом случае без ДФ отскок по детонации будет распространятся сразу на 2 цилиндра, что приведет к некоторой потере момента двигателем.
4) Возможность задать момент открытия форсунки четко связанный с рабочими процессами в двигателе.
Подробнее остановимся на 4-м пункте, что же такое фаза впрыска и как она влияет. Для ответа следует немножко ознакомится с теорией двигателя. Наверно все знают, что на режимах частичных нагрузок, особенно в зонах малых дросселей, предел обеднения смеси фактически определяется пределом ее воспламеняемости. Если мы будем обеднять смесь дальше - возникнут пропуски в работе двигателя, провалы и рывки. Для холостого хода таким пределом является порог, когда обороты двигателя в результате пропусков будут дестабилизироватся. Но как не странно двигатель работающий в фазированном режиме допускает гораздо более бедные смеси на режимах как низких нагрузок так и хх. В принципе это несложно объяснить. Впускной клапан обычно открывается с некоторым опережением ВМТ а выпускной закрывается с запаздыванием от ВМТ, это состояние называется перекрытием (overlap). Мы возьмем для примера попарно параллельный режим, - часть топлива в любом случае попадает на закрытый впускной клапан, некоторые фракции испаряются некоторые находится в виде взвеси. Если нагрузка не велика - в ресивере как правило давление небольшое (20-40kpa), а в цилиндре в конце такта выпуска давление все еще может сохранятся достаточно высоким. В этом случае при открытии впускного клапана возникает мощный обратный выброс, топливовоздушная смесь которая находилась перед клапаном выбрасывается в ресивер, в результате этого отдельные фракции топлива могут конденсироваться на стенках ресивера и вовлекаться в процесс сгорания гораздо позднее, чем это нужно. Еще одна аномальная ситуация может возникать в режимах где перекрытие обеспечивает продувку камеры. В этом случае часть концентрированной топливовоздушной смеси находящейся перед впускным клапаном может пролететь в выпуск в несгоревшем виде, что ведет к росту CH и расхода топлива. Все это возможно не так важно если вы пытаетесь получить от двигателя максимальную отдачу, но для гражданского двигателя очень желательно еще обеспечить минимальный эксплуатационный расход топлива.
Проанализировав сказанное несложно сформулировать критерии выбора "фазы впрыска", исключающей описанные нежелательные эффекты:
1) На низких оборотах и нагрузках оптимальный момент открытия форсунки должен совпадать с закрытием выпускного клапана (либо чуть чуть раньше за счет ее лага и скорости движения воздуха).
2) Если время впрыска больше фазы впуска момент открытия надо сдвигать раньше от прежней точки с таким расчетом, чтоб форсунка закрылась чуть раньше, чем закроется впускной клапан. Опять же необходимо учитывать время пролета струи топлива от форсунок до камеры сгорания - т.е. фаза впрыска должна зависеть от того где именно установлены форсунки.
3) Соседние цилиндры могут оказывать сильное влияние в случае асимметричных схем впуска или схем с "пустыми" сегментами впуска (такое наблюдается с 4-х тактными двигателями у которых 2 или 3 цилиндра). При выборе фазы это обязательно должно учитыватся.
Очевидно, что просто установка датчика фаз дает не много преимуществ, но если поработать с фазой впрыска на конкретных распределительных валах и правильно выбрать составы на низких нагрузках - можно получить серьезную экономию топлива. Поэтому я для себя решил - датчик фаз обязательно должен быть если машина используется для езды по городу. Для многих тюнеров препятствием установки ДФ является отсутствие пластинки маркера ДФ на регулируемом шкиве впускного вала, эта проблема решается элементарно - просто переставьте пластинку с стандартного шкива и закрепите винтами М4.
ДМРВ или ДАД?
Сначала следует вкратце описать отличия прямой методики измерения расхода воздуха от косвенной. ДМРВ термоанемометрического типа работает следующим образом: сквозь нить или пленку пропускается импульс тока, этот ток вызывает нагрев пленки, при этом сопротивление пленки растет, микрочип смонтированный в корпусе ДМРВ может контролировать сопротивление и регулировать импульсы тока, таким образом очень точно поддерживая температуру пленки постоянной. Проходящий около пленки поток воздуха вызывает ее охлаждение, которое определяется количеством воздуха и его температурой. Таким образом расход воздуха пропорционален энергии затрачиваемой на поддержание температуры пленки. К сожалению это накладывает определенные ограничения на методику:
1. ДМРВ не может распознать направление движения воздуха, поэтому его стараются ставить как можно дальше, да еще за поворотом потока от дросселя. И физически сделать очень сложный канал препятствующий току воздуха в обратном направлении. Если создаются условия для пульсации потока на впуске в районе ДМРВ - показания ДМРВ ЗАВЫШАЮТСЯ! А создать их очень просто - просто увеличьте фазу валов, вы получите такой импульс при открытии впускного клапана, который уж точно дойдет до ДМРВ. Уберите хобот и состыкуйте ДМРВ с дросселем - показания опять будут завышены...
2. Фактически датчик измеряет расход в очень маленьком сечении - порядка 1/50 сечения корпуса, считается, что поток во всем сечении корпуса ламинарный, на входе в ДМРВ для выравнивания скоростей во всем сечении расположена сетка. К сожалению тюнеры очень любят выкидывать сетки, которые "якобы не нужны и являются рестриктором" (кстати модное слово), ставить фильтры "низкого сопротивления" оборудованные конусами и "дудками", и что самое интересное - эти конуса и дудки в отличие от самого фильтра зачастую даже работают, что вызывает отрыв потока от стенок ДМРВ и приводит к тому, что основная масса воздуха проходит через среднюю часть, где расположен измерительный элемент - показания ДМРВ снова завышаются! Не многие понимают причинно следственную связь, и поэтому в форумах встречаются описания положительного эффекта от ФНС подкрепленные логами завышенного расхода воздуха (которые конечно ничего общего с реальностью не имеют).
3. Характеристика расхода воздуха выдаваемая ДМРВ экспоненциальна. (у ДАД линейная характеристика). Таким образом точность вычисления расхода воздуха у метода с ДМРВ экспоненциально падает с ростом расхода. Так например если мы возьмем две последние точки в характеристике ДМРВ ВАЗ то мы увидим, что одна только ошибка в один шаг квантования (которая возникает просто по природе АЦП) дает нам погрешность оценки расхода = 1.5% Поэтому на заводских машинах в области больших расходов разработчики постоянно сильно перестраховываются и используют смеси значительно богаче, чем это надо, чтоб нивелировать возможные последствия ошибок измерений.
Исходя из вышесказанного можно выявить достоинства ДМРВ, фактически на его показания не влияет изменение объема двигателя, подъема клапанов и другие модификации слабо влияющие на волновые явления на впуске.
Бытует мнение, что программа под ДМРВ проще настраивается. К сожалению реальность в том, что к настройке это не имеет никакого отношения. Просто систему с ДМРВ сложнее ввести в состояние, когда появятся реально ощущаемые водителем проблемы, которые он может связать с качеством настройки. Например рывки или провалы, вызванные пропусками воспламенения (беднотой), поскольку основная часть проблем с ДМРВв приводит к обогащению смеси - а обогащать смесь можно практически до бесконечности, вплоть до черного дыма из трубы и расхода 20 литров в городе. Естественно такой автомобиль "не едет", но и проблем вроде бы нет - "все настроено" ;). Если же система с ДМРВ каким-то образом обедняется - то в основном это происходит из за неучтенного подсоса воздуха, что является обычной неисправностью и элементарно диагностируется.
Теперь рассмотрим достоинства и недостатки косвенного метода расчета наполнения двигателя воздухом с применением датчика абсолютного давления. У ДАД есть несколько преимуществ: 1) он намного дешевле, 2) он надежнее (выход из строя редкий случай), 3) он позволяет манипулировать длинной впускного тракта и убрать повороты потока. 4) Он обеспечивает гораздо лучшую отзывчивость автомобиля на дроссель. К недостаткам ДАД следует отнести: 1) несовершенство алгоритма оценки расхода воздуха, что требует при калибровке для обеспечения удовлетворительной работы автомобиля на низких нагрузках задавать довольно богатые смеси 2) сильное влияние конфигурации двигателя на оценку расхода, двигатель с ДАД требует перекалибровки при любом вмешательстве в железо (валы-впуск-выпуск).
Алгоритм оценки расхода воздуха постоянно совершенствуется, об этом можно прочитать тут
Прикрепленные картинки позволяют наглядно увидеть некоторые проблемы с динамикой при использовании ДМРВ для оценки расхода воздуха.
При открытии дросселя 0-25% происходит не совсем адекватный скачок расхода воздуха. Дальнейшее открытие 25-50% как не странно не вызывает изменения расхода, хотя обороты довольно высокие. Переход 50-75% приводит к росту расхода, однако можно заметить, что в дальнейшем на ДМРВ появляется болтанка, которая несколько компенсируется фильтрами GBC, а расход падает.
C ДАД реакция на изменение положения дросселя гораздо более четкая. Расход растет фактически пропорционально, система быстро стабилизируется в новой режимной точке.
Настройка на Стенде или на Дороге?
Вопрос по методике настройки часто возникает в форумах, при этом можно услышать достаточно категоричные высказывания в пользу того или иного метода, как правило ничем не подкрепленные. Итак давайте разберемся по порядку. Для начала нам надо понять в каких случаях необходимо руководствоваться выходными показателями двигателя (мощностная характеристика) как критерием его настройки, а в каких это не нужно и возможно даже вредно.
Мощностной стенд как измерительный прибор. Насколько можно доверять графику с мощностного стенда как критерию оценки влияния изменений в программе на момент двигателя!? Замер проводит оператор - следовательно на его результаты может влиять человеческий фактор, кроме того стенд имеет конечную точность снятия данных о моменте, в стенде и трансмиссии автомобиля есть множество вращающихся деталей и подшипников, силы трения в которых могут зависеть например от температуры смазки. Как показывает практика относительная погрешность стенда на серии последовательных замеров достигает значений 2-3%. Для конкретного стенда определить эту цифру можно последовательно измерив мощность одного и того же автомобиля, ничего в нем не изменяя и сравнив несколько графиков. Вы должны понимать, что стенд позволяет оценивать только те изменения, влияние которых больше его собственной относительной погрешности!
Связь состава смеси и мощности. Опыты показывают, что состав смеси при котором двигатель отдает максимальную мощность определяется исключительно химизмом процесса горения - т.е. компонентным составом конкретного топлива! И абсолютно никак не зависит от конструкции двигателя и его систем. Таким образом если мы настраиваем машину по критериям максимальной мощности на некое абстрактное товарное топливо, скажем АИ98 - нам совсем не нужен стенд, для того, чтоб выставить необходимые составы, поскольку они известны однозначно для всех автомобилей и двигателей. Можно просто руководствоваться показаниями широкополосного лямбда-зонда и проделать всю настройку на дороге используя системы съема данных (логеры) или автоматической адаптации топлива (auto mapping). Для турбодвигателей как правило выбираются составы более богатые, чем мощностные, чтоб обеспечить на приемлемом уровне температуру в камере сгорания. Совсем другое дело если топливо не является товарным бензином, либо является смесью кислородсодержащих компонентов с бензином, тогда стенд необходим для определения, какое AFR для конкретного топлива будет оптимальным с точки зрения получения максимальной мощности двигателя. Дальнейшие настройки автомобиля на данный AFR опять же могут быть проведены на дороге. Следует заметить, что многие стенды имеют псевдо-широкополосные датчики состава смеси LSM-11, мало того, что это оборудование применялось для настройки около 10 лет назад и в настоящий момент безнадежно устарело, оно еще и абсолютно безграмотно подключается в систему выхлопа (дело в том, что контакт нерабочей части корпуса зонда с выхлопными газами может искажать его показания), сейчас для настройки рекомендуется использовать только датчики серии LSU и оборудование на их основе, причем обязательно установленные штатно - в отверстие в выпускном коллекторе или даунпайпе. Не следует опираться для настройки автомобиля на результаты стендовых замеров состава смеси и графики таких составов полученных с использованием LSM датчика!
Связь УОЗ - мощность. В отличие от топлива угол опережения зажигания очень сильно зависит как от конструктивных факторов двигателя, так и от состава смеси. Причем оптимальный угол однозначно определяется максимальным моментом двигателя (при условии, что топливо уже настроено). Однако сам диапазон допустимых углов невелик и влияние угла на мощность гораздо меньше, чем влияние топлива, и это влияние в основном определяется конструктивном камеры сгорания двигателя. А именно расстоянием которое фронт пламени проходит от свечи до самого удаленного участка камеры. Например на двигателях с клиновой камерой сгорания где значения оптимального УОЗ как правило очень велики (35 градусов на 6000) влияние УОЗ так же очень велико и составляет около 1% на градус, однако в подобных двигателях УОЗ как правило всегда находится за гранью детонации. Т.е. фактически как фактор настройки УОЗ в таком двигателе должна выступать детонация а не мощность. В этом случае стенд будет хорошим помощником но не более того. В двигателях с шатровой камерой сгорания (оптимальный уоз 25-27 градусов на 6000) влияние УОЗ на мощность гораздо меньше и находится в пределах 0.4-0.7% на градус однако в этом случае использование стенда как критерия настройки предпочтительнее, поскольку УОЗ как правило лежит перед гранью детонации и избежать излишне ранних углов можно исключительно контролируя момент двигателя.
Скорость воздуха и температура на впуске. При движении автомобиля по дороге основная часть его мощности расходуется на преодоление аэродинамических сил. Попробуйте высунуть руку в окно на скорости 100км/ч - и вы почувствуете насколько велики эти силы. На стендах же как правило для имитации движения и охлаждения радиатора используют вентиляторы, которые к сожалению не могут имитировать скорости потока воздуха достигаемые на дороге, что приводит к повышению температуры воздуха в подкапотном пространстве, в впускном трубопроводе и температуры отдельных элементов двигателя. Стив Динан в своей работе "Дино тест современных двигателей БМВ" http://www.dinancars.com/bmw/technial-info/dynamometer-testing-and-the-modern-bmw-engine показывает каких значений могут достигать температуры воздуха, масла, и блока цилиндров двигателя на реальной дороге и на стенде, и как влияет настройка в условиях стенда на поведение современной системы управления двигателем BOSCH Motroniс (детонационная коррекция и топливная коррекция). Основной вывод который можно сделать из этой статьи - если система управления не имеет на 100% адекватные модели учета температур воздуха и двигателя для расчета наполнения и УОЗ, настройка такой системы на стенде противопоказана. Ее необходимо производить на дороге, чтоб как можно точнее приблизится к условиям эксплуатации автомобиля, и обеспечить соответствие топливоподачи и УОЗ реальным условиям эксплуатации.
Когда без стенда не обойтись. Очевидно, что при настройке автомобиля на дороге часто приходится ездить на высоких передачах и развивать близкие к максимальным скорости, соответственно, часто возникают ситуации, когда настройка автомобиля на дороге невозможна. Как правило эта невозможность возникает по причине плохих погодных условий (дождь, снег, зима), либо по причине слишком высоких значений мощности и момента автомобиля (автомобиль просто теряет сцепление с дорогой даже на высоких передачах и скоростях), если автомобиль весом в тонну имеет мощность более 400сил - настройка такого автомобиля на дороге становится чрезвычайно проблематичной, либо по причине технических ограничений скорости автомобиля из за несовершенства его кузова и подвески (многие киткары например не могут ездить быстрее 160 - для них это просто опасно). Естественно во всех этих случаях настраивать автомобиль необходимо на стенде.
Заключение. В конечном счете автомобили ездят не по стендам а по дорогам, поэтому в любом случае, если настройка произведена на стенде, необходима проверка ее адекватности на реальной дороге, без которой настройка автомобиля не может считаться завершенной. Если же настройка проведена на дороге - не лишним будет заехать на стенд для получения численного значения результата доработок в виде мощности и момента.