Motormanagement simulatie MegaSquirt Hoofdstuk 5

Transcriptie

1 Motormanagement simulatie MegaSquirt Hoofdstuk 5 ISBN Steele B.V Ep Gernaat 1 Bepaling van de vereiste hoeveelheid brandstof 1.1 Required Fuel Wanneer we uitgaan van de in de vorige hoofdstukken gedefiniëerde motorcomponenten dan kan de Required Fuel in Tuner Studio worden ingesteld. Required Fuel vinden we onder Basic/Load Settings en Engine and Sequential Settings. Als we op het vraagteken klikken vinden we informatie over de definitie van de Required Fuel. Iets nauwkeuriger gedefiniëerd: De hoeveelheid in te spuiten brandstof in ms per injector bij een vullingsgraad van 100%, bij een buitenluchtdruk van 100 kpa, een lucht-benzine verhouding van 14,7: 1 en een luchttemperatuur van 21 0 C. Eigenlijk is dit de theoretische maximum hoeveelheid brandstof per injector zonder correcties. TunerStudio berekent zelf de Required Fuel wanneer we een aantal gegevens invullen. Klik hiervoor op Required Fuel. We hebben gekozen voor cc s en kunnen bijv. invullen: Engine Displacement 1000 cc; Number of Cylinders 4; Injector Flow 150 cc/min; Air-Fuel Ratio Het lastigste is de Injector Flow. Dit is de hoeveelheid brandstof in cm 3 per minuut die wordt ingespoten wanneer de injector 100% open staat bij een brandstofdruk van 3 bar. Of we hier goed zitten valt globaal te controleren door de berekende inspuittijd te controleren. Bij 6000 t/min (100 omw/s) hebben we per omwenteling 10 ms de tijd. Hier moeten we dus in elk geval onderblijven wanneer we voor simultanious (alle injectoren spuiten per omwenteling in) kiezen. Zie fig Voor het stationair draaien (30 kpa MAP) zal de inspuittijd minimaal 1 ms moeten bedragen, zo mogelijk een weinig meer. Verder hebben we gekozen voor: Speed Density (bepaling van de motorbelasting door het meten van de spruitstuk-onderdruk); Simultanious (er wordt 1 x per omwenteling of 2 x per cyclus ingespoten); Een 4-slag motor met 4 cilinders; 1

2 Figuur 1: We kunnen vanuit TunerStudio kiezen voor Simultanious (gelijktijdige inspuiting) of Alternating. Voor sequentiële inspuiting is een nokkenassensor nodig. Inspuiting vlak voordat de inlaatklep opent is het gunstigt. Kiezen we voor alternating (groepsgewijs) dan wordt de inspuittijd 2x zo lang. 1 injector per cilinder; Even fire (injectoren spuiten met gelijke intervallen in). Verder gaan we uit van een maximum toelaatbaar motortoerental van 6000 t/min. Volgens de Required Fuel berekening komen we nu uit op 5,6 ms per injector. Zie fig We kunnen de grootte van de gekozen injector controleren door de duty-cycle van de inspuitpuls te bekijken. De duty-cycle van de inspuitpuls is de verhouding van de inspuittijd tot de beschikbare tijd. De beschikbare tijd hangt af van het motortoerental en zal steeds korter worden naarmate het toerental hoger wordt. Als het toerental hoger wordt zal de inspuittijd steeds meer van de totale beschikbare tijd in beslag nemen. De duty-cycle wordt dan groter. Wel dienen we er rekening mee te houden dat de inspuittijd langer kan worden dan de Required Fuel tijd bijv. door een lage motortemperatuur. We stellen dat de duty-cycle niet boven de 70% mag komen bij het maximum motortoerental. Zie fig. 5.3 als voorbeeld. Om de berekende Required Fuel inspuittijd te controleren mogen er geen aanpassingen hebben plaatsgevonden. We stellen hiervoor de simulator in op: AFR op Zet de AFR-tabel geheel op EGO-control (lambdaregeling) uitgeschakeld ( EGO Sensor Type, Disabled ); CLT op 80 0 C (Controleer WarmUp Enrichment, 80 0 C = 100%); MAT op 30 0 C (Zie MAT Air Density Table, Basic/Load Settings); MAT/CLT Correction op 0 ; 2

3 Figuur 2: De berekende inspuittijd is nu 5,6 ms per injector wanneer alle injectoren per omwenteling tegelijkertijd inspuiten. Figuur 3: Bij 6000 t/min is de beschikbare tijd 10 ms. Als we 7 ms inspuiten is de duty cycle van de puls 70% 3

4 VE op 100% (Zet de VE-tabel geheel op 100%); Controleer inlaatspruitstukdruk (Engine MAP); Injector Dead-time op 0 (Openings- en sluitingsvertraging); We lichten de belangrijkste punten toe Mengverhouding (AFR) Volgens de definitie van Required Fuel moet de mengverhouding van het brandstoflucht-mengsel stoïchiometrisch zijn of 14,7 op 1. We gaan dit controleren. We gaan hiervoor naar Fuel Settings en kiezen voor de AFR-tabel. In de tabel moet dan 14.7 staan bij het gekozen toerental en de belasting van 100%. Voor het gemak kunnen we de gehele tabel zetten op Zie fig Onder EGO-control hebben we de lambda-regeling uitgeschakeld. Figuur 4: We zetten gemakshalve de gehele AFR-tabel op Koelvloeistoftemperatuur (CLT) De koelvloeistofdtemperatuur staat op 80 0 ingesteld en mag de Required Fuel niet hebben beïnvloed. Om dit te controleren gaan we naar Start up/idle en WarmUp Enrichment (WUE). Bij 80 0 C moet 100% staan, d.w.z geen correctie op de Required Fuel. We passen meteen de grafiek aan volgens AfterStartEnrichment. Zie fig Inlaatluchttemperatuur (MAT) De inlaatluchttemperatuur staat tussen de 20 en 30 0 C en mag de Required Fuel niet hebben beïnvloed. We controleren dit door in de Basic/Load Settings naar MAT Air Density Table te gaan. De dichtheid van de lucht is afhankelijk van de temperatuur en we laten hem tussen de 20 en 30 0 C 100% zijn. Verder 4

5 Figuur 5: Om de Required Fuel te controleren mag geen WarmUp Enrichment worden gegeven. Figuur 6: Om de Required Fuel te controleren moet de MAT/Air-tabel tussen de 20 en 30 0 C op 100% staan. 5

6 passen we de tabel aan volgens fig De MAT/CLT correction die we vinden onder Basic/Load Settings zetten we geheel op 0. Deze instelling is gebaseerd op het feit dat de passerende lucht de warmte van de koelvloeistof opneemt. Bij een lage luchtstroom (belasting x toerental) zal de lucht veel van de motortemperatuur opnemen en bij een grote luchtstroom minder. Bij 100% zal de temperatuur van de lucht gelijk zijn aan de koelvloeistoftemperatuur Inlaatspruitstukdruk (MAP) De gemeten spruitstukdruk komt overeen met een zekere vullingsgraad. Theoretisch is de vullingsgraad 100% bij de buitenluchtdruk van 100 kpa. In werkelijkheid zal deze waarde afwijken. De Required Fuel gaat echter uit van 100%. Bij een kleinere inlaatspruitstukdruk zal de vullingsgraad ook minder worden en zal er minder brandstof worden ingespoten. In eerste instantie past de MegaSquirt de ingespoten hoeveelheid brandstof lineair aan aan de gemeten spruitstukdruk. Zie fig Dit zal zeker niet correct zijn omdat het werkelijke 120 gemeten op simulator VE: gehele tabel op 100% AFR: gehele tabel op 14.7 onafhankelijk van toerental MAP (Kpa) Werkelijke hoeveelheid aangezogen lucht inpuittijd in ms (required fuel) 1 liter motor hoeveelheid lucht Figuur 7: De MegaSquirt vermindert de Required Fuel lineair in relatie tot de MAP. verloop ongeveer volgens de onderbroken, kromme lijn verloopt. Aanpassing vindt plaats m.b.v de VE-tabel. Voor de controle op de Required Fuel zetten we de VE-tabel geheel op 100 zodat er een lineair verloop tussen de spruitstukdruk en de hoeveelheid lucht is. Opmerking: omdat de mengverhouding constant wordt gehouden is de inspuithoeveelheid evenredig met de hoeveelheid lucht. We passen de VE-tabel dus (tijdelijk) aan. Zie fig

7 Figuur 8: We zetten (tijdelijk) de gehele VE-tabel op De elektrische en werkelijke injectietijd De tijd dat het elektrische signaal actief is wordt meestal gedefinïeerd als de injectietijd. We kunnen de injectietijd met een oscilloscoop meten. Dit is echter niet de werkelijke tijd dat brandstof wordt geïnjecteerd. Ten gevolge van de massa-traagheid en het opbouwen en wegvallen van het magnetische veld, opent en sluit de naald vertraagd. Er kan dus een correctiefactor nodig zijn om de elektrische en de werkelijke inspuittijd met elkaar in overeenstemming te brengen (fig. 5.9). De instelling van deze dode tijd kunnen we doen onder aanstuurspanning A B naaldbeweging A Openingsvertraging B Sluitingsvertraging Figuur 9: Door de mechanische traagheid van het openen en sluiten van de injectornaald kan de mechanische inspuittijd afwijken van de elektrische. Als de na-opening en na-sluiting gelijk is aan elkaar is geen correctie nodig. Fuel Settings en Injector Dead-Time/pwm. We vullen onder Dead time 0.0 in. Wanneer we de vertragingstijden van de gebruikte injectoren met een oscilloscoop gemeten hebben dan kunnen we de gemeten waarden invullen. Nu alle 7

8 injectietijd-toevoegingen zijn uitgeschakeld zal de meter de Required Fuel hoeveelheid moeten aangeven. Denk erom dat de spruitstukdruk exact 100 mbar bedraagt. Zo niet controleer dan nogmaals alle instellingen die eventueel een verrijking kunnen veroorzaken. 2 Injector flow Door de fabrikanten van injectoren wordt de injectorflow opgegeven. De injectorflow meestal uitgedrukt in g/min of cm 3 /min. Men gaat uit van een geheel geopende injectornaald (duty-cycle 100%) met een gespecificeerde brandstofverschildruk. Als testvloeistof wordt N-Heptane gebruikt. Fig.5.10 laat ons de injectoreigenschappen zien van een aantal Bosch benzine-injectoren. Figuur 10: Flowrate van verschillende Bosch injectoren. Info: Bosch 8

9 3 Invullen van de VE- en AFR-tabel Het eerste wat we kunnen gaan doen na de controle op de Required Fuel is de twee brandstof-gerelateerde tabellen in vullen, de AFR- en de VE-tabel. De AFR-tabel is relatief eenvoudig. De ideale mengverhouding is 14,7 kg lucht op 1 kg benzine. Bij verbranding van dit mengsel wordt alle zuurstof uit de lucht verbruikt en zijn er geen onverbrande benzinedeeltjes over. We spreken ook van lambda = 1. Om het brandstofverbruik te beperken kunnen we onder deellast iets armer gaan rijden. Een wat rijker mengsel geeft meer vermogen en kan ook een te hoge motortemperatuur voorkomen. We kiezen dus voor een rijker mengsel in het vollast-gebied. Een rijk mengsel heeft een mengverhouding tussen de 11 en 14. Bij lage belasting bijv. bij het afrijden van een helling is een arm mengsel gunstiger, Een arm mengsel heeft een mengverhouding tussen de 15 en 16. Zie fig Met deze kennis kunnen we de AFR-tabel Figuur 11: De mengverhouding in relatie tot motorvermogen en brandstofverbruik. instellen. Aangezien alle gekozen mengverhoudingen ruimschoots binnen de explosiegrenzen blijven zal het al dan niet draaien van de motor niet kritisch worden. Zie fig als voorbeeld van een ingevulde AFR-tabel. De VE-tabel invullen is aanmerkelijk lastiger. Het verloop van de vullingsgraad bij volledig geopende gasklep (WOT) volgt de koppelkromme van de motor. Zie fig Wanneer we de maximale vullingsgraad op 90% stellen kan de horizontale 100kPa-lijn bij benadering worden ingevuld. Wanneer we fig. 5.7 goed bestuderen dan kunnen we als we naar de verhouding kijken van de rechte en de onderbroken lijn het verloop van de onderbroken lijn zo goed mogelijk in de VE-tabel invoeren. Het stationaire gedeelte is altijd wat lastiger, daar maken 9

10 Figuur 12: Een ingevulde AFR-tabel als voorbeeld Vermogen kw 80 Koppel N/m toerental omw./min. Figuur 13: De maximale vullingsgraad ligt ongeveer bij 3000 t/min. Het begin en het einde van de koppelkromme ligt 10-20% lager. 10

11 we de vullingsgraad meestal iets hoger. In fig.5.14 hebben we bij het maximum koppel verticaal de onderbroken lijn zo goed mogelijk overgebracht. In fig hebben we door interpolatie ook de andere hokjes ingevuld. We gaan er vanuit dat de motor hierop in elk geval zal draaien. Helemaal correct zal het zeker niet zijn. De defintieve instelling van de VE-tabel zal op de testbank moeten plaatsvinden met behulp van een breedband-sensor en uitgeschakelde lambda-regeling. We meten dan of de ingestelde mengverhouding wordt bereikt en als dit niet het geval is dan stellen we de VE-waarde bij. Bijv. we meten een mengverhouding van 12 terwijl we 14 hebben ingesteld op de AFR-tabel. We zullen dan minder brandstof moeten inspuiten en verkleinen dan de VE-waarde. We kunnen het geheel ook samenvatten in een formule nl: Injectietijd(ms) = Req.Fuel x (MAP/100) x (VE/100) x (1/lambda) Figuur 14: Verticaal is de holle lijn overgenomen (fig. 5.7) en horizontaal volgt de koppelkromme. Figuur 15: VE-tabel geheel ingevuld maar moet nog getuned worden. 11

12 4 Vragen en opgaven Zie boek 12