Основы управления дизельным двигателем и составления карт

  • 5 Ответов
  • 28580 Просмотров
*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
Оригинал здесь 
https://sites.google.com/site/vagecumap/home
https://sites.google.com/site/vagecumap/diesel-engine-control
 
понемногу буду сбрасывать перевод.

Введение
Добро пожаловать.

   Это не профессиональный сайт по чип-тюнингу. Это лишь часть моей попытки понять процессы в блоке управления ECU, используемого в  дизельных двигателях VAG.  Мой основной интерес  - диагностика, не чип-тюнинг.
   Если Вы, используя информацию с этого сайта, повредите  свой автомобиль, не жалуйтесь на меня.
   Я приложил все усилия, чтобы перепроверить некоторые нюансы, но не могу гарантировать, что информация абсолютно правильна и точна.
   Информация предназначена для целей общего образования, не более того.

1. Управление дизельным двигателем
Управление дизельным двигателем

Если у вас появилась новая идея потренироваться в составлении карт прошивок для ECU.  Прочитайте это руководство, прежде чем вы начнете. Не занимайтесь этим до тех пор, пока вы не поймете, что это такое. Ошибки могут дорого стоить.

КРАТКОЕ РУКОВОДСТВО ПО УПРАВЛЕНИЮ ECU  ДИЗЕЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Для управления современным дизельным двигателем вам необходимо контролировать:
 - количество впрыснутого топлива (injected quantity (IQ))
-  момент впрыска топлива (SOI)
-  длительность впрыска топлива
 
Для того, чтобы управлять впрыском топлива, вам необходимо знать сколько воздуха попадет в в двигатель, а также обороты двигателя.
Таким образом вы имеете 5 взаимосвязанных факторов:
1. Расход воздуха (MAF)
2. Количество впрыска топлива
3. Момент впрыска топлива
4. Длительность впрыска топлива
5. Обороты двигателя (rpm)
 
Данное руководство базируется на двигателе VAG 1.9 tdi pd.
Этот двигатель имеет объем 1.9 л или  1900 кубических см (cm3).
Точное значение 1897 cm3.
Двигатель имеет 4 цилиндра, каждый цилиндр имеет объем 474 cm3. (1897/ 4)
Все четыре цилиндра идентичны, таким образом, нам достаточно при расчетах иметь дело лишь с одним. Если один цилиндр имеет объем 474 cm3, максимальное количество воздуха и топлива может быть взято из расчета на 474 cm3.
 
« Последнее редактирование: 18 Ноября 2014, 21:12:21 от alex diesel spb »

*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
Перевод работы с Winols размещать не стану, только вводную часть, чтобы были понятны основы работы блока управления двигателя.

Регулирование подачи топлива Fuel request (Drivers wish) .
 
Электронная педаль газа посылает сигнал в ECU, показывая, как сильно водитель нажимает на педаль.
Измерение обычно осуществляется в процентах.
 0 % - когда нажатие на педаль газа не производится или ХХ. 100 % - это полное нажатие педали или заслонка полностью открыта.
 
Таким образом, при  0 % педали газа инжектор должен подавать фиксированное количество топлива при заданной длительности впрыска в фиксированный момент времени.  Этот результат заложен в предустановках ХХ, например  900 об\мин.
Итак, обороты холостого хода (ХХ) должны быть прописаны в карту в специфических величинах расхода воздуха (MAF),  количества топлива (QUANTITY), длительности впрыска (DURATION) и момента впрыска (TIMING).
 
При  100 % нажатия педали газа инжектор должен подавать фиксированное количество  топлива при заданной длительности впрыска и в фиксированный момент времени. Итак, 100 % нажатия педали газа должны быть прописаны в карте прошивок в специфических величинах расхода воздуха (MAF), количества топлива (QUANTITY), длительности впрыска (DURATION) и момента впрыска (TIMING).
Это означает, что каждый процент, от 1 % до 99 % также должен быть нанесен на карту со специфическими величинами расхода воздуха (MAF), количества топлива (QUANTITY), длительности (DURATION) и момента впрыска (TIMING).
 
Сколько топлива должно быть впрыснуто?
 ECU знает, сколько топлива должно быть впрыснуто, потому что он знает, сколько воздуха в цилиндрах. Таким образом, нам необходимо знать информацию о количестве воздуха, прежде чем будем производить расчет топлива.
Если ваш цилиндр имеет объем 474 cm3, максимальное количество воздуха и топлива должно рассчитываться из расчета 474 cm3.
Если мы проигнорируем топливом на некоторое время, то расчеты воздуха будут исходить из расчета 474 cm3
Если бы воздух был жидкостью, то жизнь была бы проще. Если жидкость занимает объем 474 cm3, то это  474 cm3.
Воздух – это газ и он может занимать разный объем при разных условиях.

Так сколько воздуха содержится в 475 cm3 ?
Это зависит от плотности воздуха, а плотность воздуха зависит от температуры и давления. Плотность воздуха на уровне моря в теплый день находится между 1mg/cm3 и 1.2 mg/cm3.
Давайте примем плотность воздуха 1.0 mg/cm3.
 
Итак, наши 474 cm3 цилиндра будут содержать 474 x 1.0 mg воздуха, которые составляют 474 mg воздуха.
Итак, каждый ход одного поршня будет закачивать 474 mg воздуха. Это обозначается как 474 mg/цикл.
 
Таким образом мы знаем сколько воздуха в одном цилиндре = 474 mg. Соответственно, мы можем впрыснуть соответствующее количество топлива.
« Последнее редактирование: 18 Ноября 2014, 21:13:30 от alex diesel spb »

*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
Количество впрыскиваемого топлива Injecting fuel (IQ)
 
Наш цилиндр содержит 474 mg воздуха.
Дизель сжигает с максимальной эффективностью приблизительно 14.6 mg воздуха на 1 mg топлива. Таким образом, в 474 mg воздуха можно эффективно сжечь 32.5 mg дизельного топлива. (474 / 14.6)
 
Таким образом, мы впрыскиваем  32.5 mg топлива и прекращаем впрыск. Нереально.
Это не означает, что инжектор впрыскивает 32.5 mg топлива за цикл (mg/stroke).
32.5 mg/за цикл – это идеальный максимум, учитывая нормальную подачу воздуха (EGR закрыт).
Если инжектор впрыснет больше, чем 32.5 mg/цикл, некоторое количество топлива не сгорит и выйдет из двигателя в качестве черного дыма (сажи). (Это часто описывается как ограничение (предел) по дымности).
Инжекторы могут впрыснуть любое количество топлива, меньшее чем 32.5 mg/цикл, и это то, что они и делают.
На ХХ инжекторы могут впрыскивать  всего лишь 6.0 mg/цикл.
Чтобы повысить обороты двигателя КОЛИЧЕСТВО (INJECTION QUANTITY) увеличивают.
Количество впрыскиваемого топлива контролируется картой в ECU, часто называемой Желание Водителя (Drivers Wish). (нагрузочная карта)
 
На ХХ педаль аксплератора будет находиться на 0 %, таким образом никакой дополнительный впрыск произведен не будет, поскольку ХХ контролируется картой ХХ, а не Картой желаний водителя (нагрузочной картой).
Когда происходит полное нажатие педали – полное открытие заслонки (wide open throttle. WOT), значение педали акселератора будет 100 %.
Таким образом, ECU получает сигнал, варьирующийся от 0 % до 100%.
Если вы нажимаете педаль газа на 30 %, ECU получает сигнал, сверяется со встроенной нагрузочной картой (DRIVERS WISH MAP), проверяет рекомендуемое картой значение количества впрыска (INJECTION QUANTITY) и впрыскивает это количество.

ПРОСТО.


Добавлено спустя некоторое время 
НО

Когда вам впрыскивать топливо и как долго нужно впрыскивать топливо?
Разработчики двигателя измеряют время в углах поворота коленчатого вала. Именно это вам приходится слышать при обсуждении опережения впрыска топлива. Идеальной точкой впрыска топлива принимается верхняя мертвая точка ВМТ (Top Dead Center - TDC). Эта точка, когда оба клапана закрыты, а воздух максимально сжат.
ВМТ (TDC) часто упоминается как угол перед верхней мертвой точкой (Before Top Dead Center - BTDC) или угол после верхней мертвой точки (After Top Dead Center – ATDC).  Они оба одна и та же сущность, только противоположны друг для друга. Таким образом, 4°BTDC есть то же самое, что и  -4° ATDC. (Здесь используется только  BTDC)
 
Впрыскивание 16 mg топлива потребует некоторого времени (DURATION) и поэтому поршень пойдет вверх, а затем вниз, соответственно, вам необходима точка (момент) начала впрыска топлива.
Давайте предположим, что 2 mg топлива потребуют 1 градус поворота коленчатого вала degree (°CR) на впрыск.
Предположим, что наилучшее время (момент) 0°BTDC, а 16mg потребуют 8°CR для впрыска. (DURATION)
Впрыск необходимо начать за 8°BTDC, чтобы закончить его в 0°BTDC.
Начало впрыска Start of Injection (SOI) должен быть  8 градусов BTDC, чтобы все топливо было впрыснуто в 0°BTDC.
 


Добавлено спустя некоторое время 
Таким образом ECU необходимы карты для того, чтобы выбрать:
- КОЛИЧЕСТВО ТОПЛИВА (INJECTION QUANTITY) в соответствии с положением педали газа,
- ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ВПРЫСКА (INJECTION DURATION) вычисляется исходя из количества впрыскиваемого топлива (injection quantity  IQ)
- МОМЕНТ ВПРЫСКА (INJECTION START (SOI)) подсчитывается исходя из количества топлива.
Суммируя, что если двигатель в отличном состоянии, карты количества впрыснутого топлива (Injection Quantity), длительности впрыска (Injection Duration) и момента начала впрыска (Start of Injection) будут точными. Таким образом, точное количество топлива будет впрыснуто в течении заданного времени (DURATION) в конкретный момент времени (Start Of Injection).
ECM может убедиться в этом на основании датчиков положения коленчатого вала и распредвала, которые предоставят точную информацию о положении поршня. Эти измерения окончательно выразятся в скорости двигателя, измеренной в оборотах в минуту (Revolutions Per Minute (rpm)).
« Последнее редактирование: 19 Ноября 2014, 14:19:16 от dieselirk »

*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
Ниже приведен график, показывающий количество топлива (IQ), впрыскиваемого в цилиндры, повышающего обороты двигателя.
 
На этом графике вы можете увидеть:
На ХХ (850 rpm) ECU впрыскивает 23mg топлива.
Количество впрыскиваемого топлива (IQ) достигает величины 32mg при оборотах двигателя 1050 rpm.
Количество впрыскиваемого топлива (IQ) достигает величины 45mg mg при оборотах двигателя 1400 rpm.
Количество впрыскиваемого топлива (IQ) достигает величины 52mg mg mg при оборотах двигателя 1900 rpm.
ECU могло бы продолжить увеличение количества впрыскиваемого топлива выше 52mg, чтобы повысить обороты двигателя еще выше (согласно красной линии).
Но не делает этого.
52mg впрыснутого топлива (IQ) позволяет достичь двигателю  2550 rpm, но после этого количество впрыснутого топлива сокращается блоком управления двигателя (ECU).
50mg впрыснутого топлива (IQ) позволяет достичь двигателю  3200 rpm.
48mg впрыснутого топлива (IQ) позволяет достичь двигателю  3750 rpm.
44mg впрыснутого топлива (IQ) позволяет достичь двигателю  4200 rpm.
38mg впрыснутого топлива (IQ) позволяет достичь двигателю  4550 rpm
 
Итак, ECU вводит лимит количества впрыснутого топлива (LIMITING IQ) в зависимости от достигаемых оборотов двигателя.  Почему вводится ограничение впрыска топлива (IQ)?
 
Количество впрыснутого топлива должно быть ограничено по ряду причин.
1. Мы можем впрыснуть топливо, только если у нас достаточно воздуха, чтобы оно сгорело. Это лимит расхода воздуха (MAF limit) или лимит по дымности (smoke limit ). (Смотреть карту дымности).
 
2. Мы хотим снять с двигателя мощность, но в допустимых пределах, чтобы защитить сцепление и коробку. Это лимит по крутящему моменту (Torque limit ) (Смотрите карту крутящего момента).
 
Давайте рассмотрим ограничивающие факторы.

*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
КОНТРОЛЬ ЗА РАСХОДОМ ВОЗДУХА

Мы установили, что наши 474 cm3 цилиндра будут содержать 474 x 1.0 мг воздуха, который составляет 474 мг воздуха. Таким образом, каждый ход одного поршня предоставит нам  474 мг воздуха.
 
ЭКЮ может измерить массу благодаря датчику массового расхода воздуха (MAF)
Датчик постоянно отслеживает поток воздуха и отправляет сигнал на ECU. Типичный расход воздуха варьируется от 0 to 1000 mg/цикл.   MAF сенсору необходимо отслеживать показания расхода воздуха больше 474mg, потому что дополнительно используется турбокомпрессор.
MAF сенсор играет большую роль в функционировании EGR, но я не стану рассматривать это здесь.
Итак, наша карта дымности (smoke map) или лимит по впрыску топлива (IQ limit) базируется на информации, получаемой с  MAF сенсора на двигателе. Очевидно, что MAF сенсор должен быть в исправном состоянии и давать правильные показания, в противном ECU будет неправильно подсчитывать количество впрыскиваемого топлива.

КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУХА, НАГНЕТАЕМОГО ТУРБОКОМПРЕССОРОМ
 
Давление и температура воздуха изменяются в зависимости от того, где вы живете, погоды и .д.
В дальнейшем принимаем температуру приблизительно 20 °C, а давление воздуха 1000 millibar (mbar).
 
Давайте предположим, что цилиндр нашего двигателя получает воздух при давлении 1000 mbar и температуре 20 °C  =  474 mg/цикл. (Для упрощения, я принимаю, что EGR отсутствует).
 
Типичная величина наддува турбокомпрессором составляет от 1000 to 1500 mbar. Таким образом, типичный график наддува турбокомпрессора – это давление 1000 mbar (наддув отсутствует) до 2500 mbar - максимальный наддув. (Это при максимальной величине увеличения давления в 1500 mbar).
 
Дополнительное давление воздуха означает дополнительный воздух в единице объема, то есть, если у нас имеется 474 мг воздуха в 1000 mbar, то при 2000 mbar у нас будет 948 мг воздуха (2x474). Итак, при вдвое большем давлении мы будем иметь вдвое больший объем воздуха в цилиндре и можем сжечь в два раза больше топлива при той же самой эффективности, что и раньше. Это позволяет двигателю развивать большую мощность.
 
ECU двигателя необходимо знать давление нагнетаемого воздуха, для этих целей служит датчик давления наддува (manifold absolute pressure (MAP)sensor).
ECU необходимо также знать температуру воздуха, поэтому двигатель имеет датчик температуры воздуха на входе (Intake Air Temperature (IAT) sensor).
Влияние на величину впрыска расчетного давления наддува при заданных оборотах двигателя контролируется картой наддува. Эта карта сообщает ECU при каком давлении и при каких оборотах регламентируются определенные подачи топлива.

Итак, мы нажимаем на акселератор, даем максимальный впрыск топлива, максимальное давление наддува и едем.  В действительности, такого не бывает.
Турбокомпрессор не изменяет мгновенно свои обороты и давление наддува. Для этого ему необходимо достичь определенных оборотов вращения вала.  Таким образом, ECU необходимо учитывать некоторое время для повышения этих оборотов.
Когда нибудь обороты турбокомпрессора будут давать максимальное давление наддува, указанное в карте наддува (boost map), которое прекрасно для ускорения, но большинство водителей не ускоряются все время, они передвигаются в нормальном режиме. Итак, при 70 миль\час по автостраде, двигатель будет иметь 2500 rpm благодаря повышающим передаточным соотношениям  в трансмиссии. Количество впрыскиваемого топлива (IQ) может упасть до 32mg/цикл, так как воздуха необходимо меньше, чем при ускорении, то есть нам не нужно большого наддува воздуха.
Таким образом ECU должно быть в состоянии управлять уровнем наддува.

*

dieselirk

  • Администратор
  • *****
  • 10587
  • 622
    • Иркутск Россия
    • Все о дизеле
Управление наддувом турбокомпрессора.
 
Как было сказано ранее, турбокомпрессором необходимо управлять, потому что разработка двигателя и топливный карты предполагают определенный уровень наддува, соответствующий определенным оборотам двигателя и значению впрыска топлива.  ECU двигателя использует для этого датчик давления наддува (boost pressure sensor (MAP sensor)  и датчик температуры воздуха на впуске (Intake Air Temperature (IAT) sensor) для получения информации о текущем состоянии наддува.
Эти датчики позволяют ECU сравнивать текущее давление наддува с картами давления наддува, хранящимися  в ECU.
ECU имеет также ограничитель величины наддува (Single Value Boost Limiter (SVBL)), который действует в экстремальных ситуациях как выключатель наддува).
Карта уровня наддува контролирует уровень наддува в соответствии с регламентируемым количеством впрыска (IQ).
 
Фактический контроль наддува осуществляется электрическим сигналом, который управляет открытием вакуумного клапана, называемого клапаном N75 (N75 valve).
ECU двигателя, варьируя электрическим сигналом, управляет открытием этого клапана. ECU содержит карту управления сигналом N75. Карта гарантирует , что наддув будет осуществляться корректно в соответствии с картой.
Управление наддувом имеет карту ограничения, известную как карта ограничения наддува (boost limit map). Эта карта защищает турбокомпрессор. Она базируется на измерении атмосферного давления воздуха. Напомним, что мы договорились считать давление воздуха 1000 mbar при температуре 20 °C. Если давление атмосферного воздуха и его температура никогда не будет изменяться, нам не потребуется карта ограничения давления (boost limit map).
В реальной жизни температура воздуха постоянно изменяется, изменяется и атмосферное давление вместе с погодой, а также, когда мы поднимаемся в горы или спускаемся. Нашему автомобилю необходима карта ограничения давления (boost limit map) для защиты турбокомпрессора и остановки повышения подачи топлива блоком управления двигателя, когда  турбокомпрессор не способен будет обеспечить достаточное количество воздуха. (Например, когда вы едете вверх в горы)…
Если наддув превышает уровень ограничителя наддува в течении длительного времени, ECU выключит наддув (boost OFF) (Limp mode).
 
ECU двигателя также содержит ограничитель величины наддува (Single Value Boost Limiter), который сработает только в случае невозможности контроля за турбиной. Турбина будет выключена, если наддув превысит величину ограничителя (Single Value Boost Limiter (SVBL)).
 
Мы надеемся, что вышеупомянутая информация даст вам подсказку о вашем дизельном турбированном двигателе и как все это работает. Многие вещи в  ECU взаимосвязаны и изменение  в одной из карт ECU может иметь неожиданный результат на другие карты, таким образом, очень важно, чтобы вы вначале думали, прежде чем будете действовать.
Наиболее важные изменения в прошивках ECU требуют изменений в
1. Карте желаний водителя (Drivers wish map) (нагрузочная карта)
2. Ограничителе подач топлива по воздуху – карта дымности (IQ limit by MAF (smoke map))
3. Карте наддува (Boost map)
 
Если у вас имеются сомнения… Не делайте этого..
Думайте, прежде чем делать изменения.
Ошибки могут оказаться дорогими и даже опасными.


Добавлено спустя некоторое время 
как и обещал, первая часть закончилась.
   Если есть вопросы - можете задавать в теме обсуждения.