Neseniai mūsų paprašė padėti kuriant, derinant ir galiausiai nustatant gana neįprastą motociklą. Ši užklausa virto žavia kelione į motociklų pasaulį!
Kadangi anksčiau su motociklais beveik neteko dirbti, mintis pažiūrėti į individualiai surinktą motociklą su daugybe patobulinimų buvo pernelyg viliojanti, kad jos atsisakytume. Aptariamas motociklas statomas konkrečiam klientui, tačiau jis yra pirmasis toks, o kaip pirmajam, jam neišvengiamai atsirado keletas „vabalų". Su individualiu ECU, individualiai pagaminta laidų pyne, 270° alkūninio veleno išdėstymu ir dviem skirtingomis degalų tiekimo strategijomis — buvo aišku, kad paprasta nebus.
Pirmiausia labai svarbu nustatyti, kas iš tikrųjų yra 270° alkūninis velenas. Esant 270° alkūniniam velenui, tarp dviejų stūmoklių yra 90° poslinkis. Žemiau pateikta dviejų cilindrų variklio degimo įvykių ties viršutiniu rimties tašku (TDC) apžvalga, kai alkūninis velenas yra 270, 180 ir 360 laipsnių.
180° alkūninis velenas mums pažįstamas, ir jeigu variklis turėtų 4 cilindrus, degimo įvykiai vyktų ties 360° ir 540°.
Esant 270° išdėstymui, vienas stūmoklis yra TDC po suspaudimo takto, o 270° vėliau antrasis stūmoklis pasiekia TDC po savo suspaudimo takto. Tada yra 450° tarpas, kol pirmasis cilindras vėl grįžta į TDC, taip užpildant visus 720°.
Pagrindinis 270° alkūninio veleno išdėstymo privalumas — pasiekti kuo geresnį antrinį variklio balansą lygiagrečiųjų cilindrų dvicilindriame variklyje, o galios atidavimas primena 90° V formos dvicilindrio variklio charakterį.
Svarbu suprasti 270° išdėstymą, nes visame tolesniame tyrime bus daug laipsnių!
Šiuo momentu man buvo įdomu pamatyti, kokių skirtumų galima įžvelgti tarp šio ir įprasto alkūninio veleno išdėstymo, todėl pirmiausia pažiūrėjau į santykinę kompresiją.
- Įsibėgėjimo srovės pikas
- Įprastas pjūklo dantukų pavidalo raštas, kurio ir tikimės. Stūmoklis Nr. 1 artėja prie TDC suspaudimo takte
- Stūmoklis Nr. 2 artėja prie TDC suspaudimo takte, srovės sunaudojimas didėja
- Tarpas, kuriame alkūninio veleno sukimosi metu nėra suspaudimo įvykio
- Grįžtama prie 1-ojo stūmoklio, artėjančio prie TDC suspaudimo takte
- Liniuotės legenda, naudojama kiekvieno stūmoklio TDC padėčiai parodyti.
Iš pradžių labai nustebau pamatęs, kad pradinė įsibėgėjimo srovė į starterį viršijo 500 A matavimo ribą. Niekada nebūčiau tikėjęsis, kad dviejų cilindrų variklis, bandydamas prasisukti, ims tiek daug srovės — bet aš prielaidą dariau vien todėl, kad tai 2 cilindrai. Juk tai vis tiek 1200 cm³, pirmoji pamoka išmokta! Kita pamoka — santykinės kompresijos signalo forma, į kurią žiūrėdami nesuprasdami, kokio tipo alkūninį veleną turi šis variklis, būtumėte man pasakę, kad trūksta kompresijos. Tačiau kai į užfiksuotą vaizdą pradedate dėlioti sukimosi liniuotes, matote, kad iš tikrųjų viskas teisinga.
Ant santykinės kompresijos vaizdo uždėjau alkūninio veleno sukimosi lentelės paveikslėlį. Turime suspaudimo įvykius ties vienetu ir dvejetu, kuriuos matome srovėje, o tada — 450° tarpą ties trejetu iki kito suspaudimo įvykio. Esu tikras, kad jau pastebėjote nedidelį srovės padidėjimą maždaug ties 450°. Viena teorija būtų tokia: kadangi abu stūmokliai yra apatinėje cilindro pusėje, artėjant prie apatinio rimties taško (BDC) ir jį praeinant alkūninio veleno sukimosi greitis sumažėja, o kadangi kitame cilindre degimo neįvyko, nėra nieko, kas padėtų išlaikyti alkūninio veleno inerciją ir grąžintų stūmoklį atgal link TDC. Kad stūmoklis pradėtų judėti aukštyn antrojo stūmoklio išmetimo takte, varikliui gali prireikti didesnių starterio pastangų, kurios tai įveiktų. Jei kas nors žino arba turi kitą paaiškinimą — pasidalykite savo mintimis.
Kitame žingsnyje nusprendėme panaudoti du WPS500x jutiklius cilindruose, kad suprastume, kodėl starterio srovės sunaudojimas šiek tiek padidėja tuomet, kai nė vienas stūmoklis nėra suspaudimo takte.
Dar vienas dalykas, apie kurį nežinojau — cilindrų išdėstymas motocikluose. Šiame variklyje 1-uoju cilindru laikomas kairysis cilindras, žiūrint sėdint ant motociklo, tačiau ECU pagrindiniu laiko 2-ąjį cilindrą ir nuo jo atskaito degimą bei fazes — tarsi viskas dar nebūtų buvę pakankamai painu! Nuo šiol 2-ąjį cilindrą vadinsime pagrindiniu cilindru, nes dauguma mūsų matavimų atliekami 2-ojo cilindro atžvilgiu.
Pasukus variklį starteriu, pradedame matyti tikrąjį 270° alkūninio veleno vaizdą. Pridėjome degimo sinchronizacijos signalą bei alkūninio veleno padėties (CKP) jutiklį, kad išnaudotume visus keturis kanalus ir galėtume identifikuoti, apie kuriuos cilindrus kalbame.
Kad ekranas neatrodytų per daug perkrautas, pašalinau CKP jutiklio ir degimo kreives, nes iš tiesų man rūpi tik įsitikinti, ar variklis mechaniškai tvarkingas. Vėlgi įtraukiau alkūninio veleno sukimosi grafiką, kad nustatyčiau stūmoklio padėtį alkūninio veleno pasisukimo atžvilgiu. Kaip matote, kompresijos pikai tiksliai sutampa su srovės sunaudojimo piku. Tada matome tą nedidelį srovės padidėjimą ties 450°. Dabar galime matyti abiejų stūmoklių padėtis ties 450°. 1-asis cilindras yra įsiurbimo takte. Čia nėra gilaus slėgio kritimo, kuris galėtų lemti srovės padidėjimą dėl cilindre susidarančio stipresnio vakuumo. 2-asis cilindras yra išmetimo takte, ir bet koks išmetimo sistemos pasipriešinimas taip pat lemtų slėgio padidėjimą, o kartu ir srovės padidėjimą, tačiau jokio išmetimo sistemos užsikimšimo nėra.
Taigi grįžtame prie ankstesnės teorijos, kurioje darome prielaidą, kad alkūninis velenas sulėtėja dėl paties variklio. Tai mano prielaida, nes nematau nieko kito, kas mechaniškai galėtų būti problema. Pasidalykite savo mintimis; atverkime tai diskusijai.
Toliau apžiūrėjome degimo ir įpurškimo įvykius.
Pradinio užvedimo metu šis variklis dirba vadinamuoju paketiniu degimu (batch firing). Užsivedus sistema persijungia į standartinį nuoseklųjį režimą.
Paketinis degimas — tai režimas, kai ECM siunčia ir įpurškimo, ir degimo signalą kas 360° alkūninio veleno pasisukimo.
Įprastai keturtakčiame variklyje tai vyktų kas 720°.
Paketinio degimo tikslas — kad variklis galėtų užsivesti šaltas, turėdamas kuo didesnę tikimybę užsidegti, o užsivedęs galėtų persijungti į standartinį degalų tiekimą.
Šiems matavimams ECM buvo užprogramuotas kibirkštį duoti tiksliai ties TDC. Tai leido mums įsitikinti, kad turima kibirkštis yra tas pats įvykis, kai ECM persijungia iš paketinio į nuoseklųjį režimą, ir toliau atlikti bet kokius degimo pirmavimo koregavimus.
Čia džiaugiausi, kad šalia turėjau Chris Wells iš X bikes, nes jis turi reikiamos patirties ir įrankių individualiems nustatymams koreguoti ir įkelti į programuojamą ECM.
- Didžiausia kompresija pagrindiniame 2-ajame cilindre
- Degimo įvykis
- Purkštuko įvykis darbinio takto metu
- Degimo įvykis įsiurbimo ir išmetimo vožtuvų persidengimo metu
- Purkštuko įvykis
- 720° vėliau
Iš signalo formos matome degimo įvykį, vykstantį tiesiai ties TDC. Tada matome įpurškimo įvykį, vykstantį stūmokliui vis dar judant žemyn cilindru, kai atsidaro išmetimo vožtuvas. Toliau turime dar vieną degimo įvykį ties 360°, tuo metu, kai išmetimo ir įsiurbimo vožtuvai persidengia. Tada, kaip ir tikėtasi, įpurškimo įvykis vyksta įsiurbimo takto metu, ir galiausiai gauname degimo įvykį 720° po pirmojo suspaudimo įvykio. Žiūrėdami į 3 ir 4 taškus matome tą patį paketinį degimą, kuris būtinas varikliui užvesti. Užsivedus sistema persijungia į nuoseklųjį degalų tiekimo režimą, kurį įprastai siejame su keturtakčiu ciklu.
Momentas, kada persijungiama degalų tiekimo strategija, priklauso nuo MAP jutiklio ir apsukų (RPM) duomenų. Kai MAP jutiklio įtampa kerta tam tikrą ribą ir pasiekiamos tam tikros apsukos, ECM persijungia į nuoseklųjį režimą. Šiuos taškus galima koreguoti programine įranga ir paskui įkelti į ECM. Įsitikinę, kad mechaniškai variklis tvarkingas, nuėmėme WPS500X ir pažvelgėme į MAP jutiklį.
Tai standartinis 5 V trijų laidų jutiklis su nuolatiniu maitinimu, mase ir signalo grandinėmis.
Įdomiausia šio variklio MAP jutiklyje yra jo paskirtis. Vietoje skirstomojo veleno jutiklio variklio padėčiai nustatyti, ECM stebi variklio padėtį pagal įsiurbimo kolektoriaus slėgį.
Anksčiau minėjau apie cilindrų išdėstymą ir tai, kad 2-asis cilindras yra pagrindinis, nuo kurio atskaitomi degimo ir įpurškimo įvykiai, todėl MAP jutiklis įrengtas taip, kad galėtų stebėti pagrindinio cilindro slėgį. Kai cilindras yra ties BDC įsiurbimo takte, jis jau įsiurbė maksimalų oro tūrį prieš suspaudimą. Šiuo momentu ECM užfiksuoja cilindro padėtį, kad galėtų koreguoti degalų tiekimo ir degimo įvykius. Visi žemiau pateikti matavimai atlikti 2-ajame, arba „pagrindiniame", cilindre.
- Alkūninio veleno padėties jutiklis
- Purkštuko signalas
- Antrinis degimas
- Antrasis purkštuko signalas
- MAP jutiklis
- Antrasis degimo signalas
Iš aukščiau pateiktos signalo formos matome, kaip MAP jutiklis patvirtina įsiurbimo kolektoriaus slėgio pokytį. Visa tai buvo atlikta tuščiąja eiga, todėl droselio sklendė buvo iš dalies uždaryta, dėl to atsidarius įsiurbimo vožtuvui ir stūmokliui judant žemyn cilindru kolektoriaus slėgis krenta. Tuo pačiu metu matome vykstantį įpurškimo įvykį, kuris yra teisingas — norime, kad oras ir degalai susimaišytų stūmokliui judant žemyn prieš jam vėl kylant suspaudimo takte. Visa tai normalu, išskyrus papildomą degimo ir kibirkšties įvykį, vykstantį ties 2 ir 3 taškais dėl paketinio degimo. Motociklas tokioje būklėje veiks, tačiau padidinus droselį turės polinkį „šauti" į išmetimą, o tai suprantama, atsižvelgiant į tai, kad degalai įpurškiami maždaug išmetimo takto metu ir tuo pat metu vyksta degimo įvykis.
Motociklui veikiant, pakeitėme ribą, kurią ECM turi pamatyti iš MAP jutiklio, kad persijungtų į nuoseklųjį režimą. Kai tik tai įvyko, motociklas užgeso ir sustojo. Peržiūrėję užfiksuotą vaizdą, radome problemos priežastį.
- Alkūninio veleno padėties jutiklis
- Degimo įvykis
- Purkštuko įvykis
- MAP jutiklis įsiurbimo takto metu
- Degimo įvykis.
Kaip matote, turime įprastą 1 įpurškimo ir 1 degimo įvykį per 720° pasisukimo, kaip ir keturtakčiame cikle. Tačiau pastebime, kad įpurškimo įvykis vyksta visiškai netinkamu momentu — šiuo atveju darbinio takto metu. Degimas maždaug atitinka reikiamą sritį, nors greičiausiai per daug ankstyvas, tačiau tikriausiai uždegtų mišinį pakankamai, kad variklis dirbtų. Dabar pereiname prie kitos smegenis lydančios fazės — vadinamojo sujungimo kampo (Coupling Angle).
Tai vėlgi reguliuojamas dydis, kurį galima užprogramuoti žemėlapių sudarymo programine įranga. Ši dalis man vis dar šiek tiek migloti, bet štai kaip aš tai suprantu:
Sujungimo kampas — tai taškas, kuriame ECU nustato cilindro padėtį pagal CKP jutiklio padėtį. Užuot rėmęsis vienu apsisukimu, jis vertina du, taigi tuos 720°, kuriuos turime keturtakčiame cikle. Tuo metu buvome nustatę 285°, o tai reiškia, kad ECM nustato tašką, kuriame stūmoklis yra TDC suspaudimo takte, atstumu po trūkstamų dantukų alkūninio veleno impulsų žiede, šiuo atveju — 285°. Jei paimtume aukščiau pateiktą signalo formą, įpurškimo įvykis vyksta beveik 360° per anksti. Atlikus matavimą tarp purkštuko įvykio, pažymėto 3 tašku, ir mažiausios MAP jutiklio reikšmės įsiurbimo takto metu, gauname 360°. Ši reikšmė gali kisti, tačiau peržiūrėjus daug skirtingų momentų užfiksuotame vaizde, vis grįžtame prie to paties skaičiaus. Turėdami tai omenyje, nusprendėme pakeisti sujungimo kampą į 645°, t. y. 360° daugiau nei pradiniai 285°.
Dabar viskas pradeda atrodyti gerokai geriau! Turime įpurškimo įvykį, vykstantį įsiurbimo takto metu, o po jo — degimo įvykį, kuris įvyksta po 180°, kai stūmoklis yra ties TDC. Degimo pirmavimą vis dar turime nustatę ties 0°, todėl įvykis vyksta tiesiai ties TDC. Visa tai galima koreguoti žemėlapių sudarymo programine įranga. Šiuo momentu motociklas užsivedė ir dirbo gerokai tolygiau. Taip pat pastebėjome, kad po pradinio užvedimo jis daug greičiau persijungdavo iš paketinio į nuoseklųjį režimą. Truputį pakoregavus degimo pirmavimą ir degalų tiekimą, turėjome motociklą, kuris užsivedė, dirbo tuščiąja eiga ir įsibėgėdavo.
Žinau, kad aukščiau pateikti vaizdai atrodo kiek netvarkingi, tačiau norėjau parodyti bendrą vaizdą: variklio užvedimą, tuščiąją eigą ir apsukų padidinimą. Naudodami alkūninio veleno jutiklio amplitudės pokytį galime matyti visas šias skirtingas variklio būsenas. Įdomu stebėti alkūninio veleno jutiklio išėjimo signalą. Kadangi jutiklis yra indukcinis alkūninio veleno padėties jutiklis, didėjant variklio sūkiams didėja ir išėjimo amplitudė. Aukščiau pateiktame vaizde matavimo riba ±50 V buvo viršyta esant maždaug 6000 aps./min. Dauguma motociklų sukasi kur kas didesniais sūkiais, todėl manau, kad ateityje su veikiančiu motociklu būtų svarbu numatyti bent ±100 V ribą.
Iš viso to yra ką įsisavinti, o tai, kad realiai pamatėme, kas vyksta variklyje su 270° alkūniniu velenu, yra dalykas, kurio dar ilgai nepamiršiu! Ypač naudinga buvo galimybė patvirtinti variklio padėtį naudojant WPS500X. Žinau, kad ne visi turės prabangą žaisti su dviem WPS500X, tačiau turėdami atskaitos taškus nuo degimo ir alkūninio veleno signalų, tą patį pasieksite naudodami atskaitos signalų formas. Taip galėjome fiziškai pamatyti 270° alkūninio veleno veikimą ir jo poveikį kompresijai. WPS500X buvo naudojamas ne tik kompresijai ir variklio padėčiai nustatyti — juo taip pat galėjome patvirtinti, kad MAP jutiklis veikia teisingai. Stebėdami įtampos pokytį stūmokliui esant įsiurbimo takte, gavome įrodymą, kad MAP jutiklis aptinka slėgio pokytį įsiurbimo takto metu, o tai šiam varikliui ir ECM buvo gyvybiškai svarbu, nes naudojama variklio fazavimui.
Taip pat, praleidęs laiką su šiuo motociklu, manau, tai parodo, kokia lanksti gali būti variklio valdymo programinė įranga. Net prisimindamas programinės įrangos atnaujinimus, kuriuos darydavome atstovybėje, iki šiol nesuvokiau, kiek daug valdymo ir koregavimo galimybių suteikia šiuolaikinis ECM, siekiant iš variklio išgauti maksimumą nekeičiant jokių detalių. Šis tikslus valdymas, kurį galima panaudoti galiai, ekonomiškumui ar emisijoms gerinti, yra nuostabus ir dažnai jau gali būti atliekamas OTA būdu (per orą), tačiau jei bent truputį suklysite, gali kilti daugybė problemų. Turiu pasinaudoti šia proga ir padėkoti Chris Wells už galimybę giliau pažvelgti į šį programavimo ir motociklų pasaulį, taip pat už tai, kad šis motociklas turėjo 270° alkūninį veleną. Jo patirtis ir žinios buvo labai svarbios padedant suprasti, kas vyksta! Taip pat privalau padėkoti p. Steve Smith už nuolatinį palaikymą ir indėlį šio nuotykio metu — jo žodžiais tariant, „mes gyvename ir mokomės kartu", ir niekada nebuvo pasakyta teisingesnių žodžių!
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.