Pico bendrovėje tikime, kad pagrindų išmanymas yra užtikrintos diagnostikos raktas. Šiame straipsnyje giliai panagrinėsime vieną galingiausių jūsų PicoScope funkcijų – matematinius kanalus. Parodysime, kaip peržengti paprastus įtampos ir srovės rodmenis ir apskaičiuoti varžą, kuri suteikia itin svarbų papildomą įžvalgos sluoksnį ieškant automobilių gedimų.
Mūsų tikslas – padėti jums pamatyti paslėptas vertes automobilio grandinėse. Taikydami pagrindinius elektros principus, galite taip sukonfigūruoti matematinius kanalus, kad greitai nustatytumėte varžą veikiančioje grandinėje. Taip sutaupysite brangaus laiko ir gausite atsakymus, reikalingus sudėtingoms problemoms išspręsti. Žingsnis po žingsnio parodysime, kaip tiksliai sukonfigūruoti kanalus, interpretuoti rezultatus ir pritaikyti šias žinias realiose automobilių situacijose.
Tūrinio našumo ir oro masės srauto skaičiavimas
Po to, kai perskaičiau Valvetronic forumo įrašą, pamaniau, kad tai bus geras kandidatas išbandyti atitinkamas formules oro srautui apskaičiuoti tada, kai sumontuotas turbokompresorius. Atkreipkite dėmesį, kad visi .psdata failai pateikiami straipsnio pabaigoje.
Turiu labai padėkoti Andy Crookui iš GotBoost Ltd, nes jo indėlis buvo neįkainojamas.
Nagrinėjamas variklis – 4 cilindrų BMW 114i N13, išvystantis 102 AG (PS) prie 4000 aps./min. Norėdami nustatyti oro srauto matuoklio (MAF) rodmenį, turime apskaičiuoti variklio tūrinį našumą (VE).
Idealiu atveju, kai VE yra 100 %, šis variklis turėtų suvartoti apytiksliai 102 g/s oro. Tai išvedama iš deklaruojamos variklio galios: didžiausia galia 102 PS prie 4000 aps./min.
VE esant 100 % = 102 PS x 1,0 = 102 g/s (1,0 yra 100 %, išreikšti dešimtaine trupmena: 100 % / 100 = 1,0).
Tai leidžia apytiksliai įvertinti didžiausią oro srautą per šį variklį, jei VE būtų 100 %. Realybėje VE bus apie 80–90 % ir nuolat kis priklausomai nuo daugybės kintamųjų: įsiurbimo ir išmetimo kanalų ilgio bei skersmens, turbokompresoriaus apkrovos (išmetimo pusėje), vožtuvų pakėlimo, vožtuvų fazių ir jų atidarymo trukmės – čia paminėti tik keli. Atkreipkite dėmesį, kad šis variklis turi VVT, VVT-L (įsiurbimo) ir turbokompresorių, o tai jau pakankamai kintamųjų vienai dienai.
Todėl tipinė didžiausia MAF vertė būtų skaičiuojama su 80 % VE ir atrodytų taip:
102 PS x 0,8 = 81,6 g/s.
Atvirkštinį veiksmą taip pat galima naudoti kaip variklio galios rodiklį:
Išmatuotas didžiausias oro srautas (g/s) / 0,8 = variklio galia
81,6 g/s / 0,8 = 102 PS.
Šias nykščio taisykles galima naudoti tik kaip orientyrus laukiamoms MAF / galios vertėms nustatyti, kai diagnozuojami variklio veikimo sutrikimai.
Norėdami apskaičiuoti MAF esant bet kuriam variklio sūkių dažniui (čia naudojame 4000 aps./min, didžiausios galios tašką), turime užfiksuoti slėgį kolektoriuje.
Tam galime naudoti pasirinktinį zondą (custom probe), tačiau reikia suprasti absoliutaus kolektoriaus slėgio jutiklio (MAP) išėjimo charakteristikas, jei neturime WPS500X. Po kelių valandų paieškų manau, kad toliau pateiktos specifikacijos mūsų Bosch MAP jutikliui 0 261 230 253 (DS-S3, 3 laidų jutiklis) yra teisingos.
Remdamiesi aukščiau pateiktais duomenimis, žinome, kad:
- Jutiklio maitinimo įtampa = 5,0 V
- Nominali jutiklio įtampa = 0,5 V
- Jutiklio įtampos matavimo diapazonas = nuo 0,5 V iki 4,5 V
- Nuo 0,5 V iki 4,5 V panaudojama 80 % maitinimo įtampos nuo 0 V iki 5 V; 80 % / 100 = 0,8
- Jutiklio slėgio matavimo diapazonas yra 2,05 bar
Slėgio matavimo diapazonas išvedamas taip:
Jutiklio matavimo diapazonas = nuo 0,15 bar iki 1,2 bar absoliutaus slėgio (1 bar = atmosferos slėgis)
- 0,15 bar (mažiausia jutiklio vertė) yra žemiau atmosferos slėgio; pridėjus 0,85 bar ši vertė grąžinama iki atmosferos slėgio, t. y. 1 bar
- 1,2 bar (didžiausia jutiklio vertė) yra vertė virš atmosferos slėgio, t. y. virš 1 bar
- 0,85 + 1,2 = 2,05 bar matavimo diapazonas
Jutiklio charakteristikos polinkiui (nuolydžiui) nustatyti naudojame formulę:
- Jutiklio įtampos matavimo diapazonas x maitinimo įtampa / jutiklio slėgio matavimo diapazonas
- Jutiklio polinkis = 0,5–4,5 V, išreikšta dešimtaine trupmena, 0,8 x 5,0 V / 2,05 bar
- Jutiklio polinkis = 0,8 x 5,0 / 2,05 = 1,951
Jutiklio išėjimo vertei prie 1 V nustatyti naudojame 1 / 1,951 = 0,512 bar.
Taigi jutiklio polinkis atitinka taisyklę: 1 V = 0,512 bar, o kadangi šio jutiklio išėjimas tiesinis, 2 V atitiktų 1,024 bar, 3 V – 1,536 bar ir t. t.
Norėdami sukurti pasirinktinį zondą, kuris MAP jutiklio įtampą rodytų kaip fizinį slėgį, naudojame tiesinę lygtį: y = 0.512 x + 0
Daugiau informacijos apie pasirinktinių zondų kūrimą rasite šiame straipsnyje: https://www.picoauto.com/library/picoscope-automotive-training/knowledge-base/custom-probes
Norėdami patikrinti matematinio kanalo teisingumą, visada galite naudoti diagnostikos skaitytuvo tiesioginių duomenų sąrašą ir stebėti MAP vertę, tuo pačiu metu osciloskopu fiksuodami MAP jutiklio išėjimo signalą per ką tik sukurtą pasirinktinį zondą. Įjungus degimą, bet neužvedus variklio, ir diagnostikos skaitytuvas, ir osciloskopas turėtų rodyti maždaug 1 bar (atmosferos slėgį).
Panašų metodą galima taikyti naudojant vakuumo arba slėgio matuoklį: MAP jutikliui sukuriate žinomą slėgį ir lyginate osciloskopo bei diagnostikos skaitytuvo vertes visame jutiklio veikimo diapazone. Šis metodas leidžia nubraižyti MAP jutiklio išėjimo įtampos priklausomybę nuo sukurto slėgio.
Tęskime:
Toliau pateiktoje signalo formoje aukščiau aprašyta tiesinė lygtis / pasirinktinis zondas naudojamas ir A kanalui (pripūtimo slėgio jutiklis), ir B kanalui (MAP jutiklis). Abiejų jutiklių išėjimo charakteristikos vienodos, todėl galioja ta pati tiesinė lygtis. Pripūtimo slėgio jutiklio (prieš droselinę sklendę / už tarpinio aušintuvo) dalies numeris – 0 261 230 252 (DS-S3-TF, 4 laidų jutiklis). Ketvirtasis laidas perduoda įsiurbiamo oro temperatūros duomenis į PCM. Kanalų etiketėse nurodyti visi likę įėjimai, kad būtų lengviau apskaičiuoti MAF.
Pasitelkime matematiką, kad viskas taptų aiškiau.
Žemiau pateiktoje signalo formoje užfiksuotas automobilio greitėjimas antrąja pavara lygioje kelio dangoje (veikiant Valvetronic sistemai), akceleratoriaus pedalą nuspaudus iki grindų, kol variklio sūkiai pasiekia 4000 aps./min.
Atkreipkite dėmesį, kaip E kanalas (violetinis) rodo droselinės sklendės padėtį (2 jutiklis). Šis jutiklis veikia atvirkščiai: didėjant droselinės sklendės atidarymui, įtampa mažėja.
Kad būtų lengviau interpretuoti, panaudojau matematinį kanalą „-E“ šiam kanalui invertuoti. (Tiesiog prieš bet kurio kanalo raidę pridėjus minuso ženklą, pasirinktas kanalas bus invertuojamas.)
Alkūninio veleno signalą C kanale galite paversti variklio sūkių rodmeniu naudodami matematinį kanalą: LowPass(freq(C), 50).
Skaitmeninio MAF jutiklio (D kanalas) oro srautą galite nubraižyti naudodami matematinį kanalą: freq(D).
Slėgio skirtumui tarp pripūtimo slėgio jutiklio ir MAP jutiklio apskaičiuoti naudojame integruotą matematinį kanalą: A-B
Taip galime aptikti galimą oro nuotėkį ar įsiurbimo sistemos anomalijas, nes teoriškai, kai droselinė sklendė atidaryta, pripūtimo slėgis turėtų būti maždaug lygus slėgiui kolektoriuje. Atkreipkite dėmesį, kaip žemiau slėgių skirtumas yra visai nedidelis (62,41 mbar), kol droselinė sklendė iš dalies užsidaro (ties 11,49 sekundės), atleidus akceleratoriaus pedalą. Tuo metu pripūtimo slėgis akimirksniu šokteli prieš iš dalies uždarytą droselinę sklendę, o slėgis kolektoriuje krenta į retinimą.
MAF skaičiavimas (su turbokompresoriumi):
• BMW N13 variklyje, veikiant Valvetronic sistemai ir laikant akceleratoriaus pedalą nuspaustą iki grindų antrąja pavara iki 4000 aps./min.
• Duomenys vienu metu fiksuojami ir diagnostikos skaitytuvu, ir osciloskopu.
Naudodami diagnostikos skaitytuvu užfiksuotus duomenis, gavome tokius rezultatus:
- MAF: 268 kg/h (74,44 g/s)
- Variklio sūkiai: 3998 aps./min
- Įsiurbimo slėgis: 1267 mbar
- Droselinė sklendė: 2,5 V
- Pripūtimo slėgis (prieš droselinę sklendę): 1286 mbar
- VE, apskaičiuotas iš diagnostikos skaitytuvo duomenų: VE = 74,44 / 102 = 72,98 % (suapvalinta iki 73 % / 100 = 0,73)
Pagrindiniai dydžiai, reikalingi oro srautui apskaičiuoti (turbokompresoriniame variklyje), yra:
• Variklio darbinis tūris (litrais)
• Variklio sūkiai (aps./min)
• Absoliutus slėgis kolektoriuje (bar)
• Tūrinis našumas (%, išreikštas dešimtaine trupmena)
Lygtis yra tokia:
- Variklio darbinis tūris (1,6) x VE (išvestas naudojant 74,44 g/s = 0,73) x 3998 aps./min x 1,267 bar / 2 įsiurbimo taktai per vieną alkūninio veleno apsisukimą = MAF litrais per minutę
- 1,6 x 0,73 x 3998 aps./min x 1,267 / 2 = 2958,232 l/min
- 1 litras oro = 1,223 g jūros lygyje (15 °C)
- 2958,232 l/min x 1,223 g/l oro masei = 3617,918 g/min
- 3617,918 g/min / 60 = 60,30 g/s (naudojant VE, apskaičiuotą iš diagnostikos skaitytuvo duomenų)
Norėdami nubraižyti oro srautą PicoScope programoje, į matematinį kanalą galime įtraukti vieną iš šių VE verčių:
1. VE, apskaičiuotą iš diagnostikos skaitytuvo duomenų – 73 % (0,73)
2. VE, lygų 80 % (0,8), kuris yra tipinis vidurkis
3. VE, lygų 100 % (1,0), kad gautume teorinį didžiausią oro srautą
Jei naudojame iš diagnostikos skaitytuvo duomenų apskaičiuotą VE (0,73), matematinis kanalas atrodo taip:
LowPass(freq(C),50)*(1.6*0.730)*B/2*1.223/60 = oro srautas esant 73 % VE (oro masė 1,223 g/l)
Jei naudojame 100 % VE (1,0), matematinis kanalas pasikeičia į
LowPass(freq(C),50)*(1.6)*B/2*1.223/60 = oro srautas esant 100 % VE (oro masė 1,223 g/l)
Nubraižytą oro srautą matote žemiau pateiktoje signalo formoje:
Kaip matote, apskaičiuotos oro srauto vertės nesutampa su diagnostikos skaitytuvo apskaičiuotu MAF 268 kg/h (74,44 g/s)!
Esant 73 % VE, matematinio kanalo oro srautas pasiekia 60,81 g/s.
Esant 100 % VE, matematinio kanalo oro srautas pasiekia 83,37 g/s.
Jei būtume naudoję 80 % VE (vidurkį), matematinio kanalo oro srauto pikas būtų buvęs maždaug 66,88 g/s.
Viena iš galimų priežasčių – diagnostikos skaitytuvo atnaujinimo sparta, nes negalime patvirtinti parametrų tikslumo ir tarpusavio koreliacijos. Su diagnostikos skaitytuvu turime tik momentinę duomenų nuotrauką: variklio sūkiai, MAF, droselinės sklendės padėtis laike.
Pavyzdžiui, rodomas oro srautas (268 kg/h) galėjo atitikti variklio sūkius, kurie akimirksniu buvo didesni nei 3998 aps./min! Tai rimta problema, nes 268 kg/h naudojame VE apskaičiuoti, o paskui šią vertę įtraukiame į matematinį kanalą. Tai, žinoma, dar vienas kintamasis, į kurį reikia atsižvelgti, ir turbūt gera priežastis tokiuose matematiniuose kanaluose naudoti ir 80 % (tipinį vidurkį), ir 100 % VE.
Dar vienas kintamasis, į kurį verta atsižvelgti, – galima pasirinktinio zondo nustatymo paklaida (dėl netikslumų gautame duomenų lape su MAP jutiklio išėjimo charakteristikomis, 1 ir 2 pav.).
Nesu iki galo tikras, kad tie duomenys tikrai taikomi jutikliui, kurio dalies numeris 0 261 230 253, tačiau osciloskopo užfiksuoti kolektoriaus slėgio duomenys sutampa su diagnostikos skaitytuvo duomenimis. Norint pašalinti šį kintamąjį, į įsiurbimo kolektorių įmontuotas WPS500X pateiks tikrąsias slėgio vertes, kurių nereikia apdoroti nei per PCM / diagnostikos skaitytuvą, nei per pasirinktinį zondą.
Kai Valvetronic neaktyvus:
Kadangi naudojame Valvetronic variklį, buvo atliktas identiškas (didžiausios galios) bandymas kelyje, kad nustatytume, kaip oro srautas kinta atjungus Valvetronic vykdiklį. Tai reiškia, kad variklis gali veikti įprastai, oro įsiurbimui valdyti naudodamas droselinę sklendę su fiksuotu vožtuvų pakėlimu (nustatytu ties maksimumu).
Naudodami diagnostikos skaitytuvu užfiksuotus duomenis, gavome tokius rezultatus:
- MAF: 263 kg/h (73,05 g/s)
- Variklio sūkiai: 3999 aps./min
- Įsiurbimo slėgis: 1249 mbar
- Droselinė sklendė: 1,8 V
- Pripūtimo slėgis (prieš droselinę sklendę): 1255 mbar
- VE, apskaičiuotas iš diagnostikos skaitytuvo duomenų: VE = 73,05 / 102 = 71,61 % (71,61 % / 100 = 0,72)
Tai dar viena mane nustebinusi statistika. Maniau, kad su aktyvia Valvetronic sistema oro srautas bus didesnis nei jai neveikiant. Esant didžiausiai galiai, oro srautas ir apskaičiuotas VE beveik nesiskiria tiek veikiant, tiek neveikiant VT.
Vėlgi, apgalvojus: esant WOT (arba, tiksliau, akceleratoriaus pedalui iki grindų, nes droselinės sklendės padėtį nustato PCM), oro srautas abiem darbo režimais (VT aktyvus / neaktyvus) bus panašus – dėl išmaniojo droselinės sklendės valdymo.
Kai VT aktyvus, oro srautas valdomas sumaniai derinant droselinės sklendės padėtį ir įsiurbimo vožtuvų pakėlimą. Kai VT neaktyvus, įsiurbimo vožtuvai lieka ties didžiausiu pakėlimu, todėl oro srautą valdo vien droselinės sklendės padėtis.
Palyginkite droselinės sklendės padėtį žemiau pateiktame įraše su ankstesne signalo forma. Kai VT aktyvus, droselinės sklendės padėtis atitinka 2,5 V, kai VT neaktyvus – 1,8 V.
Prisiminkite, kad TPS 2 veikia atvirkščiai: didėjant droselinės sklendės atidarymui, įtampa mažėja. Vadinasi, kai VT neaktyvus, droselinė sklendė atidaryta plačiau.
Žvelgdami į aukščiau pateiktą įrašą matome, kaip droselinės sklendės įsikišimas (dėl neaktyvios VT) sukuria nemažą slėgių skirtumą tarp įsiurbimo kolektoriaus (už droselinės sklendės) ir įsiurbimo mazgo (prieš droselinę sklendę), nes oro įsiurbimas dabar valdomas įprastu būdu. Vėlgi gera žinia ta, kad plačiau atsidarius droselinei sklendei, esant pripūtimui slėgių skirtumas yra 0 bar.
Apibendrinant: VE ir MAF skaičiavimai yra be galo sudėtingi dėl daugybės su įsiurbimo valdymo sistemomis susijusių kintamųjų (o su turbokompresoriumi – dar labiau). Vis dėlto tikiuosi, kad aukščiau pateiktos formulės (kuriose įtrauktas pripūtimo / kolektoriaus slėgis) padės atliekant tokius skaičiavimus.
Paskelbus tai automobilių forume, gavau labai naudingą komentarą:
„Sveikas, Steve,
Puikų darbą čia atlikai. Nelengva užduotis apskaičiuoti tikslų variklio suvartojamo oro srautą, kai į skaičiavimą reikia įtraukti tiek daug parametrų ir kintamųjų.
Vienas dalykas, dėl kurio truputį abejojai, buvo slėgio jutiklio diapazonas, ir, mano nuomone, to jutiklio diagrama / grafikas yra ne tas. Tai teisingas OEM numeris konkrečiam automobiliui, tačiau, kaip matai čia, radau Meat & Doria 82503 slėgio jutiklį, kurio slėgio diapazonas yra nuo 38 kPa iki 260 kPa. Tai, žinoma, duos visiškai kitokį skaičiavimą, kuris galiausiai galėtų duoti teisingą rezultatą gramais per sekundę (g/s). Dar kartą ačiū už puikų atvejo tyrimą.
Pagarbiai
Kim“
Net negaliu papasakoti, kiek ilgai ieškojau MAP jutiklio duomenų ir taip ir neradau šio Meat & Doria duomenų lapo. Tiesą sakant, net nežinočiau, kur ieškoti, nes apie tokį gamintoją niekada nebuvau girdėjęs, todėl esu labai dėkingas Kim.
Manau, tai puikiai parodo, kaip sunku gauti tokius duomenis ir, dar svarbiau, kokie patikimi yra rasti duomenys.
Pažvelkime į skaičiavimus dar kartą, naudodami naują matavimo diapazoną:
38–260 kPa (absoliutus)
Norėdami kPa paversti į bar, slėgio vertę dalijame iš 100:
- 38 / 100 = 0,38 bar
- 260 / 100 = 2,6 bar
Jutiklio matavimo diapazonas = nuo 0,38 bar iki 2,6 bar absoliutaus slėgio (1 bar = atmosferos slėgis)
- 0,38 bar (mažiausia jutiklio vertė) yra žemiau atmosferos slėgio; pridėjus 0,62 bar ši vertė grąžinama iki atmosferos slėgio, t. y. 1 bar.
- 2,6 bar (didžiausia jutiklio vertė) yra vertė virš atmosferos slėgio, t. y. virš 1 bar
- 0,62 + 1,6 = 2,22 bar matavimo diapazonas
Jutiklio charakteristikos polinkiui (nuolydžiui) nustatyti naudojame šią formulę:
Jutiklio įtampos matavimo diapazonas x maitinimo įtampa / jutiklio slėgio matavimo diapazonas:
- Jutiklio polinkis = 0,5–4,5 V, išreikšta dešimtaine trupmena, 0,8 x 5,0 V / 2,22 bar
- Jutiklio polinkis = 0,8 x 5,0 / 2,22 = 1,801
Jutiklio išėjimo vertei prie 1 V nustatyti naudojame 1 / 1,801 = 0,555 bar
Taigi jutiklio polinkis atitinka taisyklę 1 V = 0,555 bar, o kadangi šio jutiklio išėjimas tiesinis, 2 V atitiktų 1,11 bar, 3 V – 1,665 bar ir t. t.
Norėdami sukurti pasirinktinį zondą, kuris MAP jutiklio įtampą rodytų kaip fizinį slėgį, naudojame tiesinę lygtį y = 0.555 x + 0.
Skirtumas tarp pasirinktinio zondo nustatymų reiškia, kad dabar mūsų kolektoriaus slėgis bus rodomas maždaug 8 % didesnis.
Manau, tai puikus pavyzdys, kodėl vertėtų fiksuoti MAP jutiklio signalo įtampą tuo pačiu metu, kai kolektoriaus slėgį matuojame per pasirinktinio zondo nustatymą (jei turite pakankamai kanalų).
Tokiu atveju signalo įtampai galite pritaikyti matematiką (jau po įrašymo) ir gauti patikslintą kolektoriaus slėgio vertę.
Toliau pateiktame pavyzdyje kolektoriaus slėgį užfiksavau naudodamas pradinį pasirinktinio zondo nustatymą y = 0.512 x + 0 (B kanale), tuo pačiu metu fiksuodamas kolektoriaus slėgio jutiklio signalo įtampą (A kanale) kartu su į kolektorių įmontuotu WPS500X (C kanale).
Matome, kad pradinis pasirinktinis zondas (B kanalas) rodo 1,279 bar piką, o matematinis kanalas A*0.555 (purpurinis) rodo 1,394 bar. Čia patikslinta vertė 0,555 pritaikoma MAP jutiklio signalo įtampai A kanale.
Abiejų tikslumui patvirtinti naudojamas WPS500X, kuriuo patikriname fiziškai išmatuotą kolektoriaus slėgį – gauname 330 mbar (manometrinio) arba 1,330 bar (absoliutaus).
Tad kaip tai paveikia mūsų galutinį MAF skaičiavimą?
VE, apskaičiuotas iš diagnostikos skaitytuvo duomenų (kai Valvetronic aktyvus, esant 1,394 bar kolektoriaus slėgiui)
- Variklio darbinis tūris (1,6) x VE (išvestas naudojant 74,44 g/s = 0,73) x 3998 aps./min x 1,394 bar / 2 įsiurbimo taktai per vieną alkūninio veleno apsisukimą = MAF litrais per minutę
- 1,6 x 0,73 x 3998 aps./min x 1,394 / 2 = 3254,756 l/min
- 1 litras oro = 1,223 g jūros lygyje (15 °C)
- 3254,756 l/min x 1,223 g/l oro masei = 3980,567 g/min
- 3980,567 g/min / 60 = 66,34 g/s
Ši vertė yra maždaug 8 % didesnė už pradinę, ir tai lėmė padidėjusi pripūtimo slėgio vertė.
Naudojant 100 % VE:
- 1,6 x 3998 aps./min x 1,394 / 2 = 4458,570 l/min
- 1 litras oro = 1,223 g jūros lygyje (15 °C)
- 4458,570 l/min x 1,223 g/l oro masei = 5452,831 g/min
- 5452,831 g/min / 60 = 90,88 g/s
Vėlgi 8 % daugiau nei 5 pav. matomi skaičiavimai.
Ačiū, kad kartu gilinotės į šią sudėtingą temą!
TEST 3 WOT NO VT.psdata
TEST 2 WOT WITH VT.psdata
MAP TEST 2.psdata
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.