Особенности работы системы управления современным турбокомпрессорным двигателем на примере автомобиля ВАЗ-2108 2.1 Turbo полный привод.

Важным аспектом создания надежного турбокомпрессорного двигателя является адекватная система управления. В компании DTT Motorsport имеются уникальные возможности модернизации систем управления двигателями, включая модификацию управляющих программ.

Для управления двигателем 2108 2.1T stage 2 был выбран Российский контроллер Январь-5.1-41 выпускаемый промышленно НПО Автэл, c микропрограммой J5LS.

Для решения требуемых задач и сам контроллер и микропрограмма были специальным образом модифицированы:

1) Незадействованные ранее входы АЦП контроллера были доработаны для подключения дополнительно до 8 датчиков температуры или давления, путем установки высокоточных резисторов необходимого номинала в цепь опорного напряжения +5в.

2) В контроллер была установлена специальная инженерная плата производства oktja.ru для поддержки функции редактирования калибровок в реальном времени на работающем двигателе (настройки online).

Топливоподачу двигателя обеспечивают 4 высокоомные форсунки Siemens DEKA производительностью 630cc каждая, форсунки откалиброваны по статической и динамической производительности использованием оригинальных методик расчета лаг тайм - данные занесены в прошивку. Форсунки установлены в стандартную топливную рампу ВАЗ-2112 с штатным регулятором давления топлива на 300кпа, производства ДААЗ. Система работает в фазированом режиме управления впрыском с привязкой импульса впрыска к фазе впуска каждого конкретного цилиндра, на основе точных математических расчетов момента открытия и посадки на седло впускных и выпускных клапанов на используемых распределительных валах, что позволяет даже на очень производительных форсунках с посредственным факелом при использовании довольно широко фазных валов получить устойчивый холостой ход 1000rpm, и довольно низкий эксплуатационный расход топлива.

Система зажигания использует 4-х COP катушки от автомобиля Ауди, смонтированных на оригинальной клапанной крышке ГБЦ изготовленной в DTT Motorsport из сплава Д16Т, катушки были выбраны из множества возможных для обеспечения наименьшей монтажной высоты всего двигателя (блок 21203 выше обычного Вазовского блока - поэтому с обычной крышкой он бы уперся в капот). Поскольку ЭБУ Январь-5 не может управлять такими катушками на прямую, было решено установить 2 специальным образом модифицированных (время накопления энергии для данных катушек и входная часть для работы с ЭБУ Я-5) электронных двухканальных коммутатора. Для экономии дефицитного подкапотного пространства коммутаторы расположены в салоне и могут быть легко заменены в случае их выхода из строя.

Моторная проводка автомобиля была собранна полностью с нуля по техническому заданию под конкретный кузов, двигатель и набор датчиков и исполнительных механизмов.

Система управления в качестве нагрузки использует абсолютное давление в ресивере, для измерения которого используется  индустриальный ДАД Моторола с диапазоном 20-305кпа или до 2bar избытка. Топливоподача двигателя  рассчитывается с использованием абсолютного давления, как одного из главных факторов, датчик массового расхода воздуха на автомобиле не применяется.

Температура воздуха на выходе интеркуллера и температура охлаждающей жидкости контролируются 2-мя датчиками температуры производства компании DELPHI, алгоритмы ЭБУ позволяют корректировать топливоподачу и зажигание в двигателе в зависимости от температуры двигателя и воздуха по оригинальным разработанным нами математическим моделям, позволяющим учитывать множество факторов влияния температур на конечный массовый расход воздуха двигателем.

Состав смеси измеряется во всех режимах работы двигателя, для этого используется широкополосный датчик кислорода BOSCH LSU-4 и специальный контроллер ШДК Innovate-LC1 подключенный к одному из аналоговых каналов ЭБУ Январь-5.1 Функция постоянного широкополосного лямбда - регулирования поддерживает состав смеси в двигателе  в соответствии с заданной в прошивке картой "Target AFR" и ее компенсационных поправок вне зависимости от любых условий работы двигателя.

Для управления актуатором waste gate (давлением наддува) используется трех входовый электромагнитный клапан от автомобиля Mazda RX-7, аналогичный установленному на любой современной турбокомпрессорной машине. Клапан управляется ШИМ и обеспечивает соединение входа управляющего давления актуатора либо с выходом турбокомпрессора, либо с атмосферой (за фильтром), таким образом определяя диапазон давлений развиваемых турбокомпрессором от 0.5 bar (актуатор подключен к выходу турбокомпрессора) до максимально возможного (актуатор соединен с атмосферой), для демпфирования управляющего давления в магистралях актуатора установлены специальные жиклеры сечение которых одинаковое. Блок управления Январь-5 формирует сигнал ШИМ частотой 15 гц с заданной скважностью от 0 до 100% для поддержания желаемого давления наддува в зависимости от оборотов двигателя, включенной в данный момент передачи, температуры воздуха и положения дроссельной заслонки, также блок реализует функции аварийного снижения давления наддува при возникновении детонации, перегреве двигателя, и др.

В контроллере предусмотрены аппаратные возможности управления 2-мя фазовращателями, установленными на впускном и выпускном распределительных валах двигателя, путем ШИМ управления актуаторами, переключающими масляные каналы на фазовращателх, 2 дополнительных датчика положения распределительных валов, в качестве которых применяются датчики фаз от двигателя 21114 позволяют точно синхронизировать угловое положение фазовращателей посредством ПИД регулирования. Желаемые углы поворота фазовращателей задаются трехмерными картами от оборотов и нагрузки двигателя. В настоящий момент прорабатывается "механическая" часть данной конструкции, и возможно, скоро установку фазовращателей на ГБЦ ВАЗ-2112 может позволить себе любой желающий.

Для обеспечения высокой надежности автомобиля в системе управления используются 2 группы вентиляторов охлаждения, первая (основная) группа включается при достижении температуры 95 градусов и выключается при охлаждении двигателя до 93 градуса - она обеспечивает продувку основных фронтальных радиаторов охлаждающей жидкости и масла а также установленного перед ними интеркуллера. 2-я группа вентиляторов включается при температуре 100 градусов и выключается при снижении температуры ниже 97 градусов - она обеспечивает продувку дополнительных радиаторов для охлаждающей жидкости выполненных из алюминия и расположенных в крыльях автомобиля. Воздух при этом проходит в специальных полостях в крыльях и выходит через смонтированные в крыльях жабры от автомобиля Range Rover. При движении продувка всех радиаторов обеспечивается за счет набегающего потока и конвекции.

Также на автомобиле реализована система орошения радиаторов водой из бака емкостью 20литров, система срабатывает автоматически в случае превышения двигателем порога 106 градусов по температуре охлаждающей жидкости или 88 градусов по температуре воздуха.  5 форсунок обеспечивают распыление воды по всей фронтальной плоскости радиаторов автомобиля. Орошение производится сериями по 4 секунды с паузой не менее 25 секунд, что обеспечивает низкий расход воды. Бак снабжен датчиком, подающим предупредительный сигнал водителю при остатке воды менее 5 литров. Подобные решения иногда встречаются на заводских автомобилях - например на Toyota celica.

Поскольку на автомобиле смонтирован гидравлический усилитель рулевого управления с электрическим независимым насосом, возникла задача управления давлением жидкости в гидроприводе ГУР в зависимости от скорости автомобиля, для обеспечения  адекватной ответной реакции рулевого управления. Для этого использован один из выходов ШИМ ЭБУ Январь-5.1, который подключен к управляющему входу электронасоса. Алгоритмы позволяют плавно регулировать обороты двигателя электронасоса в зависимости от скорости движения автомобиля, и напряжения в бортовой сети (ГУР может быть отключен, если в бортовой сети автомобиля низкое напряжение). При увеличении скорости автомобиля обороты насоса и следовательно давление в гидроприводе падает а при достижении скорости 25км/ч ГУР отключается.

Поскольку данный тип трансмиссии ранее никогда не применялся с двигателем развивающим подобную мощность и момент, требовалось провести некоторые исследования приблизительных значений трансмиссионных потерь, для принятия решения о возможной необходимости установки отдельного маслонасоса и маслорадиатора в КПП или заднем редукторе. Наиболее простым способом оценки таких потерь являлось измерение температуры масла в отдельных элементах трансмиссии и сравнение ее с температурой воздуха на улице. Все это потребовало установки нескольких дополнительных датчиков температуры и давления. Система управления может контролировать температуру масла в двигателе, кпп, заднем редукторе, температуру воздуха за бортом, давление масла и топлива в двигателе. Все эти параметры непрерывно записываются компьютером при снятии логов системы управления с частотой примерно 10 раз в секунду.

Первые же опыты показали, что в любых режимах движения автомобиля температура масла в трансмиссии не превышает 60 градусов, и следовательно пока никаких дополнительных радиаторов устанавливать не требуется.

Ну и напоследок вы можете увидеть график замера мощности автомобиля. (нажмите на картинку чтобы увеличить изображение).

 

Еще статьи по теме:

  • Особенности установки системы управления Январь-5.1 с микропрограммой J5LS на автомобили иностранного производства.
  • Телеметрия и Traction control для моно приводного автомобиля участвующего в соревнованиях по Drag Racing
  • Определение баланса форсунок в двигателе с микропрограммой J5LS.
  • Эксперименты с определением ускорения коленчатого вала в прошивке J5LS.
  • Тестирование эбу Январь-5 с прошивкой J5LS на стенде имитирующем работу двигателя.

  • Статьи по теме