Статьи по теме "Чип-тюнинг"

Cовершенствование алгоритмов расчета циклового наполнения воздухом при использовании датчика абсолютного давления в ресивере и датчика температуры воздуха.

Результаты изложенные в этом тексте были получены на поршневом двигателе ВАЗ-2111 оснащенном системой управления впрыском топлива Январь-5.1 и установленном в автомобиле ВАЗ-2108  в период с мая по август 2006 года, целью экспериментов было совершенствование модели расчета циклового наполнения воздухом в программе j5ls, основная задача - создание алгоритма который будет иметь точность не хуже, чем у заводского алгоритма использующего Термоанемометрический датчик расхода воздуха в тоже время обладающего быстродействием и реакцией алгоритма ДАД.

Теория GBC.

Этот раздел можно найти в любой книжке по автомобильным двигателям в чуть более расширенном варианте. Но мы не будем усложнять и остановимся на главном. Для определения наполнения можно воспользоваться уравнением циклового наполнения воздухом:

  Gвц=hv Vh rintake

Заменим плотность свежего заряда в соответствии с законом идеального газа.

Gвц=hv * Vh * [Pintake /Const] * [1/ Tintake]  

Раскроем коэффициент наполнения hv.

Gвц=[e/(e-1)] * (Pa/Pintake) * [Tintake/(Tintake+DT+ygrTr)] * Vh * [Pintake/Const]* [ 1/ Tintake]

Сократим все лишнее, считая, что объем двигателя и степень сжатия – величины постоянные!

Gвц=Pa * [1/(Tintake+DT+ygrTr)] * Сonst 

Таким образом остаются факторы влияющие на цикловое наполнение:

Pa - давление в цилиндре в конце такта впуска.

Tintake - температура воздуха на впуске в двигатель.

DT - подогрев смеси в процессе впуска.

Tr - Температура остаточных газов.

gr - коэффициент остаточных газов.

- коэффициент учитывающий отличие мольной теплоемкости остаточных газов и свежего заряда.

Однако все это теории - реальность куда как более сложнее.

Температурная составляющая при расчете GBC.

В системе управления двигателем присутствует датчик способный измерить температуру воздуха в впускном тракте двигателя. В зависимости от конструкции впускного тракта этот датчик может быть установлен в ресивере, в корпусе ДМРВ или воздушного фильтра, а в случае с многодроссельным впуском - в атмосфере. Несомненно одним из важных факторов при оценке расхода воздуха является его температура. Очевидно что GBC находится в прямой пропорциональности от абсолютной температуры воздуха в конце такта впуска. Ta в нашей теории эта зависимость представлена выражением [1/(Tintake+DT+ygrTr)] это упрощенное представление на основе факторов оказывающих  большее влияние, остановимся подробнее на каждом:

1) Tintake - температура воздуха на участке впускного тракта замеренная датчиком.

2) DT - подогрев свежего заряда от стенок коллектора, камеры сгорания и стенок цилиндра. Определяется временем нахождения впускного заряда в впускной системе - т.е. cкоростью его течения (фактически оборотами двигателя) и температурой контактирующих с зарядом поверхностей (двигателя), считается, что в норме  DT =0-25 К.

3) ygrTr Теплообмен между свежим зарядом и остаточными газами. Температура остаточных газов Tr находится в диапазоне 900-1000К, подогрев заряда определяется коэффициентом остаточных газов gr, который в свою очередь является функцией объема цилиндра, камеры сгорания и GBC. Однако принято считать, что охлаждаясь остаточные газы резко сокращаются в объеме и их влияние связанное с повышением температуры практически компенсируется.

4) Охлаждение заряда в результате испарения топлива. Удельная теплота парообразования бензина достаточно высокая, поэтому процесс его испарения происходит с отъемом теплоты. Степень охлаждения  определяется количеством топлива (отношением воздух/топливо) и его температурой.

Анализ существующего программного обеспечения показывает, что температурная составляющая циклового наполнения как правило может быть представлена в виде либо математической формулы Kt=Tвозд+DT /Tвозд+273 либо в виде функции Kt=F(Tвозд) где DT - константа.Т.е. алгоритм очень сильно упрощен и не учитывает множество вышеописанных факторов  - что приводит к неадекватной реакции системы управления на изменение температуры воздуха на впуске. К сожалению анализ зависимости циклового наполнения от температуры воздуха на впуске при отсутствии моторного стенда является очень сложной задачей, поэтому единственным вариантом доводки алгоритма был анализ влияния температуры воздуха в условиях, при которых все прочие факторы влияющие на GBC можно было стабилизировать или исключить, c дальнейшим совершенствованием модели путем проверки ее состоятельности в прочих условиях. Была выбрана следующая методика тестирования: Автомобиль разгоняется по трассе до момента достижения температуры на впуске практически равной уличной (25-30грдС) после чего автомобиль затормаживается и переводится в режим ХХ, с системы управления снимаются все входные и выходные показатели в том числе состав смеси и температура воздуха, в процессе работы двигателя температура в подкапотном пространстве поднимается до 75-80 грдС, после чего автомобиль разгонялся по трассе преимущественно на высоких оборотах и нагрузках, пока температура воздуха c датчика снова не падала до 25-30 градусов - на этом снятие параметров с двигателя заканчивалось. В дальнейшем изменение состава смеси анализируется на достаточно большом интервале времени с учетом имеющегося в системе управления на текущий момент влияния температуры воздуха, на основе анализа делаются выводы и совершенствуется модель расчета GBC, после этого опыты повторяются снова.

В результате серии экспериментов были сделаны следующие выводы:

1) Место расположения датчика в впускном тракте автомобиля практически не влияет ни на его показания ни на GBC в установившихся режимах по температуре воздуха, когда скорость ее изменения не превышает 0.05град/c, однако при резких изменениях температуры (>2грд/c) датчик оказывается достаточно инерционным, и в эти моменты очень сильно начинают влиять его конструктивные особенности (масса, материал) и место установки (продувка свежей порцией воздуха). Для снижения влияния этих факторов датчик необходимо брать открытого типа, устанавливать в корпусе воздушного фильтра или ДМРВ, стремится чтоб чувствительный элемент обладал меньшей массой.

2) На режимах ХХ изменение температуры воздуха на впуске во всем диапазоне оказывает столь незначительное влияние на GBC, что может встать вопрос о самой целесообразности применения датчика температуры воздуха в системе управления. Алгоритм  Kt=Tвозд+DT /Tвозд+273 давно был признан несостоятельным, в микропрограмме j5ls_l43 уже появилась поправка компенсирующая ошибку алгоритма на высоких температурах. Однако в настоящий момент наиболее перспективной следует считать табличную поправку по температуре воздуха. Kt=F(Tвозд).

3) Наблюдается полное несоответствие зависимости GBC от температуры воздуха, что позволяет усомнится либо в самой теории либо в методике измерения температуры на впуске. В этом направлении явно надо будет поработать.

Составляющая давления в расчете GBC.

Первоначальный алгоритм определяющий влияние давления Pa выглядел так - Pa = Pintake * Fgbccorr(rpm,thr) 

Однако достоверно известно, что влияние Pintake на GBC не линейно в некоторых диапазонах работы двигателя, это четко видно по логам поведения системы на холостом ходу:

Первая идея устранения этой нелинейности была в том, чтоб перейти от фактора нагрузки по дросселю к фактору нагрузки по давлению. Pa = Pintake * Fgbccorr2(rpm,Pintake) подобный механизм уже был реализован в микропрограмме J5LS_V43, и осталось просто проверить его работу. Механизм регулирования поправки с фактором нагрузки было реализован в ПАК "Матрица", протестирован, но полученный результат оказался неудовлетворительным по нескольким причинам:

1) Поведение системы на ХХ при закрытом дросселе не вписывалось в картину поправки, точки в режимной области около хх при настройке имели очень большой дифферент. Все это проявлялось в неудовлетворительном поведении автомобиля при трогании (провал), смесь на хх приходилось сильно богатить. Характеристика поправки фактически являлась перемножением множества факторов - результирующая поверхность имела чрезвычайно сложную форму. Как правило в других системах управления при подобных подходах эти проблемы решаются созданием отдельных карт топливоподачи для холостого хода либо компенсационных поправок для холостого хода.

2) Наблюдение за фактором нагрузки по давлению показало, что обеспечить стационарность режимных точек по давлению в течении 3-4 запросов параметров системы управления практически не возможно. (в тоже время например дроссельная заслонка может удерживаться в любом стабильном положении бесконечно долго). Это усложняет задачу автоматической адаптации калибровки. Т.е. желательно, чтоб любая зависимость с использованием фактора давления изначально была задана жестко.

3) Обнаружилось, что в нескольких зонах режимной области поведение микропрограммы нестабильно, возможно причиной является пересечение таблицы состава по фактору дроссель с таблицей поправки по фактору давление. Эти зоны отражены зеленым и желтым цветом на графике, сама режимная область оказалась сильно суженой (система никогда не попадает в белые точки на графике):

В результате идея использования поправки по давлению для атмосферного двигателя была отвергнута!

Однако проблема от этого никуда не делась, и ее надо было решать. 2-м вариантом решения было ввести в формулу жестко заданный поправочный коэффициент, который будет являться функцией давления. Pa = Pintake * Fpcorr(Pintake) * Fgbccorr(rpm,thr)  Этот коэффициент получил название "Компенсация нелинейности давления", наклон и смещение графика фактически взят как ошибка функции ХХ.

Коэффициент имеет шаг 0.002 и диапазон от 0.5 до 1 Одновременно была изменен шаг поправки циклового наполнения с 0.008 до 0.004 для повышения точности настройки автомобиля. Первые же эксперименты с подобным алгоритмом дали следующую картину "Поправки циклового наполнения ДАД":

Как видно в зоне холостого хода и 100% нагрузки поведение алгоритма близко к идеальному. Это подтверждается и логами работы системы управления на холостом ходу, и видно по поведению автомобиля на всех режимах и оборотах:

А это рабочие режимы с подобным алгоритмом (логи сняты в режиме с отключенным регулированием):

Проблемные участки пространства режимных точек обозначены темно красным (богато) и ярко зеленым (бедно) цветами.

Однако счетчик показывает, что попадание в эти режимные точки было всего лишь 1 раз - что позволяет предположить нестационарный режим по нагрузке или оборотам.

Очевидно, что на высоких оборотах  влияние идет по пропорциональному закону, это приводит к вырастанию гор в поправке циклового наполнения. Причем тенденция перехода видна уже с 2000rpm.

  • Что-то воздушные шарики у вас бракованные!
  • А что, не надуваются?
  • Да нет, надуваются...
  • Лопаются?
  • Нет
  • А что???
  • Не радуют...

Вот и горы эти не радуют ни разу,  дальше началась уже борьба с ветряными мельницами. Очевидно, что горы надо было убирать. И чтоб их убрать была введена еще одна 3D поверхность - "степень влияния компенсации".

Pa = Pintake * [1-[1-Fpcorr(Pintake)] * Fpcorr2(rpm,thr)] * Fgbccorr(rpm,thr) 

pcorr2 на высоких нагрузках и ХХ имеет значение=1. На высоких оборотах и низких нагрузках =0. Кроме того чтоб не перегружать алгоритм расчета топливоподачи на высоких оборотах (5100) механизмы коррекции попросту отключаются. Теперь осталось выстроить таблицу pcorr2 таким образом, чтоб в зоне ХХ по нагрузке gbccorr стремилась к плоскости а по оборотам повторяла форму ВСХ. Для этого как обычно используется ПАК "Матрица" и программа трехмерного редактирования поверхностей Tunerpro.. Вот, что получилось в результате:

Однако новый алгоритм потребует тщательной проверки, прежде чем появится в очередном релизе программного обеспечения J5LS.

Двухрежимные прошивки. Эконом+динамик

Данное понятие пришло к нам из каменного века чип-тюнинга автомобилей. В этом каменном веке (а зачастую и сейчас) многие диагносты имели достаточно примерное представление о процессах происходящих в двигателе, а именно о качественном регулировании состава смеси, режимной области, и формулах связи наполнения воздухом с положением дроссельной заслонки. Первые попытки сделать динамичные прошивки из штатных обычно сводились к тупому увеличению топливоподачи в абсолютно всех режимах работы двигателя, даже в тех где такое увеличение не требовалось. А так же тупому задиранию УОЗ везде до звона. При этом не оценивались составы смесей  - поскольку оборудования для такой оценки просто не было, либо оно было слишком примитивным и медленным (альфаметры на штатных ДК и газоанализаторы), топливо лилось на глаз, и результат оценивался по динамике машины (ощущений от 5-й точки). Естественно полученная таким образом прошивка удивляла своим слоновьим расходом, и ездить на ней в обычном стиле не представлялось возможным. Выход тогда был найден простой, ее "склеивали" с стандартной прошивкой и ставили переключатель позволявший водителю выбирать стиль езды "эконом-динамик", появилось великое множество программ-модификаторов. Естественно полученное в результате таких действий поделие не экономичностью не динамичностью в реальности не обладало.

Не сложно догадаться, одна и та же прошивка может одновременно являться самой экономичной и самой динамичной для одного и того же двигателя - и все, что для этого нужно: На режимах, где обеспечивается движение по трассе с малыми нагрузками (0-30% открытия дросселя) выставить экономичные составы смеси, на режимах где происходит разгон автомобиля и от него требуется максимальная динамика (60-100% открытия дросселя) - выставить мощностные составы. В зоне 30-60% происходит плавный переход от одних составов к другим. Естественно разработчики системы управления предусмотрели такие механизмы, но они задали их не положением дросселя а цикловым наполнением. Следовательно задача выставления составов для стандартной прошивки сводится еще и к пересчету положения дросселя в цикловое наполнение для каждой режимной точки. После установки составов прошивку необходимо настроить (обеспечить соответствие реальных составов заданным).

C появлением программного обеспечения позволяющего автоматически оптимально выставлять составы смеси по зонам режимов а также производить их настройку создание нормальных прошивок перестало представлять какую либо проблему для грамотных настройщиков, и необходимость в двухрежимных прошивках практически полностью отпала (исключая случаи применения газового топлива и систем впрыска закиси азота - где объективно необходимо изменять некоторые калибровки системы управления при переключении газ-бензин или включении закиси).

В настоящий момент двухрежимная прошивка на бензиновом двигателе не оборудованном ГБО(закисью) является ни чем иным, как признаком глубокого непрофессионализма человека который занимается чип тюнингом!

Настройка на Стенде или на Дороге?

Вопрос по методике настройки часто возникает в форумах, при этом можно услышать достаточно категоричные высказывания в пользу того или иного метода, как правило ничем не подкрепленные. Итак давайте разберемся по порядку. Для начала нам надо понять в каких случаях необходимо руководствоваться выходными показателями двигателя (мощностная характеристика) как критерием его настройки, а в каких это не нужно и возможно даже вредно.

Мощностной стенд как измерительный прибор. Насколько можно доверять графику с мощностного стенда как критерию оценки влияния изменений в программе на момент двигателя!? Замер проводит оператор - следовательно на его результаты может влиять человеческий фактор, кроме того стенд имеет конечную точность снятия данных о моменте, в стенде и трансмиссии автомобиля есть множество вращающихся деталей и подшипников, силы трения в которых могут зависеть например от температуры смазки.  Как показывает практика относительная погрешность стенда на серии последовательных замеров достигает значений 2-3%. Для конкретного стенда определить эту цифру можно последовательно измерив мощность одного и того же автомобиля, ничего в нем не изменяя и сравнив несколько графиков. Вы должны понимать, что стенд позволяет оценивать только те изменения, влияние которых больше его собственной относительной погрешности!

Связь состава смеси и мощности. Опыты показывают, что состав смеси при котором двигатель отдает максимальную мощность определяется исключительно химизмом процесса горения - т.е. компонентным составом конкретного топлива! И абсолютно никак не зависит от конструкции двигателя и его систем. Таким образом если мы настраиваем машину по критериям максимальной мощности на некое абстрактное товарное топливо, скажем АИ98 - нам совсем не нужен стенд, для того, чтоб выставить необходимые составы, поскольку они известны однозначно для всех автомобилей и двигателей. Можно просто руководствоваться показаниями широкополосного лямбда-зонда и проделать всю настройку на дороге используя системы съема данных (логеры) или автоматической адаптации топлива (auto mapping). Для турбодвигателей как правило выбираются составы более богатые, чем мощностные, чтоб обеспечить на приемлемом уровне температуру в камере сгорания. Совсем другое дело если топливо не является товарным бензином, либо является смесью кислородсодержащих компонентов с бензином, тогда стенд необходим для определения, какое AFR для конкретного топлива будет оптимальным с точки зрения получения максимальной мощности двигателя. Дальнейшие настройки автомобиля на данный AFR опять же могут быть проведены на дороге. Следует заметить, что многие стенды имеют псевдо-широкополосные датчики состава смеси LSM-11, мало того, что это оборудование применялось для настройки около 10 лет назад и в настоящий момент безнадежно устарело, оно еще и абсолютно безграмотно подключается в систему выхлопа (дело в том, что контакт нерабочей части корпуса зонда с выхлопными газами может искажать его показания), сейчас для настройки рекомендуется использовать только датчики серии LSU и оборудование на их основе, причем обязательно установленные штатно - в отверстие в выпускном коллекторе или даунпайпе. Не следует опираться для настройки автомобиля на результаты стендовых замеров состава смеси и графики таких составов полученных с использованием LSM датчика!

Связь УОЗ - мощность. В отличие от топлива угол опережения зажигания очень сильно зависит как от конструктивных факторов двигателя, так и от состава смеси. Причем оптимальный угол однозначно определяется максимальным моментом двигателя (при условии, что топливо уже настроено). Однако сам диапазон допустимых углов невелик и влияние угла на мощность гораздо меньше, чем влияние топлива, и это влияние в основном определяется конструктивном камеры сгорания двигателя. А именно расстоянием которое фронт пламени проходит от свечи до самого удаленного участка камеры. Например на двигателях с клиновой камерой сгорания где значения оптимального УОЗ как правило очень велики (35 градусов на 6000) влияние УОЗ так же очень велико и составляет около 1% на градус, однако в подобных двигателях УОЗ как правило всегда находится за гранью детонации. Т.е. фактически как фактор настройки УОЗ в таком двигателе должна выступать детонация а не мощность. В этом случае стенд будет хорошим помощником но не более того. В двигателях с шатровой камерой сгорания (оптимальный уоз 25-27 градусов на 6000) влияние УОЗ на мощность гораздо меньше и находится в пределах 0.4-0.7% на градус однако в этом случае использование стенда как критерия настройки предпочтительнее, поскольку УОЗ как правило лежит перед гранью детонации и избежать излишне ранних углов можно исключительно контролируя момент двигателя.

Скорость воздуха и температура на впуске. При движении автомобиля по дороге основная часть его мощности расходуется на преодоление аэродинамических сил. Попробуйте высунуть руку в окно на скорости 100км/ч - и вы почувствуете насколько велики эти силы. На стендах же как правило для имитации движения и охлаждения радиатора используют вентиляторы, которые к сожалению не могут имитировать скорости потока воздуха достигаемые на дороге, что приводит к повышению температуры воздуха в подкапотном пространстве, в впускном трубопроводе и температуры отдельных элементов двигателя.  Стив Динан в своей работе "Дино тест современных двигателей БМВ" показывает каких значений могут достигать температуры воздуха, масла, и блока цилиндров двигателя на реальной дороге и на стенде, и как влияет настройка в условиях стенда на поведение современной системы управления двигателем BOSCH Motroniс (детонационная коррекция и топливная коррекция). Основной вывод который можно сделать из этой статьи - если система управления не имеет на 100% адекватные модели учета температур воздуха и двигателя для расчета наполнения и УОЗ, настройка такой системы на стенде противопоказана. Ее необходимо производить на дороге, чтоб как можно точнее приблизится к условиям эксплуатации автомобиля, и обеспечить соответствие топливоподачи и УОЗ реальным условиям эксплуатации.

Когда без стенда не обойтись. Очевидно, что при настройке автомобиля на дороге часто приходится ездить на высоких передачах и развивать близкие к максимальным скорости, соответственно, часто возникают ситуации, когда настройка автомобиля на дороге невозможна. Как правило эта невозможность возникает по причине плохих погодных условий (дождь, снег, зима), либо по причине слишком высоких значений мощности и момента автомобиля (автомобиль просто теряет сцепление с дорогой даже на высоких передачах и скоростях), если автомобиль весом в тонну имеет мощность более 400сил - настройка такого автомобиля на дороге становится чрезвычайно проблематичной, либо по причине технических ограничений скорости автомобиля из за несовершенства его кузова и подвески (многие киткары например не могут ездить быстрее 160 - для них это просто опасно).  Естественно во всех этих случаях настраивать автомобиль необходимо на стенде.

Заключение. В конечном счете автомобили ездят не по стендам а по дорогам, поэтому в любом случае, если настройка произведена на стенде, необходима проверка ее адекватности на реальной дороге, без которой настройка автомобиля не может считаться завершенной. Если же настройка проведена на дороге - не лишним будет заехать на стенд для получения численного значения результата доработок в виде мощности и момента.

Статьи по теме