Yleistä moottorinohjauksesta

Moottorin ohjausjärjestelmistä

Nykyaikaisessa moottorissa ei voi enää selkeästi erottaa sytytys- ja ruiskutusjärjestelmän toimintoja. Tämä asiantila on omiaan hämmentämään ja mystifioimaan kyseisten järjestelmien toimintoja. On ”mustia laatikoita” ja antureita joiden sisältöä ei pysty näkemään ja vaikka näkisikin niin ymmärtäminen vaatii alan opintoja. Emme puutu niiden rakenteeseen tässä yhteydessä. Vain toimintoihin.

Järjestelmä on kuitenkin tehty siten että sitä voi hallita esimerkiksi tietokoneella. Usein tämä hallintaoikeus on vain merkkihuollolla tai valmistajalla. On myös olemassa avoimen lähdekoodin järjestelmiä.

Ensin mainituilla järjestelmiin on harvalla oikeus kajota mutta useasti niin kuitenkin tehdään muokkaamalla järjestelmän anturitietoja tai järjestelmästä lähteviä tietoja. Sytytysantureita lukuun ottamatta anturisignaalit ovat useimmiten analogisia jolloin toimintaan voi vaikuttaa niitä ohjaamaan tarkoitetun tai käyttämän jännitteen säätämisellä. Tai joskus jopa irrottamalla vain yksi johdin. On tietenkin huomattava että tällöin ollaan lain väärällä puolella. Vuoden -91 jälkeen lainsäädännöllä on rajoitettu moottorinohjausjärjestelmän muuttamista. Syyt ovat useimmiten ympäristöperusteisia

Selvyyden vuoksi malliksi käsitellään pyörää jossa sytytys ja ruiskutus ovat erilliset järjestelmät ja käyttävät eri anturointeja.

Esimerkkitapauksena on tyypillinen amerikkalaisvalmisteinen ilmajäähdytteinen V2 moottori. Pääpiirteittään homma on sama riippumatta syliterien asennosta tai määrästä. Yhtenä kantavana teemana on ollut tehdä ohjausjärjestelmä edullisista yleisesti saatavissa olevista standardikomponenteista.

Ruiskun tiedonkeruujärjestelmä.

Anturisignaalit.

Jossain toisessa jutussa joskus toiste katsellaan itse aivolaatikon toimintoja.

Kylmäkäynnistys.

Koska kylmäkäynnistettäessä tarvitaan rikastusta pitää tietää mikä on kulloinenkin moottorin lämpötila. Kylmälle moottorille kun pitää tarjota pahimmillaan moninkertainen polttoainemäärä että se suostuisi käynnistymään. Lämmennyt moottori taasen käy hyvinkin vähällä polttoaineella jolloin järjestelmän pitää kytkeytyä sopivalla kohtaa pois.

Anturin paikallakin on merkitystä. Se ei saa kuumeta niin kovasti ja äkisti että se antaa vääränlaista signaalia vaikka palamistapahtuma ei olekaan vielä täydellinen. Toisaalta päinvastainen tapahtuma aiheuttaa tarpeetonta kulutusta. Tässä tapauksessa autotarvikeliikkeestä muutamalla eurolla ostettu Volkswagenin öljyn lämpötila-anturi päätyi hoitamaan tehtäväänsä takasylinerin pakoputken juuressa siten että anturin kärki nojaa sylinterikannen valuun. Ruiskutusjärjestelmän ohjelmassa on rikastustaulukko jota säädetään aluksi arvaamalla ja kokemuksen kertyessä sivistyneesti arvaamalla.

Moottorin saavuttaessa toimintalämpötilansa ei lämpötila-anturin antamia tietoja enää noteerata.

Ilmanpaineen vaikutus.

Ilman tiheys ja sen tietäminen on tekijä joka on ensiarvoisen tärkeää kun pyritään saamaan moottorille taloudellisin tai tehokkain toiminta. Tämä tieto saadaan mittaamalla imuilman paine ja lämpötila.

Vapaasti hengittävän moottorin saama ilmanpaine on noin yksi ilmakehä vain silloin kun moottori ei käy. Käynnistyttyään se ryhtyy pumpun tavoin siirtämään ilmaa ja ulkoilman paine ei ehdi täyttämään imukanavaa sitä myöden kuin ilmaa kuluisi vaan imukanavaan syntyy haitallista alipainetta koska kanavassa on virtausvastusta. Tätä painetta mitataan ja kun tiedetään muutama vakio, kuten puristustilavuus, kierrosluku ja imuilman lämpötila, voi järjestelmä laskea kyseisen ilman tiheyden sekä sen perusteella otollisimman ruiskutusmäärän.

Esimerkkilaitteessamme on ahdin jolloin ulkoilmanpaine on toissijainen mutta ilman tiheyden mittaus on yhtä tärkeää.

Paineanturina (Map-anturi) tässä tapauksessa käytetään elektroniikkaliikkeestä ohjausyksikön rakennussarjan hankinnan yhteydessä ostettua ilmanpaineanturia joka kykenee mittaamaan sekä ali- että ylipainetta ja muuttaa sen jännitetiedoksi. Paineanturille tieto kulkee kumiletkua myöden kuristimen ja tasauskammion läpi. Kuristin on mig-hitsaussuutin letkun sisällä ja tasauskammio autotarvikeliikkeestä saatava parin euron polttoainesuodatin. Kuristinta ja tasausta tarvitaan koska Mapin herkkyys aiheuttaa muutoin liian suurta signaalivaihtelua ja sen tulkinta vaatisi tarpeettomasti laskentatehoa.

Imuilman lämpötila-anturi on perinteinen vastuksen muutokseen perustuva ntc-vastus. Ts. lämpötila muuttaa anturin vastusta jolloin mitattava jännite muuttuu. Ostettavissa elektroniikkaliikkeestä alle euron hintaan.

Tehon annostelu.

Koska rakentaja ja työn tilaaja ovat vanhoillisia ajatustavoiltaan ei ryhdytty rakentamaan sähköistä kaasukahvaa eikä muitakaa fly-by-wire-järjestelmiä vaan luotamme perinteiseen kaasuvaijeriin. Ruiskutusyksikön täytyy kuitenkin tietää missä asennossa on imukanavassa piilevä ilmaläppä. Ei ”kaasuläppä” koska sen ohi ei seosta kulje vaikka onhan se ilmakin kaasu.

Läpän asentotiedon välittämiseksi on läpän akselin päähän asennettu lineaarinen kiertopotentiometri. Autotarvikeliikkeestä muutaman kympin ostos.

Potentiometrin perusasento on se jossa moottori käy tyhjäkäyntiä. Toinen asento on se jossa ilmaläppä on maksimiasennossaan. Näiden ääriarvojen tiedot syötetään ohjausohjelmaan ja sen jälkeen ruiskutuksen ohjaus ymmärtää myös kaikki väliasennot, johtuen juuri tuosta lineaarisuudesta. Ts. vastuksen läpi kulkevan jännitteen arvo kasvaa tasaisesti kun kahvaa kierretään.

Pakokaasun ominaisuuksien hyväksi käyttö moottorinohjauksessa.

Kuten nykyisin tiedetään ylivoimaisesti tärkein ja tutkituin tuote, jota polttomoottori tuottaa, on pakokaasu. Niinpä sitä on päädytty tutkimaan tässäkin tapauksessa. Perustuu lämpökemiaan. Jos palaminen on epätäydellistä niin pakokaasun joukossa on myös palamatonta happea jonka määrää lambda- eli jäännöshappianturi väijyy. Anturi on sijoitettu pakokanavaan 15 - 20 cm päähän pakoventtiilistä. Näin anturi pysyy parhaiten toimintalämpöisenä. Lambda-anturiin syötetään vakioitu jännite jonka muutoksia ruiskutusjärjestelmä tarkkailee ja säätää ruiskutussuuttimien aukioloaikaa (eli polttoainemäärää) ennalta asetettujen rajojen puitteissa. Tätä järjestelmää kutsutaan suljetuksi järjestelmäksi (closed-loop). Näin suoritettuna tämä takaisinkytkentä takaa että polttoaineen ja ilman sisältämän hapen suhde palotapahtumassa on halutulla tasolla eikä esimerkiksi liian laiha jolloin on moottorivaurion vaara. Yleensäkin tästä järjestelmästä on hyötyä polttoainetalouden suhteen ja helpottaa tarkkoihin säätöihin pääsemistä. Käytössä on anturit molemmissa pakoputkissa että pystyttäisiin optimoimaan molempien sylinterien kaasujenvaihto erikseen. Kyseessä on lämmitettävät kapeakaistaiset lambdat. Arvo noin 60€/kpl autotarvikeliikkeestä. Myös laajakaistalambdat tulisivat kysymykseen koska ne ovat helpommin tulkittavissa ja kykenevät säätämään huomattavasti laajemmalla seosalueella mutta ovat halvimmillaankin noin 150€/kpl.

Ruiskutuksen oikea-aikaisuus.

Ruikutusjärjestelmän ainoa digitaalinen anturi on sijoitettu samaan koteloon alkuperäisen sytytysanturin kanssa. Kyseessä on infrapunasädettä hyväkseen käyttävä opto-haarukka-anturi. Haarukka-nimike kertoo että säde kulkee haarukan sakarasta toiseen ja pyörijässä oleva aukko kiertäessään päästää säteen kulkemaan sakarasta toiseen jolloin saadaan tarkka signaali joka vahvistetaan ja toimitetaan sähköpulssina ruiskutuksen ohjausyksikköön. Ajoitusteknisesti anturin sijainnilla pyörijän kehällä ei ole merkitystä koska ajoitusta voidaan muuttaa sähköisessä muodossa ja on mahdollista luoda molemmille suuttimille erillinen ajoitus. Tämän komponentin hintaa en tiedä. Oletettavasti sekin on elektroniikkaliikkeen hyllyltä haetuista kikkareista koottu piirustusten mukaan.

Komponentit eivät siis ole mitenkään omituisia tai edes harvinaisia vaan kenen tahansa ostettavissa ja niiden toimintakin on melko perinteistä. Tässä järjestelmässä on merkittävää vain se että se kykenee käsittelemään melkoista määrää muuttujia pienessä ajassa. Loogisesti.

Tosin kodinkoneissa, kuten automaattipesukoneessa, on nykyään saman tyyppisiä ohjausjärjestelmiä ja anturointeja.

Jos kykenet lukemaan tämän internetistä kykenet myös todennäköisesti käyttämään edellä kuvatun säätöjärjestelmän hallintajärjestelmää.