Mx00/M84 Leerlaufregelung

Einführung
Diese technische Notiz bietet eine detaillierte Erklärung verschiedener Leerlaufdrehzahlregelungsstrategien, die mit MoTeC Gold Box Steuergeräten implementiert werden können. Die Leerlaufdrehzahlregelung ist eine wesentliche Funktion, um die Leerlaufdrehzahl des Motors innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten, und kann entweder mit einem 2-Draht-, 3-Draht- oder 4-Draht-Leerlaufregelventil erreicht werden. Diese Ventiltypen arbeiten, indem sie den Tastgrad anpassen, der das Verhältnis des Signals vom Aus- zum Einschalten beschreibt und somit effektiv die Position des Ventils steuert. Zusätzlich werden Schrittmotorventile in den Steuergeräten M400, M600 und M800 unterstützt, die eine weitere Methode der Leerlaufregelung bieten.

Hilfsausgänge
Zur Steuerung dieser Ventile erfordern 2-Draht-Ventile einen einzelnen Hilfsausgang, während 3-Draht-Ventile zwei Hilfsausgänge für den ordnungsgemäßen Betrieb benötigen. 

In beiden Fällen muss ein Hilfsausgang speziell für die Leerlaufdrehzahlregelung konfiguriert werden, was der Funktion 2 in der ECU-Konfiguration entspricht. Für 3-Draht-Ventile sollte der zweite Hilfsausgang als Leerlauf-Slave zugewiesen werden, identifiziert als Funktion 7. 

Im Fall von 4-Draht-Schrittmotoren, die an ein M400-, M600- oder M800-Steuergerät angeschlossen sind, verwendet das System die Hilfsausgänge 5, 6, 7 und 8. Die Konfiguration von Ausgang 5 für die Schrittmotor-Leerlaufregelung weist automatisch die anderen Ausgänge dieser Funktion zu, was den Einrichtungsprozess vereinfacht.
 

Darüber hinaus sind die Steuergeräte M400, M600 und M800 in der Lage, die Leerlaufdrehzahl über ein Drive-by-Wire (DBW) Drosselsystem zu steuern. Diese Drive-by-Wire-Funktion wird auf Hilfsausgang 1 konfiguriert, der wiederum automatisch Hilfsausgang 2 zuweist. Die Leerlaufregelungsparameter werden dann über die Einstellungen für Hilfsausgang 2 angepasst. Für genaue Verkabelungs- und Grundeinrichtungsdetails wird empfohlen, die spezifischen Ventilzeichnungen von MoTeC zu konsultieren.

Einrichtungsparameter
Es ist wichtig, die Einrichtungsparameter an die spezifischen Installationsanforderungen anzupassen. Jeder Typ der Leerlaufregelung verfügt über zugehörige Hilfedokumentationen, die detaillierte Informationen und empfohlene Startwerte zur Unterstützung des Abstimmungsprozesses bieten.
 

Proportionaler Verstärkungsfaktor
Der proportionale Verstärkungsfaktor ist verantwortlich für die unmittelbare Reaktion auf jede Abweichung oder „Fehler“ zwischen der tatsächlichen Motordrehzahl und der Ziel-Leerlaufdrehzahl. Er steuert den Großteil der Systemreaktion, wenn der Motor außerhalb der vorgesehenen Leerlaufdrehzahl arbeitet. Die proportionale Reaktion wird berechnet, indem der proportionale Verstärkungsfaktor (der „P“-Parameter) mit dem Fehlerwert multipliziert wird, welcher die Differenz zwischen aktueller und angestrebter Drehzahl darstellt. Allerdings kann der proportionale Verstärkungsfaktor allein den Fehler nicht vollständig eliminieren, da die proportionale Reaktion mit abnehmendem Fehler ebenfalls kleiner wird.
 

Integraler Verstärkungsfaktor
Der integrale Verstärkungsfaktor ist ein langsamer veränderlicher Faktor, der darauf abzielt, den Fehler über einen längeren Zeitraum zu verringern. Die integrale Komponente steigt weiter an, solange der Fehler nicht null ist. Zum Beispiel benötigt das Leerlaufregelventil oft einen bestimmten Tastgrad, um seine Position zu halten. Wenn der Fehler nahe null liegt, haben die proportionale und die differentielle Komponente nur minimale Wirkung, aber die integrale Komponente hält die Ventilposition stabil.
 

Differenzieller Verstärkungsfaktor
Der differentielle Verstärkungsfaktor sorgt für eine Dämpfung im Regelkreis und verbessert die Reaktionszeit des Systems. Er basiert auf der Änderungsrate des Fehlerwerts, was bedeutet, dass die differentielle Komponente bei plötzlichen Fehleränderungen größer wird als bei langsamen Veränderungen. Dies hilft, das System zu stabilisieren und ein Überschießen der Ziel-Leerlaufdrehzahl zu verhindern.
 

Totband
Das Totband stellt eine Toleranzzone um die Ziel-Drehzahl dar, innerhalb derer das Steuergerät keine Korrekturen am Fehler vornimmt. Da physikalische Systeme nie exakt den Zielwert erreichen können, wird der Fehler nie genau null sein. Das Totband verhindert, dass der Regler unnötig ständig versucht, die Motordrehzahl feinzujustieren. Zum Beispiel ist es üblich, wenn die Motordrehzahl um plus oder minus 50 U/min um den Leerlaufzielwert schwankt, ohne dass dies spürbare Auswirkungen hat. Wird dieser Bereich als Totband definiert, hört die ECU auf, Leerlaufregelungsanpassungen vorzunehmen, sobald die Drehzahl innerhalb dieser Toleranz liegt.
 

Anti-Stall-Verstärkung
Die Anti-Stall-Verstärkung ist ein zusätzlicher Verstärkungsfaktor, der auf den proportionalen Verstärkungsfaktor angewendet wird, wenn die Leerlaufdrehzahl um 300 U/min unter den Zielwert fällt. Diese Funktion erhöht sowohl die Größe als auch die Geschwindigkeit der Reaktion der ECU unter diesen Bedingungen und hilft so, ein Absterben des Motors zu verhindern.
 

Klimaanlagen- und Servolenkungsausgleich
Wenn die Klimaanlage (AC) oder das Servolenkungssystem (PS) aktiv sind, kompensiert die ECU die zusätzliche Belastung des Motors, indem sie die Leerlaufregelung entsprechend anpasst. Diese Kompensation kann durch Hinzufügen eines festen Tastgrades zum Ventil, durch Bewegen des Schrittmotors um eine bestimmte Anzahl von Schritten oder durch Erhöhung des Drosselwinkel bei Drive-by-Wire-Systemen erfolgen. Um diese Funktion zu aktivieren, müssen digitale Eingänge für die Statussignale von AC und PS korrekt in der ECU konfiguriert werden.

Maximale Schrittgeschwindigkeit, maximale Position, maximaler Tastgrad und Integrationslimit
Diese Parameter legen Grenzen fest, wie aggressiv das Leerlaufregelsystem auf Fehler reagieren kann. Für Schrittmotoren definiert die maximale Schrittgeschwindigkeit die schnellste Rate, mit der der Motor angesteuert werden kann. Bei Drive-by-Wire-Drosseln gibt es Begrenzungen für den maximalen Drosselwinkel und den maximalen Tastgrad, um die Geschwindigkeit der Drosselanpassung zu steuern. Das Integrationslimit beschränkt den maximalen Tastgrad, den der integrale Verstärkungsfaktor hinzufügen kann, um zu verhindern, dass die integrale Komponente übermäßig groß wird, falls der Fehler nie das Totband erreicht. Diese Parameter sollten entsprechend den Eigenschaften des spezifischen zur Leerlaufregelung verwendeten Geräts eingestellt werden.
 

Frequenz
Der Frequenzparameter definiert die Betriebsfrequenz des Ventilsteuerungssignals. Es ist wichtig, diese Frequenz gemäß den Spezifikationen und Eigenschaften des verwendeten Ventils einzustellen, um einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen.
 

Minimaler und maximaler Tastgrad
Die Parameter für minimalen und maximalen Tastgrad definieren den Bereich, innerhalb dessen das Ventil effektiv arbeitet. Diese Einstellungen stellen sicher, dass das Ventil bei minimalem Tastgrad ausreichend Zeit hat, vollständig zu öffnen, und bei maximalem Tastgrad vollständig zu schließen. Diese Werte werden durch die physikalischen Eigenschaften des Ventils bestimmt.
 

Leerlaufabstimmung
Mechanische Einrichtung
Für eine optimale Leerlaufregelung sollte die Lastmessung auf Ansaugluftdruck (Manifold Pressure) eingestellt werden. Wenn eine lastabhängige Drosselklappenmessung verwendet wird, muss der MAP-Sensor am Ansaugkrümmer angeschlossen sein, um genaue Messwerte zu liefern. Diese Einrichtung stellt sicher, dass die Kraftstoffzufuhr korrekt angepasst wird, wenn das Regelventil öffnet und schließt. Es sollte eine lineare MAP-Kompensationstabelle erstellt werden, mit -100 % Kraftstoffkorrektur bei 0 kPa und 0 % Korrektur bei 100 kPa. Für aufgeladene Motoren sollte diese Tabelle linear für Drücke über 100 kPa erweitert werden. Zusätzlich sollte der Kraftstoffdruckregler am Ansaugkrümmer angeschlossen sein, um einen konstanten Kraftstoffdruck zu gewährleisten.
 

Der Drosselanschlag sollte so eingestellt werden, dass die heiße Leerlaufdrehzahl etwa 100 U/min unter der gewünschten Leerlaufdrehzahl liegt. Dies bietet eine Basis für das Leerlaufregelsystem, um effektiv zu arbeiten.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Leerlaufdrehzahlregelung kein unruhiges Leerlaufverhalten kompensieren kann. Zunächst sollten Kraftstoff- und Zündkennfelder abgestimmt werden, um stabile Leerlaufbedingungen zu erreichen. Die Zündverstellungstabelle sollte im Leerlaufbereich relativ flach sein, um die Leerlaufstabilität zu unterstützen. Wenn der Motor in schlechtem Zustand ist, kann die Leerlaufregelung Schwierigkeiten haben, eine konstante Drehzahl zu halten. Ebenso ist es wichtig, sicherzustellen, dass keine Luftlecks im Ansaugsystem vorhanden sind.
 

Die Leerlaufregelung ist nicht dazu gedacht, mechanische Probleme zu beheben, die zu schlechtem Leerlauf führen, sondern soll eine konstante Drehzahl aufrechterhalten, wenn zusätzliche Lasten wie Servolenkung oder Klimaanlage ein- oder ausgeschaltet werden.
 

Parameter
Bitte beachten Sie, dass die Leerlaufdrehzahlregelung nur aktiv ist, wenn die Drosselklappenstellung unter 2,0 % liegt und die Motordrehzahl innerhalb von 500 U/min der gewünschten Leerlaufdrehzahl liegt. Zudem wird die Leerlaufdrehzahl bei kaltem Motor erhöht und erreicht das 1,5-fache der Ziel-Leerlaufdrehzahl bei 0 Grad Celsius, um dann mit steigender Motortemperatur bis 60 Grad Celsius allmählich auf die Ziel-Leerlaufdrehzahl abzusinken.
 

Der erste Parameter, der angepasst werden sollte, ist der proportionale Verstärkungsfaktor, da dieser den größten Einfluss auf die Reaktion des Leerlaufregelsystems hat. Der Verstärkungsfaktor sollte so hoch wie möglich eingestellt werden, ohne dass der Motor zu schwingen oder zu oszillieren beginnt.
 

Wie bereits erwähnt, kann der proportionale Verstärkungsfaktor allein den Fehler nicht vollständig eliminieren, daher ist etwas integraler Verstärkungsfaktor erforderlich, um einen Basis-Tastgrad oder eine Basisventilposition bereitzustellen. Der integrale Verstärkungsfaktor treibt das System langfristig auf die Ziel-Leerlaufdrehzahl hin, aber zu viel integraler Verstärkungsfaktor kann Überschwingen und Schwingen verursachen.
Der differentielle Verstärkungsfaktor kann angewendet werden, um das Überschießen der Ziel-Leerlaufdrehzahl zu reduzieren. Dieser Parameter hilft, die Reaktionszeit des Leerlaufregelsystems zu verbessern. Allerdings benötigen einige Systeme überhaupt keinen differentiellen Verstärkungsfaktor.