Mx00/M84 Tyhjäkäynnin säätö

Johdanto
Tämä tekninen muistiinpano tarjoaa yksityiskohtaisen selityksen erilaisista tyhjäkäyntinopeuden säätöstrategioista, joita voidaan toteuttaa MoTeC Gold Box -moottorinohjausyksiköillä. Tyhjäkäyntinopeuden säätö on olennainen toiminto moottorin tyhjäkäyntikierrosten pitämiseksi halutulla alueella, ja se voidaan saavuttaa käyttämällä joko 2-, 3- tai 4-johtimista tyhjäkäyntiventtiiliä. Nämä venttiilityypit toimivat säätämällä työjaksoa (Duty Cycle), joka tarkoittaa signaalin pois päältä ja päälle kytkemisen suhdetta, mikä käytännössä ohjaa venttiilin asentoa. Lisäksi askelmoottoriventtiilit ovat tuettuina M400-, M600- ja M800-moottorinohjaimissa, tarjoten toisen tavan hallita tyhjäkäyntinopeutta.

Lisäulostulot
Näiden venttiilien ohjauksessa 2-johtimisille venttiileille tarvitaan yksi lisäulostulo, kun taas 3-johtimisille venttiileille tarvitaan kaksi lisäulostuloa asianmukaista toimintaa varten. 

Molemmissa tapauksissa yksi lisäulostulo on määritettävä erityisesti tyhjäkäyntinopeuden säätöön, joka vastaa toimintoa 2 moottorinohjaimen asetuksissa. 3-johtimisille venttiileille toinen lisäulostulo tulisi määrittää tyhjäkäyntiorjaksi, joka on toiminto 7. 

4-johtimisissa askelmoottoreissa, jotka on kytketty M400-, M600- tai M800-moottorinohjaimeen, järjestelmä käyttää lisäulostuloja 5, 6, 7 ja 8. Ulostulo 5:n määrittäminen askelmoottorin tyhjäkäyntinopeuden säätöön varaa automaattisesti muut ulostulot tälle toiminnolle, mikä yksinkertaistaa asetusten tekemistä.
 

Lisäksi M400-, M600- ja M800-moottorinohjaimet pystyvät hallitsemaan tyhjäkäyntinopeutta Drive by Wire (DBW) -kaasujärjestelmän kautta. Tämä Drive by Wire -toiminto määritetään lisäulostulolle 1, joka puolestaan automaattisesti määrittää lisäulostulon 2. Tyhjäkäynnin säätöparametreja säädetään sitten lisäulostulon 2 asetusten kautta. Tarkkoja kytkentä- ja perusasetustietoja varten suositellaan tutustumaan MoTeCin tarjoamiin venttiilipiirroksiin.

Asetusparametrit
On tärkeää räätälöidä asetukset vastaamaan asennuksen erityisvaatimuksia. Jokaiselle tyhjäkäynnin säätötyypille on liitetty ohjedokumentaatio, joka tarjoaa yksityiskohtaista tietoa ja ehdotettuja aloitusarvoja säätöprosessin tueksi.
 

Proportional Gain (P-korjaus)
Proportional gain -parametri vastaa välittömästä vasteesta moottorin todellisen kierrosluvun ja tavoitellun tyhjäkäyntikierrosluvun väliseen poikkeamaan eli 'virheeseen'. Se ohjaa suurinta osaa järjestelmän vasteesta, kun moottori toimii poissa tavoitellusta tyhjäkäyntinopeudesta. Proportional vaste lasketaan kertomalla proportional gain (’P’-parametri) virhearvolla, joka on nykyisen kierrosluvun ja tavoitekierrosluvun erotus. Kuitenkaan pelkkä proportional gain ei voi täysin poistaa virhettä, koska virheen pienentyessä myös proportional vaste pienenee.
 

Integral Gain (I-korjaus)
Integral gain on hitaammin muuttuva tekijä, joka pyrkii vähentämään virhettä pidemmällä aikavälillä. Integraalinen komponentti kasvaa niin kauan kuin virhe ei ole nolla. Esimerkiksi tyhjäkäyntiventtiili tarvitsee usein tietyn työjakson pitääkseen asennon. Kun virhe on lähellä nollaa, proportional ja derivative -komponenttien vaikutus on vähäinen, mutta integraalinen komponentti ylläpitää venttiilin asentoa vakaasti.
 

Derivative Gain (D-korjaus)
Derivative gain tarjoaa vaimennuksen ohjausjärjestelmälle, parantaen sen vasteaikaa. Se perustuu virhearvon muutoksen nopeuteen, eli derivatiivinen komponentti kasvaa äkillisissä virheen muutoksissa verrattuna hitaampiin muutoksiin. Tämä auttaa vakauttamaan järjestelmää ja estämään tavoitellun tyhjäkäyntinopeuden ylityksen.
 

Dead Band (kuollut vyöhyke)
Dead band tarkoittaa toleranssialuetta tavoitekierrosluvun ympärillä, jossa moottorinohjain ei yritä korjata virhettä. Koska fyysiset järjestelmät eivät koskaan täysin vastaa tavoitearvoa, virhe ei koskaan ole tarkalleen nolla. Dead band estää säätimen jatkuvan turhan hienosäädön moottorin nopeudelle. Esimerkiksi, jos moottorin nopeus vaihtelee plus tai miinus 50 kierrosta tavoitellun tyhjäkäyntinopeuden ympärillä, tämä on yleensä hyväksyttävää eikä aiheuta havaittavia vaikutuksia. Asettamalla tämä alue dead bandiksi moottorinohjain lopettaa tyhjäkäynnin säätötoimenpiteet, kun kierrosluku on tämän toleranssin sisällä.
 

Anti-Stall Gain (käynnistyksen eston korjaus)
Anti-stall gain on lisäkorjaus, joka lisätään proportional gainiin, kun tyhjäkäyntikierrosluku laskee 300 kierrosta tavoiteltua tyhjäkäyntinopeutta alemmaksi. Tämä toiminto lisää sekä vasteen voimakkuutta että nopeutta näissä olosuhteissa, auttaen estämään moottorin sammumisen.
 

Ilmastoinnin ja ohjaustehostimen kompensointi
Kun ilmastointi (AC) tai ohjaustehostin (PS) ovat käytössä, moottorinohjain kompensoi moottorin lisäkuormaa säätämällä tyhjäkäyntinopeutta vastaavasti. Tämä kompensointi voidaan toteuttaa lisäämällä kiinteä työjakso venttiilille, siirtämällä askelmoottoria tietyn määrän askeleita tai lisäämällä kaasuläpän kulmaa Drive by Wire -järjestelmissä. Tämän toiminnon käyttöönottoa varten AC:n ja PS:n tilatietojen digitaalisten tulojen on oltava oikein määritetty moottorinohjaimessa.

Maksimiaskeleiden nopeus, maksimiasento, maksimityöjakso ja integraatioraja
Nämä parametrit asettavat rajat sille, kuinka aggressiivisesti tyhjäkäynnin säätöjärjestelmä voi reagoida virheisiin. Askelmoottoreille maksimiaskeleiden nopeus määrittää nopeimman mahdollisen askellusnopeuden. Drive by Wire -kaasuttimissa on rajoituksia maksimikaasuläpän kulmalle ja maksimityöjaksolle, jotka ohjaavat kaasuläpän säätönopeutta. Integraatioraja rajoittaa maksimityöjaksoa, jonka integraalinen korjaus voi lisätä, estäen integraalikomponentin liiallisen kasvun, jos virhe ei koskaan saavuta dead band -aluetta. Nämä parametrit tulee asettaa käytetyn tyhjäkäyntisäätölaitteen ominaisuuksien mukaan.
 

Taajuus
Taajuusparametri määrittää venttiiliohjauksen signaalin käyttökohdan taajuuden. On tärkeää asettaa tämä taajuus venttiilin teknisten tietojen ja ominaisuuksien mukaisesti optimaalisen toiminnan varmistamiseksi.
 

Minimi- ja maksimityöjakso
Minimi- ja maksimityöjakso määrittävät venttiilin tehokkaan toimintavälin. Nämä asetukset varmistavat, että venttiili ehtii avautua täysin minimityöjaksolla ja sulkeutua täysin maksimityöjaksolla. Arvot määräytyvät venttiilin fyysisten ominaisuuksien perusteella.
 

Tyhjäkäynnin säätö
Mekaaninen asennus
Optimaalisen tyhjäkäyntisäädön saavuttamiseksi kuormantunnistus tulisi asettaa käyttämään imusarjan painetta. Jos kaasuläpän kautta tapahtuvaa kuormantunnistusta käytetään, MAP-anturi on kytkettävä imusarjaan tarjoamaan tarkat lukemat. Tämä asetus varmistaa, että polttoaineen syöttö säätyy oikein, kun säätöventtiili avautuu ja sulkeutuu. Lineaarinen MAP-kompensointitaulukko tulisi laatia siten, että polttoaineen säätö on -100 % 0 kPa:ssa ja 0 % 100 kPa:ssa. Ahdetuissa moottoreissa tätä taulukkoa tulisi jatkaa lineaarisesti yli 100 kPa:n paineille. Lisäksi polttoaineen paineensäädin tulisi kytkeä imusarjaan ylläpitämään tasaista polttoainepainetta.
 

Kaasuläpän pysäytys tulisi säätää siten, että kuuma tyhjäkäyntikierrosluku on noin 100 kierrosta haluttua tyhjäkäyntinopeutta alempi. Tämä tarjoaa perustason tyhjäkäyntisäätöjärjestelmälle tehokkaaseen toimintaan.
On tärkeää huomata, että tyhjäkäyntinopeuden säätö ei korjaa epävakaata tyhjäkäyntikäyttäytymistä. Ensisijaisesti polttoaine- ja sytytyskaaviot tulee säätää vakaiden tyhjäkäyntiolosuhteiden saavuttamiseksi. Sytytyksen ennakointitaulukon tulisi olla suhteellisen tasainen tyhjäkäyntialueella tukemaan tyhjäkäynnin vakautta. Jos moottori on huonossa kunnossa, tyhjäkäyntinopeuden säätö voi vaikeutua vakaan kierrosluvun ylläpitämisessä. On myös olennaista varmistaa, ettei imuilmastossa ole ilmavuotoja.
 

Tyhjäkäynnin säätö ei ole tarkoitettu korjaamaan mekaanisia ongelmia, jotka aiheuttavat huonoa tyhjäkäyntiä, vaan pitämään kierrosluku vakaana, kun lisäkuormia, kuten ohjaustehostinta tai ilmastointia, kytketään päälle tai pois päältä.
 

Parametrit
Huomaa, että tyhjäkäyntinopeuden säätö on aktiivinen vain, kun kaasuläpän asento on alle 2,0 % ja moottorin kierrosluku on 500 kierroksen sisällä halutusta tyhjäkäyntinopeudesta. Lisäksi tyhjäkäyntinopeutta nostetaan, kun moottori on kylmä, saavuttaen 1,5-kertaisen tavoitellun tyhjäkäyntinopeuden 0 °C:ssa ja vähitellen laskien tavoitelluksi tyhjäkäyntinopeudeksi moottorin lämpötilan noustessa 60 °C:seen.
 

Ensimmäinen säädettävä parametri tulisi olla Proportional Gain, sillä sillä on suurin vaikutus tyhjäkäyntisäätöjärjestelmän vasteeseen. Korjaus tulisi asettaa mahdollisimman korkeaksi ilman, että moottori alkaa heittelehtiä tai väristä.
 

Kuten aiemmin mainittiin, pelkkä proportional gain ei voi täysin poistaa virhettä, joten jonkin verran integral gainia tarvitaan tarjoamaan perustason työjakso tai venttiilin asento. Integral gain ohjaa järjestelmää kohti tavoiteltua tyhjäkäyntikierroslukua pitkällä aikavälillä, mutta liiallinen integral gain voi aiheuttaa ylityksiä ja heittelyä.
Derivative gainia voidaan käyttää vähentämään tavoitellun tyhjäkäyntinopeuden ylitystä. Tämä parametri auttaa parantamaan tyhjäkäyntisäätöjärjestelmän vasteaikaa. Joissakin asetuksissa derivative gainia ei kuitenkaan tarvita lainkaan.