MAF Kit
Dodane przez tkacki dnia Listopada 07 2006 22:55:11




MAF Kit


Autor

Tomasz K帷ki
Mail: tkacki@hotmail.com
Profil zawodowy: http://www.linkedin.com/in/tomaszkacki
Tel. 502 188 323

Wersja dokumentu: 2.4 z dn. 26.10.2006.

Cel projektu

Teoria
Przep造womierz mechaniczny AFM.
Przep造womierz masowy z gor帷ym filmem - MAF.
Konwersja AFM do MAF.
Badania
Uk豉d pomiarowy.
Laboratorium
Pomiary
Konstrukcja prototypu. Testy. Podsumowanie.



Cel projektu

Jednym z najs豉bszych punkt闚 silnika 924S/944 jest przep造womierz. Rozwi您anie pochodzi z pocz徠ku lat 80-tych, kiedy do pomiaru przep造wu powietrza dla elektronicznie sterowanego systemu wtryskowego stosowano przep造womierze mechaniczne (AFM). Celem projektu jest stworzenie zamiennika dla AFM opartego na przep造womierzu MAF wykonanym w technologii gor帷ego filmu i pozbycie si "klapki ze spr篹yn" z dolotu.

Za這瞠nia:
  • Rozwi您anie ma by kilkakrotnie ta雟ze od dost瘼nych na rynku zestaw闚 (np: Promax, ok 500 GPB). Przewidywany koszt ok. 1000 z.

  • Przep造womierz ma by zamiennikiem "drop-in", nie wymagaj帷ym dodatkowych sterownik闚, zmiany chip'a DME, zmian w dolocie, itp.

  • Nowe rozwi您anie nie powinno posiada 瘸dnego negatywnego wp造wu na silnik.

  • Projekt nie jest tuningiem - nie planuje si podwy窺zania mocy poprzez zmian charakterystyk przep造womierza. Jedyny uzysk polega ma na wyeliminowaniu dociskanej spr篹yn przes這ny (AFM).


Teoria


Przep造womierz
mechaniczny AFM.


W przep造womierzu AFM, sygna wyj軼iowy zale篡 od obj皻o軼i przep造waj帷ego
powietrza. AFM nie ma kompensacji temperaturowej, wi璚 nie mierzy ilo軼i
tlenu w powietrzu lecz obj皻o嗆 powietrza. Aby dobra optymalnie sk豉d mieszanki,
komputer steruj帷y silnikiem (DME) potrzebuje informacji o temperaturze
zasysanego do silnika powietrza aby obliczy stechiometryczn dawk paliwa
i odpowiednio wysterowa wtryskiwacze. W tym celu w korpusie AFM umieszczono
czujnik temperatury w postaci termistora NTC (Negative Thermal Conductivity).

AFM przekszta販a dwie wielko軼i
fizyczne:


  • obj皻o嗆 powietrza - Vp .


  • temperatur powietrza - Tp .


w wielko軼i elektryczne:

  • napi璚ie proporcjonalne do przep造wu - Up.


  • rezystancj odwrotnie proporcjonaln do temp. - Rt.




Mamy wi璚 dwie funkcje: f1 i
f2, kt鏎ych interpretacja jest zapisana w programie DME.

Konstrukcja przep造womierza
mechanicznego:



Przep造womierz
masowy z gor帷ym filmem - MAF.


W przep造womierzu MAF pomiar odbywa si na zasadzie pomiaru spadku temperatury
sztucznie podgrzewanej p造tki (film) w wyniku ch這dzenia jej przez op造waj帷e
powietrze. Jak nietrudno si domy郵e, szybko嗆 ch這dzenia przek豉daj帷a
si na sygna wyj軼iowy przep造womierza zale篡 nie tylko od ilo軼i przepompowanego
powietrza, ale tak瞠 od jego temperatury i wilgotno軼i (co praktycznie nie
zachodzi w przypadku AFM). Pomiar masy zasysanego powietrza jest tu cz窷ciowo
skompensowany temperaturowo (zimniejsze powietrze zawiera wi璚ej tlenu,
szybciej ch這dzi film - wi瘯szy sygna wyj軼iowy). Dodatkowo, w korpusie
umieszczono NTC aby sterownik m鏬 dok豉dniej oblicza dawki stosuj帷 poprawki
do wst瘼nie skompensowanych temperaturowo warto軼i sygna逝 masy.



MAF przekszta販a dwie wielko軼i
fizyczne:

  • mas powietrza - Mp .

  • temperatur powietrza - Tp .


w wielko軼i elektryczne:

  • napi璚ie proporcjonalne do masy i odwrotnie do temp. - Um .

  • rezystancj odwrotnie proporcjonaln do temp. - Rtt.



Mamy wi璚 nast瘼ne dwie funkcje: f3 i f4, kt鏎ych interpretacja jest zapisana
w programie DME, dla sterownik闚 wsp馧pracuj帷ych z takim rodzajem przep造womierza.




Konwersja AFM do MAF.


Sprawa wydaje si banalnie prosta. Nale篡 zastosowa MAF zamiast AFM i wykona
elektroniczny uk豉d dopasowuj帷y tak, aby wielko軼i fizyczne mierzone przez
MAF przedstawi w formie sygna堯w elektrycznych AFM, kt鏎e "umie"
zinterpretowa DME w samochodzie.

Up = fx(
Mp, Tp )
Rt = fy( Tp )


Nale篡 znale潭 fx i fy.
Pami皻ajmy, 瞠 MAF na wyj軼iu daje Um i Rtt, a tylko to mo瞠my
mierzy naszym uk豉dem dopasowuj帷ym. Mamy wi璚:

Up = fx(
Mp, Tp ) = ftx ( f3(Mp,Tp) ) = ftx ( Um )
Rt = fy( Tp ) = fty ( f4(Tp) ) = fty ( Rtt )


Urz康zenie dopasowuj帷e sygna造
musi wi璚 implementowa funkcje transferuj帷e dla sygna堯w elektrycznych:
ftx i fty. Poniewa sygna造 napi璚iowe s w zakresie 0 ..5V
idealnie do tego celu nadaje si uk豉d mikroprocesorowy.

Schemat blokowy uk豉du
dopasowuj帷ego wygl康a nast瘼uj帷o:



A/D - przetwornik analogowo-cyfrowy
D/A - przetwornik cyfrowy-analogowy
CPU - mikroprocesor z programem implementuj帷ym funkcje ftx i fty.

Do wykonania uk豉du pos逝篡
12-bitowy mikroprocesor jednouk豉dowy taktowany zegarem 20MHz wyposa穎ny
w multipleksowany 8-mio kana這wy szybki przetwornik A/D o rozdzielczo軼i
10bit. Opr鏂z dok豉dno軼i przetwarzania sygna逝, uk豉d musi wytrzyma temp.
-50...+80 st C. Potrzebna jest wi璚 "wojskowa" wersja uk豉du,
kt鏎a pracuje w temp poni瞠j 0 st. C.

Wszytko wydaje si w miar
jasne, tylko jak znale潭 ftx i fty ? Odpowied jest prosta:
trzeba wykona badania.



Badania


Uk豉d pomiarowy.

Aby zbada charakterystyki przep造womierzy, w celu wyznaczenia ich funkcji
przetwarzania wielko軼i fizycznych w elektryczne, co pozwoli這by na matematyczne
wyznaczenie ftx i fty nale瘸這by pos逝篡 si specjalistycznym
sprz皻em - skalibrowanym przep造womierzem powietrza. Sprz皻 ten jest trudno
dost瘼ny i drogi.
Jest
jednak mo磧iwe obej軼ie tego problemu: zastosowanie badania r騜nicy wielko軼i
elektrycznych na obu przep造womierzach w celu wyznaczenia od razu ftx
i fty bez badania charakterystyk przep造wu. Interesuje nas to, aby
MAF + konwerter dawa sygna taki jak AFM przy tym samym przep造wie i jednakowej
temperaturze - znajomo嗆 nominalnego przep造wu w jego wn皻rzu jest w gruncie
rzeczy ma這 istotna.

Schemat uk豉du pomiarowego
do wyznaczania funkcji transferowych wygl康a nast瘼uj帷o:




Laboratorium

Tak wygl康a uk豉d pomiarowy w rzeczywisto軼i:




Pomiary

Stosuj帷 wymuszony
przep造w powietrza zmierzono warto軼i Um i Up dla temp. otoczenia
20 st C.



W陰czenie przep造wu nast徙i這
w okolicach pr鏏ek 100 oraz 360. Wy陰czenie w okolicy pr鏏ek 200 i 450.
W zakresie pr鏏ek 200-260 oraz 430-490 przep造w powietrza powoli wygasa.
Wida r騜nice w czu這軼i przep造womierzy oraz napi璚ia spoczynkowe (dla
braku przep造wu w zakresie pr鏏ek 1 - 100). Ujawnia si nieliniowo嗆 sygna逝
Um (przep造womierz MAF) i dobra liniowo嗆 oraz stabilno嗆 Up w nasyceniu
(AFM).

Zale積o嗆 pomi璠zy Um
a Up dla temperatury otoczenia 20 st C wygl康a wi璚 nast瘼uj帷o:



Podobne pomiary nale瘸這 wykona
dla r騜nych temperatur otoczenia oraz znacznie wi瘯szej liczby pr鏏ek (kilkana軼ie
tysi璚y), aby pozby si wp造wu zak堯ce na proces wyznaczania funkcji.


Do analizy danych sp造waj帷ych
z systemu mikroprocesorowego wykonano aplikacj, kt鏎a:

  • gromadzi dane z pomiar闚 w bazie danych pr鏏ek (odczyt przez RS-232,
    specjalnie opracowany protok馧),

  • wykonuje czyszczenie danych:


    • eliminuje powtarzaj帷e si pr鏏ki,

    • u鈔ednia rozrzuty danych (niedok豉dno嗆 przep造womierzy i samego
      pomiaru),

    • uzupe軟ia nieci庵這軼i w danych (aproksymuje brakuj帷e warto軼i
      w pr鏏kach po dyskretyzacji przy u篡ciu przetwornik闚),




  • wylicza tablice przej軼ia (mapy) dla algorytm闚 implementuj帷ych funkcje
    ftx i fty,

  • generuje pliki z zawarto軼i map oraz fragmentami kodu 廝鏚這wego
    dla programu procesora pracuj帷ego w uk豉dzie dopasowuj帷ym sygna造
    (konwerter).


Prezentacja pr鏏ek i czyszczenie
danych:




Wyznaczanie progu czu這軼i AFM
funkcji dla aproksymacji wielomianowej pe軟ego zakresu napi耩:



Generacja mapy bitowej (przyk豉d
dla mapy konwersji napi耩 Um->Up):



Konstrukcja
prototypu. Testy. Podsumowanie
.
Ju wkr鏒ce......:)