自家製ディーゼルエンジンコントロールユニット

車はあらゆる種類の電子機器で長い間生い茂っていたので、生い茂ったほど怖いです。コントローラーのドア、コントローラーのヘッドライト、コントローラーのブレーキ、エンジンのように、あたかもそれなしで。 通常、エンジンコントロールユニット（ECU）に関しては、ガソリンエンジンが吊り下げられ、センサー、アクチュエーター、ワイヤーハーネスが取り付けられています。 コントロールユニットはセンサーのパラメーターを敏感に読み取り、混合物とスパークの開始を調整します。 難しい しかし、愛好家は独自のコントロールユニットを作成し、代替ファームウェアを作成して余分な「ポニー」を絞り出し、ある種の誤動作を回避するか、単にスキルを向上させます。 さらに、原則として、状況は著者をそのようなステップに追いやります。例えば、ガソリンエンジンの接触点火システムへの不満、電気の軽い不足などです。



これらの状況とディーゼルエンジンについて説明します。



だから、問題の声明：



与えられた：

• PSA製の機械式ポンプDW8付きディーゼルエンジン、2000 ポンプは時々停止します。
• DW8Bモーターの改造から噴射タイミングを電子制御する新しい燃料ポンプ（時折購入）（同じ状況）。
• 電子制御用の配線、制御ユニット自体の完全な欠如。
• ポンプの単純な電子機器に対処し、スキルを高め、そのようなポンプの動作をより深く研究したいという願望。

必要：「融合」後のサービス可能なエンジン。

理論のビット

以前は、ディーゼルエンジンが大きい場合、インライン高圧ポンプによって制御されていました。 すべてが非常に簡単です-各シリンダーに対して、ノズルを通して燃料を押すプランジャー。 カムシャフトがプランジャーを押します。プランジャーのカムリフトの高さは可変であるため、エンジン制御が得られます。



その後、彼らはポンプをより複雑な分散型にするようになりました。 そこには1つまたは2つのプランジャーがあり、圧力下の燃料はすでに特別なメカニズムによってシリンダーに分配されています。 管理はより複雑ですが、それでも機械的なものです。スロットルレバーなどです。



完全に電子的な噴射システムは機械式のものに置き換えられました。各インジェクターはコントロールユニットからのコマンドで開き、燃料を正確に投与し、最も環境に優しく経済的なエンジン操作モードを提供します。



私のポンプは、機械的分布と電子的分布の中間に位置しています。 実際、回転式分配ポンプ（製造元Lucas-Delphi）、単一の作動要素：注入前進バルブ。

私が最初にポンプを購入したとき、私はポンプの側面にある奇妙なソレノイドを重要視せず、「なる」ことに決めました。



どのような種類の注入リード？ 後で判明したように、エンジンの動作において非常に重要なパラメーターです。 それは、加速、最大速度、およびエンジン消費に依存します。 ガソリンエンジンの類似物はUOZ（点火タイミング）です。



この噴射角度の本質は簡単です。シリンダー内で燃料を燃やすのに時間がかかります。 エンジン速度が高いほど、燃料の時間は短くなるため、早期にシリンダーに噴射する必要があります。そのため、ピストンがTDCを通過した後、燃料はすでに燃焼し、フライホイールにエネルギーを与えます。 逆に低回転では、TDCで燃料を直接噴射する必要があります。これにより、燃料が前もって燃え始めたり、ピストンに負荷がかかったりすることはありません。 冷たいエンジンでは、吸気は早く、高温のエンジンでは-後で行う必要があります。 負荷がかかっている-早い（燃料が多い）、ない-遅い。 1つのパラメーターにこのような科学があります。



簡単なグーグルは規制オプションに関するかなり少ない量の情報を示した-明らかにこれは多くの燃料装置の開発者であり、修理工でさえ理論に基づいていない。 角度の絶対値で特に悲しい-異なるエンジンの場合、値はわずかに異なり、すべてが秘密の暗闇で覆われています。



この図から始めた理解：







まあ、絶対値がないことを除いて、複雑なことは何もありません。



理論的研究に加えて、このシステム全体の機械的類似物を見る価値がありました-古いポンプにあるのは良いことです。 そこにある注入タイミングのメカニズムは非常にシンプルで、エレガントでもあります。 ポンプケーシング内の燃料圧力によって押されたピストンは、バネによって支持され、アクチュエータ（リードリング）に接続されます。 回転数が増加すると、ピストンへの圧力が増加し、噴射が初期側にシフトします。 負荷が増加すると、まったく同じことが起こります。 さらに、アクセルペダルを押すとスプリングの剛性が変化します。ペダルを押すほど、スプリングが弱くなり、角度が大きくなります。 今は電子機器の形で同じことを実現するだけです。つまり、センサーとアクチュエータから何が利用できるかを評価する時です。



一番簡単な方法は後者です。 そのうちの1つ、噴射タイミングバルブ、2本のワイヤがあります。 ソレノイドは燃料ラインのロックを解除し、それによってポンプのリードリングの圧力を下げます。 完全に開いたバルブは、最小のリードに対応し、閉じた-最大に対応します。 調整は、約50Hzの周波数でPWMを使用して実行されます。 調整の度合いは高く、このバルブを使用すると、タイミングベルト上の歯全体を伸ばすことができ、範囲は約25〜30度です。 これはプラスです。 マイナスのうち、1つの充填角度は、燃料温度に応じて制御信号の異なる充填値に対応します。 これにより、オープンな規制システムが自動的に除外されます。つまり、センサーを確認するときが来たということです。



したがって、システムによって制御される主なパラメーターは、現在の点火時期です。 角度は、何かと何かの間の度単位の値を指します。 ディーゼルエンジンには、2つのセンサーがあります。最初のシリンダーのノズルにあるクランクシャフト位置センサーとニードルリフトセンサーです。



私のエンジンのセンサーは誘導性です。 クランクシャフトポジションセンサーにほぼ対応する写真を次に示します。







センサー巻線は、永久磁石またはコイルを通る直流電流によって磁化されます。 センサーから軟磁性障害物までの距離が変化すると、コイルを流れる電流が変化し、センサーの出力で電圧パルスとして記録されます。 このようにして、マークの近似値（正の運動量）と距離（負の値）の両方を固定できることが注目に値します。



しかし、ディーゼル車では、このセンサーは少し異なります-写真では、センサーはフライホイールの歯と相互作用します。私の場合、フライホイールには直径の反対側に2つの凹部があります。 フライホイールの1回転につき2パルスを与えます。これは、燃料ポンプのシャフトの1回転につき4パルスを意味します。 計算された周波数の4倍の信号を受信して​​、この単純な知恵を学びました。 このアプローチにはプラスがあります。4つのパルスがあるため、どのノズルからでも信号を除去できます。







ニードルリフトセンサーも同じ方法で作られていますが、ノズル本体にあります。 燃料は圧力下でアトマイザーの針を弱め、同時にノズルコイルに弱いインパルスを誘導します。



したがって、システムのパフォーマンスを最小限にするには、2つのセンサーが必要です。 私の車には（残念ながら）クランクシャフトポジションセンサーがありました。 センサー付きのノズルは別途購入する必要がありましたが、幸いなことに、分解するための費用は一切かかりません。



ここで、信号を処理してコントローラーに入力する必要がありますが、これもまた困難です。 難点は、入力回路の完成した回路についてはインターネット上で何も見ることができないためです。 設計の最中に、膝に簡単な信号調整器が組み込まれました。LM358の差動アンプとシュミットトリガーです。 ゲインはランダムに選択され、約50でした。両方のセンサーから完全に正常な信号を受け取ったときは、なんて嬉しいことでしたか！



実際のエンジンパラメータを評価する時が来ました。 また、膝の上に、2つの信号間で最も簡単な角度計を1度の許容精度で組み立てました。 設計-ATMEGA8Aマイクロコントローラーとわかりやすい7セグメントインジケーター。



データは少し奇妙でした。 したがって、私のデバイスによる最大リードは25度であり、エンジンがストールしない最小リードは8です。これは、リード角の負の値が表示される記事の最初からグラフに適合しませんでした。 私は誰かが違反したかどうかを確認するためにストロボを作らなければなりませんでした。 破れず、フライホイールのマークだけがTDCに対して約10度ずれていることがわかりました。

ああ、1つのパラメーターを調整するには「何か」が多すぎます。 最初に、オウムの依存グラフ、次に未知の定数。 「耳で」、「匂いで」、そしてペダルへの反応によって、エンジンのチューニングが助けになりました。 喜びは、フォーラムで経験豊富なディーゼルエンジニアがチューニングに関してまったく反対のアドバイスを与えるという事実によって追加されました。 多くの人にとって、ピストンのリンギングとエンジンの大きな動作は噴射遅延​​ですが、実際はそれとは正反対です。 「ボトムス」のクレイジーディーゼルトラクション-実際には、過度の前進噴射の結果-逆に。 次の結論は、私自身の経験から得られたものです。



低速では、角度は最小限に抑える必要があり、完全に冷たいエンジンを始動するときに境界を検出できます。 グロープラグをオフにした後に失速する場合-角度が遅すぎる場合は、リードを増やします。 私のオウムでは8〜9度です。 この設定では、クラッチペダルを急激に放してもエンジンはストールせず、4速ギアでもアイドル状態になります。 このような静的角度は、1500 rpm以上でエンジンを回転させることが不可能であると同時に、ディーゼル燃料を排気管に投げ込むことができないため、快適な操作には適していません。



上限も実験的に判明しました。約25度の角度により、高速でのエンジンの回転だけでなく、車の加速も可能になります。 同時に、特徴的なピストンのガタガタ音はありません。排気の臭いには、健康でわずかに「カマズ」臭があり、酸っぱい肉と黒煙はありません。 これは間接的に、ディーゼル燃料が完全に燃え尽きていることを意味しますが、高温ではありません。



それをすべてまとめて、美しくデザインし、コントロールユニットをロールバックします。 しかし、喜びは短命でした。 最初に私は、ノズルからの最も単純な信号ドライバーが非常にクラッシュし、速度が1800-2000 rpmに増加すると1つではなくパルスのバーストを与えることを発見しました。 、ガソリンECUの典型的なシェーパー回路のアセンブリも同様です。 この問題の解決策の検索は、インターネットに定期的に表示されます。 同じ場所で、正しい思考の列が提案されました-特殊なマイクロ回路を使用する。







MAX9926と呼ばれ、クランクシャフト位置センサー、ABSセンサー、およびその他の誘導センサー用の専用ICの全製品です。 レビューによると-まあ、ただの万能薬は、ノイズレベルからの干渉の存在下で有用な信号を引き出します。 しかし、私は彼女を居住地で見つけることができませんでした（聞いたことすらありませんでした）。または中国からの注文（高価で大規模なパーティーのみ）でした。 しかし、内部構造を持つデータシートがあります。繰り返してみませんか？



その結果、そのようなスキームが生まれました。

少し説明

U5チップには、適度なゲインを持つ差動アンプが組み込まれています。 ここには機能はありませんが、せん断抵抗のないユニポーラ電源は、このオペアンプには必要ありません。



興味深い部分は、コンパレーターU6でコンパイルされています。 実際、これはラッチ付きの基本的なシングルショットコンパレータです。 ヒステリシスは抵抗R24によって導入され、抵抗R23とダイオードD10は信号の立ち下がりエッジを約5ミリ秒遅延させます。これにより、200 Hzを超える繰り返しレートのすべての信号を無視できます。



ダイオードD11と抵抗R26、R27により、コンパレータのリファレンス入力は可変電位でハングします。 コンパレータの入力での信号レベルが高いほど、その動作のしきい値が高くなります。 これにより、エンジン速度に応じて有用な信号のレベルが異なるという問題が解決されます。



うまくいきました！ 今、干渉なしで、信号がノズルとクランクシャフトセンサーから受信されます。 注入のタイミングを調整します。 明らかに、 PIDコントローラーは規制を要求します。 いつものように、複雑さはその構成にあります。



PID係数を計算するためのいくつかの数値的方法は、制御に対するポンプの応答に関するデータがまったくない場合に分けられます。 だから、拾う必要があります。 それらはすべて比例係数で始まり、値1を試しましたが、すでにレギュレーターの動作を見ました。 このようなレギュレーターの反応時間は短く、所定の角度は約3〜4秒で設定され、変動する傾向があります。 すべてうまくいきますが、このアプリケーションでは、進行方向に制御エラーを起こすことができますが、遅延方向にある程度ではありません。 角度の遅れは高速で特に痛く、車は時速100 kmしか走行していないようでしたが、すでにブレーキのようにエンジンを制動しています。 次に、直接比例係数と4倍の逆数を導入しました。 角度が遅延になると、コントローラーは安全な値にすばやく戻します。

PおよびI係数は、自励発振がないという基準に従って「目で」選択されました。



回転からリード角を変更する法則は、これまでのところテーブルに詰まっているわけではありませんが、フリルなしで線形法則に従います。 確認のために行うので、混乱する可能性があります。



ポンプのガスペダルセンサーは、ポンプアームの軸上の可変抵抗器の形で作られており、抵抗器スライダーはマイクロコントローラーのADCに接続されています。 「床まで」ペダルを踏むと、設定角度が2度変化します。 一番感じているのは、スロットルレスポンスとエンジンスピードが良いことです。

鉄について

このレギュレーターのプロセスはゆっくり流れるため、特別な速度は必要ありません。 タスクは、わずか1 MHzの周波数でMEGA8A AVRマイクロコントローラーによって処理されました。 彼は快適にPIDを読み取り、センサーによる割り込みを処理し、7セグメントインジケーターに現在の角度を表示し、デバッグ情報をシリアルポートに出力します。



最初にあらゆるものに組み立てられ、モーターからのワイヤーにぶら下がったデバイスは、タコメーター制御ユニットの文化的な建物に移行しました。 それはそのようにリリースされただけでなく、モーターの「編組」が持ち上がった密封された15ピンコネクタとともにリリースされ、標準のタコメーターは新しいシェーパーから信号を受信します。







一般に、要約することは可能であり、必要です。



開発は間違いなく成功です。 新しいポンプで数百キロメートル走行しても、古い機械式ポンプと比較して動作に違いは見られませんでした。 燃料消費量はわずかに低下し、都市サイクルでは100分の7.5リットルに達しました。



燃料機器の理論とマイクロコントローラーのプログラミングの両方で、数え切れないほどのスキルが得られました。

今後の計画

生命の法則、「善の最大の敵」にもかかわらず、コントロールユニットは改善を輝かせています。 第一に、アルゴリズムはいくつかのパラメーター、すなわちエンジン温度と噴射燃料量を考慮していません。 最初のパラメーターでは、すべてが明確であり、標準的な冷却水温度センサーを接続するだけの価値があり、2番目のパラメーターでは、コントローラー回路を大幅に変更する必要があります。 事実は、ノズルからの信号の負の放出を分析することにより、エンジンの負荷を捕らえることができるということです。 これは、ノズルのロックに対応します。つまり、ノズルの開いた状態の長さを計算することにより、燃料消費と負荷の両方を推定できます。 この現在のマイクロコントローラーだけでは十分ではなく、割り込み入力が十分ではありません。



UPD：





この記事は、ディーゼルエンジンとガソリンエンジンの重要な違いについて言及するのを忘れていました。 ガソリンエンジンでは、混合燃料の準備は空気から始まります。 したがって、ベジンのECUの必須属性は、空気圧センサー（相対または絶対）、流量計、温度センサーです。 エンジンの調整も空気です-スロットル。



ディーゼルエンジンでは、混合物は常に使い果たされます;混合物の化学量論的組成の問題はありません。 どんなモードの空気でも十分であり、ディーゼルエンジンの設計により定められています。 調整は燃料の量によってのみ行われ、コンピューターの実行中に空気を考慮する必要はありません。 空気がガソリンと同じとみなされるコモンレールディーゼルの状況は変わりましたが、ディーゼルの空気量の誤差は重要ではありません。

リソース：

1. 情報のビットとリード角に関するフォーラムでの熱い議論

2. ガソリンエンジンの所有者の同様の懸念、回路がスパイ

3. PIDコントローラーのプログラミング

4. ライブノズルのあるチャート

5. GitHubのソース

6. コントローラー回路全体