ŠKODA techweb [homepage]
Motor
14. ledna 2003

Regulace předstihu

chcete stavět vlastní zapalování ?


Nejdříve je zapotřebí se seznámit s teorií spalování a jeho vlivu na výkon motoru. Teprve potom můžeme vytvářet algoritmy řízení. Původně jsem chtěl napsat článek, který by se zabýval spalovacím procesem kompletně včetně tvorby emisí. Ale jak vidím podle komentářů na Techwebu, je nutné rychle napsat článek jen o řízení předstihu. Doporučuji nejdříve přečíst první část Teorie motorů, jsou tam uvedeny některé důležité informace, které zde nebudu znovu uvádět. Tento článek je určen hlavně těm, kdo umějí programovat a není pro ně problémem při dostatku vstupních informací vytvořit odpovídající program. Pro laiky v programování se pracuje na jednom univerzálnějším systému, který bude po odzkoušení k dispozici jako polostavebnice – všechno potřebné bude připraveno, jemu zbude jen vše podle návodu namontovat. Nebude se kromě přesného umístění čidla polohy klikového hřídele nic nastavovat. Ovšem zařízení nebude zadarmo, ale zase bude cenově natolik dostupné, že se pro fandu vyplatí si ho pořídit.

 Základní poučka – nejlepší předstih zážehu je takový, při kterém se dosáhne největšího výkonu a nejmenší měrné spotřeby paliva.
(Zpravidla bývá jeho hodnota těsně pod hranicí detonací. Z pohledu tvorby emisí ale tento předstih není nejvhodnější, při tomto způsobu řízení předstihu zážehu vznikají vysoké spalovací tlaky a teploty, které negativně ovlivňují dokonalé spálení směsi. Protože však většina škodováckých motorů není vybavena katalyzátorem a platí pro ně emisní limity platné v době jejich vzniku, nebude jejich splnění velkým problémem. Provoz těsně pod hranicí klepání nastává při odběru většího výkonu, který se na STK nedá změřit, proto i dodržení emisních limitů při zákonné kontrole bude bez problémů.)

Jak jsem již částečně popsal v první části Teorie motorů, rychlost hoření není konstantní a to nejen vlivem změny otáček motoru, ale i během jednoho spalovacího cyklu. Proto výpočty typu „prohoření směsi nastane při rychlosti postupu plamene xy m/s za xy milisekund“ jsou vhodné jen na seznámení laiků s funkcí předstihu, ale pro vlastní regulaci mají jen malou vypovídací hodnotu. Rychlost hoření směsi ve válci je dána několika faktory, a to složením (bohatostí) směsi, teplotou, tlakem, vířením, vlhkostí vzduchu ve směsi, kvalitou výměny obsahu válce, tvarem spalovacího prostoru a umístěním svíčky, kompresním poměrem a použitým palivem. (Navíc se rychlost hoření mění i během jednoho spalovacího cyklu, ale nás zajímá jen celkový čas hoření.) Odpovídající hodnoty předstihu se zjišťují měřením na motorové brzdě. Regulační křivka předstihu se vypočítat nedá, aspoň jsem nikde nenalezl žádné odpovídající vzorce a ani zmínky o nich.

 Tvar spalovacího prostoru, umístění svíčky, kompresní poměr, výměna obsahu válce – to je většinou dáno konstrukcí motoru, palivo máme většinou jen jedno (automobilový benzín). Takže jako proměnné nám zůstávají složení, teplota, tlak, vlhkost a víření směsi. Aby toho bylo ještě méně, snažíme se udržovat teplotu nasávané směsi konstantní pomocí termostatu někde na hodnotě 35? C. Sice se teplota směsi průchodem sacím traktem ještě zvýší (průměrně na 45? C), ale je důležité mít teplotu co nejméně rozdílnou bez ohledu na mráz nebo letní vedra. Požadavek na konstantní teplotu vznikl po zpřísnění emisních limitů, palivo se lépe odpařuje a dosáhne se větší homogenity směsi. Nepříznivým jevem tohoto řešení je určitý pokles výkonu motoru, protože teplý vzduch zvýší svůj objem a hmotnostně ho do válce dostaneme méně. Vlhkost vzduchu asi také moc neovlivníme, tlaky při spalování jsou dány sešlápnutím akcelerátoru a tak nám zůstane k řešení jen bohatost směsi, protože víření směsi je výslednice uspořádání motoru a otáček.
 
 K základnímu parametrům při stanovení křivky regulace předstihu slouží v podstatě dvě veličiny, otáčky motoru a složení směsi. O otáčkách motoru se není třeba nějak zvlášť rozepisovat, každý ví o co jde a dokáže vypočítat dobu mezi zážehy. Složení směsi se upravuje podle požadavků na výkon a hospodárnost a nedá se jednoduše měřit přímo. Nepřímá metoda využívá podtlaku v sacím potrubí, jeho velikost udává hodnotu ochuzení s dobrou opakovatelností. Směs bohatá hoří rychleji než směs stechiometrická, chudá směs naopak hoří pomaleji a to proti bohaté směsi výrazněji. Proto se vždy při částečném výkonu musí předstih zvětšit a to až o 300 - 500%, hlavně v otáčkách pod 2000 min-1.

  Křivka regulace předstihu podle otáček je křivkou základní a platí pro plný výkon (plně otevřenou škrtící klapku). Všechny ostatní hodnoty jsou hodnotami pomocnými a pouze tuto křivku korigují. Důležitost těchto korekcí je dána konstrukcí motoru a provozními podmínkami, v kterých nejčastěji pracuje. Pokud budeme mít malý motor, který je z důvodu malého přebytku výkonu provozován neustále blízko maximálního výkonu, korekční křivky budou mít význam velmi malý (v praxi se pro zjednodušení a cenu nepoužívají). Naopak motor s velkým přebytkem výkonu bude provozován na plný výkon jen velmi zřídka a tak korekční hodnoty budou mít význam zcela zásadní. Také u stacionárních motorů, kde se požadují konstantní otáčky (generátor musí dávat předepsaných 50 Hz), nebude mít otáčková regulace význam a použije se jen regulace podle podtlaku.

 Z důvodu správné funkce zážehového motoru musíme dosáhnout toho, že vrchol spalovacího tlaku bude mezi 10 - 15? za HÚ. Při vrcholu tlaku mezi HÚ a 10? za HÚ má motor snahu detonovat, za hranicí 15? klesá využitelná energie, palivo dohořívá během expanzního zdvihu a zvyšuje se teplota výfukových plynů (podpalují se ventily). Teoretická rozvaha, že vrchol tlaku by měl nastat v HÚ byla měřením vyvrácena, nepřípustně se zvýšil tlak na konci kompresního zdvihu s následným zvýšením mechanických ztrát (pro využití vrcholu tlaku v HÚ by musela být změněna křivka pohybu pístu, což je technicky značně komplikovaná záležitost). Při konstantní rychlosti hoření by regulace byla tvořena přímkou procházejícím počátkem (0 ot/min = 0?). (Většinou tomu tak není, protože v spouštěcích otáčkách a otáčkách volnoběhu je směs značně nehomogenní a hoří pomaleji, bod zážehu se pohybuje mezi 3 - 10? před HÚ. Nulový předstih nebo malý pozápal se nastavuje pro spouštění jen u jednoválcových čtyřdobých motocyklových motorů větších obsahů, zamezí se tím zpětný ráz při spouštění nožní pákou (takový ráz dokázal sousedovi na čtyřdobé třistapadesátce zlomit kotník).) Jenže rychlost hoření se značně urychluje se zvyšujícím se vířením směsi, které podporují zvyšující se otáčky. K tomu přibude zvýšená teplota směsi těsně před zážehem, způsobená rychlosti stlačení, kdy kompresí vzniklé teplo nemá dostatek času se přes stěny válce a spalovacího prostoru hlavy vyzářit. (Můžete namítat, že rozdíl teplot je malý, což je jistě pravda, ale každý působící i když malý vliv stejného znaménka se sčítá a výsledkem může být hodnota v řádu desítek procent.) Proto i když se stane, že vyjde křivka jako přímka (Š 105 a Favorit), má vždy jiný sklon a rozsah, než by odpovídalo konstantní době hoření. Dále je známá skutečnost, že od určitých otáček se již požadovaný předstih zážehu nemění a zůstává na konstantní úrovni bez ohledu na další zvyšování otáček (případně se zvyšuje jen velmi pozvolně). Od této hranice se vyrovná změna rychlosti hoření změně otáček. Hranice pro ukončení regulace je u běžných sériových motorů od otáček asi 3 500 min-1 do 5 000 min-1. Všimněte si grafů charakteristik rozdělovačů různých typů motorů, vždy někde okolo těchto otáček regulace končí, odstředivá regulace se zablokuje mechanickým dorazem.

 Regulaci předstihu můžeme rozdělit do pěti pásem. První pásmo – jestli se dá nazvat pásmem – je oblast spouštění motoru. druhým pásmem je oblast volnoběžných otáček, třetím oblast částečného výkonu, čtvrtým pásmem je oblast plného výkonu. Posledním pásmem je oblast akcelerace a decelerace.
 První pásmo – předstih zážehu při spouštění motoru by neměl překročit hranici 10?, při vyšší hodnotě se začne nepřiměřeně zvyšovat tlak před HÚ a potřebná energie pro spouštění se zvýší. Nejčastěji používaná hodnota předstihu je asi 5?. Jiné hodnoty u mechanických regulátorů jsou nastaveny proto, že ZP slouží zároveň jako předstih pro volnoběžné otáčky. Pokud se podíváte na ZP u vozidel „socialistické produkce“ (zde jsou totiž hodnoty ZP dobře dostupné), všechny se pohybují v pásmu 0? (Škoda 110 L na Speciál) až 10? (Volha, Moskvič).
 Druhé pásmo – volnoběh motoru. Zde je důležité dosáhnout stability otáček bez ohledu na vnější vlivy, např. zvýšené zátěže od alternátoru.
 Třetí pásmo – oblast částečného výkonu. Zde je zapotřebí udržet předstih na takové úrovni, aby dosažená spotřeba paliva a emise byly co nejnižší. Protože u motorů bez katalyzátorů jsou limity dost volné a dají se splnit hlavně složením směsi, otázka emisí není přímo aktuální. Na druhé straně pokud mám menší spotřebu paliva, bude i celkové množství emisí nižší, i když procentuální podíl sledovaných škodlivin se může zvětšit.
 Čtvrté pásmo – plný výkon. Při plném výkonu je nejdůležitější požadavek dosáhnout jeho maximální hodnoty bez detonačního chodu, vše ostatní je podružné. Protože jde o krátkodobý provozní režim (trvalým provozem na maximální výkon se výrazně zkrátí životnost motoru, zvlášť u motorů „před Favoritem“). Po dosažení určitých otáček již zůstává hodnota předstihu konstantní, rychlost spalování se vyrovnává se zvyšujícími se otáčkami.
 Páté pásmo – akcelerace a decelerace. Decelerace nás zajímá jen potud, pokud nevypínáme volnoběžnou trysku pro zamezení přívodu paliva. Protože se směs výrazně při deceleraci ochudí, je vhodné předstih zvýšit, což by mělo zvládnout řízení podle podtlaku (jeho hodnota dosahuje maxima). Zapálit směs ve válci musíme, protože jinak se neshořelé palivo bude hromadit v tlumiči výfuku a později se detonačně zapálí od horkých spalin. Akcelerační režim je trochu složitější. Jde o to, že akcelerace zavádí do měření úhlové rychlosti určitou chybu, kterou musíme nějak výpočtově korigovat. Co jsme změřili teď, není již v momentě zážehu pravda. Čím větší změna úhlové rychlosti, tím větší korekce se musí provést. Pokud se s akcelerací nechceme příliš párat, změříme si tzv. střední hodnotu akcelerace, což je hodnota někde okolo 70% maximální hodnoty (max. hodnota nastane při akceleraci na I. rychlostní stupeň). Na tuto akcelerační hodnotu zkusíme nějakou hodnotu předstihu a až nějakou vhodnou najdeme, vložíme ji jako konstantu, kterou vždy k připočítáme k poli hodnot podle otáček (a případně podtlaku). Ovšem výsledky s přesně spočítanou akcelerační korekcí podle momentálního stavu jsou lepší.

 Vliv otáček je patrný i na spalování ochuzené směsi. Nárůst otáček podporuje víření směsi, které urychluje postup plamene a změna rychlosti hoření je vyšší, než odpovídá změně otáček. Proto korekce předstihu se procentuálně výrazně zmenšuje a většinou ve vyšších otáčkách nepřesáhne 30% hodnoty podle otáčkové regulace, někdy i méně.

Ve vysokých otáčkách blízko maximálnímu výkonu (posledních asi 15 – 20% rozsahu provozních otáček) je motor provozován téměř vždy na plný plyn, jen o trochu větší seškrcení sacího průřezu v těchto otáčkách znamená většinou téměř brzdění motorem. Seškrcení sacího potrubí ve vysokých otáčkách nedovolí dobré plnění válců a výkon poklesne (lze vyzkoušet i prakticky). Ochuzení směsi je tedy minimální, směs je spíše bohatší. Z tohoto důvodu se u karburátorových motorů bez katalyzátoru korekce otáčkové regulace v oblasti otáček konstantního předstihu neprovádí, nepředpokládá se provoz v takovém režimu. Zjednoduší se tím řešení mechanického regulátoru, regulační prvek se konstruuje na menší rozsah podtlaku, většinou stačí do 30 – 35 kPa. (Maximální podtlak naměřený pod škrtící klapkou v praxi nepřesahuje 80 kPa.) Odběr podtlaku v tomto případě je v oblasti přechodových otvorů těsně nad škrtící klapkou (myšleno v zavřené poloze), kdy se při otevírání klapky vlivem rychlosti proudícího vzduchu kolem otvoru pro odběr podtlaku vytváří podtlak nějak úměrný otevření škrtící klapky. Při větším otevření klapky již rychlost proudění kolem otvoru není tak velká a podtlak prakticky zanikne. Rozdíl mezi snímání podtlaku pod a nad klapkou je kromě dosažitelného rozsahu ten, že při volnoběhu podtlak nad klapkou zaniká, pod klapkou je značně vysoký (jinak by nemohl fungovat posilovač brzd na podtlakovém principu). Pro zjednodušení působení mechanického podtlakového regulátoru začíná až hodnotou podtlaku okolo 10 kPa (v praxi se hodnota pod 10 kPa považuje již za hranici, kde jde o plný výkon, není to sice absolutně přesné, ale pro regulaci u starých konstrukcí motorů vyhovující), končí někde mezi 30 a 35 kPa a má přímkovou charakteristiku. Tento regulátor nedokáže v nízkých otáčkách (asi do 1700 ot/min) a částečném výkonu předstih optimálně regulovat, podtlak v oblasti nad škrtící klapkou je velmi malý a protože podtlakový regulátor pracuje až asi od 10 kPa, je tato oblast nedostatečně ošetřena korekcí otáčkové regulace. Toto řešení bylo zvoleno s ohledem na skutečnost, že v tak nízkých otáčkách jsou motory většinou provozovány velmi zřídka a tak se určitá nepřesnost výrazněji neprojeví. (Vždy při otevření škrtící klapky nad 2/3 maxima podtlak výrazně poklesne i pod klapkou a jeho vliv na regulaci je minimální a to je další z důvodů pro používání jednoduchého mechanického podtlakového regulátoru u karburátorových motorů.)
Pokud ale řešíme regulaci pro motor s katalyzátorem a nebo je vybaven vstřikováním, které pracuje na jiném principu než karburátor a má také větší regulační možnosti ve složení směsi, taková regulace již není dostatečná. Motor sice poběží také, ale nedosáhne se jeho maximálních výkonových parametrů, o emisích a spotřebě nemluvě. (Nejde ani tak o velikost maximálního výkonu, jako spíše o pružnost chodu a velikost měrné spotřeby při částečném výkonu.) Zde je již téměř nezbytností snímat velikost podtlaku v sacím potrubí pod škrtící klapkou. Rozsah regulace se výrazně zvýší a je možné udržet spalování na hodnotách, při kterých se vytváří minimum emisí. Taková regulace je vhodná i pro karburátorový motor, jen výsledky budou ve srovnání se stejným vstřikovým motorem o něco horší. (Ovšem za to nemůže regulace, za to může karburátor.)

Důležité pravidlo – pro regulaci předstihu jsou nutné vždy minimálně dva parametry, otáčky a podtlak v sacím potrubí, jestli se podtlak snímá nad nebo pod klapkou, je důležité jen z hlediska potřeby technické dokonalosti a ceny výsledného řešení. (Mechanická podtlaková komora má omezený rozsah a možnosti funkce a pro regulaci je vhodná jen při odběru podtlaku nad škrtící klapkou.) Tyto dva parametry postačují k regulaci předstihu zážehu natolik, že umožňují dlouhodobý provoz motoru bez možnosti poškození mechanických částí ve spalovacím prostoru (ventilu, svíčky, dno pístu atd.).

Pokud chceme regulaci dále zpřesnit, začneme korekcemi podle teploty motoru. Jde o nejjednodušší přídavnou regulaci, působí jen po dobu do ohřátí motoru na provozní teplotu a dále již není potřebná. Zvýšení předstihu zážehu se provádí z důvodu ochuzení směsi při neprohřátém motoru, mnoho paliva kondenzuje na stěnách sacího potrubí a do válců se nedostává včas, pokud ano, tak jen naředí olejový film na stěnách válců. Není zapotřebí další snímač teploty, můžeme využít již použitého termistorového čidla. Pokud použijeme přídavný termostat s kontaktním výstupem (prodávají se levné snímače pro chladiče polovodičů, spínací nebo rozpínací teplota je asi 71? C), můžeme použít jednoduchý dvoustavový systém, kde se při teplotě pod cca 70? C předstih o konstantní hodnotu (většinou 5?) zvýší. Toto řešení je možné realizovat bez elektroniky, stačí úprava upevnění rozdělovače, kde elektromagnet vždy při poklesu teploty s ním o požadovanou hodnotu pootočí (pozor, vždy o polovinu požadované hodnoty, rozdělovač se točí polovičními otáčkami). Další variantou je systém analogový, kdy zhruba od teploty 35? C se maximální hodnota zvýšení lineárně do teploty motoru 75? C snižuje (na nulu). Skutečný průběh není sice přesně lineární, ale protože se správná křivka od lineární příliš neliší, lze to považovat za vyhovující. Skutečně přesné křivky lze získat jen zdlouhavým měřením na brzdě a pro karburátorové motory bez katalyzátoru se běžně neměří a tedy nejsou dostupné. Pro celkově krátkou dobu provozu v přechodných teplotních režimech není určitá malá nepřesnost na závadu.
Dalším regulačním faktorem může být stabilizace volnoběžných otáček. Při provozu motoru na volnoběh není k dispozici přílišná rezerva výkonu na vyrovnání zvýšeného odběru (hlavně zvýšená potřeba proudu pro osvětlení vozidla a pro různé motorky) a otáčky motoru proto poklesnou. Do určité velikosti odběru výkonu si lze pomoci zvýšením předstihu i o dost velkou hodnotu. Pokud i tato korekce nestačí, nezbývá než výkon vyrovnat pootevřením škrtící klapky. Zde již všechny mechanické systémy selhávají, i ten nejlepší regulátor nezabrání poklesu otáček, i když jen relativně malému. Jde totiž o to, že nová hodnota předstihu musí zůstat nastavena i po korekci hodnoty volnoběžných otáček, což mechanický regulátor není schopný dodržet. Tuto regulaci pomocí zvýšení předstihu je vhodné kombinovat s mechanickým ovládáním škrtící klapky, pokud je správně systém nastaven, velmi dobře udržuje hodnotu volnoběhu a navíc pomáhá motor udržet v chodu při nesprávném ovládání vozidla méně zkušeným řidičem (různé „přískoky“ atd.). Většina dnešních systémů se vstřikováním již ovladač škrtící klapky se zpětnou vazbou pomocí dvoustupňového odporového snímače má a jeho pomocí se usnadní spouštění studeného motoru, regulace volnoběhu atd. Odporový snímač je rozdělen do dvou úseků, nejčastěji 0? - 25? a 18? - 90?. První rozsah je určen na regulaci volnoběhu a nastavení škrtící klapky při studeném startu, protože 0? = 0% a 25? = 100%, je snímání polohy citlivější, než když by se použilo pouze jednoho rozsahu. Překrytí obou snímačů v poloze 18? - 25? slouží k plynulému přechodu do oblasti vyššího výkonu. Pokud nám stačí jen udržení volnoběžných otáček v rozsahu předepsaným výrobcem (většinou 50 – 100 ot/min), nastavíme normální volnoběh na horní hranici a se zvyšujícím se odběrem výkonu by se pomocí korekce předstihem mělo dosáhnout udržení v povoleném pásmu, třebaže na jeho spodní hranici.
Výše uvedené přídavné korekce předstihu nepotřebovaly ke svému použití další snímače než ty, které jsou pro provoz motoru nezbytné. Následující korekce již potřebují ke svému použití další čidla, která nejsou nejlevnější. Jako příklad uvádím korekci podle čidla detonací. Detonační chod má nepříznivý vliv na životnost motoru, způsobuje pokles výkonu a prudké zhoršení emisí výfukových plynů. Toto čidlo je vlastně piezoelement naladěný na kmitočet okolo 4 kHz a doladěný pro ten který typ motoru. Pokud se nic neděje, piezo sice nějaké impulzy může vysílat protože se motor různě chvěje, ale protože kmity nejsou v rezonanci s nastavením pieza, amplituda kmitů je zanedbatelná a dobře nastavený filtr je v přijímači řídícího systému odfiltruje. Při detonačním spalování se piezoelement dostane do rezonance a vyšle amplitudově výrazný signál s kmitočtem detonace (již zmiňované asi 4 kHz). Na tvaru tohoto signálu nezáleží, jde o to jen jestli je a nebo není přítomen. Na základě této informace elektronické obvody musí okamžitě předstih snížit. V praxi se to dělá následovně – po první detonaci se předstih sníží o 2?, po další o totéž a po každé další se míra snížení zmenší. Po zániku detonací se tato hodnota ponechá jako nově stanovená. Rozsah takové regulace bývá asi ±15?. Přesné hodnoty velikosti poklesu předstihu na jednu detonaci pro daný typ motoru se změří na brzdě, jde o to, aby se předstih zkorigoval co nejrychleji a tak se výše uvedené hodnoty u různých motorů liší. Ovšem může jít o jev přechodný vyvolaný krátkodobými vlivy a tak nově nastavená hodnota předstihu nebude pro motor dlouhodobě vhodná. Proto se takové řešení korekce rozšiřuje o opětné nastavení původní hodnoty. V praxi se tento systém řízení realizuje neustálým hledáním hranice klepání, protože těsně pod ní se dosahuje nejvyššího výkonu a tedy i nejnižší měrné spotřeby paliva. Proto regulátor neustále pozvolna předstih zvětšuje až dosáhne slabé detonace, okamžitě předstih sníží o určitou hodnotu (ta je změřena na brzdě a většinou stačí na zánik detonačního chodu), na této hodnotě nějakou dobu setrvá (řádově 5 – 20 s) a poté opět zopakuje celý měřící cyklus. Celá tato operace se provozuje nezávisle na ostatních korektorech, vždy k celému poli předstihu se nějaká hodnota přičte nebo odečte. Pokud máte nové auto se vstřikováním a čidlem klepání (od Felicie 1,6 a 1,3 MPI výše), toto je tam nějakým způsobem aplikováno a umožňuje provoz na paliva s různou oktanovou kvalitou, ovšem platí, že se s palivem s nižším oktanovým číslem nedosáhne udávaného maximálního výkonu. Při použití paliva s oktanovým číslem vyšším se díky nastavení pole předstihu výše palivo lépe využije, výkon se zvýší a spotřeba poklesne. Ovšem neočekávejte zázraky, pokud se přiměřeně nezvýší i kompresní poměr, nebude to žádná sláva (já jsem na Felicii 1,6 rozdíl mezi 95 a 98 oktanovým benzínem nijak zvlášť nepozoroval a mám takový nepříjemný dojem, že v tomto konkrétním případě čidlo klepání slouží jen a pouze na hlídání detonací a o nějakém vyhledávání hranice klepání čip vůbec nic neví, velký předstih zhoršuje emise i u katalyzátorových motorů – ovšem je to jen můj dojem). Každopádně se ale řízení pomocí čidla detonací odmění stabilními výkonovými parametry, protože se vlastně všechny hodnoty, které ovlivňují proces spalování, nakonec projeví na době hoření a čidlo klepání je jako celek vyhodnotí. Ovšem upozorňuji, že jde o korekci přídavnou s dlouhou časovou konstantou, regulace podle otáček a podtlaku v sacím potrubí musí být nastavena co nejpřesněji bez ohledu na další faktory. V případě poruchy čidla detonací musí mít motor nějaké základní hodnoty předstihu nastaveny, jinak není schopen uspokojivé funkce.
V režimu volnoběžných otáček a otevření škrtící klapky pod 45? (podtlak asi 12 – 15 kPa) se regulace podle čidla klepání nepoužívá, jen v případě náhodných detonací (prakticky nevznikají, tlaky jsou příliš malé a detonace signalizuje nějakou chybu buď v regulačním algoritmu řízení předstihu, nebo nějakou zradu ve spalovacím prostoru (rozžhavené talířky ventilů atd.)). Pokud by se hledala hranice detonací vždy a všude, předstih by často vyšel až za hranicí optimální účinnosti (vrchol tlaku by se dostal před HÚ) a silně by poklesl výkon motoru. V tomto je použití čidla klepání omezeno, protože dokáže rozeznat pouze detonaci, ale nedokáže určit místo vrcholu spalovacího tlaku.
Ještě poznámka – každý motor má vlivem rozptylu výrobních tolerancí rozdíly v parametrech jednotlivých válců, čím větší sériovost, tím větší rozdíly. Proto je náchylnost jednoho z válců k detonacím vždy větší a detonační hoření v něm vzniká vždy jako první. Protože ostatní válce mohou mít (a také většinou mají) větší antidetonační odolnost, není regulace celého pole předstihu optimálním řešením, předstih je pro ostatní válce po korekci příliš malý. Lepší by bylo regulovat každý válec zvlášť, ovšem to záleží na možnostech a očekáváních každého, kdo potřebnou regulaci uvádí v život.
Dalším korekčním faktorem jsou teplota vzduchu, vlhkost vzduchu, teplota paliva a akcelerace (decelerace nás nezajímá, po tuto dobu je vhodné zabránit nasávání paliva do válců a pokud tam nic není, není co zapálit). První tři faktory se měří hlavně z důvodu nastavení správného směšovacího poměru při vstřikování paliva. Protože se při použití karburátoru tyto snímače nepoužívají, implementace do již existujících karburátorových motorů je obtížná a pro korekci předstihu má jen malý význam, při použití čidla klepání je zbytečná. Korekční hodnoty pro teplotu a vlhkost se dají zdlouhavě zjistit na brzdě, jejich velikosti zase nejsou tak velké aby zásadně ovlivňovaly chod motoru. Většinou se vzduch a palivo v motorovém prostoru a samotném sacím traktu ohřejí na zhruba konstantní hodnoty, že korekce ztrácí na významu. Hodnota akcelerace význam má v případě, že se otáčky neměří tzv. kontinuálně, kdy máme možnost změřit otáčky těsně před bodem zážehu. Pokud provádíme měření pouze 2x za otáčku, přesnou hodnotu momentální úhlové rychlosti dostaneme jen při ustálení otáček. Poslední změřená hodnota již nemusí být pravda, předstih je upravován se zpožděním a proto je korekce podle velikosti akcelerace nutná, zvlášť při velkých hodnotách zrychlení na nižší převodové stupně. Při menších hodnotách je zpoždění již přijatelné a korekce se tolik neprojeví.

Tohle vše má jednu velkou nevýhodu – vzhledem ke skutečnosti, že nasávání směsi se nikdy i při ustálených vstupních hodnotách přesně nezopakuje v následujícím cyklu co to homogennosti směsi a průběhu pohybu směsi v jednom válci včetně víření, není výsledná hodnota předstihu zážehu optimální a jen se optimu více či méně přibližuje. Skutečnou hodnotu předstihu získáme až zpětně podle průběhu spalování v daném cyklu hoření a to už je pozdě. Zatím se nikomu nepodařilo vymyslet způsob řešení, i při velice pečlivém řešení geometrických tvarů jednotlivých částí sacího traktu a jejich malém rozptylu parametrů se tento problém nepodařilo eliminovat. Proto jsou všechny i sebesložitější řídící systémy nedokonalé již z principu řízení (pokud budeme chtít dosáhnout absolutní přesnosti). Jako všechno okolo provozu spalovacích motorů je jen více či méně přibližné, tak je na tom stejně i regulace předstihu.
 

Elektronická regulace předstihu:

Tak jsme si rozebrali všechny vlivy, které mají na regulaci předstihu zážehu vliv. Teď tedy zkusíme dát dohromady funkční návod jak na to. Neočekávejte popis řídícího algoritmu pro mikroprocesor „ke stažení na www….“, opět opakuji že programovat neumím a ani tak brzy umět nebudu, o činnosti mikroprocesoru mám jen mlhavé představy. Zde je popis všeho, co musíme k zvládnutí algoritmu řízení vědět.

Při konstrukci takových zařízení, a nemusí jít zrovna o regulaci předstihu, si musíme uvědomit, že největším problémem jak konstrukčním, tak finančním jsou snímače neelektrických veličin, které převádějí cokoliv na elektrický signál, který se dá dále zpracovat v nějakém elektronickém zařízení (nemusí jít zrovna o mikroprocesor).
Nejdříve jako základ musíme vytvořit nějaký snímač polohy klikového hřídele. Snímač by měl snímat přímo hřídel (což je technický problém), nebo součásti s ním pevně spojené (řemenice, setrvačník apod.). Jakmile budeme snímat polohu součásti připojené ke klikovému hřídeli přes nějaký převod (pohon vačkového hřídele, rozdělovač), nepříznivě se projeví různé vůle a polohu klikového hřídele nesejmeme přesně, navíc pokaždé se tento bod různě posune na obě strany (škodovečky zářným příkladem). Snímač musí i přesně určit hranu zubu bez ohledu na rychlost otáčení motoru (nemusí – ale jeho chyba musí být přesně definovatelná a opakovatelná, pokud možno s otáčkami vzrůstající lineárně). Proto by měl být rychlý, spínací rychlost v řádech desítek kHz. Optické snímače typu infradioda – fototranzistor jsou vhodné, ale pro možnost špinění se a menší teplotní odolnost se profesionálně nepoužívají. Snímače na jiném principu se používají častěji, všeobecně se dnes rozšířil Hallův generátor integrovaný se zesilovačem a klopným obvodem. Součástka sama o sobě je velmi malá a umožňuje sestavit snímač minimálních rozměrů. Z hlediska velikosti jsou na tom nejlépe snímače umístěné v rozdělovačích, kde již z principu nemohou být velké. (Takové rozdělovače jsou pevně spojeny s vačkovým hřídelem a pohon je ozubeným řemenem s napínákem, vůle nevznikají – viz Felicia 1,6.) Takový snímač můžeme umístit téměř na libovolně zvolené místo. Snímače umístěné na skříni převodovky a snímající polohu setrvačníku (speciálně vytvořené zářezy na obvodu setrvačníku) jsou rozměrově několikrát větší a s jejich umístěním bývá větší problém. Doporučuji neplýtvat časem s vývojem snímače a použít nějaký z profesionálně vyráběných automobilových snímačů, které kromě patřičných elektrických parametrů jsou i teplotně odolné. Napájení je převážně 5 V. Ovšem doporučuji se podívat do „chytré knížky“ na zapojení vývodů, označování barvami podle normy se zase tak moc v automobilové technice nedodržuje (příliš mnoho vodičů a celková nepřehlednost elektroinstalace nutí výrobce používat mnoho barev izolací k rozlišení jednotlivých vedení).
Pokud jsme si již nějaký snímač vybrali, musíme zvolit systém snímání polohy klikového hřídele. Protože každý řídící systém je založen na určitém „vstupním kódu“ který se později jednoduše nedá změnit (znamená to vytvoření úplně nového programu a případně i přebudování celého hardwaru), dobře si počet a umístění referenčních bodů (zubů) rozmyslete. Málo bodů je vhodné pro určitý typ algoritmu, ale znesnadňuje rychlé zjištění velikosti akcelerace. Dva body na jednu otáčku pro čtyřválec dobře stanovují polohu HÚ pro všechny válce, ale na zjištění zrychlení je potřeba minimálně jednoho zdvihu. Určitým vylepšením je použít velké šířky zubu, nejlépe 90? a použít obě hrany zubu na měření. Dostaneme tak 4 body, aniž by se ztratila výhoda jednoduchého stanovení HÚ. Horní úvrať ale není nejlepším referenčním bodem, lépe je použít bod základního předstihu (ZP). Z hlediska zjištění rychlosti otáčení motoru a jeho akcelerace je lepší použít referenčních bodů více včetně využití šíře zubů. Zde se ale ztratí výhoda jednoduchého stanovení HÚ (ZP). V případě použití čipu k řízení předstihu lze rozdílnou šířkou příslušného zubu a ošetřením v programu tento bod stanovit. Použití velmi velkého počtu zubů zase tak velké výhody nepřináší, je problémem je ve vysokých otáčkách sejmout a k určení HÚ (ZP) je většinou zapotřebí další snímač a referenční značka. Pokud chceme z nějakého důvodu použít vysokého počtu zubů (360, 720), můžeme si je vytvořit elektronicky násobičkou kmitočtu s fázovým závěsem. Felicia MPI používá systém dvou výřezů vždy 60? - 6? před HÚ a výřez určující HÚ 1. a 4. válce má přídavný krátký zub k rozlišení. Felicia 1,6 má v rozdělovači „misku“ se čtyřmi výřezy, jeden z nich je o 6? širší než ostatní a označuje první válec. Snímač polohy je důležité mít prověřený na zpoždění, o kolik se časově (spíše o jaký úhel) posunou hrany výstupního signálu proti skutečné poloze hran snímaného zubu při určitých otáčkách a tuto hodnotu zohlednit v programu. Proto doporučuji Hall, který je velmi rychlý a posun hodnot lze zanedbat.
Dalším krokem je snímání podtlaku. Protože čip umožňuje mnohem širší možnosti řízení, je vhodné snímat podtlak pod škrtící klapkou. Zde dosahuje podtlak hodnoty až 80 kPa (brzdění motorem), ovšem v praxi se většinou neřeší hodnota vyšší než 60 kPa. Jako snímače podtlaku lze použít různá tenzometrická čidla, nejlépe už zapouzdřená a snímající absolutní hodnotu podtlaku. Ovšem dostupnost a cena takových snímačů nejsou zrovna nejlepší. Druhou variantou je využití faktu, že vždy určitá poloha škrtící klapky a určité otáčky motoru dávají jistou hodnotu podtlaku. Závislost je asi od 5? do 50 - 55? otevření klapky lineární a při tomto otevření klesne podtlak na hodnoty asi 5 kPa a potom jen pozvolna klesá k nule (jak jsem se již zmínil výše při popisu mechanického podtlakového regulátoru). Od 0? do 5? se podtlak (je na maximu) prakticky nemění a považuje se za konstantní. Sklon křivky se mění v závislosti na otáčkách a rozsah podtlaku se zmenšuje. Závislost sklonu křivky na otáčkách a postavení škrtící klapky má vysokou opakovatelnost, ale je nutné si ji změřit. Většina zveřejněných křivek znázorňujících cokoli platí pro plný výkon (úplné otevření škrtící klapky). Ovšem tato varianta se vyznačuje obtížně kontrolovatelnou velikostí rozdílu mezi skutečným a teoretickým podtlakem, kterou způsobuje postupné znečišťování filtrační vložky vzduchu. S postupujícím znečištěním vložky se podtlak zvětšuje, aniž na to cokoliv jiného (než čidlo klepání) upozorní. Proto je lepší varianta třetí, kdy se měří skutečné množství nasávaného vzduchu v závislosti na poloze škrtící klapky. Každé modernější vícebodové vstřikovací zařízení takový snímač – navíc kombinovaný s měřičem teploty nasávaného vzduchu – má. Jedním z principů je žhavený platinový drátek (o síle vlasu) konstantním výkonem, který se v proudu vzduchu ochlazuje a rozdíl teploty (nebo velikost dodaného výkonu na udržení konstantní teploty drátku) udává hmotnost vzduchu. Dnes se již pro malou mechanickou odolnost nepoužívá platinový drátek, ale keramická destička s napařenou vrstvou platiny umístěná souběžně se směrem proudění vzduchu, která je citlivější než drátek. Umisťuje se v místě sacího potrubí, kde převládá statická složka proudění vzduchu nad dynamickou. Všechny tyto systémy byly vyvinuty za účelem zpřesnění složení směsi pro dodržení stále se zpřísňujících emisních limitů. Snímač slouží hlavně pro řízení složení směsi, pro řízení předstihu zážehu samostatně (např. u systémů s elektronicky řízeným karburátorem nebo mechanických systémů vstřikování) se nepoužíval (také tehdy ještě neexistoval). Dnes se již k řízení využívá, protože když už tam musí být, tak proč ho nevyužít. Měření teploty vzduchu slouží k doladění měřícího systému, protože podle teploty vzduchu se více či méně ochlazuje snímač a na teplotě je závislý i objem (hmotnost) vzduchu.
Poloha zavřené škrtící klapky by měla být nějak signalizována, stačí mikrospínač. To proto, aby bylo jasně definováno, zda máme korigovat volnoběh, brzdíme motorem atd. Žádnou vědu ze snímání bych nedělal, mikrospínač používají všichni světoví výrobci.
Čidlo klepání pro škodovky je dobré použít ze Felicie 1,3 MPI, jde vlastně o jeden typ motoru se stejnými charakteristikami detonací a toto čidlo je na to vyladěno (cena nového asi 1350,- Kč). MPI mají uprostřed bloku předlitý držák se závitem (pro šroub M8 x 28), ke kterému se momentem 20 Nm čidlo připevní. U starších typů je ze strany výfukového potrubí na bloku závit pro upevnění motoru na montážní stojan, pokud si vyrobíte redukční závitovou vložku, je možné připevnit čidlo tam. Doporučuji čidlo odstínit plechem od výfukového potrubí.

Tak a teď to hlavní – jaké použít hodnoty předstihu pro naprogramování. Pokud nemáme oficiálně naměřené hodnoty z brzdy, můžeme si pomoci charakteristikou odstředivé regulace v rozdělovači. Charakteristika bývá přímková a nebo 1x lomená, přechody křivky zakulatíme zhruba tak, aby se nové hodnoty nějak vešly do tolerančního pásma odstředivého regulátoru. Není to sice úplně přesné, ale hodně se to blíží skutečnosti. Pokud křivky odstředivé regulace nemáme, nezbývá nám nic jiného než krok po kroku stroboskopem měřit předstih podle otáček a tak si hodnoty sejmout přímo na motoru. S podtlakovou regulací je to složitější, křivka mechanického podtlakového regulátoru platí jen pro snímání nad škrtící klapkou a moc nám toho o podtlaku pod škrtící klapkou neřekne. Podle toho, co jsem kdy viděl za oficiální charakteristiky, většinou se předstih v nízkých otáčkách zvyšoval se zvyšujícím se podtlakem velmi výrazně (od 1 000 do 1 500 ot/min asi 4 – 6 x ZP), později se nárůst předstihu plynule snižuje a zhruba od 4 000 ot/min se korekce pohybuje asi o +3 až +5?. Datové pole ukazovalo, že zhruba od 40 kPa výše se výsledný předstih v celém regulovaném rozsahu otáček pohyboval od 70 do 110% maximální hodnoty odstředivé regulace. Pokud máte škrtící klapku otevřenou více než 60?, můžete podtlakovou regulaci vyřadit z činnosti. Pokud použijeme čidlo klepání, na přesných hodnotách zase tak moc nezáleží, pomocí čidla se předstih doladí. Ovšem chce to vytvořit samoučící program, který čidlem naměřené hodnoty zpětně po korekci zapíše do datového pole a tak se postupně za provozu celé datové pole přizpůsobuje momentálním podmínkám (česky řečeno – za nějaký ten tisíc km bude v paměti něco úplně jiného, než co bylo původně vloženo, i když zase nějaký výrazný rozdíl to nebude). Takto vytvořený samoučící systém přizpůsobuje předstih zážehu kromě provozním stavům také opotřebení motoru.
Dále je zapotřebí si určit co všechno budeme regulovat. Kromě předstihu lze ještě stabilizovat volnoběžné otáčky, vypínat přívod paliva při brzdění motorem a co nejdůležitější – mít v poli dat přednastavené hodnoty pro měření emisí. Velký předstih získaný „samoučením“ není pro emise optimální, sledované veličiny se špatně dostávají do limitů. Pro volnoběh ponechte hodnotu ZP a pro zvýšené otáčky v rozsahu 2 300 – 2 700 ot/min si ještě podle starého rozdělovače zjistěte hodnoty předstihu a tyto někam do paměti vložte. Potom stačí pomocí nějakého přepínače na řídící jednotce přepnout na „emisní“ provoz a v klidu projít kontrolou. Stabilizaci volnoběžných otáček jsem popsal výše, důležité je mít signál o poloze škrtící klapky (kontakt) a hodnotu podtlaku, tu si při předepsaných volnoběžných otáčkách co nejpřesněji změříme přímo na motoru (při poklesu volnoběžných otáček podtlak klesá také, na to nezapomenout). Algoritmus regulace vypadá následovně – pokud otáčky klesají pod nastavenou hodnotu, zvyšujeme předstih tak dlouho (max. asi 15?), dokud se otáčky nevrátí na požadovanou hodnotu a tuto hodnotu předstihu ponecháme nastavenou, při zrušení volnoběžného režimu po 5 s vrátíme předstih na původní hodnotu. Časová konstanta 5 s je z důvodu krátkodobého přechodu do výkonového režimu, např. při různém popojíždění v koloně atd. Ovšem korekci provádíme jen pro volnoběh, posun celým datovým polem je chybný! Zavírání volnoběžné trysky při brzdění motorem používat až nad otáčkami 1 600 min-1, jinak nastává problém s přechody, dolní hranice pro otevření elektromagnetické trysky je asi 1 200 ot/min, pod touto hranicí má motor snahu zhasnout. Ovšem rozhodovací hodnoty je možné za provozu doladit.

Jak jsem již řekl, hodnoty předstihu se vypočítat nedají, protože nemáme vstupní veličiny (pokud chci vypočítat předstih, musím znát rychlost hoření směsi a toho dosáhnu pouze velmi složitým měřením a jsem tam, kde jsem nechtěl být – to už mohu rovnou měřit hodnoty předstihu). Takže použijeme datové pole sejmuté z motoru na brzdě a toto vložíme do paměti čipu. Podle systému řízení můžeme buď použít hrubě sejmuté hodnoty a hodnoty „mezi“ aproximovat, nebo vložit jemně rozdělená data a dopočítávání pro zjednodušení vynechat. Upozorňuji, že dosažení rozlišení předstihu 0,5 - 1? na klice po 10 – 15 ot/min je více než dostačující, jemnější regulace nemá význam, hodnoty výkonu a spotřeby se nezmění (spočítejte si třeba křivku Favorita). Základem řídícího algoritmu by tedy mělo být změření otáček a podtlaku a na základě těchto vstupních hodnot přiřadit výstupní hodnotu předstihu. Tuto hodnotu můžeme podle dalších veličin korigovat oběma směry, ale musí zůstat jako základ. V případě poruchy čidla klepání atd. musí být nějaké základní hodnoty, aby to jelo a dojelo domů aspoň jako normální auto bez elektroniky. Každopádně je vhodné pomocí kontrolky na přístrojové desce informovat o problémech s čidlem klepání, případně snímače podtlaku.

Heslovitě co se musí a co by se mělo:
 

  • referenční značky (zuby) vytvořit tak, aby jedna sestupná hrana byla v místě základního předstihu
  • při startu použít náhradní řešení bez řízení ?P, využít příslušný zub a tímto ovládat zážeh při spouštění motoru, po spuštění motoru do 1 s (to by měl ?P zvládnout se synchronizovat) přejít na řízení ?P
  • změřit hodnotu otáček v místě co nejbližším k bodu zážehu, z praxe by se měl odpočítávat čas od 60? před HÚ a tak pro měření otáček využít oblast mezi 120? a 60? před HÚ
  • změřit hodnotu podtlaku zhruba ve stejném místě jako otáčky, nebo alespoň jednou za otáčku
  • pokud se hodnota otáček změnila od posledního měření směrem nahoru, podle rozdílu určit akcelerační korekci. Lépe je měřit mezi DÚ a 60? před HÚ dva úseky a z nich akceleraci vypočítat, hodnota je aktuálnější a přesnější
  • připojit případné korekce podle teploty, posunu bodu hrany zubu způsobenou „pomalostí“ snímače atd.
  • odpočítat čas od bodu 60? před HÚ a spustit zážeh
  • od hodnoty zážehu změřit čas (nebo úhel) zbývající do začátku plnění cívky a po uplynutí této doby otevřít výkonový tranzistor ovládající zapalovací cívku (nebo změřit čas rovnající se 30% vzdálenosti mezi zážehy a vyslat signál pro L482, záleží na volbě způsobu plnění cívky). Počítat pro cívku z Favorita 3,2 ms a pro lištu z Felicie 2,76 ms. Začátek plnění se v nízkých otáčkách přesune do oblasti mezi 60? před HÚ a HÚ, v otáčkách vyšších před bod 60? před HÚ, takže toto řízení musí být nezávislé na ostatní činnosti ?P
  • v případě použití lišty přepnout na druhou cívku a po dalším cyklu zase zpět
  • pokud dojde k detonaci, celé pole předstihu posunout o 2? níže, případně opakovat do zániku detonací, další pokles může mít menší hodnotu (viz výše). Optimální je si zapamatovat pouze ten válec, který detonoval a regulovat jen jeho, ostatní válce mohou být od hranice detonací ještě dost vzdáleny
  • po ukončení korekce podle detonací počkat cca 5 – 20 s (tuto hodnotu případně změnit podle provozních zkoušek) a postupně zvolna zvyšovat celé pole předstihu do dosažení detonace, potom opět korigovat a tak stále dokola. Doba prodlevy mezi detonací a opětným hledáním by neměla být příliš krátká (nutíte často motor k detonacím), ani příliš dlouhá (zase můžete mít zbytečně dlouho předstih pod hranicí optima)
  • pokud se 2x po sobě při předstihu, podle kterého naposledy došlo k detonaci, detonace nesignalizuje a neobjeví se ani při zvýšení o 10?, došlo k poruše čidla klepání a regulace musí probíhat podle základního pole předstihu. Každých cca 5 min. zopakovat měření, jestli se čidlo neumoudřilo. Hlásit pomocí kontrolky na přístrojové desce
  • pokud leží původně jednotlivá naprogramovaná hodnota základního pole předstihu pro dané otáčky a podtlak níže o více než 5?, tuto hodnotu opravit trvale v paměťovém poli a považovat ji za součást datového pole. Optimální je udržovat předstih asi 5? pod hranicí klepání, ovšem tato hodnota se může u různých typů motorů lišit
  • při poloze škrtící klapky „zavřeno“ (mikrospínač atd. – přečti odstavec o regulaci volnoběžných otáček) hlídat předepsané otáčky, pokud dojde k poklesu postupně zvyšovat předstih o 2 – 4? na cyklus až do dosažení požadované hodnoty. Předstih by ale neměl být zvýšen o více než 10 – 15?. Při zpětném zvyšování volnoběžných otáček opět předstih snižovat. Nově nastavenou hodnotu předstihu ponechat ještě asi 5 s nastavenou (ale jen pro volnoběžné otáčky) i po přechodu do výkonového režimu (rozepnutí mikrospínače), aby se při krátkodobé změně nemuselo vše znovu nastavovat. Ve volnoběžném režimu nepoužívat zvyšování datového pole předstihu pomocí čidla klepání!!
  • doplnit regulaci odpojováním trysky volnoběhu při brzdění motorem
  • doplnit o omezovač maximálních otáček
Zapalovací lišta ve Felicii obsahuje nějaký hybridní IO, v kterém je zabudován kompletní výkonový stupeň. Na vstup stačí přivést jen řídící impulzy TTL nebo podobné 5V logiky o šířce 2,76 ms, sestupná hrana určuje zážeh. Podmínkou použití lišty je použití odrušených svíček, jinak proudové rázy způsobují rušení elektroniky, které se obtížně odstraňuje. U klasického zapalování s rozdělovačem jako odrušovací prvky slouží vn kabely, které u lišty nejsou. Pravděpodobně se musí při poklesu napájecího napětí prodloužit doba plnění (2,76 ms nebude k plnému nabuzení stačit).
 
               Svorky lišty:      funkce:

              č. 1                  vstup TTL pro 1. + 4. válec
              č. 2                  napájení +14 V  ±0,1 V
              č. 3                  vstup TTL pro 2. + 3. válec
              č. 4                  napájení 0 V (kostra)

 Myslím si, že jsem popsal vše, co je k vývoji elektronického řízení předstihu potřeba znát. Zbytek záleží na schopnosti konstruktéra vyvinout funkční zařízení. Ještě bych chtěl podotknout, že pokud můžeme použít nějaký prvek již ve vozidlech používaný, tak ho použijme. Tyto součástky byly pro provoz ve vozidlech a motorovém prostoru zvlášť navrženy a odzkoušeny (teploty, vibrace, ropné látky, vlhkost). Bastlit ze součástek zakoupených v maloobchodě pro tzv. stolní přístroje nedoporučuji, týká se hlavně různých piezoelementů a obvodů s teplotním rozsahem 0 - 70? C. Teploty mimo tuto toleranci sice nezpůsobí nefunkčnost, ale nejsou pro ně zaručovány katalogové parametry, zmenší se spínací rychlost atd.

 Přeji mnoho zdaru při vývoji elektronické regulace předstihu a na závěr popis analogově digitálního systému, který jsem dal dohromady asi před 10 lety.

Moje původní řešení s logickými obvody vypadalo následovně:

  • Použitá paměť EEPROM, ve které byly naprogramovány hodnoty předstihu do základních 512 polí (9 bit), rozsah od 500 do 6000 ot/min. Potom se tato pole programovala opět se zvýšením podle velikosti podtlaku (rozlišení pouze 6 bit). Snímač v binárním kódu přímo na škrtící klapce (optika). Výstup z paměti 8 bitový a obsahoval počet impulzů, které se odpočítávaly od předposledního zubu (65?) do přeskoku jiskry. Pod otáčkami 800 min-1 se předstih dvěma skoky zvýšil na hodnotu asi 12? před HÚ, tím se dosáhlo menšího poklesu volnoběžných otáček při zatížení alternátorem.
  • Použit 2x násobič kmitočtu (4046 + čítače) – násobil jeden druhým, přesné násobící hodnoty si už nepamatuji, ale jeden dělal 720 impulzů za otáčku, na 0,5? otočení kliky jeden impulz. Šest zubů na řemenici o šířce 5?, jiskra na sestupnou hranu. Určující zub měl trojnásobnou tloušťku (ne šířku) a pomocí změny velikosti magnetického pole (analogový Hall) se rozlišoval a výstup kromě jiskry zároveň synchronizoval činnost.
  • Měření otáček realizováno přesným monostabilem (4060 s krystalem a R/S), po dobu okolo 1 ms (už si přesně nepamatuji) od druhého zubu (125? před HÚ) se započítávaly impulzy z násobiče kmitočtu (toho „rychlejšího“) do vstupních čítačů (čítání nahoru), které byly připojeny na vstup EEPROM
  • Sestupná hrana monostabilu „zapsala“ přes derivační člen s dlouhou časovou konstantou hodnotu výstupu paměti do výstupních čítačů (8 bit dolů) a sestupná hrana (65?) zahájila odpočítávání přednastavené hodnoty pomocí impulzů z násobiče kmitočtu (toho „pomalejšího“) a při průchodu nulou se spustilo zapalování. V případě studeného motoru se dvoustavově řídilo zvýšení předstihu tak, že se použila vzestupná hrana (70?), tím se vše o 5? posunulo. Při cca 70? C se vše vrátilo zpět.
  • Korekce podle podtlaku – 6 bit snímač připojen přímo na EEPROM (od 10. bitu výše) a určoval výběr jednotlivých polí. Vždy šlo o celé pole, ke kterému se připočítala nějaká pevná hodnota.
  • Referenční zub vše nuloval a nastavoval do základní polohy.
  • Spouštění – použila se šířka referenčního zubu, vzestupná sepnula tranzistor a sestupná ho zavřela – hodila jiskru. Ovládáno napětím od konektoru spínací skříňky pro spouštění, jednoduše se přepnul koncový stupeň zapalování přes proudový zesilovač na přímé ovládání „zubem“.
  • Zapalování pomocí L 482 a klasického rozdělovače vn, poměr 3/7 se vyřešil speciálně vytvořeným analogovým obvodem, který se synchronizoval s jiskrou. (Ten chodil ze všeho nejlépe.)
  • A nakonec se mi při jakési bezvýznamné úpravě podařilo propojit uklouzlým hrotem měřáku 5 V napájení s 12 V, paměť a všechny HC mi zamávaly a bylo po ptákách. Člověk, který mi vždycky paměť naprogramoval ve své počítači (tehdy jsem o PC neměl sebemenší páru), se odstěhoval za prací kamsi do ciziny a tak jsem neslavně skončil.
  • Domácí úkol – zkuste spočítat počet brouků, které to obnášelo. Zapojení sice bylo teplotně stabilní a funkčně přesné, plošný spoj měl rozměr asi 230x190 mm a to tam bylo vše dost nahusto.


Regulace byla velmi přesná a protože jsem otáčky měřil co nejblíže to šlo k bodu zážehu, akcelerační korekci jsem nepoužil a i přesto motor běhal velmi dobře, zdál se živější a lépe držel volnoběh. Jelikož byl celý systém neustále resetován v HÚ, systém se nikdy nezbortil, jak to s oblibou dělá 89C51. Nevýhodou celého systému bylo, že jakákoliv úprava řídícího algoritmu znamenala vývoj nového zařízení včetně výroby PS.

  Škodovkářům zdar!

Autor článku: CJ (Jiří Čech)

zobrazit další autorovy články
upravit článek pro tisk

Komentáře k tomuto článku (192):

 

© 1999-2018, Petr Váňa a Insidea Digital s.r.o.
Jakýkoliv výňatek či přetisk obsahu serveru Škoda TechWeb může být použit jinde pouze s písemným svolením provozovatelů serveru, jež jsou uvedeni výše.
Zásady ochrany osobních údajů