ЭБУ инжекторных моторов для авиации

[ikono]

С внедрением инжекционной техники в авиации возникли некоторые особенности, которые хотелось бы обсудить подробнее в этой ветке.
Для меня лично интерес связан с покупкой этого симпатичного моторчика: BMW R1200 GS R12 образца 2005 года. Если кратко - мотор без обвески весит 58 кг и обещает давать 98 лс при 7600 об/мин. Из преимуществ - серийные запчасти, отработанная модель на массовом производстве, доступная цена, ремонтопригодность, низкое потребление топлива, наличие балансирного вала для уменьшения вибраций. Недостатки - неравномерность момента двухцилиндрового оппозита и необходимость в электронном блоке управления (ЭБУ) двигателя, совместимом с требованиями авиации. Вот о последней теме и буду писать в этой ветке подробнее. Так как мотор куплен и никуда я теперь не денусь, так что ветка будет жить. Буду собирать в ветке разные полезные данные, как для собственного потребления, так и для пользы для сообщества авиаторов. Комментируйте, не стесняйтесь.

 

[ikono]

А чем родные мозги не устраивают? 

Очень многим. По сути, я не слышал никогда, чтобы летали на этом двигателе с его родным ЭБУ. Недостатки следующие:
1) в отличие от меньших моделей ряда R, использующих ЭБУ Мотроник, на R1200GS установлен ЭБУ BMS-K, общающийся с остальными приборами и сенсорами по цифровой шине CAN, чем-то лично мне напоминающей  известный стандарт I2C. Шина представляет собой двупроводную витую пару, общую для всех приборов, со скоростью передачи данных 500 кбит/с. К ней подключены еще 2 контроллера (приборной панели мотоцикла и общей электрики, управляющей, например, поворотниками). Система неработоспособна при отсутствии одного из контроллеров. Собственно, этого недостатка уже достаточно, чтобы она стала неинтересна для авиации. Но это еще не все.
2) При кратковременном отказе одного из сенсоров контроллер отключает его окончательно. Восстановление функции возможно только с помощью диагностической системы, но до этого надо еще завершить полёт.
3) При отказе важного сенсора ЭБУ предпочитает отключить мотор, чтобы предотвратить его возможное повреждение. О том, что отключение мотора в самолёте может само по себе привести к повреждению двигателя, ЭБУ не подозревает 🙂
4)приборы, подключённые к шине, имеют свои уникальные адреса. Замена какого-нибудь датчика однотипным требует перепрограммирования ЭБУ.
5) Авиационный двигатель работает всего в трёх фиксированных режимах, так что многомерные зависимости параметров режимов, записанные в ЭБУ для наземного применения, по-сути, не нужны. Зато в авиации лето может смениться зимой всего за 5 минут 😉
6)и, наконец: логика работы ЭБУ это тайна фирмы, причём пилот не имеет возможности повлиять на управление двигателем, кроме как дроссельной заслонкой. Таким образом, чёрный ящик неуправляем и непредсказуем, причём запрограммирован в деталях для совсем другой задачи.

Вобщем, этих факторов мне с лихвой хватило, чтобы надёжно забыть о родной ЭБУ.

 

[ikono]

Что же делать? Вариантов, как мне кажется, три:
1) Поставить приемлемый по свойствам, но неродной ЭБУ, например, Мотроник или Январь. Потребует замены цифровых датчиков на аналоговые, перепрошивку функционалов управления, записанных в памяти ЭБУ. Проблема с неуправляемостью и непредсказуемостью чёрного ящика остаётся. Преимущество - бюджетный вариант, если конечно получится.
2)Trijekt предлагает свободно программируемый ЭБУ, в т. ч. и для шины CAN. Однако, насколько я понимаю, это по-прежнему наземный ЭБУ для мотоспорта, по-прежнему довольно чёрный ящик с ненужной функциональностью, но зато за деньги, сравнимые со стоимостью железа двигателя. Это решение для людей, согласных на компромиссы и готовых хорошо платить за то, чтобы не вникать в подробности. А я, наоборот, очень люблю вникать в подробности!
3) Можно попробовать создать гибкий контролируемый в полёте ЭБУ, заточенный специально для авиации. Путь нелёгкий, но, для начала, его можно обсудить.

 

[ikono]

Из всех задач, стоящих перед ЭБУ автомобиля или мотоцикла, для самолёта остаются интересными лишь две: управление зажиганием и управление клапанами инжекторов. Вторая задача хорошо знакома пилотам легкомоторных самолётов - управление обогащением смеси. С ней пилоты справляются уже несколько десятилетий и совсем без помощи компьютеров. Есть несколько простых правил, следуя которым можно выжать из двигателя всю мощность максимала на взлёте или наоборот, настроиться на экономичный круиз. Что касается угла опережения зажигания, то в классическом двигателе он является простой функцией оборотов. В автомобиле есть еще вакуумный регулятор опережения зажигания, но самолёту он не нужен, т. к. момент на валу является тоже простой кубической функцией оборотов. Таким образом встаёт вопрос, а нужен ли вообще микроконтроллер в авиационном ЭБУ с его зашитыми функционалами управления? Может быть микроконтроллер будет полезен как помощник пилоту, но он не должен стоять непроницаемой стеной между пилотом и двигателем. Основные функции вполне можно реализовать аналоговым путём, а сервисные цифровые подключать по мере необходимости, для облегчения работы пилота в сложных ситуациях и при обучении.

 

[ikono]

Аналоговые ЭБУ на транзисторах для инжекторных двигателей появились на Западе в 70х годах и работали сносно. На современной элементной базе реализовать ЭБУ не представляется слишком сложной задачей. Наверное, я бы уже давно сделал первоначальный проект аналогового ЭБУ, но параметры сенсоров двигателя мне не удалось найти. Предстоит обеспечить синхронизацию момента инжекции и зажигания с вращением коленвала и распредвала. И для того, и для другого в двигателе имеются сенсоры, параметры работы которых мне неизвестны. Больше того, они выдают данные в шину CAN, что мне тоже, по-видимому, не пригодится. Итак, предстоит установить другие сенсоры, но какие? Возможно, случайно подойдут сенсоры от меньших собратьев этого двигателя. Вот, кстати, видео, на котором доступно показывается, как реализуются некоторые функции аналогового ЭБУ, это где-то меньшая  половина всех необходимых функций, но зато одни из самых сложных:
[media]https://www.youtube.com/watch?v=-BpJiGPYZA8[/media]

 

[ikono]

О чём речь: 1) датчик положения коленвала (частота вращения), сверху на картере под генератором. 2) датчик положения распредвала на правой головке цилиндра. Кому знакомы подобные аналоговые датчики?

 

[Пух]

В следующий раз, когда будете покупать двигатель, берите полный комплект . С мозгами, глушителем, бензонасосом и прочее. И тогда таких мыслей возникать будет меньше.  Все родное прекрасно работает . и все идет в дело.  А на счет отказов зайди, для начало на BMW форум и  посмотри какие проблемы с этим двигателем.  Большинство даже не поймут о чем речь. 

 

[ALEXBOND]

Если  Январь то датчику кв нужно 60-2зуба датчик распредвала там проще пойдёт любой.в прошивке отключить все что не нужно.был опыт установки Январь5на субару.лично мне инжектор нравится.лучше январь 7 там комутатр встроенный.катушку на свечу и вперед

 

[ikono]

В следующий раз, когда будете покупать двигатель, берите полный комплект

Уважаемый Пух, ты точно уверен что не путаешь R1200 с R1100 или c R1150? Форум BMW посмотрю, спасибо.

ALEXBOND: спасибо за инфо по Январю. Интересно, можно ли отключить всё лишнее в Мотронике? Он мне более доступен здесь, хотя если уж должен быть Январь - тоже можно достать.

Выяснилось, что я недооценил Trijekt, у него есть входы подстройки инжекции и МЗ (нем.): http://www.trijekt.de/fileadmin/website/downloads/deutsch/Grundlagen%20trijekt%20Motormanagement%20-%20V1.00R2.pdf

Датчик распредвала (второй) - обычный индуктивный, проблем не представляет:

 

[ikono]

Первый датчик тоже вроде индуктивный:

 

[Пух]

Уважаемый Пух, ты точно уверен что не путаешь R1200 с R1100 или c R1150?

Нет, что-то я наверно путаю, но в данном случае это мало вероятно.  Здесь на форуме есть  участник Van-gog. Можете у него узнать как оно работает.  У меня есть только видео когда ее испытывали до установки на его дельталет.  Я летал немного на этом двигателе зимой и проблем ни каких не обнаружил.  По сравнению с ротаксом просто песня. http://www.youtube.com/watch?v=WhOkRpQz66Q

 

[ikono]

Припоминаю одну катастрофу в Германии из-за отказа инжекторного двигателя на круге - было несколько лет назад, какой двигатель - не знаю. Но не будем о грустном, нужно просто быть осторожным. Оптимизм по сравнению с Ротаксом я, конечно же, разделяю 🙂

Датчик коленвала на деле оказался примитивным индукционным датчиком, никакого CAN-интерфейса! Намагниченный сердечник и обмотка, подключённая к разъёму, ВСЁ! Сопротивление обмотки 648 Ом одинаковое в обоих направлениях, при поднесении к сердечнику стальных деталей наводится напряжение порядка сотен милливольт. Думаю, что датчик распредвала аналогичен. Вот и верь после этого глянцевым книжкам по обслуживанию. Кстати, и Мотроник и Январь уходят корнями к одной и той же фирме BOSCH и чипсету от Инфинеона:
http://chiptuner.ru/content/ecu_dd/

 

[SMotors]

При создании Wunderwaffe очень полезно классическое образование, хотябы для того, чтобы определить, где в нем пробелы.
Теоретически, все предельно просто. Нужно налить достаточное количество топлива в оптимальный период и поджечь его в нужный момент.
Все как в книгах по кулинарии. Только у одних хозяек выходит баланда, а у других- высокая кухня.
С кулинарией, в неудачном случае, появляется доп. питание для собаки.
В ситуации с авиамотором, можно не только испортить "сковородку" , но и "дом спалить".
Примерно с конца 80-х я не вижу честных книг про управление двигателями.
Рекомендую найти книгу издания Бош на память, ее название "системы управления дизельными двигателями". Это удивительно хороший перевод.
Время не будет потрачено зря. Возникнут вопросы и по бензиновым моторам....

 

[ikono]

Если кому понадобится - направление вращения коленвала, если смотреть сзади и по направлению движения - левое:
https://www.youtube.com/watch?v=nkRCrjs_YcU
Вот, кстати, видно, что чтобы запустить 1200 с родными мозгами, все оригинальные приборы должны быть с собой, в кулёчке 🙂
https://www.youtube.com/watch?v=tQsFayEoZu8

Число зубьев датчика положения коленвала 60, из которых два сточены (не 60+2!), так что да здравствует Январь  😉

Датчик температуры двигателя (масла) - обычный полупроводниковый NTC

Датчики температуры головок - сопротивление при комнатной температуре 2,48 кОм.

Датчик положения распредвала - действительно индукционный, сопротивление обмотки 767 Ом, при медленном вращении наводятся милливольты.

Отсутствующие зубья датчика коленвала проходят перед датчиком в начале цикла сжатия (или выпуска). При этом ВМТ соответствует 20й зуб, если считать от первого неспиленного по направлению вращения.

 

[ikono]

Вобщем, принцип работы будущей системы зажигания мне уже ясен. Сигнал от датчика поступает на триггер Шмидта, причём специальная схема обнаруживает отсутствие двух импульсов и выдаёт строб обнуления. Выход триггера Шмидта подключается к счётчику, который начинает считать зубья с 1 после обнуления стробом. Выход счётчика дешифрируется. Вместе с 1 импульсом включается ток катушек зажигания с помощью R-S триггера. Выключение тока катушек зажигания происходит импульсом с n-ного выхода дешифратора, причём n задаётся переключателем с пульта пилота в ручном, либо микропроцессором в автоматическом режиме. Каждый зуб датчика соответствует 6 градусам сдвига угла, что немного грубовато, но для начала сойдёт. При этом вся эта примитивная электроника, разумеется, дублирована и запитывает свою пару свечей. Немножко смущает сопротивление катушек в 0,87 Ом - это какой же в них будет ток на низких оборотах?!?
Вот, к примеру, функционал УО зажигания Мотроник на 95 бензине в зависимости от нагрузки. Верхняя линия для большой, нижняя - для маленькой нагрузки. Видно, что при и при малом газе 2000 оборотов при малой нагрузке, как и при 5000-7000 оборотах при большой, УОЗ остаётся примерно одинаковым, и составляет 30-36 градусов. Это соответствует МЗ от 14-15 импульса датчика. Регулируемая цепь задержки позволит дополнительно подстраивать точно МЗ между импульсами. При запуске двигателя пилот должен выставить МЗ поменьше, порядка 18 градусов, т. е. от 17 импульса. Вот и вся система зажигания 🙂

Продолжение следует!

 

[ikono]

Если бы двигатель был карбюраторный с электронным зажиганием, то на этом можно было бы и закончить. Однако, в инжекторном двигателе ЭБУ еще должен определиться в какой из двух цилиндров впрыскивать топливо. Для этого существует дополнительный датчик положения распредвала. На фото видно, что на шестерёнке распредвала правого цилиндра закреплён единственный зуб, который проходит положение под индуктивным датчиком примерно в момент строба обнуления, причём только перед циклом всасывания  ЛЕВОГО по ходу движения мотоцикла цилиндра. При этом открытие впускного клапана начинается примерно к 13 зубу, так что чтобы определиться со впрыском - полно времени. Интересно, что 13 зуб соответствует углу 42 градуса до ВМТ: немножко странно, что впускной клапан начинает открываться до окончания фазы выпуска. Возможно, здесь расчёт на резонансный эффект во впускном коллекторе и выхлопной системе, который при правильной настройке продует цилиндр в ВМТ при обоих открытых клапанах. В связи с этими хитростями не совсем понятно, когда начинать открывать инжектор. Интуитивно - это надо делать градусов под 45 после ВМТ, это будет 27 - 28 зуб. Момент начала инжекции - еще один параметр, который надо бы оптимизировать, однако можно делать это на земле и оставить постоянным в полёте.
В принципе, датчик распредвала можно использовать для дублирования датчика коленвала, однако это сложно, потому что этот датчик не даёт тактовых импульсов и придётся использовать аварийный генератор. Схема выбора цилиндра инжекции работает так: импульс датчика распредвала, прошедший триггер Шмидта, устанавливает R-S триггер в единичное состояние, направляя импульс запуска инжектора в драйвер инжектора левого цилиндра. Следующий строб обнуления возвращает триггер в нулевое состояние, так что очередной импульс запуска в инжектор правого цилиндра. Сам импульс инжекции формируется 2 ждущими мультивибраторами, которые запускаются 27 импульсом датчика коленвала. При этом один мультивибратор направляет короткий постоянный по длительности импульс тока большой силы в инжектор, так что тот открывается быстро и независимо от напряжения аккумулятора. Второй ждущий мультивибратор открывается тем же импульсом, но формирует импульс более слабого тока удержания, длительность которого определяется суммой нескольких параметров:
1) отношением давления воздуха к температуре, см. видео выше
2) положением датчика дроссельной заслонки
3) скоростью открытия д. заслонки (см. видео)
4) положением органа управления обеднением смеси, находящимся в кабине пилота,
5) - либо - сигналом микропроцессора, осуществляющего установку начального значения и постепенную подстройку состава смеси с помощью обратной связи от лямбда-зонда.

Кроме того, на обоих цилиндрах стоят датчики детонации, корорые надо обязательно подключить и вывести на панель управления двигателем, чтобы пилот случайно не угробил мотор. С принципом работы датчиков предстоит еще разобраться.

Конкретные принципиальные схемы мне уже видятся, но рисовать буду следующий раз. Пока-что я всё равно жду поставки стартёра и основных катушек зажигания.

 

[Юрий Ер]

Первый датчик тоже вроде индуктивный:

Все датчики такого типа если имеют 2 провода индуктивные. По типу холла имеют 3 провода.

 

[Юрий Ер]

Если кратко - мотор без обвески весит 58 кг

Вот на это чаще всего и покупаются. Мотор без обвески всего лишь ЦПГ. Но летать то придётся с обвесом. В итоге всё равно получается 1кг на лошадь. Дальше недостатки сумасшедшие обороты.
Но это ладно мне понравился ваш подход. И похоже есть знания в области электроники. Можно попробовать создать систему общую для всех авиа инжекторов.  Иными словами что нужно сделать чтобы родной блок работал. Ведь в принципе в нём всё есть просто нужно оградить его от влияния переферии. Вникнуть как же влияет к примеру включение того или иного агрегата на работу инжектора. Я предполагаю. К примеру включили кондишен.... что это наверное мозг воспринимает это нагрузка и вероятне всего просто выровняет холостой ход. Значит отключение его на работу инжектора вроде ине должно по влиять но может выскочить ошибка и перевести инжектор в програмный режим а он не всегда соответствует состоянию атмосферы и параметры могут оказаться не в жилу. Вот по решать бы эти вопросы. Было бы классно.

 

[летун.петер]

Поставил Трайжект,  осваиваю. В программе можно изменить любые настройки двигателя, можно даже "прописАть" собственную программу управления своим мотором под свои нужды... Проблема в том, что я по немецки разве с голоду не помру... :'(   мой прогресс приостановился на стадии: могу изменить время впрыска, но не могу сохранить изменения в память мозгов.
Может кто русифицирует прогу ну пожалста... :-?
В штатной версии прошитой в германии для мотора R1200GS мотор работает вполне нормально, решил подстроить в связи  с повышенными оборотами ХХ и повышенной температурой выхлопных газов. Посчитал смесь богатой, либо наш российский бензин 95 несколько не германский...

 

[ikono]

не могу сохранить изменения в память мозгов. 

летун.петер: пришлите скриншоты в личку, может смогу помочь с переводом.
Русифицировать - это можно, но пока не хочу отвлекаться, может чуть позже.

Посчитал смесь богатой

А что говорит лямбда-зонд? Триджект подстраивается по лямбда-зонду, или пользуется исключительно прошивкой?