Приветствую, друзья! Поставленной целью опубликованного ниже материала является оказание информационной помощи (которой порой так не хватает) участникам и гостям форума в модернизации системы впрыска на своем стареньком, но горячо любимом автомобиле Audi. Речь пойдет о замене системы впрыска топлива Bosch K-Jetronic на электронный впрыск под управлением EFI MegasquirtAVR. Можно сколько угодно спорить о целесообразности замены системы впрыска, о надежности и возможностях Bosch K-Jetronic, о достоинствах той или иной систем электронного управления – речь в данном материале пойдет о замене системы впрыска топлива Bosch K-Jetronic на электронный впрыск под управлением EFI MegasquirtAVR, а целесообразность пусть будет прерогативой решившегося на замену. Потому прошу всех участников и гостей форума, читающих и интересующихся этой темой, не поднимать в теме вопрос целесообразности замены системы впрыска, не обсуждать – что лучше, что хуже из имеющихся в природе систем впрыска. Пишу в третий раз - речь в данном материале пойдет о замене системы впрыска топлива Bosch K-Jetronic на электронный впрыск под управлением EFI MegasquirtAVR! Надеюсь на понимание позиции автора материала. Спасибо, друзья!
Немного идеологии. Материал рассчитан исключительно на тех участников и гостей форума, кто любит все делать своими руками. Подчеркиваю, именно своими руками, от первого провода, до последнего винтика. А так же обладает некоторыми обязательными знаниями: в электронике, в создании и написании программ для микроконтроллеров, в механо- и металлообработке, в автомобильной технике, имеет хорошую электромонтажную практику. Кроме всего прочего, потребуется наличие возможности выполнения токарных и фрезерных работ, для изготовления некоторых частей крепления датчиков и форсунок. Вещи, излагаемые в материале, требуют наличия указанных выше знаний, без обладания которыми, материал утрачивает свою ценность для читателя. И по сему всякие вопросы подобные таким как: “- А где можно купить, что-либо …?”, или “- А можно у Вас заказать, что-либо …?”, или “- А как сделать то-то …?”, убедительная просьба не задавать. Сведений в материале абсолютно достаточно для самостоятельного повторения, тому, у кого есть голова с необходимыми знаниями, руки и желание. А ответ на вопрос “- Почему именно своими руками?” достаточно прост - при стоимости автомобиля Audi 1984-1994 годов выпуска в среднем от 50 до 120 т.рублей покупать готовую систему “под ключ” стоимостью от 25-30 т.рублей и выше просто не выгодно.
Техника безопасности. Выполняя все работы, связанные с монтажом и настройкой системы впрыска, будьте внимательны! При изготовлении блока управления придерживайтесь определенных правил, это поможет избежать головной боли в дальнейшем, и блок управления заработает сразу при первом включении. Никогда не делайте соединений проводов “на соплях” и скрутках. Все датчики и исполнительные механизмы должны подключаться к проводке обязательно через разъемы. Все резьбовые соединения обязательно контрольно подтягивайте ключом. При изготовлении топливной рампы, а также при монтаже и опресовке топливной системы, следует уделить повышенное внимание герметичности топливной системы! Всегда имейте под рукой исправный огнетушитель. При настройке и откатке калибровок, особенно при использовании on-line режима настройки (например, с ноутбуком в салоне) всегда используйте помощника, например, в качестве водителя. Смотреть одним глазом на дисплей компьютера, а другим на дорогу поверьте - не получится точно. Помните, если хотя бы не о себе так, о своих близких людях! Соблюдения этих нехитрых правил поможет сохранить в целостности, на период работ по замене системы впрыска топлива, и автомобиль и ваше здоровье, как физическое, так и душевное.
Итак, по порядку. 1. В качестве автомобиля будет выступать Audi100 1986 г/в, с пятицилиндровым рядным двигателем объемом 2154 см3 (тип двигателя WC), с системой впрыска топлива Bosch K-Jetronic и трамблерной системой зажигания TSH-Z (с коммутатором). Одним из условий задачи по замене системы впрыска было как можно более полное использование штатного оборудования и как можно меньшее внесение изменений в механизмы и электропроводку автомобиля. В качестве блока управления для новой системы впрыска был выбран EFI MegasquirtAVR. Для справки: EFI MegasquirtAVR это европейская реализация широко известного DIY EFI Megasquirt, американского происхождения. От оригинального Megasquirt была взята базовая концепция построения блока управления. А микроконтроллер и программное обеспечение было заменено. В оригинальном EFI Megasquirt используется микроконтроллер фирмы Motorola, а в EFI MegasquirtAVR используется микроконтроллер AVR фирмы Atmel. В дальнейшем DIY проект EFI MegasquirtAVR был коммерциализирован и в настоящее время, используя уже новую аппаратную платформу, известен под брендом VEMS. В терминологии принятой для проекта VEMS в настоящее время MegasquirtAVR является старой аппаратной платформой и именуется Genboard V2.x, в то время как новая аппаратная платформа, используемая в проекте VEMS, именуется Genboard V3.х. Напомню, проект VEMS в настоящее время коммерческий продукт, а EFI MegasquirtAVR в свое время позиционировался как открытый DIY проект.
2. Исходя из специфики работы EFI MegasquirtAVR, набор обязательных датчиков и входных сигналов, необходимых для работы блока управления будет следующим: датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP), датчик положения дроссельной заслонки (TPS), датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (CLT), датчик температуры впускного воздуха (MAT), датчик наличия остаточного кислорода в отработавших газах (O2S), сигнал моторной синхронизации блока управления (COIL). А набор обязательных выходных сигналов с блока управления будет таким: сигналы управления форсунками (INJ1, INJ2). Все остальные входные и выходные сигналы управления являются опциональными (т.е. их использование не обязательно для правильного функционирования подачи топлива в цилиндры двигателя), такие как, например, сигнал управления реле вентилятора радиатора охлаждения (CL), сигнал управления реле бензонасоса (FP), набор сигналов для управления шаговым двигателем клапана регулятора холостого хода (STEP1 - STEP4), сигнал для управления клапаном дополнительной подачи воздуха (IDL) и др.
Некоторые замечания по сборке и монтажу топливной системы, электропроводки и подбору датчиков. 2.1. Датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP-sensor) интегрирован в блок управления и расположен на плате блока. 2.2. Датчик положения дроссельной заслонки (TPS) используется покупной, подойдет от ЭСУД, устанавливаемые на отечественные автомобили “Волга” производства “ГАЗ” - ДПДЗ НРК1-8. Кронштейн крепления датчика к штатному дроссельному узлу Audi представлен на рисунках ниже. Чертеж для изготовления кронштейна представлен в приложенном к сообщению файле. Дугообразные пропилы на пластине крепления ДПДЗ предназначены для беспроблемной, точной установки (согласования) начала момента открытия дросселя с началом выдачи сигнала датчиком. При установке удлинителя оси дроссельной заслонки для датчика, возможно, придется использовать шайбу под удлинитель (толщина подбирается экспериментально).
2.3. Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя (CLT-sensor), так же как и датчик температуры впускного воздуха (MAT-sensor), используются покупные, подойдут практически от любых ЭСУД, за исключением сильно эксклюзивных. Практически все, продаваемые на наших российских авторынках и магазинах, датчики имеют одну из двух передаточных характеристик - GM или Bosch, ставших де-факто как бы стандартом. Можно так же использовать и импортные датчики температуры для блоков управления, например, Bosch 0 280 130 040 в качестве ДТОЖ. Датчики следует выбирать исходя из соблюдения двух условий. Разъем датчика должен быть обязательно двухконтактный (крайне нежелательно использовать корпус датчика как сигнал аналоговой “земли”), и датчик не должен быть предназначен для работы на стрелочный нагревательный прибор, т.е. работающий на указатель температуры в приборной панели. Так же стоит уделить внимание резьбовой части датчика, например, ДТОЖ от ВАЗа имеет резьбу М12х1,5, а ДТОЖ от Bosch (0 280 130 040) имеет резьбу М10х1. Резьба в отверстии патрубка ГБЦ для крепления ДТОЖ М10х1, в случае применения ДТОЖ от ВАЗ резьбу придется перерезать метчиком. Также на ГБЦ есть три отверстия с резьбой М10х1 в рубашку ОЖ, закрытых заглушками с внутренним шестигранником на 6мм. Одно отверстие в районе первого цилиндра, второе отверстие расположено в районе пятого цилиндра, и третье - с торца ГБЦ рядом с отверстием крепления термо- временного выключателя (того, что используется для работы пусковой форсунки). Их так же можно использовать для крепления ДТОЖ (резьбу в этих отверстиях перерезать не желательно). Пример монтажа ДТОЖ от ВАЗа показан на рисунке ниже. Передаточная характеристика датчиков температуры GM и передаточная характеристика датчиков температуры Bosch представлены в приложенных к сообщению файлах.
2.4. Датчик наличия остаточного кислорода в отработавших газах (O2-sensor) используется покупной, подойдет продаваемый для отечественных автомобилей датчик Bosch 0 258 005 133. Место установки датчика необходимо выбрать как можно ближе к двигателю в выхлопной системе, в то же самое время, соблюдая следующие правило: датчик должен находиться в полном потоке выхлопных газов, т.е. после того как все ответвления приемной трубы (так называемых “штанов”) сойдутся вместе. Располагать датчик необходимо таким образом, чтобы провода с датчика были выше горизонта градусов на 15-20 (еще лучше расположить датчик вертикально). Установленный датчик показан на рисунке ниже, а чертеж для изготовления гайки крепления датчика и винтовая пробка-заглушка представлен в приложенном к сообщению файле. Пробка-заглушка может понадобиться, если возникнет необходимость отказаться от применения датчика остаточного кислорода в отработавших газах.
2.5. Сигнал моторной синхронизации (COIL) берется или с выхода коммутатора системы зажигания двигателя (контакт “1” разъема) или с катушки зажигания (клемма “1” катушки). Пример того, как это реализовано, показан на рисунке ниже.
2.6. Форсунки (Injectors) следует выбрать из необходимости реализации полной мощности двигателя. Т.е. статическая производительность форсунок не должна быть и слишком мала для конкретного двигателя, иначе получить мощность вряд ли получиться, и в тоже время не должна быть слишком большой, иначе настроить ХХ вряд ли удастся. В качестве примера, для двигателя мощностью 137 л.с. (100 кВт) можно порекомендовать форсунки Bosch 0 280 158 107 (производительность 200 сс/min, для давления топлива 300 КПа), или форсунки Bosch 0 280 158 110 (производительность 170 сс/min), или в совсем крайнем случае Bosch 0 280 158 017 или Bosch 0 280 158 022 (производительность 155 и 150 сс/min соответственно). Все представленные форсунки из одной ценовой категории (550-650 руб/штука) и свободно продаются в подавляющем большинстве российских автомагазинах, так как используются отечественным автопромом. Для подвода топлива к форсункам используется топливная рампа, показана на рисунках ниже. Чертежи для самостоятельного изготовления топливной рампы представлен в приложенном к сообщению файле. Трубки подачи и отвода топлива, а так же болты крепления трубок к рампе используются штатные. Форсунки устанавливаются в специально предназначенные для этого в ГБЦ гнезда (колодцы) показанные на рисунках ниже. Под форсуночные колодца обязательно устанавливаются уплотнительные кольца, изготовляются, например, из фторопласта. Чертеж для изготовления форсуночных колодцев так же представлен в приложенном к сообщению файле. Регулятор давления топлива в рампе используется покупной, РДТ-300 (2112-1160010), подойдет от автомобиля “Лада” производства “ВАЗ”, двигатели которых работают под управлением ЭСУД “Январь 5.х” или “Январь 7.2”, давление регулирования 300 кПа.
2.7. Разъемы для датчиков и форсунок, так же как и реле и колодки под их установку, можно без проблем набрать на “автомобильных разборках” (с электропроводок старых автомобилей) или приобрести на авторынке. 2.8. Примерный монтаж топливной системы показан на рисунках ниже.
2.9. Примерный монтаж электропроводки в моторном отсеке показан на рисунках ниже. Схема электропроводки представлена в приложенном к сообщению файле. Два дополнительно устанавливаемых реле и предохранители предназначены для подачи питания на нагреватель датчика остаточного кислорода в отработавших газах и подачи питания на форсунки соответственно. Вся электропроводка обязательно жгутируется и помещается в защитную трубку. Можно использовать продающейся на авто-рынках специально для этого предназначенный рифленый кембрик-трубку, соответствующего диаметра. Блок управления обязательно следует поместить в салон автомобиля. Найти ему место можно где угодно (штатное место для ЭБУ на AUDI в 44-м кузове, на правой передней стойке у ног пассажира). Я, например, поместил блок управления в вещевом ящичке.
3. Блок управления впрыском топлива EFI MegasquirtAVR (автор идеи Michael Kristensen), выполнен на двухсторонней печатной плате, чертеж печатной платы в формате Gerber представлен в приложенных к сообщению файлах. Изготовление печатной платы прямо по этим чертежам можно, например, заказать в фирме “Резонит”. Стоимость изготовления 4-х штук плат (меньше просто не выгодно) составляет чуть менее 2 т. руб. Так же в приложенных к сообщению файлах представлены: принципиальная электрическая схема блока управления, схема расположения компонентов РЭА на плате и спецификация используемых в блоке компонентов РЭА. В спецификации компонентов РЭА так же представлен примерный порядок цен на компоненты. Чтобы избежать привязки к местности, цены были взяты из каталога известнейшего интернет - магазина “Платан”. Пассивные компоненты РЭА блока управления можно использовать от б/у радиоэлектронной аппаратуры. Примерный вариант корпуса для блока управления показан на рисунках ниже. Чертеж для самостоятельного изготовления корпуса представлен в приложенных к сообщению файлах. Нет никакой необходимости изготовлять корпус из полистирола или оргстекла. Просто лично у меня остались кусочки этих материалов, и я их, таким образом, утилизировал.
Несколько замечаний по сборке и монтажу блока управления. 3.1. Сборку блока управления начните с установки на плату микроконтроллера и всех smd-компонентов. Затем установите компоненты узла связи микроконтроллера с персональным компьютером, а также компоненты для подключения ISP программатора и компоненты узла питания блока управления. Можно пробовать подавать питание на блок управления и программировать микроконтроллер. Далее порядок сборки блока управления может быть произвольным. Можно придерживаться следующей последовательности: компоненты входных цепей, компоненты слаботочных выходов, компоненты светодиодной индикации, компоненты узла управления шаговым двигателем, компоненты выходных цепей каналов управления форсунками и компоненты цепей гашения обратных импульсов с форсунок. В последнюю очередь следует устанавливать на плату датчик абсолютного давления и разъем subd-37male.
3.2. Резисторы R38/R40 должны быть мощностью в 0,5 Вт., так как 0,25 ваттные резисторы могут сгореть. С другой стороны, резисторы в цепи база-эмиттер p-n-p транзисторов гашения обратных импульсов с форсунок могут быть использованы мощностью в 0,25 Вт. 3.3. Резисторы R1 … R4 могут быть номиналом в 10 кОм, взамен используемых в 1 кОм. Нет никакой необходимости в токе величиной 4 мА в цепи баз транзисторов управляющих светодиодами. Хотя если Вы установили 1 кОм, то не заменяйте их уже. 3.4. Стабилитроны D6, D8 желательно установить номиналом в 5,6 В, или вообще исключить из схемы. Дело в том, что стабилитроны не идеальные приборы, и могут начать проводить при напряжении ниже 5,1 В, что в свою очередь приводит к искажению сигала аналоговой формы, особенно если значение сигнала близко к значению напряжения стабилитрона. Максимальное напряжение, регистрируемое АЦП микроконтроллера, на входе при этом будет не более 4,5 Вольт (зависит от разброса характеристики стабилитрона и точности резистора). 3.5. Стабилитрон D11 не устанавливайте вообще. 3.6. Ножки разъема subd-37male должны быть запаяны все без исключения. Так как на разъем сходится “земля” со всей печатной платы. 3.7. Цепь гашения обратных импульсов с форсунок (“V+”) должна быть подключена к +12 В. Можно так же, эту цепь, подключить к “земле”, если необходимо использовать цепь гашения обратных импульсов с форсунок “старого образца” (T8, D34, R47, C35), правда потребуется замена некоторых компонентов.
3.8. Цепи “земля” и “аналоговая земля” должны быть разделены. “Аналоговая земля” только для датчиков. Внешние цепи “аналоговой земли” также не должны подключаться к “земле” (как пример, к кузову автомобиля), иначе возможно протекание по цепям “аналоговой земли” платы блока управления мощных обратных токов. 3.9. Регулятор напряжения (IC2) можно заменить LM2940-5.0. Так же будет не лишним положить между корпусом регулятора напряжения и печатной платой теплопроводную пасту, и прикрепить корпус регулятора напряжения винтом с гайкой к печатной плате. 3.10. Не устанавливайте драйвер шагового двигателя (IC4) в панельку под микросхему, так как четыре средних вывода микросхемы служат для переноса тепла к импровизированному радиатору (слой меди в форме бабочки). 3.11. Желательно не устанавливать на плату компоненты тех узлов, использование которых не предполагается. Например, все, что связано с управлением клапаном РХХ с шаговым двигателем, если не планируется использование регулятора холостого хода под управлением EFI MegasquirtAVR. 3.12. Транзисторы T1 … T4 будет не лишним установить на радиатор. 3.13. Обязательно закрепите разъемы subd-37male и subd-9famale винтами с гайками к печатной плате.
4. Примерный расчет стоимости комплекта для замены системы впрыска топлива. Для исключения привязки к местности, большинство цен взято от интернет - магазинов. Форсунки Bosch 0 280 158 107 (650 руб. на 5 штук) - 3250 руб. (Экзист) Датчик остаточного кислорода в отработавших газах Bosch 0 258 005 133 - 950 руб. (Экзист) Датчик температуры охлаждающей жидкости Bosch 0 280 130 040 - 120 руб. (Экзист) Датчик температуры впускного воздуха - 120 руб. (Экзист) Датчик положения дроссельной заслонки НРК1-8 - 300 руб. (авто-рынок) Разъемы (5 для форсунок, 4 для датчиков) - 350 руб. (авто-рынок) Регулятор давления в топливной рампе РДТ-300 (2112-1160010) - 500 руб. (авто-рынок) Изготовление печатной платы для блока управления - 500 руб. (Резонит) Стоимость комплекта компонентов РЭА для блока управления - 2000 руб.( Платан) Корпус блока управления - изготовлен своими руками. Топливная рампа и форсуночные колодца - изготовлены своими руками. Крепление ДПДЗ - изготовлено своими руками. Крепление ДК - изготовлено своими руками. Электропроводка – изготовлена своими руками. Итого бюджет проекта составляет ~ 8200 рублей. Если заказывать все токарные и фрезерные работы на стороне, то еще плюс 1500 - 3500 рублей.
5. Программное обеспечении EFI MegasquirtAVR. Загрузка и контроль функционирования ПрО. Встраиваемое программное обеспечение (embedded firmware) блока управления написано на языке “С” с расширением для микроконтроллеров AVR. Скомпилировано и собрано с использованием пакета WinAVR (freeware GNU licensed). Структурно ПрО подразделяется на загрузчик (bootloader) и собственно основной модуль ПрО. В приложенном к сообщению файле представлен архив с исходными тесктами (на "С") программного обеспечения, так как проект задумывался исключительно Open Source. Все коментарии по исходникам я даю только лично, в icq или mail. В теме вопросы по исходным текстам и алгоритмам работы категорическая просьба НЕ ЗАДАВАТЬ! Помните, это автомобильный технический форум, а не филиал форума WASM или САХАРА.
5.1. Файлы, для загрузки в flash-память, основного модуля ПрО, собственного загрузчика, а так же данные конфигурации микроконтроллера представлены в приложенном к сообщению файле. Представленное ПрО собрано с таблицами калибровок датчиков температур (CLT и MAT) соответствующих передаточной характеристике Bosch (для распространенных датчиков ДТОЖ и ДТВ от “ВАЗ”). Если планируется использование датчиков с другой передаточной характеристикой, то firmware придется пересобрать с соответствующими калибровками. On-line изменение основных калибровок - TERMFACTOR, AIRDENFACTOR, KPAFACTOR не предусмотрено, так как не имеет практического сысла.
5.2. При первом программировании микроконтроллера, например, с помощью приложения AVRDUDE из пакета WinAVR, или любого другого программатора и соответствующего адаптера (например, STK200) способного по ISP общаться с ATmega128, необходимо установить конфигурацию микроконтроллера (прошить “fuse”) и загрузить в flash-память собственный загрузчик. Дальнейшая загрузка и все последующие (например, новые ревизии ПрО) загрузки основной программы управления будут происходить с использованием собственного загрузчика, через последовательный интерфейс RS-232. Загрузчик полностью реализует протокол AVRPROG от Atmel, так что в качестве программатора можно воспользоваться одноименной утилитой от Atmel, например, из пакета AVR Studio. Как только работа AVRDUDE завершится, выключите напряжение питания и отключи кабель ISP. Теперь можно подключать кабель последовательного порта и подать питание. Запустите приложение AVRPROG. В окне AVRPROG выберете файл для записи в flash микроконтроллера. Сессия программирования с AVRPROG должна быть обязательно окончена нажатием на кнопку “Exit” в окне AVRPROG. 5.3. При подаче напряжения питания микроконтроллер стартует с bootloader’а и проверяет, по определенной сигнатуре, наличие основного модуля ПрО в flash-памяти микроконтроллера. При наличии основного модуля ПрО, а равно как, и при отсутствии специального стартового условия, bootloader передает управление основному ПрО, иначе bootloader переходит в цикл ожидания команды по RS-232. Специальным стартовым условием “входа в загрузчик” является наличие, при подаче напряжения питания, кратковременного короткого замыкания линий TxD и RxD интерфейса RS-232 (разъем кабеля связи с ПК должен быть обязательно отключен!). Индикация, соответствующая режиму “bootloader” - постоянное свечение “STATUS” светодиода на плате блока, а также постоянное свечение “MISC” светодиода на лицевой панели блока. При окончании загрузки основного модуля ПрО в flash-память микроконтроллера, bootloader передает управление основному модулю ПрО. Индикация, соответствующая режиму функционирования ПрО - частое мигание “STATUS” светодиода на плате блока, а также постоянное свечение “MISC” светодиода на лицевой панели блока.