APC-teori -Simulering
Simulering med APC 2003-05-11

APC-box Nr: 7524119 (900 T8-86 155hp/240Nm)

Förutsättningar:
Simuleringen genomfördes med en komplett kabelhärva till APC-systemet.

En spänningskub justerades till 12V och användes som strömkälla för att driva APC-systemet.

Tryckgivaren ersattes med en 500Ohm potentiometer.

Knacksensorn var inkopplad. För att kunna simulera spikningar monterades knacksensorns fästskruv löst med en mutter i knacksensorns hål. När knacksensorn skakades kunde skruv och mutter röra sig ca 1 cm och vibrationerna som uppstod då var tillräckliga för att APC skulle uppfatta det som en spikning.

Magnetventilen var inkopplad och ett oscilloskop var kopplat parallellt med magnetventilen för att kunna avläsa pulslängderna.

Varvtalssignalen simulerades med en pulsgenerator som matade tändpulsförstärkaren. Frekvensen ut från pulsgeneratorn kunde ändras steglöst och utsignalen var av typen fyrkantsvåg. En pulsräknare var även kopplad till pulsgeneratorns utsignal så att frekvensen (varvtalet) kunde avläsas med stor precision.

Ytterligare förutsättningar för simulering vid varvtal högre än 2400 RPM:
För att aktivera APC-systemet över 2400 varv krävs "motorljud" från knacksensorn. Detta åstadkoms genom att försiktigt dra skruvens gängor mot knacksensorns metall. På låga varv är APC mycket känslig så all form av skakning av knacksensor och mutter resulterade i att APC uppfattade en spikning. Känsligheten för "motorljud" är konstant, oberoende av varvtalet medan knackkänsligheten minskar kraftigt med ökat varvtal. Detta betyder att varvtalssignalen är mycket viktig för att APC inte ska uppfatta vanligt motorljud som spikningar på höga varv. Det betyder också att om det är dålig kontakt mellan knacksensorn och APC-boxen får man ofta fenomenet att APC plötsligt börjar fungera vid ett högre varvtal än 2400 varv. Detta eftersom motorn väsnas mer på höga varv så att signalen från knacksensorn blir starkare även om det inte spikar, men APC kräver samma låga "motorljud" oavsett varvtal, för att aktivera APC.

Mål med simuleringen:
APC har en "default-cycle" för pulslängderna till magnetventilen. Det var mitt mål att undersöka denna.

Det är sedan tidigare känt att magnetventilen börjar smattra (stänga = sänka laddtrycket) på höga varv även om tryckgivaren säger att fullt laddtryck inte uppnåtts.

Vid modifiering av APC gör detta det svårt att få laddtrycket att hållas högt på höga varv. APC stänger alltså magnetventilen en viss del av tiden när varvtalet ökar trots att magnetventilen "borde" vara helt öppen.

I Originalutförande är detta inget problem, det är snarare så att APC är konstruerad så medvetet.

Alla original APC-boxar är konfigurerade för att sänka laddtrycket på höga varv och att magnetventilen öppnas på höga varv kan vara en fördel i originalutförandet för att reglerkretsen ska hamna i rätt arbetsområde.

Resultat:
När man byglar R42 känner reglerkretsen det verkliga laddtrycket och försöker uppnå konstant laddtryck genom hela varvtalsregistret, men "default-cyclen" för magnetventilen påverkas bara marginellt av byglad R42. I praktiken kommer "default-cyclen" för magnetventilen ha samma form men flyttas ca 200 varv högre upp i varvregistret. Magnetventilen kommer att börja smattra vid 3400 varv istället för 3200 varv (om tryckgivaren visar atmosfärstryck).

Inställningen på F-pot påverkar ej "default-cyclen".

Däremot har inställningen på P-pot en ganska kraftig påverkan på "default-cyclen".

Med byglad R42 och P-pot =15kOhm (original) börjar MV öppna vid 3400 varv och är 38 % öppen över 3800 varv.

Med byglad R40 och P-pot = 30kOhm börjar MV öppna vid 3600 varv och är 27 % öppen över 4200 varv.

Med byglad R40 och P-pot = 50kOhm (max) börjar MV öppna vid 3800 varv och är 19 % öppen över 4000 varv.

P-pot påverkar alltså "default-cyclen" kraftigt. Tyvärr påverkar P-pot även laddtryckstigningen kraftigt, så att justera defaultcyclen med P-pot är inget alternativ.

P-pots påverkan på default-cyclen är orsaken till att bilar med för lågt grundladd går bättre på höga varv om både P-pot och F-pot ställs på max. APC försöker höja laddtrycket men det låga grundladdtrycket gör att wastegateklaffen trycks upp. När varvtalet ökar kommer default-cyclen att öka problemen, men med P-pot på max mildras problemen med default cyclen. Detta är troligen en av orsakerna till att P-pot ibland påstås justera det maximala laddtrycket.

Det andra bottenläget för reglerkretsen får man vid avbrott till tryckgivaren. Laddtrycksregleringen kan inte öppna magnetventilen mer än 76% av tiden, oavsett varvtal. Därför får man det typiska smattrandet från magnetventilen när tryckgivaren är trasig. Knackregleringen kan dock stänga magnetventilen helt, oavsett varvtal.

Själva reglerkretsen kan inte heller justera mellan ändlägena hur snabbt som helst. Reglerkretsen kan snabbt förändra öppettiden hos magnetventilen med ca 40%, men för större förändring tar det betydligt längre tid. Om större förändring krävs flyttas hela reglerområdet uppåt/nedåt och det tar lika lång tid att flytta tillbaka reglerområdet. Om man låter APC försöka höja trycket en stund och sedan plötsligt ökar trycket hastigt kan därför magnetventilen smattra många sekunder innan reglerområdet flyttats ner för maximal sänkning av trycket.

Jag antar att den snabba reglerkretsen kan besktrivas som "P-delen" av reglerkretsen, dvs den del som endast reglerar proportionellt mot laddtrycket. Den del som flyttar arbetsområdet kan då beskrivas som "I-delen". Detta kan man se om APC är lite feljusterad. Först svänger laddtrycket lite och stabiliserar sig, ofta på en lägre nivå än den på F-pot inställda. När varvtalet ökar kan laddtrycket sedan sakta krypa uppåt. Om man sedan snabbt växlar får man ofta en helt annan laddtrycksstigning. Detta beror sannolikt på att reglerområdet flyttat sig uppåt, dvs. magnetventilen är öppen en viss del av tiden när nästa växel lagts i eftersom man bottnade reglerkretsen på förra växeln och reglerområdet flyttade sig.

Det optimala vore att justera och modifiera APC på något sätt så att reglerområdet inte behövde flyttas alls. Detta kräver troligen ett grundladdtryck som är ungefär hälften av det maximala laddtrycket (vilket kräver till en starkare wastegate).

Knackregleringen jobbar med olika steg av laddtryckssänkning. Vid mycket korta knackpulser sänks laddtrycket obetydligt och magnetventilen återgår nästan omedelbart till frekvensen innan knackningen.

Vid en kort knackpuls öppnas magnetventilen i ett steg om ca 14 %. Detta återgår på ca 2 sekunder.

Vid en kraftigare knackpuls öppnas magnetventilen med ett steg om ca 16 %. APC väntar sedan ca 160 ms (=0.16 sekunder) innan den lyssnar efter spikningar igen. Om spikningar fortfarande förekommer så öppnas magnetventilen ytterligare 16%.

Detta är det samma som att APC lyssnar efter spikningar med en frekvens av 6.3 Hz (= 6.3 gånger per sekund). Detta är anledningen till att en "spik-diod" (diod kopplad mellan +12V och Pin 19) blinkar med en fast frekvens när APC detekterar spikningar.

När spikningarna upphört återställs magnetventilens öppettid med ca 5 % per sekund. Detta är anledningen till att laddtrycket sjunker snabbt och stiger långsamt om APC upptäcker spikningar.

För att gå från helt öppen magnetventil till helt stängd tar det dock ca 1 sekund av kraftiga spikningar, därför är det inte att rekommendera att köra med alldeles för höga inställningar på P och F-pot, i förhållande till det laddtryck då motorn spikar.