Megasquirt

¿Qué es MegaSquirt?

MegaSquirt intenta ser un proyecto educativo pensado para los que deseen aprender sobre inyección electrónica de combustible. Se trata de un controlador de inyección de combustible programable (ECU), ésta puede controlar la forma en que los inyectores de un motor distribuyen el combustible para poder mejorar el rendimiento del mismo, usualmente para que el motor pueda entregar mas potencia, especialmente luego de haberle hecho modificaciones o mejoras. El resultado es que MegaSquirt puede proporcionar cálculos en tiempo real del combustible hasta 16.000 RPM. MegaSquirt es completamente programable, la misma provee una conexión serial para interconectarse con una computadora regular, o por ejemplo, con una "notebook" y toda la información está disponible en tiempo real. A pesar de que MegaSquirt comenzó como un proyecto que solamente se dirigía a poder controlar sistemas de inyección de combustible, recientemente se le ha añadido capacidad para poder controlar el sistema de encendido del motor. Por tanto se ha convertido en un sistema completamente independiente que no necesita o depende de la computadora actual de un motor para poder llevar a cabo su función. Se puede decidir al momento de la instalación si lo que se quiere es controlar la inyección de combustible solamente ó si se quiere controlar el sistema de encendido en adición al control de la inyección de combustible. Todo está al juicio y las metas de la persona que esté llevando a cabo la implementación.
La unidad de control electrónico esta basada en los microcontroladores Motorola MC68HC908GP32 que funciona a una velocidad interna de 8 MHz y tiene una resolución de 8 bits (MS-I) o el MC9S12C64 con velocidad interna de 24 MHz y 16 bits de resolución (MS-II). Los sistemas mas populares del mercado utilizan una vieja tecnología del procesador (como el MC68HC11 o el Z80) que funcionan en 1 o 2 MHz de velocidad interna. La velocidad más rápida, juntada con la programación en lenguaje ensamblador, da a MegaSquirt su poder. Además, la memoria flash integrada al microprocesador logra una disposición monopastilla verdadera, reduciendo costos y ampliando confiabilidad. También, usa tecnología de destello, lo que permite la reprogramación instantánea de constantes mientras el vehículo está funcionando. El procesador se puede incluso recargar con otro código de control usando un interfaz de programación simple. La flash se puede reescribir por lo menos 10.000 veces y tiene una duración de retención de datos de al menos 20 años.

¿Cuantos modelos de MegaSquirt hay?

Existen varios modelos de MegaSquirt, éstos se diferencian tanto en la versión del PCB utilizado ("Printed Circuit Board" como en la versión del procesador. MegaSquirt se basa en lo que se conoce como una arquitectura 'abierta'. Una de las ventajas de la arquitectura abierta en la que se basa MegaSquirt es el nivel de compatibilidad que se produce entre las diferentes versiones de los componentes internos. El PCB más reciente es el versión 3.0. Anteriormente se utilizaba el PCB 2.2. Este modelo 2.2 del PCB está siendo utilizado cada vez menos debido a las ventajas que nos ofrece el nuevo PCB 3.0. A nuestro entender la desventaja mayor que tiene el PCB 2.2 es que no incluye un área de prototipo y que no controla en forma directa inyectores que sean de baja impedancia. Tampoco cuenta con un controlador de bobina en su forma original, si se requiere controlar una bobina hay que añadir un transistor para ello. Por estas razones es recomendable, siempre que sea posible, utilizar la versión PCB 3.0 de MegaSquirt.
El microprocesador de MegaSquirt que predomina actualmente es la versión MS-I. Este chip es el que más tiempo se ha utilizado y es el más probado. El código o la programación de este microprocesador es la más completa hasta el momento, por esta misma razón muchas personas han tenido más tiempo de hacer códigos y mejoras de programación para este microprocesador. Por ejemplo, ahora mismo, la programación mas completa disponible, es la versión “MegaSquirt and Spark Extra”, que solamente funcionaba para el microprocesador MS-I. Este era uno de los mayores impedimentos para que las personas decidieran utilizar el microprocesador de MS-II. Recientemente la versión “MegaSquirt and Spark Extra” también ha sido modificado para funcionar con el MS-II, poco a poco se está implementando toda la funcionalidad que hasta ahora solamente existía para el microprocesador MS-I en el MS-II.
El microprocesador MS-II es más poderoso y supera casi por el triple o más al MS-I. Sin embargo el microprocesador MS-II todavía no puede ejecutar el código completo de la versión “MegaSquirt and Spark Extra” y por tanto muchas de las funciones que son posibles actualmente en el microprocesador MS-I no funcionan en el MS-II. Esto no quiere decir que el microprocesador MS-II no valga la pena, solamente que no todas las funciones actuales son posibles de ejecutar en él.

¿Qué quiere decir MegaSquirt?

MegaSquirt es la unión de dos palabras en Inglés. Mega = Millón. Squirt = flujo de líquido: "chorro". MegaSquirt = MegaChorro Refiriendose al nivel de control del "flujo" de combustible producido por los inyectores.

¿Como funciona MegaSquirt?

MegaSquirt trabaja en varios frentes para inyectar la cantidad de combustible correcta en el motor. El más tangible es el hardware. Esto consiste en:
CPU (U1, el MC68HC908GP32CP) y sección del clock (Y1, cristal de 32768 Hz), que realiza los cálculos.
Interfaz serie para comunicaciones (lo más notable es U6, el MAX232) para permitir al software leer y escribir parámetros a MegaSquirt.
Fuente (especialmente U5, el regulador de voltaje LM2937) para proporcionar una constante 5 voltios para muchos de los otros componentes.
Circuitos de acondicionamiento de la varias entradas, que consisten principalmente en los capacitores, resistencias y diodos, pero también incluyendo: U3, el MAP (sensor de presión), y U4, el aislador óptico para la señal de la ignición.
Un número de salidas para comandar los inyectores, los relés, y los LED. Los componentes significativos incluyen a: U7, el driver de FET’s que conmutan los inyectores MC34151; Q2 y Q7, los dos FETs IFRIZ34N (transistores de efecto de campo) para los bancos de inyectores; Q1, el transistor de flyback TIP32C; mas otros transistores, capacitores, y resistencias.
Hay también otras partes asociadas, tales como conectores, el gabinete, cables, etc.

La CPU MC68HC908 es controlada por el “código base”. Este “se quema” en la memoria permanente de la CPU (los datos no se borran cuando se quita la energia). Se escribe en lenguaje ensamblador. El código base y sus variantes están libremente disponibles. Otra parte de la memoria de CPU se quema con el “bootloader”, que le dice al CPU cómo interpretar y almacenar nuevas versiones del código enviado a través del puerto de comunicaciones serie.
Los parámetros que ajustan el código base a un vehículo específico se configuran usando una computadora portátil y un software, tal como MegaTune o TunerStudio MS en Windows 9x/Me/2000/XP o MegaTunix en Linux o OSx. Estos pueden leer la información que viene de MegaSquirt y mostrarla en pantalla, o enviar parámetros de configuración a la misma.

Combustible inyectado

La cantidad de combustible inyectado por la ECU depende de varios factores:
La Ley de Gases Ideales, que relaciona la cantidad de aire con su presión, volumen y temperatura, (ésta es una parte fundamental del código).
Valores medidos: presión en el múltiple de admision, temperatura del aire de admisión y de agua del motor, RPM, etc. (éstos se toman de los sensores).
Parámetros calculados: combustible requerido (REQ_FUEL), eficacia volumétrica, tiempo de apertura del inyector, etc. (estos se ajustan usando el software de puesta a punto (Megatune o TunerStudio)).

MegaSquirt utiliza todos estos factores para determinar el ancho de pulso del combustible; mientras mas ancho sea el pulso, más combustible se inyectará a los cilindros, anchuras menores del pulso significan menos combustible.

Para entender esto, comenzaremos con los más básicos: la Ley de Gases Ideales, el valor de REQ_FUEL, y la ecuación que suministra de combustible.

La Ley de Gases Ideales:
Puede recordarse de las clases de física que un gas ideal (el aire se asemeja mucho a uno) obedece la relación:

P x V = n x R x T

Donde:

P = Presión
V = Volumen
n = Número de moles
T = Temperatura (K)
R = constante de los gases (8.314472 J/mol•K)

¿Qué tiene que hacer con esto la ECU? Para saber cuánto combustible inyectar, necesitamos para saber cuánto aire está entrando el motor, con el fin de alcanzar la mezcla químicamente correcta (llamada “estequiométrica”). Entonces, para un motor con inyección de combustible, utilizamos los sensores para determinar la presión en el múltiple de admisión y la temperatura de aire en el mismo. Sin embargo, la temperatura en esta ecuación es la “temperatura absoluta” medida en grados Kelvin que es igual a la de grados centígrados + 273º.
La eficacia volumétrica (VE) es un porcentaje que nos dice la presión dentro del cilindro contra la presión en el múltiple. Sabemos el volumen (V) de desplazamiento del motor. Así podemos calcular la masa del aire (M) en el cilindro (proporcional a n) de:

n = PV/RT
=> M = n x MM = PV/RT x MM
= (VE * MAP * CYL_DISP) / (R * (IAT-32) * 5/9 + 273)) x MMair

Entonces:

P = VE * MAP (es decir la presión en el cilindro en kPa),
V = CYL_DISP = el volumen de un cilindro (en litros),
R = 8.3143510 J/mol K,
y T = (IAT-32) * 5/9 + 273 para convertir IAT de Fahrenheit a Kelvin.

Observar que podemos combinar las constantes R y MM en una sola, y no haremos caso de ellas porque pueden ser utilizadas como “constantes” en el código del lenguaje ensamblador y ser eliminadas.
Puesto que ahora sabemos la cantidad de aire en un cilindro a través de los valores del MAP y del IAT (intake air temperature) y del valor “calculado” de VE, necesitamos saber la cantidad de combustible a inyectar. Especificamos esto con un parámetro llamado REQ_FUEL.

REQ_FUEL

REQ_FUEL (abreviatura de “combustible requerido”) es la parte del cálculo que se le dice a la ECU que tan grandes son los inyectores, y cuál el volumen de los cilindros del motor (CYL_DISP), y es el tiempo en milisegundos [ms] que la ECU debe “arrojar chorros de nafta” para lograr la cantidad estequiométrica de combustible (14.7 para la nafta) en el 100% de VE, una presión absoluta de admisión (MAP) de 100 kPa, y temperatura de aire de admisión (IAT) de 70 grados Fahrenheit para un ciclo completo.
La proporción aire/combustible (AFR) es la masa de aire comparada con la masa de combustible que entra en el motor, así que para un AFR 14.7:1 tenemos 14.7 partes de aire (por peso) por unidad de combustible. La proporción de volumen es mucho más extremo, alrededor 9000:1, y varía considerablemente con la temperatura, por esto, el AFR es mucho mas popular.
Una mezcla estequiométrica está químicamente correcta para quemarse por completo sin excedentes de combustible o aire. Para la nafta, un AFR de 14.7:1 se considera la cantidad correcta para quemarse sin aire ni combustible de sobra. Debe aclararse que 14.7:1 no es la proporción adecuada para lograr la mayor potencia o el mayor rendimiento, sino la que no produce residuo contaminante alguno.
REQ_FUEL se calcula con la siguiente ecuación:

REQ_FUEL x 10 = (36.000.000 x CID x AIRDEN)/(NCYL x AFR x INJFLOW x DIVIDE_PULSE)

Donde:
36.000.000: es el número de décimas de milisegundo por hora, usados para conseguir las libras por 1/10 de milisegundo de la proporción libras/horas de los inyectores.
REQ_FUEL = tiempo de apertura del inyector en décimas de milisegundo.
CID = volumen en pulgadas cúbicas.
AIRDEN = densidad del aire (libras por pulgada cúbica) con una presión del MAP de 100 Kpa, temperatura del aire de 70º F, y presión barométrica de 30.00 en pulgadas de mercurio.
NCYL = número de cilindros.
INJFLOW = caudal del inyector en libras por hora.
DIVIDE_PULSE = numero de división de inyecciones, para obtener el número de inyecciones por ciclo del motor.

La función AIRDEN (usada abajo) depende de:

MAP = Presión en el múltiple de admisión kPa.
Temp = Temperatura de aire de admisión en ºF.
459.7 es usado para convertir de grados Fahrenheit a temperatura absoluta.
1728 es usado para convertir de libras por pies cúbicos a libras por pulgada cúbica.

Hay también un ajuste pequeño para la humedad relativa.

Por lo tanto, el valor de REQ_FUEL es la cantidad de combustible (en milisegundos) requerida para una lectura de MAP de 100 Kpa, temperatura del aire múltiple de 70 ºF, y barométrica de 30.00 pulgadas de mercurio, para un llenado completo de un cilindro (eficacia volumétrica = 100%), sin ninguno de los enriquecimientos.

Para un motor de 4 tiempos, un ciclo completo consiste en 720 grados de rotación del cigüeñal (es decir dos revoluciones); para un motor de 2 tiempos, es 360 grados (esto también modifica el valor de REQ_FUEL). (Técnicamente, para MegaSquirt, un ciclo se define como número de cilindros que ocurre una ignición) en el software de configuración, el cuadro superior de REQ_FUEL es la cantidad por cilindro. El cuadro más bajo de REQ_FUEL es el valor descargado a la ECU, éste es el número de REQ_FUEL del cuadro de arriba, pero escalado por el modo de inyección (el número de inyecciones y alternado / simultáneo). Por ejemplo, si se inyecta en simultáneo y una inyección por ciclo, y se tiene el mismo número de inyectores que cilindros (es decir inyección multipunto), entonces el REQ_FUEL en el cuadro superior es igual al REQ_FUEL en el cuadro inferior. Lo mismo ocurre si se pone alternado y dos inyecciones por ciclo. Si se pone en simultáneo y dos inyecciones por ciclo, el REQ_FUEL se divide por la mitad porque al inyectar dos veces, es necesario inyectar la mitad de combustible en cada inyectada.

Ecuación del combustible de MegaSquirt

Lo hace MegaSquirt es tomar el número descargado de REQ_FUEL y después multiplica (o agrega) los valores que escalan este número, para incrementar el ancho del pulso inyectado [PW]. Por lo tanto, el ancho del pulso es:

PW = REQ_FUEL x VE x MAP x E + accel + injector_open_time

La “E” arriba es el resultado multiplicado de todos los enriquecimientos, como calentamiento, post-arranque, corrección barométrica y de temperatura del aire, a ciclo cerrado, etc:

PW = gamma_enrich = (Warmup/100) x (O2_ClosedLoop/100) x (AirCorr/100) x (BaroCorr/100)

Donde:
Warmup es el valor del enriquecimiento por calentamiento que el usuario configura en tabla desde MegaTune.
O2_ClosedLoop es el ajuste del enriquecimiento basado en la información del sensor EGO (sonda lambda) y los ajustes del EGO que el usuario configura desde MegaTune.
AirCorr es el ajuste de densidad del aire (basada en temperatura del aire de admisión).
BaroCorr es la corrección barométrica basada en la presión del ambiente (tomada generalmente antes de encender el motor, pero un segundo sensor de la presión del ambiente puede ser agregado a MegaSquirt-II para las actualizaciones continuas al BaroCorr).

Gamma_Enrich (E) es el factor de escalamiento aplicado al valor de REQ_FUEL, junto con VE (RPM, MAP) y MAP. Para todas las correcciones, 100% significa ningún enriquecimiento / empobrecimiento, puesto que el valor es normalizado por 100 para conseguir un multiplicador fraccionario.

Hay otros dos factores agregados a esto: uno es el enriquecimiento por aceleración, y el otro es el tiempo de apertura del inyector.
Si se fija el REQ_FUEL a cero el inyector se abre un cierto tiempo (y el enriquecimiento del accel si está activado). La razón de agregar un tiempo de apertura del inyector es que toma una cantidad pequeña de tiempo abrir el inyector antes de que uno alcance un estado lineal del control donde el tiempo del inyector se relaciona con el flujo del combustible. La ECU compensa el tiempo de apertura del inyector agregándole tiempo al ancho total del pulso, si no el pulso sería demasiado corto.

Por lo tanto, el REQ_FUEL es un número pre-calculado, descargado a la unidad de MegaSquirt a través de MegaTune, basado en tamaño del inyector, etc. MegaSquirt utiliza esto aplicando la ley de gases ideales para calcular la densidad relativa de la carga al motor basada sobre esas condiciones, entonces escala REQ_FUEL para llegar un ancho de pulso. Para los cambios en temperatura del aire, presión barométrica y temperatura de admisión, hay tablas de correcciones y los valores se acomodan a través de éstas.

El lazo principal (el área del código donde se calcula el ancho de pulso del combustible) para MegaSquirt-I funciona normalmente aproximadamente a 1500 Hertz (1500 veces por segundo) y puede variar unos cientos Hertz dependiendo del modo que se está trabajando o atención de las necesidades (éstos se llaman las interrupciones). Para MegaSquirt-II, el lazo principal funciona alrededor dos veces más rápido.


Inyectores:

Los inyectores operan a través de una fuente de alimentación de +12V, alimentando un solenoide: la bobina del inyector. Ésta abre una válvula en el extremo del inyector. En la mayoría de las ECU (y de todas las MegaSquirt) la apertura y cierre del inyector se produce conmutando la masa del inyector. Es decir, la fuente de +12V está siempre conectada al inyector, mientras que el motor esté encendido, y la ECU controla la apertura del inyector proporcionando un camino de masa para los +12V fijos en el mismo a través del solenoide. Nótese que algunos inyectores (llamados de baja impedancia) requieren de una limitación de corriente para evitar el recalentamiento excesivo de los mismos. MegaSquirt tiene herramientas de configuración para limitar la corriente de los inyectores.
Excepto por períodos muy cortos (mientras se están abriendo o cerrando (generalmente 1 milisegundo)) los inyectores se encuentran o totalmente abiertos (y fluyendo el combustible calculado para la presión aplicada) o totalmente cerrados (no fluye combustible).
El caudal de los inyectores se dan en libras por hora (lbs/hr) o los centímetros cúbicos (mililitros) por minutos. Es esencial saber este dato de los inyectores a utilizar para calcular el REQ_FUEL.

Valores Medidos

Según lo observado arriba, MegaSquirt utiliza varios valores medidos en sus cálculos. Éstos incluyen la presión absoluta múltiple (MAP) y temperatura del aire de admisión (IAT). El sensor MAP funciona con una alimentación de +5 voltios, devolviendo una señal de entre 0 – 5 voltios, que es una función linear de la presión absoluta en el sensor. La presión absoluta es la presión comparada con un vacío total. La presión atmosférica normal es cerca de 101.3 kilopascales (kPa), o cerca de 14.7 PSI o 29.92 pulgadas del mercurio (“Hg).
Presiones más bajas dan tensiones más bajas del sensor MAP. MegaSquirt utiliza un conversor a analógico – digital (ADC) para convertir la señal de tensión del MAP en un número digital entre 0 y 255 (es decir 1 byte = 8 bits). El archivo “kpafactorXX.inc” es utilizado por MegaSquirt para escalar la conversión de voltios a bits. MegaTune utiliza un archivo similar para sus cálculos.
MegaSquirt también utiliza el sensor MAP para tomar una lectura de la presión atmosférica antes de arrancar el motor, para aplicar las correcciones barométricas que compensan la presión atmosférica a diferentes altitudes. Este valor se almacena en una variable llamada “baro”. Las autocorrecciones están en una variable llamada “aircor”.
MegaSquirt también utiliza un conversor a analógico – digital para traducir el valor de la resistencia variable del sensor de temperatura del aire de admisión a un valor digital (“clt”) entre 0 y 255. La resistencia del sensor puede valer desde 100.000 ohmios a - 40ºF (- 4,44ºC) a 185 ohmios en 210ºF (98,89ºC). Otros sensores pueden ser utilizados recompilando el código usando el programa “EasyTherm”.
Además de las medidas necesarias para calcular la ley de gases ideales, otros sensores son utilizados por MegaSquirt para compensar cuando el motor necesita una mezcla distinta a la estequiométrica. Estos otros sensores incluyen un sensor de temperatura del líquido refrigerante, para el enriquecimiento por calentamiento, y un sensor de posición de mariposa, para el enriquecimiento por aceleración/desaceleración.
MegaSquirt tiene un sensor de temperatura del líquido refrigerante (CLT) que es eléctricamente idéntico al sensor IAT. Funciona exactamente de la misma manera que el IAT, pero se utiliza para el enriquecimiento por calentamiento, la determinación del ancho del pulso, y controlar la válvula “fidle” (de marcha lenta). A bajas temperaturas, el combustible se vaporiza mal, y más combustible es necesario asegurar suficiente combustible vaporizado para la combustión adecuada. La variación de temperatura de motor, que es igual al “clt” + la compensación de 40ºF, se utiliza para decirle a la ECU cuándo el enriquecimiento por calentamiento (la variable es “warmcor”) es necesario. El ancho del pulso es determinado por el ajuste de baja temperatura (- 40ºF) (“CWU”) y el ajuste de alta temperatura (170ºF) (“CWH”). La anchura real del pulso es determinada por una interpolación linear entre estos dos ajustes basados en la temperatura actual del líquido refrigerador (“clt”). Se activa la válvula de marcha lenta siempre que CLT esté debajo de “FASTIDLE”.
El sensor de TPS indica a la ECU la posición actual de la mariposa del múltiple de admisión. Esta variable se compara a las lecturas más recientes para determinar si la mariposa es cerrada o abierta rápidamente. Si es así, se adiciona combustible a la mezcla para en una apertura rápida, para así compensar las condiciones de transición. Esto funciona igual que la bomba de pique en un carburador.
El TPS también hace otras dos funciones importantes. Primero, si la mariposa está abierta más que una cantidad especificada durante el arranque, se invoca el modo “inundación” reduciendo el ancho de pulso inyectado a 0.3 milisegundos. En segundo lugar, si la mariposa está abierta a más el de 70%, se ignora la corrección por sonda lambda.
El sensor del oxígeno de gases de escape (EGO) proporciona la realimentación a la ECU para saber si está inyectando la cantidad de combustible correcta. El sensor del EGO (también llamado sensor O2 o sensor de oxígeno) mide la cantidad de oxígeno en los gases de escape, y envía una señal de 0 a 1 volt (para un sensor “de banda estrecha”, más en los sensores “de banda ancha”) a MegaSquirt (el valor del ADC es “ego”). MegaSquirt entonces calcula el ajuste que se debe hacer en la cantidad de combustible (“egocorr”) para el el siguiente evento inyección de combustible. Menores tensiones de EGO significan mezcla mas pobre, y voltajes más altos significan mezclas más ricas.
Sin embargo, los sensores “de banda estrecha” convencionales no son particularmente exactos lejos de mezclas estequiométricas, así que las situaciones que exigen mezclas más ricas o más pobres deben apagar a la corrección por EGO. MegaSquirt utiliza medidas de TPS para apagar la corrección del por EGO, como se mencionó anteriormente. MegaSquirt también da opciones para apagar la corrección del EGO debajo de una temperatura especificada del líquido refrigerante (“egotemp”) y por debajo de ciertas RPM del motor especificada.
Las únicas diferencias entre los sensores “de banda estrecha” y “de banda ancha” del oxígeno de los gases de escape son la pendiente y el punto de ajuste. La lógica de realimentación para el control del combustible es igual.

El tamaño de paso es una constante, y es fijada por el usuario en la página de los enriquecimientos. El número total del paso permitido se fija con el EGO ± limite (%).

El tiempo entre los pasos depende los “acontecimientos de encendido por paso” la ECU espera este número de chispas, entonces:
Si el sensor da una lectura pobre, la ECU aumenta el combustible en la cantidad del tamaño de paso del EGO.
Si el sensor da una lectura rica, la ECU disminuye el combustible por la cantidad del tamaño de paso del EGO.
Sin embargo si EGO ± el límite (%) se ha alcanzado, la ECU no realizará la corrección más allá de eso.

Entrada de RPM

Ahora que MegaSquirt sabe cuánto combustible inyectar, ¿cómo sabe cuándo inyectar el combustible? Ésa es una función del circuito de entrada de encendido. Una señal se toma del distribuidor o del terminal negativo de la bobina. Idealmente, este es un “punto” donde la mezcla de algún cilindro se enciende. La ECU inyecta el combustible en múltiplos uniformes de estas señales.
Se ha hecho un trabajo considerable para asegurar señales limpias del sistema de encendido, sin pulsos perdidos o en falso. La sincronización de la inyección de combustible depende de los parámetros que se fijan con el software de configuración MegaTune (inyecciones por ciclo del motor, el reposo del inyector, el número de cilindros, etc.).

un sueño hecho realidad...... ya me lei cuatro veces el manual de la mega..... y no aguanto mas en tenerla.. jejej

gracias por el post it espero que sirva!!!

mi dios...

que hermozura