อุณหพลศาสตร์ยานยนต์: ECU ควบคุม Air/Fuel ของ LPG

Arduino แค่เปิด LED นั้นน่าเบื่อ Arduino ที่ควบคุมเครื่องยนต์แก๊สแรงดันสูงที่ระเบิดได้จริง ๆ ในขณะที่มันคำรามที่ 4000 RPM นั้นน่าทึ่งมาก ตัวควบคุม Air/Fuel สำหรับเครื่องยนต์ LPG นี้มาแทนที่ Automotive Electronic Control Unit (ECU) เชิงพาณิชย์มูลค่า 800 ดอลลาร์ทั้งชุด มันบังคับให้นักพัฒนาต้องวิเคราะห์การกวาดแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กของ Lambda sensor ไอเสียจริง และสั่งงาน Stepper Motor ความเร็วสูงที่ควบคุมยาก เพื่อปรับส่วนผสมของแก๊สที่ระเบิดได้ให้สมบูรณ์แบบ 50 ครั้งต่อวินาที!

O2 Sensor แบบ Narrowband (ฟิสิกส์ของ Lambda Zirconia)

Oxygen Sensor มาตรฐานของ Bosch แบบ 1-Wire หรือ 4-Wire ที่ยื่นออกมาจากท่อไอเสียรถยนต์ไม่ได้ให้ค่า "Rich" หรือ "Lean"

1. ชิ้นส่วนเซรามิก Zirconia ภายใน sensor สร้างแรงดันไฟฟ้า Analog ดิบที่ไม่เป็นเชิงเส้นและคาดเดายาก!
2. 0.1 Volts = Lean อย่างยิ่ง (อากาศมากเกินไป เครื่องยนต์จะร้อนจัดและพัง)
3. 0.9 Volts = Rich อย่างยิ่ง (แก๊สมากเกินไป เชื้อเพลิงจะกระเด็นออกทางท่อไอเสีย)
4. 0.45 Volts = Stoichiometric Perfection (อัตราส่วน 14.7:1)
5. Arduino Analog Pin A0 จะอ่านค่าแรงดันไฟฟ้านี้อย่างรวดเร็ว ในขณะที่แก๊สไอเสียอุณหภูมิ 1000°C กระแทก sensor

วงจร Actuator ของ NEMA Stepper

Arduino ไม่สามารถเติมแก๊สด้วยมือเปล่าได้ มันจะสั่งงานด้วยหลักการทางคณิตศาสตร์ไปยัง NEMA 17 Stepper Motor ที่ติดตั้งอยู่กับเข็มควบคุมเชื้อเพลิง LPG ทองเหลืองขนาดใหญ่โดยตรง

• เมื่อใช้ไลบรารี <Stepper.h> บอร์ด Uno จะควบคุมการไหลของแก๊สที่ระเบิดได้สูง
• ข้อผิดพลาดในการทำงาน (The Execution Trap): Oxygen Sensor จะ "ดีเลย์" ไป 250 มิลลิวินาที เมื่อเทียบกับการรับไอดีของเครื่องยนต์ หาก Arduino ปรับ Stepper อย่างรุนแรง มันจะปรับแก้เกินและเข้าสู่วงจรการสั่นที่น่ากลัว ทำให้เครื่องยนต์ดับทันที

if (o2Voltage > 0.6) { // ส่วนผสม Rich เกินไป, ปิดวาล์ว!
  lpgStepper.step(-1); // หมุนเข็มทองเหลืองถอยหลังไป 1.8 องศาพอดี!
  delay(10); // รอให้ส่วนผสมใหม่เดินทางเข้าสู่ไอดีและเผาไหม้!
} else if (o2Voltage < 0.3) { // Lean เกินไป! เพิ่มแก๊ส!
  lpgStepper.step(1);  // เปิดเข็ม!
  delay(10);
}

• 16x2 LCD ขนาดใหญ่ที่ติดตั้งบนแผงหน้าปัดรถยนต์จะแสดงค่า O2: 0.45v | VALVESTEP: 64 ทันที ซึ่งจำลองอินเทอร์เฟซการจูน Dyno ระดับมืออาชีพได้อย่างสมบูรณ์!

ส่วนประกอบพื้นฐานสำหรับห้องเผาไหม้

• Arduino Uno/Mega (เพื่อควบคุม 16x2 LCD display ที่รวดเร็วและ Analog Logic พร้อมกันได้อย่างน่าเชื่อถือ)
• A4988 or DRV8825 High-Speed Stepper Driver Board (สำหรับขับเคลื่อน Stepper Motor ขนาดใหญ่ 12V จากเอาต์พุต 5V ของ Uno!)
• Bosch หรือ Generic Narrowband Exhaust O2 Sensor (รุ่น 1-wire นั้นง่ายที่สุด แต่ต้องติดตั้งในท่อร่วมไอเสียที่ร้อนจัดเพื่อให้ทำงานได้!)
• NEMA 17 Stepper Motor (เชื่อมต่อทางกลเข้ากับสกรูปรับแก๊ส)
• (อันตราย: ลอจิกนี้ควบคุมเครื่องยนต์ Liquid Petroleum Gas (LPG) ที่ถูกอัดและระเบิดได้สูงโดยตรง ห้ามนำไปใช้งานบนถนนสาธารณะโดยไม่ผ่านการทดสอบความปลอดภัยอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันการค้างของคันเร่ง!)