Megasquirting meines 1983er Datsun Z

Jul 18, 2023

Mitte der 1980er Jahre arbeitete ich bei einer Firma namens Commodore Business Machines, einer Firma, die Heimcomputer herstellte. Unser alljährlicher Superbowl war die Consumer Electronics Show in Las Vegas in der ersten Januarwoche.

Irgendwann im November parkte ein Datsun Z auf dem Vordergrundstück und bewegte sich dann nicht, bis die Schneehaufen, die darüber gepflügt worden waren, irgendwann im Frühjahr schmolzen. Letztendlich würde ich es abschleppen lassen und einen traurigen kleinen Haufen Rost und Schrauben und Muttern zurücklassen. Mit einem Bonusscheck in der Hand für die rechtzeitige Fertigstellung des neuesten Computers würde ich mir einen weiteren gebrauchten Z kaufen und den Zyklus wiederholen.

Heutzutage sind es die alten Datsun Z; 240Z, 260Z, 280Z, 280ZX sind eher selten, wahrscheinlich weil sie schon im Neuzustand echte Rostkübel waren. Nachdem ich selbst ein paar auf der Suche nach dem nächsten Heimcomputer geopfert hatte, machte ich mich daran, einen zu retten, um der alten Zeiten zuliebe. Da mir das Auto wirklich sehr gut gefallen hat, habe ich mir vorgenommen, eines zu restaurieren. Jetzt habe ich insgesamt drei Z-Karkassen, einen Motor und ein Getriebe, die alle hinten stehen, und einen fast fertigen Z in der Garage.

Da ich den Motor in seine Einzelteile zerlegt hatte, nutzte ich die Gelegenheit, um einige Änderungen vorzunehmen: vergrößerte den Turbolader, vergrößerte Bohrung und Hub des Zylinders/Kolbens, verbesserte die Kraftstoffverteilung und verbesserte den Luftstrom wie die Portierung der Köpfe und einen Ladeluftkühler.

All dies bedeutet, dass ich die Art und Weise ändern musste, wie der Motor Kraftstoff mit Luft vermischt, um die Verbrennung zu unterstützen. Mehr Luft bedeutet, dass in der gleichen Zeit mehr Kraftstoff benötigt wird. Schritt eins waren größere Einspritzdüsen (und größere Kraftstoffpumpe, Regler, Filter, Ölwanne, Rohrleitungen usw.) und deshalb brauchte ich ein programmierbares Motorsteuergerät (ECU).

Aus einer vielfältigen Liste von Alternativen habe ich mich für einen Megasquirt entschieden, ein Design, das starke DIY-Wurzeln hat. In meinem Fall habe ich das Steuergerät vor einiger Zeit selbst zusammengebaut (dieser spezielle Bausatz stammt aus dem Jahr 2005). Es steuert jetzt die meisten wichtigen Funktionen in meinem Auto, abgesehen von der Auswahl der Musik, zu der ich jammen möchte.

Hier sehen Sie ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten, die die Funktion des Motors steuern, und wie ich im Video sage, dreht sich alles um den Weg, den die Luft durch den Motor nimmt. Wenn Sie auf den Gashebel treten, wird nicht direkt Kraftstoff nachgefüllt, wie Sie vielleicht denken, sondern es öffnet sich tatsächlich eine Klappe, die mehr Luft in die Brennkammern lässt, was das Steuergerät dann durch Zugabe der entsprechenden Kraftstoffmenge ausgleicht.

Die Entscheidung darüber, wie viel Kraftstoff hinzugefügt werden soll, basiert nicht nur auf der Luftmenge, sondern auch auf der Temperatur und einem Sensor im Abgas, der erkennt, wie vollständig der Kraftstoff verbrannt ist. Andere Funktionen wie das Einschalten der Kraftstoffpumpe und die Steuerung des Leerlaufs sind Beispiele für weitere Funktionen, die das Steuergerät ausführen kann. In meinem Fall verwende ich das neue Steuergerät nicht zur Steuerung des Funkens, der den Kraftstoff entzündet; Ich habe die Kontrolle dem serienmäßigen Steuergerät überlassen.

Mein ursprünglicher Z-Motor hat den Luftstrom mit einem Inline-VAF-Sensor (Volume Air Flow) gemessen, der dabei tatsächlich (und leider) den Luftstrom behindert. Dies funktioniert durch Messung der Widerstandskraft der Luft, die sich auf einem federbelasteten Flügel bewegt. Wir nennen dieses geheimnisvolle Ding „die Klappe“, weil sich die Flügelklappen während des Betriebs öffnen und schließen. Da diese Methode das Volumen misst, ist die Temperatur der Luft erforderlich, um die Luftmasse zu bestimmen.

Eine alternative Methode zur Messung des Luftstroms ist der Massenluftstrom (MAF), manchmal auch Hitzdrahtsensor genannt. Die einfachste Beschreibung ist, dass es die Abkühlung eines erhitzten Drahtstücks misst, indem es seine Widerstandsänderung oder die Stromänderung misst, die erforderlich ist, um es auf einer eingestellten Temperatur zu halten. Der Luftstrom über den Draht führt die Wärme ab (denken Sie an die Thermodynamik) und schließt die Auswirkungen von Temperaturen tendenziell aus, da er die Masse direkter und nicht das Volumen misst.

Der Megasquirt macht etwas anderes als ich oben beschrieben habe. Es verwendet einen barometrischen Sensor und misst den Luftdruck im Verteilerrohr, dem Raum, in dem Kraftstoff und Luft vermischt werden, bevor sie in die Zylinder gesaugt werden.

In Kombination mit anderen Eingaben wie der Motordrehzahl und dem O2-Sensor berechnet der Megasquirt, wie viel Kraftstoff eingespritzt werden soll. Aber es kommt noch besser. Zusätzlich zu dieser verbesserten Methode zur Überwachung der Verbrennung habe ich die Kontrolle über die Berechnungen, die das Steuergerät auf Grundlage dieser Messungen durchführt. Dadurch habe ich ein bemerkenswertes Maß an Kontrolle über praktisch alles, was der Motor tut.

Die zur Konfiguration des Megasquirt verwendete Software ist das Tuner Studio MS von EFI Analytics. Ich verwende die kostenpflichtige Version, die zusätzliche Funktionen bietet, wie z. B. erweitertes Tuning basierend auf der tatsächlichen Fahraufzeichnung und Leistung.

Es gibt eine Reihe grundlegender Konfigurationsparameter, die geladen werden müssen, im Wesentlichen die Besonderheiten des Motors, einschließlich der Anzahl der Zylinder, der Durchflussraten der Kraftstoffeinspritzdüsen und sogar der Art des verwendeten Kraftstoffs. Letztendlich erhalten wir ein Volumetric Efficiency (VE)-Kennfeld, das den Standard-Kraftstoff/Luft-Kennfeldern insofern sehr ähnelt, als wir programmieren, wie viel Kraftstoff bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Lasten eingespritzt werden soll.

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Zusätzliche Variablen, z. B. wann die Kraftstoffmenge unter verschiedenen Bedingungen angereichert oder geändert werden muss, z. B. beim Ansaugen des Motors, bei Vollgas (auch bekannt als „auf den Boden gehen“) und in einer Aufwärmphase. Mein Motor spritzt fast die doppelte Menge Kraftstoff ein, wenn der Motor völlig kalt ist.

Wenn die Tuner Studio-Software angeschlossen ist und ausgeführt wird, kann sie Live-Ergebnisse über die Leistung des Motors unter realen Bedingungen sammeln und eine Tabelle mit vorgeschlagenen Änderungen an der VE-Karte erstellen, die dann angewendet werden können. Dies bedeutet, dass die endgültige Leistung über einfache berechnete Werte hinaus optimiert wird. Im Wesentlichen sollte das Fahrzeug jedes Mal besser fahren, bis alle Parameter durch den Tuning-Prozess ausgeglichen wurden.

Schließlich kann die Software auf einem Laptop oder einem eingebauten Autocomputer ausgeführt werden, wobei einige der mitgelieferten Designer-Dashboards verwendet werden, oder der Benutzer kann sein eigenes Dashboard mit einer breiten Palette verfügbarer Anzeigen entwerfen, einschließlich berechneter Werte wie dem Kraftstoffverbrauch.

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Ich stelle fest, dass es jetzt auch möglich ist, ein Android-Gerät für einen Remote-Armaturenbrett-Cluster zu verwenden, und ich muss zugeben, dass der Gedanke an eines meiner alten Mini-Tablets auf dem Armaturenbrett im HUD-Modus irgendwie cool klingt.

Ich habe mein Steuergerät aus einem Bausatz gebaut, mit der Ausnahme, dass das Prozessor-Upgrade-Plugin vormontiert war (alles SMT). Es basiert auf dem MC9S12C64, einem 16-Bit-Prozessor mit 24 MHz, 4 KB RAM und 128 KB Flash und verfügt über einige nützliche Add-ons wie einen PWM-Controller und eine CAN-Schnittstelle.

Wann immer Sie an einem System arbeiten, sparen Sie durch ordnungsgemäße Tests viel Zeit. In diesem Fall ist es von größter Bedeutung, die größte Variable – das Auto – zu entfernen. Ich habe zwei verschiedene Testgeräte, die an den „Big Ass Connector“ des Steuergeräts angeschlossen werden.

Hier ist mein Megasquirt mit einem der Stimulatoren (die grüne Platine) abgebildet, die zur Konfiguration und Fehlerbehebung zur Verfügung stehen. Das war so viel nützlicher, als ich dachte.

Alles, was ich hier besprochen habe, ist für den Offroad-Einsatz bestimmt; Es ist rechtswidrig, irgendetwas zu ändern, das mit der bundesweit vorgeschriebenen Emissionskontrolle zu tun hat.