基于MotecM84的fsae賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴化改造

摘 要：在亞翔LD450化油器發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上，添加了相關(guān)的傳感器和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)。分析計(jì)算了噴油器的放置位置，設(shè)計(jì)并分析了進(jìn)排氣系統(tǒng)，并在臺(tái)架上進(jìn)行了各個(gè)工況下的噴油量和點(diǎn)火提前角的標(biāo)定，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。

關(guān)鍵詞：FSAE；亞翔LD450；電噴；優(yōu)化設(shè)計(jì)；標(biāo)定試驗(yàn)

引言

賽車采用的是亞翔LD450列發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)采用等真空膜片化油器技術(shù)，與電子燃油噴技術(shù)相比，化油器相對(duì)有些不足。電子燃油噴射系統(tǒng)是通過電腦來控制到發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴射量，使發(fā)動(dòng)機(jī)能達(dá)到最佳的燃油動(dòng)力比，提高動(dòng)力性，方便不同工況下啟動(dòng)，更加方便控制調(diào)試。電噴發(fā)動(dòng)機(jī)上裝有很多個(gè)傳感器。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)某部位發(fā)生故障其相應(yīng)的傳感器會(huì)將其故障碼和相應(yīng)參數(shù)傳達(dá)給電腦，省了很多修車時(shí)不必要的麻煩。文章對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行電噴化改進(jìn)，并進(jìn)行了 ECU 的匹配標(biāo)定工作。

1 電噴化改造方案

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的電噴化，采用MOTEC M84為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊M84擁有比較人性化的圖形操作界面，內(nèi)部數(shù)據(jù)可被快速讀寫，適合小規(guī)模改裝。加裝傳感器，自行設(shè)計(jì)燃油供給系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)。控制模塊依據(jù)曲軸位置傳感器，凸輪軸位置傳感器，進(jìn)氣壓力傳感器，進(jìn)氣溫度傳感器，水溫傳感器，節(jié)氣門位置傳感器和氧傳感器的信號(hào)輸入為依據(jù)，給出每一循環(huán)的噴油量和點(diǎn)火提前角，進(jìn)而控制燃油噴射系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)。為了簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，使用進(jìn)氣凸輪作為凸輪軸位置傳感器的觸發(fā)輪，把原機(jī)的點(diǎn)火觸發(fā)齒改造成曲軸索引齒。如圖1所示為電噴系統(tǒng)的工作原理。

2 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

采用無觸點(diǎn)電子點(diǎn)火系統(tǒng)如圖2所示。由于是單缸機(jī)，選用Bosch module 0227 100 124單通道點(diǎn)火模塊，頻率響應(yīng)迅速，覆蓋最高轉(zhuǎn)速可達(dá)15000轉(zhuǎn)。對(duì)于線圈充電時(shí)間的設(shè)定，考慮到起動(dòng)工況下電池的電壓降較大，另一方面起動(dòng)混合氣較濃，需要較高的點(diǎn)火能量，所以充電時(shí)間設(shè)置得大。如圖3所示。

2.2 燃油供給系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于進(jìn)氣管的中心線通過發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口，通過二維平面設(shè)計(jì)就很容易保證噴油器噴出的油柱直接射到進(jìn)氣門處。

噴油器位置的確定：將噴油嘴固定，在其正對(duì)的位置放一張白紙，距離為100mm，然后給予噴油信號(hào)，直到在白紙上可以清晰地看到圓形的油跡，停止噴油，裝置如圖4所示：

多次試驗(yàn)測(cè)得D=7.00mm，經(jīng)計(jì)算的α=8°。

所以噴油器位置的確定：噴油器噴出的油柱的長(zhǎng)度大約為140～160mm，噴油擴(kuò)散角為8度，原發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口到進(jìn)氣門有一段距離，經(jīng)測(cè)量為65mm。因此為了使油柱末端打到進(jìn)氣閥，我們進(jìn)行了如圖5設(shè)計(jì)。

2.3 基本噴油量的確定

在進(jìn)行燃油MAP的標(biāo)定前，需要對(duì)燃油噴射做預(yù)先的設(shè)置，特別是針對(duì)基本噴油脈寬 的設(shè)置。結(jié)合循環(huán)進(jìn)氣量、目標(biāo)空燃比、燃油壓力、噴油器流量等參數(shù)才能確定激勵(lì)時(shí) 間，從而設(shè)置合理的基本噴油脈寬激勵(lì)時(shí)間計(jì)算公式如下：

式中， t為激勵(lì)時(shí)間，m為計(jì)算所得的燃油質(zhì)量，P1燃油壓力，P2噴油器流量測(cè)試時(shí)的燃油壓力。為測(cè)取噴油器流量，自制了簡(jiǎn)易噴油器流量測(cè)試裝置，在4分鐘測(cè)試時(shí)間里，計(jì)數(shù)噴油器的激勵(lì)次數(shù)和單次激勵(lì)時(shí)間，并測(cè)量在4分鐘時(shí)間噴出燃油的總質(zhì)量，從而計(jì)算噴油器流量。噴油器流量測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)置與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1：

2.4 曲軸和凸輪軸位置信號(hào)的獲取

曲軸信號(hào)觸發(fā)齒采用24缺2的形式。為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，用原機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器作為曲軸位置傳感器，將原機(jī)的轉(zhuǎn)速觸發(fā)齒圈車削一定的厚度，將曲軸信號(hào)觸發(fā)齒圈與之過盈配合。為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用凸輪軸的進(jìn)氣凸輪作為凸。輪軸位置信號(hào)的，觸發(fā)單元。具體方法是將磁電式凸輪軸位置傳感器安裝在進(jìn)氣凸輪上方。

信號(hào)波形如圖6所示，最終計(jì)算出曲軸索引位置為465度。

2.5 傳感器參數(shù)表（表2）

3 進(jìn)排氣的仿真設(shè)計(jì)和臺(tái)架標(biāo)定

3.1進(jìn)排氣仿真

為了設(shè)計(jì)方便，利用軟件GT-power建立了亞翔450發(fā)動(dòng)機(jī)的性能仿真模型。由于進(jìn)氣需要限流，設(shè)計(jì)的較復(fù)雜，所以用GEM3D軟件對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行建模，并將其離散化如圖7所示：

將進(jìn)氣導(dǎo)入GT-power中建立發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模型如圖8所示：

3.2臺(tái)架標(biāo)定試驗(yàn)

此次FSC發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定試驗(yàn)選用n-p模式。空燃比的設(shè)定偏向于動(dòng)力性，通過測(cè)功機(jī)及節(jié)氣門調(diào)節(jié)裝置改變發(fā)動(dòng)機(jī)至下一目標(biāo)工況，進(jìn)而完成十 三工況的標(biāo)定甚至是全工況的標(biāo)定。標(biāo)定出的基本點(diǎn)火提前角和噴油量map圖如圖9、圖10，我們將實(shí)際測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線與GT power仿真結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖11所示。

我們將實(shí)際測(cè)得的發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線與GT power仿真結(jié)果，進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖3-3所示：

4結(jié)束語

經(jīng)過進(jìn)排氣的合理設(shè)計(jì)，電噴的改造，是發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和功率有了一定的提高，而且提高了中低速度的扭矩。發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際外特性曲線與仿真結(jié)果接近，說明前期的仿真分析的成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]劉利，卓斌.電控汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配標(biāo)定試驗(yàn)研究[J].上海汽車，1999.

[2]付百學(xué)，胡勝海.汽車電子控制技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010，8.

[3]向禹.491QE型汽油機(jī)電控系統(tǒng)匹配標(biāo)定研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2006.

[4]羅超.汽車電子控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2013，10.

[5]任煥梅，王波，陳海燕.發(fā)動(dòng)機(jī)稀薄燃燒技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展[J].經(jīng)濟(jì)技術(shù)協(xié)作信息，2010.

[6]吳靜波，郭志軍，高建平.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制系統(tǒng)述評(píng)[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），，2005，05.

[7]劉青林.可控燃燒速率在汽油機(jī)的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，06.

[8]朱良.四沖程摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)電噴系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)與研究[D].山東：山東理工大學(xué)，2008.

[9]理查德.MoTeC ECU Training Seminar[Z].上海：ASR車隊(duì)，2010.

[10]譚正平.基于FSC賽車行駛工況的發(fā)動(dòng)機(jī)匹配標(biāo)定研究[D].四川：西華大學(xué)，2010.

作者簡(jiǎn)介：王新剛（1988，03-），性別：男，學(xué)歷：博士，畢業(yè)于重慶大學(xué)，現(xiàn)有職稱：講師，研究方向：新能源汽車。