基于MotecM84的fsae賽車發(fā)動機的電噴化改造

摘 要：在亞翔LD450化油器發(fā)動機基礎(chǔ)上，添加了相關(guān)的傳感器和發(fā)動機管理系統(tǒng)。分析計算了噴油器的放置位置，設(shè)計并分析了進排氣系統(tǒng)，并在臺架上進行了各個工況下的噴油量和點火提前角的標(biāo)定，提高了發(fā)動機的功率和扭矩。

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

引言

賽車采用的是亞翔LD450列發(fā)動機，該發(fā)動機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)動機的燃油噴射量，使發(fā)動機能達到最佳的燃油動力比，提高動力性，方便不同工況下啟動，更加方便控制調(diào)試。電噴發(fā)動機上裝有很多個傳感器。一旦發(fā)動機某部位發(fā)生故障其相應(yīng)的傳感器會將其故障碼和相應(yīng)參數(shù)傳達給電腦，省了很多修車時不必要的麻煩。文章對于發(fā)動機進行電噴化改進，并進行了 ECU 的匹配標(biāo)定工作。

1 電噴化改造方案

為了實現(xiàn)發(fā)動機的電噴化，采用MOTEC M84為發(fā)動機控制模塊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)計燃油供給系統(tǒng)和點火系統(tǒng)?？刂颇K依據(jù)曲軸位置傳感器，凸輪軸位置傳感器，進氣壓力傳感器，進氣溫度傳感器，水溫傳感器，節(jié)氣門位置傳感器和氧傳感器的信號輸入為依據(jù)，給出每一循環(huán)的噴油量和點火提前角，進而控制燃油噴射系統(tǒng)和點火系統(tǒng)。為了簡化發(fā)動機結(jié)構(gòu)，使用進氣凸輪作為凸輪軸位置傳感器的觸發(fā)輪，把原機的點火觸發(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

2.1 點火系統(tǒng)的設(shè)計

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

由于進氣管的中心線通過發(fā)動機的進氣口，通過二維平面設(shè)計就很容易保證噴油器噴出的油柱直接射到進氣門處。

噴油器位置的確定：將噴油嘴固定，在其正對的位置放一張白紙，距離為100mm，然后給予噴油信號，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：

多次試驗測得D=7.00mm，經(jīng)計算的α=8°。

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

2.3 基本噴油量的確定

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

式中， t為激勵時間，m為計算所得的燃油質(zhì)量，P1燃油壓力，P2噴油器流量測試時的燃油壓力。為測取噴油器流量，自制了簡易噴油器流量測試裝置，在4分鐘測試時間里，計數(shù)噴油器的激勵次數(shù)和單次激勵時間，并測量在4分鐘時間噴出燃油的總質(zhì)量，從而計算噴油器流量。噴油器流量測試實驗設(shè)置與實驗數(shù)據(jù)如表1：

2.4 曲軸和凸輪軸位置信號的獲取

曲軸信號觸發(fā)齒采用24缺2的形式。為簡化結(jié)構(gòu)，用原機的發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器作為曲軸位置傳感器，將原機的轉(zhuǎn)速觸發(fā)齒圈車削一定的厚度，將曲軸信號觸發(fā)齒圈與之過盈配合。為了簡化結(jié)構(gòu)，采用凸輪軸的進氣凸輪作為凸。輪軸位置信號的，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氣凸輪上方。

信號波形如圖6所示，最終計算出曲軸索引位置為465度。

2.5 傳感器參數(shù)表（表2）

3 進排氣的仿真設(shè)計和臺架標(biāo)定

3.1進排氣仿真

為了設(shè)計方便，利用軟件GT-power建立了亞翔450發(fā)動機的性能仿真模型。由于進氣需要限流，設(shè)計的較復(fù)雜，所以用GEM3D軟件對進氣進行建模，并將其離散化如圖7所示：

將進氣導(dǎo)入GT-power中建立發(fā)動機仿真模型如圖8所示：

3.2臺架標(biāo)定試驗

此次FSC發(fā)動機標(biāo)定試驗選用n-p模式?？杖急鹊脑O(shè)定偏向于動力性，通過測功機及節(jié)氣門調(diào)節(jié)裝置改變發(fā)動機至下一目標(biāo)工況，進而完成十 三工況的標(biāo)定甚至是全工況的標(biāo)定。標(biāo)定出的基本點火提前角和噴油量map圖如圖9、圖10，我們將實際測得的發(fā)動機外特性曲線與GT power仿真結(jié)果，進行對比，結(jié)果如圖11所示。

我們將實際測得的發(fā)動機外特性曲線與GT power仿真結(jié)果，進行對比，結(jié)果如圖3-3所示：

4結(jié)束語

經(jīng)過進排氣的合理設(shè)計，電噴的改造，是發(fā)動機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)動機的實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。

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作者簡介：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。