基于MotecM84的fsae賽車發動機的電噴化改造

摘 要：在亞翔LD450化油器發動機基礎上，添加了相關的傳感器和發動機管理系統。分析計算了噴油器的放置位置，設計并分析了進排氣系統，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定，提高了發動機的功率和扭矩。

關鍵詞：FSAE；亞翔LD450；電噴；優化設計；標定試驗

引言

賽車采用的是亞翔LD450列發動機，該發動機采用等真空膜片化油器技術，與電子燃油噴技術相比，化油器相對有些不足。電子燃油噴射系統是通過電腦來控制到發動機的燃油噴射量，使發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，更加方便控制調試。電噴發動機上裝有很多個傳感器。一旦發動機某部位發生故障其相應的傳感器會將其故障碼和相應參數傳達給電腦，省了很多修車時不必要的麻煩。文章對于發動機進行電噴化改進，并進行了 ECU 的匹配標定工作。

1 電噴化改造方案

為了實現發動機的電噴化，采用MOTEC M84為發動機控制模塊M84擁有比較人性化的圖形操作界面，內部數據可被快速讀寫，適合小規模改裝。加裝傳感器，自行設計燃油供給系統和點火系統。控制模塊依據曲軸位置傳感器，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，節氣門位置傳感器和氧傳感器的信號輸入為依據，給出每一循環的噴油量和點火提前角，進而控制燃油噴射系統和點火系統。為了簡化發動機結構，使用進氣凸輪作為凸輪軸位置傳感器的觸發輪，把原機的點火觸發齒改造成曲軸索引齒。如圖1所示為電噴系統的工作原理。

2 硬件系統的設計

2.1 點火系統的設計

采用無觸點電子點火系統如圖2所示。由于是單缸機，選用Bosch module 0227 100 124單通道點火模塊，頻率響應迅速，覆蓋最高轉速可達15000轉。對于線圈充電時間的設定，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，所以充電時間設置得大。如圖3所示。

2.2 燃油供給系統系統的設計

由于進氣管的中心線通過發動機的進氣口，通過二維平面設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，原發動機的進氣口到進氣門有一段距離，經測量為65mm。因此為了使油柱末端打到進氣閥，我們進行了如圖5設計。

2.3 基本噴油量的確定

在進行燃油MAP的標定前，需要對燃油噴射做預先的設置，特別是針對基本噴油脈寬 的設置。結合循環進氣量、目標空燃比、燃油壓力、噴油器流量等參數才能確定激勵時 間，從而設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，計數噴油器的激勵次數和單次激勵時間，并測量在4分鐘時間噴出燃油的總質量，從而計算噴油器流量。噴油器流量測試實驗設置與實驗數據如表1：

2.4 曲軸和凸輪軸位置信號的獲取

曲軸信號觸發齒采用24缺2的形式。為簡化結構，用原機的發動機轉速傳感器作為曲軸位置傳感器，將原機的轉速觸發齒圈車削一定的厚度，將曲軸信號觸發齒圈與之過盈配合。為了簡化結構，采用凸輪軸的進氣凸輪作為凸。輪軸位置信號的，觸發單元。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 傳感器參數表（表2）

3 進排氣的仿真設計和臺架標定

3.1進排氣仿真

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

將進氣導入GT-power中建立發動機仿真模型如圖8所示：

3.2臺架標定試驗

此次FSC發動機標定試驗選用n-p模式。空燃比的設定偏向于動力性，通過測功機及節氣門調節裝置改變發動機至下一目標工況，進而完成十 三工況的標定甚至是全工況的標定。標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動機外特性曲線與GT power仿真結果，進行對比，結果如圖11所示。

我們將實際測得的發動機外特性曲線與GT power仿真結果，進行對比，結果如圖3-3所示：

4結束語

經過進排氣的合理設計，電噴的改造，是發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。發動機的實際外特性曲線與仿真結果接近，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，學歷：博士，畢業于重慶大學，現有職稱：講師，研究方向：新能源汽車。