Remiantis šia atvejo analize.
Šis vadovas, priklausantis mūsų ciklui “Maths is cool” („Matematika yra šaunu“), gilinasi į praktinį PicoScope pritaikymą: teorinio oro srauto (MAF) ir variklio tūrinio našumo (VE) skaičiavimą. Naudodami Toyota Celica kaip pavyzdį, žingsnis po žingsnio parodysime, kaip pasitelkti galingus PicoScope 7 matematinius kanalus tiksliems variklio sūkiams nustatyti ir tada pritaikyti reikiamas formules. Šių skaičiavimų supratimas iš esmės pakeičia pažangią automobilių diagnostiką – jis leidžia tiksliai įvertinti variklio „kvėpavimo“ galimybes nesiremiant vien jutiklių duomenimis. Būtent čia matematika tampa galingu diagnostikos įrankiu.
Pagalvojau, kad būtų verta grįžti prie matematikos ir patobulinti metodiką, kad būtų galima apskaičiuoti teorinį MAF. Ačiū Andy Crook iš GotBoost ir už komentarus atvejo analizės pabaigoje – jie visada vertinami.
Kaip ir visuose matavimuose, tikslumas yra svarbiausia, o taikant matematiką neapdorotiems duomenims visada atsiras kintamųjų. Tikiuosi, kad toliau pateikta informacija padės sumažinti netikslumus, atsirandančius dėl to, kaip taikoma matematika ir filtrai.
Čia turime 1,8 litro, 4 cilindrų, laisvai kvėpuojantį (normally aspirated) Toyota Celica variklį (variklio kodas 2ZZ-GE).
Mūsų įraše dėmesys sutelktas į alkūninio veleno jutiklio, droselio padėties ir MAF tarpusavio ryšį nuo tuščiosios eigos iki visiškai atidaryto droselio (WOT).
Straipsnio apačioje esančiame .psdata faile jau įtraukti visi matematiniai kanalai. Tereikia atsisiųsti, atidaryti failą ir kiekvieną iš jų išsaugoti.
Sūkių (RPM) ir variklio taktų skaičiavimas
Aukščiau – pradinis įrašas.
Kad tiksliai nustatyčiau maksimalius variklio sūkius WOT įvykio metu, priartinau vaizdą ties didžiausios amplitudės tašku ir laiko liniuotėmis išmatavau vieną variklio apsisukimą.
Pastaba: naudojant indukcinio tipo alkūninio veleno jutiklį, amplitudė didėja proporcingai variklio sūkiams.
Taip pat įtrauktas matematinis kanalas Crank(A, 36), kuris braižo variklio sūkių grafiką (topic11511.html).
Pastaba: šis straipsnis iš pradžių buvo parašytas naudojant PS6. Standartinis PS7 „crank“ matematinis kanalas (A,36) idle tai atlieka už jus, tačiau reikia pakeisti maksimalią ribą (žr. tolesnius paveikslėlius).
Kaip matome aukščiau, esant didesniems variklio sūkiams yra neatitikimas tarp išmatuotos vertės, gautos tiksliu laiko liniuočių metodu (kairėje – 6807 rpm), ir „crank“ matematinio kanalo (dešinėje – 7000 rpm).
Crank/rpm matematinis kanalas (kaip įprasta) naudotų dažnį ir būtų perrašytas taip: LowPass(60/36*freq(A),8), įtraukiant agresyvų 8 Hz žemų dažnių filtrą.
Aukščiau aiškiai matome bendrą variklio sūkių vaizdą.
Žemiau galime palyginti „Crank“ matematinį kanalą su filtruotu rpm matematiniu kanalu.
Mūsų lygties dalis LowPass(A, 8 ) pritaiko 8 Hz žemų dažnių filtrą rpm matematiniam kanalui – tai leidžia pašalinti trukdančius smailių šuolius (kad būtų patogiau žiūrėti), tačiau pikinio tikslumo sąskaita.
Mūsų pradinis rpm matavimas (laiko liniuotėmis) patvirtina, kad didžiausi sūkiai yra 6807 rpm, o mėlynas „lowpass“ matematinis kanalas aukščiau rodo 6547 rpm, t. y. 260 rpm mažiau.
Jei mums tereikia bendro sūkių aktyvumo vaizdo, šis rpm matematinis kanalas visiškai tinka, tačiau jei norime apskaičiuoti teorinį oro srautą, reikia tikslios pikinės rpm vertės, kur matematinio kanalo reikšmė sutampa su išmatuota verte, gauta laiko liniuotėmis.
Teisingus pikinius sūkius galime gauti pakoregavę žemų dažnių filtravimo kiekį matematiniame kanale.
Žemiau turime LowPass(60/36*freq(A), 50), kur pikiniai sūkiai dabar yra tikslūs (6802 rpm), o trukdantys šuoliai beveik nekliudo – tai matematiniame kanale įtraukto 50 Hz žemų dažnių filtro nuopelnas. Priklausomai nuo jūsų atveju naudojamo alkūninio veleno jutiklio tipo, teisingo žemų dažnių filtro nustatymo parinkimas matematiniame kanale bus bandymų ir klaidų reikalas.
Taip pat atkreipkite dėmesį, kad abiejų signalo formų vertikalųjį mastelį matematinių kanalų meniu nustačiau į x 0,6
Teorinės MAF formulės taikymas PicoScope programoje
Dabar, kai turime tikslų matematinį kanalą, rodantį teisingus pikinius sūkius, galime pereiti prie teorinio MAF skaičiavimo.
Teorinių MAF verčių skaičiavimas:
MAF = (SŪKIAI × VARIKLIO DARBINIS TŪRIS litrais) / (60 × 2 ĮSIURBIMO TAKTAI PER APSISUKIMĄ)
Nors tą pačią MAF vertę galima gauti keliais būdais, aš ją išskaidysiu taip:
Naudodami toliau aprašytą eigą galime įvertinti MAF laisvai kvėpuojančiam varikliui (darant prielaidą, kad droselis visiškai atidarytas).
Pavyzdys:
Mūsų laisvai kvėpuojanti Celica naudoja 1,8 litro, 4 cilindrų, 4 taktų variklį.
Tarkime, kad šis variklis dirba 3000 rpm sūkiais (WOT). Suvartojamą oro srautą galima apskaičiuoti taip:
- 3000 RPM / 60 = 50 apsisukimų per sekundę (Hz)
- Vienam mūsų 4 cilindrų variklio apsisukimui tenka 2 įsiurbimo taktai.
- Taigi 50 aps./sek. × 2 = 100 įsiurbimo taktų per sekundę.
- Kiekvienas įsiurbimo taktas = 1,8 litro / 4 cilindrai = 0,45 litro (450 cm³) vienam cilindrui.
- 100 įsiurbimo taktų × 0,45 litro = 45 litrai per sekundę.Pastaba: oro masė jūros lygyje yra maždaug 1 gramas viename litre (priklauso nuo slėgio ir temperatūros).
- Todėl 45 litrai per sekundę yra maždaug 45 gramai per sekundę (45 g/sek.).
Vis dėlto aerodinaminiai skaičiavimai remiasi tuo, kad oro masė jūros lygyje esant 15 laipsnių Celsijaus yra apie 1,223 kg/m³, arba 1,223 g/l.
Taigi čia savo 45 litrus per sekundę dauginame iš 1,223 ir gauname 55,035 g/sek.
Atkreipkite dėmesį, kad visa tai, kas išdėstyta, remiasi prielaida, jog mūsų variklio tūrinis našumas (VE) yra 100 %, o iš tikrųjų galime tik melstis, kad ties maksimalaus sukimo momento tašku būtų 90 % (realybėje veikiau 86–88 %).
Matematinis kanalas būtų užrašomas taip:
LowPass(60/36*freq(A),50)/60/2*1.8 kai oro masė 1 gramas litre
Kai oro masė 1,223 g/l, matematinis kanalas būtų užrašomas taip:
LowPass(60/36*freq(A),50)/60/2*1.8 x 1.223
Aukščiau dabar braižome teorinį MAF per visą sūkių diapazoną naudodami abi oro masės vertes (darant prielaidą, kad VE yra 100 %). Manau, dabar kyla klausimas, kurias oro masės vertes naudoja automobilio gamintojas (1 g/l ar 1,223 g/l) ir kokios vertės rodomos jų duomenų sąrašuose? Tikrai yra apie ką pamąstyti.
Variklio tūrinio našumo (VE) nustatymas
VE skaičiavimas yra sudėtingas nepriklausomai nuo gebėjimų ar formulių, nes kolektorių konfigūracijų, droselio padėčių, vožtuvų atidarymo trukmės / pakėlimo ir aerodinamikos sudėtingumas neleidžia sudaryti paprastos formulės.
Vis dėlto kaip bazinį VE skaičiavimą galime naudoti oro srauto duomenis.
Niekada negalime daryti prielaidos, kad variklio VE yra 100 %, tačiau jei apskaičiuosime oro srautą pagal oro srauto formulę darydami prielaidą, kad variklio VE yra 100 %, o tada pasitelksime diagnostikos skaitytuvą (g/sek.), galėsime gauti apytikslį faktinį VE pagal skirtumą tarp skaitytuvo rodomos vertės ir vertės, gautos pagal osciloskopo formulę. (Tai darant daroma prielaida, kad oro masės matuoklis veikia tinkamai, už MAF matuoklio nėra oro pralaidumo, o variklis neturi našumo problemų.)
Minėtoje atvejo analizėje toliau naudojamas matematinis kanalas 60/36*freq(A) rodo 7004 rpm sūkius su teoriniu MAF 106,2 g/sek. (darant prielaidą, kad VE 100 %, o oro masė 1 g/litre).
Įdomu tai, kad ties matematinių kanalų pikinių sūkių ir MAF matavimo taškais droselis yra uždarytas! Tai gali būti dėl to, kaip taikomi / skaičiuojami matematiniai kanalai, ir dėl to, kad variklio sūkiai nenukrenta iškart uždarius droselį. Prisiminkite: pikinį MAF skaičiuojame remdamiesi apskaičiuotais sūkiais.
Diagnostikos skaitytuvas rodo, kad MAF yra 111,85 g/sek. esant panašiems 7021 rpm sūkiams
Jei dabar suskaičiuosime šiuos skaičius: osciloskopas apskaičiavo MAF 106,2 g/sek., o diagnostikos skaitytuvas rodo 111,85 g/sek. esant panašiems sūkiams.
111,85 / 106,2 = 1,05 × 100 = 105 % tūrinis našumas (VE)… Tai stebuklas!
Šis variklis naudoja VVT-iL (kintamas vožtuvų fazių ir pakėlimo reguliavimas) (vožtuvų pakėlimas didėja esant aukštiems sūkiams). Jis tikrai nėra daugiau nei 100 % tūriškai našus ir nepatiria išorinio oro nesandarumo (už MAF matuoklio), kuris pateisintų tokį oro srautą.
Jei dabar naudosime MAF su 1,223 g/litre, viskas atrodo labiau tikėtina
Osciloskopas apskaičiavo MAF 106,2 g/sek. × 1,223 = 129,88 g/sek.
Diagnostikos skaitytuvas rodo MAF 111,85 g/sek.
111,85 / 129,88 = 0,86 × 100 = 86,11 % VE
Todėl galime daryti išvadą, kad šiuo atveju gamintojas rodo MAF vertes naudodamas 1,223 g/litre (remiantis mūsų skaičiavimais), o automobilis veikia teisingai.
Apibendrinant: jei žinome variklio sūkius, cilindrų skaičių ir variklio darbinį tūrį, galime apskaičiuoti teorinį oro srautą.
Dar vienas galimas matematinio kanalo patikslinimas – įtraukti vidutinę 88 % VE vertę. Jei atvejo analizėje būtume naudoję matematinę formulę LowPass(60/36*freq(A),50)/60/2*1.8*1.223*0.88, būtume gavę tipinę MAF vertę darant prielaidą, kad VE yra 88 %, o ne 100 %:
129,88 g/sek. * 0,88 = 114,29 g/sek. (diagnostikos skaitytuvas = 111,85 g/sek.).
Nesu tikras, ar tai padeda, nes naudinga VE skaičiuoti (jau po įrašymo) remiantis teoriniu MAF esant 100 % VE ir lyginant su diagnostikos skaitytuvo rodomu MAF, tačiau prireikus tai lieka kaip variantas.
Psdata failą rasite žemiau. Norėdami peržiūrėti failą, turėsite atsisiųsti naujausią PicoScope programinę įrangą.
Tikiuosi, kad tai padės ir atskleis daugybę iššūkių, su kuriais susiduriame taikydami šias metodikas.
Straipsnis išverstas iš Pico Technology bibliotekos su gamintojo leidimu. Originalas: picoauto.com. PicoScope įrangą rasite mūsų kataloge.