En la serie de aplicaciones 9 del canal matemático, presentamos el proceso de cálculo del valor MAF teórico Hoy quiero usar la fórmula relevante para calcular el valor MAF real de un motor turboalimentado. El motor presentado en este caso es un BMW114i N13 de cuatro cilindros con una potencia de 102 a 4000 rpm. Para determinar el valor real de MAF , primero debemos calcular la eficiencia volumétrica (VE) del motor.
En una situación ideal con un 100% de VE, el flujo de aire que debe consumir el motor es de unos 102 g / seg. Esto se deriva de la potencia de salida del motor: la potencia máxima es 102 CV (4000 rpm). Suponiendo que VE es 100%, entonces MAF = 102 PS * 1.0 = 102gm / seg (1.0 es 100%, expresado en decimal: 100% / 100 = 1.0).
Cuando VE es 100%, el valor calculado es el valor aproximado del flujo de aire máximo que ingresa al motor. De hecho, el valor real de VE es de alrededor del 80% al 90%, y también se ve afectado por muchas variables, como la longitud / diámetro de los puertos de admisión y escape, la carga del turbocompresor (lado de escape), la elevación de la válvula. , Sincronización y duración de la válvula, etc. Cabe señalar que el motor en este ejemplo tiene VVT, VVT-L (válvula de admisión) y turbocompresor, estas variables tienen mucha influencia en VE.
Por lo tanto, al calcular el valor pico de MAF, se debe suponer que VE es 80%, la fórmula es la siguiente: 102 PS * 0.8 = 81.6gm / seg.
La fórmula también se puede utilizar para calcular inversamente la potencia del motor: el flujo de aire máximo medido (gm / seg) / 0.8 = potencia del motor 81.6 (gm / seg) / 0.8 = 102PS.
Estas fórmulas empíricas solo se pueden utilizar para calcular MAF o potencia teóricos al diagnosticar problemas de funcionamiento del motor. Para calcular el valor de MAF a cualquier velocidad de motor dada (aquí usamos 4000 rpm, potencia máxima), necesitamos recopilar la señal de presión del colector de admisión.
Para esto, podemos usar una sonda personalizada, pero si no hay WPS500X, necesitamos comprender las características de salida del sensor de presión absoluta del colector de admisión (MAP). Después de varias horas de investigación, creo que las características de salida en la Figura 1 coinciden perfectamente con nuestro sensor Bosch MAP 0 261 230 253 (sensor DS-S3 de 3 cables).
Figura 1 Características de salida de MAP
Figura 2 Parámetros MAP
Según los datos de la Figura 2, sabemos que: la tensión de alimentación del sensor es de 5,0 V; la tensión nominal del sensor es de 0,5 V; el rango de medición de la tensión del sensor es de 0,5 V a 4,5 V; de 0,5 V a 4,5 V utiliza una tensión de alimentación de 0 V a 5 V 80 % / 100 = 0.8; El rango de medición de presión del sensor es 2.05 bar.
El rango de medición de presión se obtiene de la siguiente manera: El rango de presión de medición del sensor es 0,15 bar ～ 2,2 bar (1 bar = presión atmosférica). 0,15 bar (sensor mínimo) es 0,85 bar menor que la presión atmosférica, 2,2 bar (sensor máximo) significa que el sensor es 1,2 bar más alto que la presión atmosférica, por lo que el rango de medición es 0,85 + 1,2 = 2,05 bar.
Para determinar la pendiente del sensor, usamos la siguiente fórmula:
Rango de medición de voltaje del sensor * Suministro de voltaje / rango de medición de presión del sensor
Inclinación del sensor = 0.8 * 5.0 / 2.05 = 1.951
Para referenciar la salida del sensor a 1 V, porque 1 / 1.951 = 0.512bar. Entonces, la salida del sensor sigue las siguientes reglas: 1 V = 0.512bar, debido a que el sensor tiene una salida lineal, 2 V será igual a 1.024 bar y 3 V será igual a 1.536 bar, y así sucesivamente. Para personalizar la sonda para que muestre el voltaje del sensor MAP como presión física, usamos la ecuación lineal: y = 0.512x + 0.
Para garantizar la precisión de los datos, también puede usar la herramienta de escaneo para registrar el MAP y usar la sonda personalizada creada anteriormente para capturar la forma de onda de salida del sensor MAP a través del osciloscopio. Con el interruptor de encendido apagado y el motor apagado, tanto la herramienta de escaneo como el osciloscopio deben mostrar aproximadamente 1 bar (presión atmosférica).
La herramienta de escaneo puede utilizar un manómetro de vacío o un manómetro. En este caso, después de aplicar una presión específica en el sensor MAP, puede comparar los valores en el osciloscopio y la herramienta de escaneo al mismo tiempo. De acuerdo con los datos registrados por la herramienta de escaneo, estos valores se ingresan en la tabla de búsqueda, o la sonda se puede personalizar para dibujar la forma de onda de voltaje de salida del sensor MAP relacionada con la presión aplicada.
El canal A (sensor de presión de sobrealimentación) y el canal B (sensor MAP) utilizan la ecuación lineal mencionada anteriormente para personalizar la sonda. Los dos sensores tienen las mismas características de salida, por lo que son adecuados para la misma ecuación lineal. El número de pieza del sensor de presión de sobrealimentación (acelerador / después del intercooler) es 0 261 230 252 (sensor DS-S3-TF de 4 cables) y la cuarta línea proporciona los datos de temperatura del aire de admisión al PCM. Otros canales recopilan señales relevantes para ayudar en los cálculos de MAF.
Figura 3 Datos brutos
En la forma de onda de la Figura 3, pisamos el pedal del acelerador en una carretera nivelada (el acelerador está activo) para capturar la aceleración del vehículo en la segunda marcha y acelerar hasta que la velocidad del motor alcance 4000 rpm.
Tenga en cuenta que el canal E (violeta) mide el sensor del acelerador y el voltaje de la señal disminuye a medida que aumenta la apertura del acelerador. Para facilitar la explicación, utilicé el canal matemático "-E" para invertir el canal. (Con solo agregar un signo menos antes de cualquier letra de canal, se invertirá el canal que seleccionó). El canal matemático LowPass (freq (C), 50) se puede usar para calcular la velocidad del motor en función de la señal del cigüeñal en el canal C, y la frecuencia del canal matemático (D) se puede usar para calcular el caudal de MAF. Para calcular la diferencia de presión entre el sensor de presión de sobrealimentación y el sensor MAP, usamos el canal matemático incorporado: AB.
Aquí, teóricamente podemos detectar posibles fugas o tomas anormales.Si se abre el acelerador, la presión de sobrealimentación debe ser aproximadamente igual a la presión del colector de admisión. Según la siguiente figura, podemos analizar que en el momento en que se suelta el pedal del acelerador la diferencia de presión es mínima (62,41 mbar). Después de eso, la presión de sobrealimentación alcanza un pico repentino cuando el acelerador está parcialmente cerrado y la presión del colector de admisión cae bruscamente.
Figura 4 Cada forma de onda
Calcule MAF (con turbocompresor):
- En el motor BMW N13 con acelerador electrónico, cuando conduzca en una carretera nivelada, use la segunda marcha y pise el acelerador para acelerar a 4000 rpm.
- La herramienta de escaneo y el osciloscopio capturan datos al mismo tiempo.
A través de los datos capturados por la herramienta de escaneo, obtuvimos los siguientes resultados:
MAF: 268 kg / h （74,44 g / seg）
Velocidad del motor: 3998 rpm
Presión del colector de admisión: 1267 mbar
Voltaje de la señal del acelerador: 2,5 V
Presión de refuerzo: (antes del acelerador) 1286 mbar
VE se calcula en base a los datos de la herramienta de escaneo: VE = 74.44 / 102 = 72.98% (redondeado al 73%)
Los datos básicos para calcular MAF (motor turboalimentado) son:
- Capacidad del motor (litros)
- Velocidad del motor (RPM)
- Presión absoluta del colector (bar)
- Eficiencia volumétrica (% expresado en decimal)
La ecuación es: capacidad del motor (1.6) * VE (usando 74.44 g / seg = 0.73) * 3998 rpm * 1.267 bar / 2 = MAF (L / min)
1,6 * 0,73 * 3998 rpm * 1,267 / 2 = 2958,232 L / min
La densidad del aire al nivel del mar alrededor de los 15 grados Celsius es de 1.223 g / L
2958.232 L / min * 1.223 g / L = 3617.918 g / min
3617.918 gm / min / 60 = 60.30gm / seg (use el VE calculado a partir de los datos de la herramienta de escaneo)
Para dibujar la forma de onda del flujo de aire con el software PicoScope, podemos sustituir los siguientes valores de VE en el canal matemático:
- VE = 73%, calculado por la herramienta de escaneo
- VE = 80%, promedio típico
- VE = 100% para obtener el flujo de aire máximo teórico
Si usamos el VE calculado de acuerdo con la herramienta de escaneo para tomar el 73%, el canal matemático es el siguiente: LowPass (freq (C), 50) * (1.6 * 0.73) * B / 2 * 1.223 / 60 = MAF @ 73 ％ VE ( La densidad del aire es 1.223 gm / L); si tomamos VE como 100%, el canal matemático cambiará a LowPass (freq (C), 50) * (1.6) * B / 2 * 1.223 / 60 = MAF @ 100 ％ VE ( La calidad del aire es de 1.223 gm / L). El flujo de aire gráfico se puede ver en la siguiente forma de onda:
Figura 5 MAF bajo diferentes valores de VE
Como se muestra en la Figura 5, el valor MAF calculado por Matemáticas es inconsistente con el valor MAF 268 kg / h (74.44 g / seg) obtenido por la herramienta de escaneo. Al 73% de VE, el valor máximo de MAF del canal matemático alcanza 60,81 g / seg;
Al 100% de VE, el valor máximo de MAF del canal matemático es 83,37 g / seg; si VE = 80%, el valor pico de MAF del canal matemático es aproximadamente 66,88 g / seg.
Uno de los factores es la velocidad del motor correspondiente a la adquisición de la herramienta de escaneo, porque no podemos determinar la precisión y correlación entre los parámetros. Con la herramienta de escaneo, lo que obtenemos es el valor instantáneo de los datos, como "velocidad del motor, MAF y posición del acelerador".
¡El flujo de aire (268 kg / h) medido por la herramienta de escaneo puede estar relacionado con una cierta velocidad instantánea del motor superior a 3998 rpm! Este es un problema real, porque si usamos 268 kg / h para calcular VE, este valor se sustituirá en el canal matemático para afectar el cálculo. Por supuesto, esta es solo una de las variables a considerar, y es exactamente la misma, es más exacto tomar 80% (promedio) o 100% para VE en este tipo de canal matemático.
Otra variable a considerar es un error en la configuración personalizada de la sonda (como las características de salida del sensor MAP, las tablas de datos recopilados en las Figuras 1 y 2 no son precisas). No estoy 100% seguro de que la hoja de datos se aplique al sensor con número de pieza 0 261 230 253, pero los datos de presión del colector de admisión recopilados por el osciloscopio coinciden con la herramienta de escaneo. Para evitar la influencia de esta variable, se puede instalar un WPS500X en el colector de admisión para medir la presión real, y no es necesario procesarlo a través de herramientas PCM / Scan o sondas personalizadas.
Suponga que estamos usando un motor de acelerador electrónico, pero se realiza la misma prueba de carretera (potencia máxima) con el actuador del acelerador electrónico desconectado para comparar los cambios de MAF. Esto significa que el motor puede realizar un control de admisión regular a través del acelerador y la elevación de la válvula es fija (ajustada al valor máximo).
A través de los datos capturados por la herramienta de escaneo, obtuvimos los siguientes resultados:
MAF: 263 kg / h （73.05 g / seg）
Velocidad del motor: 3999 rpm
Presión del colector de admisión: 1249 mbar
Voltaje de la señal del acelerador: 1,8 V
Presión de refuerzo: (antes del acelerador) 1255 mbar
VE se calcula en base a los datos de la herramienta de escaneo: VE = 73.05 / 102 = 71.61%.
Esta estadística superó mis expectativas Pensé que cuando el acelerador electrónico está en un estado activo, su flujo de aire será mayor que en un estado inactivo. A potencia máxima, casi no hay diferencia en el valor de VE en los dos casos. Si piensa detenidamente en este problema, encontrará que en WOT (o cuando el PCM determina la posición del pedal del acelerador), debido al modo inteligente, el flujo de aire en las dos condiciones de funcionamiento (VT activo / inactivo) es similar al del control del acelerador. flujo de aire. Cuando se activa VT, el flujo de aire se controla mediante la combinación inteligente de la posición de la válvula del acelerador y la elevación de la válvula de admisión. Cuando el VT está en un estado inactivo, la válvula de admisión se establece por defecto en la elevación máxima, por lo que el flujo de aire solo se controla mediante la posición de la válvula de mariposa.
En comparación con la forma de onda de la Figura 5, consulte la Figura 6 para capturar la posición del acelerador en la forma de onda. Cuando VT está en un estado activo, el voltaje de la señal de posición del acelerador es de 2.5 V, y cuando VT está en un estado inactivo, el voltaje es de 1.8V. Cabe señalar que aquí el voltaje de la señal TPS2 disminuye a medida que aumenta la apertura del acelerador. Cuando el VT está en un estado inactivo, la apertura del acelerador es mayor.
Figura 6 Diferencia de presión antes y después del acelerador
Según los datos de la Figura 6, podemos ver que la válvula de mariposa crea una diferencia de presión considerable entre el colector de admisión (después del acelerador) y los componentes de admisión (antes del acelerador) (debido al VT inactivo). La buena noticia es que a medida que aumenta la apertura del acelerador, la diferencia de presión en el estado sobrealimentado es de 0 bar.
Con todo, considerando las numerosas variables relacionadas con el sistema de control de admisión, el cálculo de VE y MAF enfrenta un gran desafío (esto es especialmente cierto para las aplicaciones de turbocompresores). Sin embargo, espero que la fórmula anterior (incluida la presión de sobrealimentación / múltiple) sea útil para este tipo de cálculo.
Otro tema que vale la pena considerar es el rango de MAP, si el gráfico de parámetros al que nos referimos anteriormente es exacto. La Figura 7 es el número de OEM correcto de este vehículo en particular. Encontré que el rango de presión del sensor de presión Meat & Doria 82503 es 38 kpa ～ 260 kpa, y la diferencia del rango causará la diferencia en los resultados del cálculo.
Figura 7 Diferentes rangos de presión de MAP
La diferencia entre los dos rangos de presión también demuestra la dificultad de obtener tales datos y, lo que es más importante, necesitamos comparar la confiabilidad de los datos. A continuación, usamos el nuevo rango de medición para calcular nuevamente, primero convierta kPa a bar, dividimos el valor de presión por 100: 38/100 = 0.38bar; 260/100 = 2.6bar. El rango de medición del sensor es 0,38 bar ～ 2,6 bar (presión absoluta). 0,38 bar (sensor mínimo) 0,62 bar por debajo de la presión atmosférica, 2,6 bar (sensor máximo) 1,6 bar por encima de la presión atmosférica. Por lo tanto, el rango de medición = 0,62 + 1,6 = 2,22 bar.
Para determinar la inclinación / pendiente del sensor, utilizamos la siguiente fórmula: rango de medición de voltaje del sensor * voltaje de la fuente de alimentación / rango de medición de presión del sensor ; inclinación del sensor = 0,8 * 5,0 / 2,22 = 1,801
Para referenciar la salida del sensor a 1 V, porque 1 / 1.801 = 0.555bar. Entonces, la salida del sensor sigue las siguientes reglas: 1 V = 0.555 bar, porque el sensor tiene una salida lineal, 2 V será igual a 1.11 bar, y 3 V será igual a 1.665 bar, y así sucesivamente. Para personalizar la sonda para que muestre el voltaje del sensor MAP como presión física, usamos la ecuación lineal: y = 0.555x + 0.
La diferencia entre los ajustes personalizados de la sonda significa que la lectura de presión del colector de admisión aumentará aproximadamente un 8%. Creo que este ejemplo ilustra por qué usamos una sonda personalizada para medir la presión del colector mientras usamos otro canal para capturar el voltaje de la señal del sensor MAP. En este caso, podemos aplicar operaciones matemáticas al voltaje de la señal (después de la captura) para obtener el valor de presión del colector corregido.
En el ejemplo de la Figura 8, utilicé la configuración de sonda personalizada original y = 0.512x + 0 (en el canal B) para capturar la presión del colector, mientras capturaba el voltaje de la señal del sensor de presión del colector (canal A) y en el colector El WPS500X (canal C) está conectado.
Figura 8 Diferentes valores de presión del colector de admisión
Podemos ver que la presión máxima de la sonda personalizada original (canal B) es 1.279 bar y el pico de presión del canal matemático A * 0.555 (magenta) es 1.394 bar. Aquí, el valor de corrección 0.555 se sustituye en el voltaje de la señal del sensor MAP en el canal A . Para determinar la precisión de los dos, el WPS500X se utiliza para medir físicamente la presión del colector de admisión, y el valor máximo es 330 mbar (valor de presión absoluta de 1.330 bar). Entonces, ¿qué efecto tienen estos diferentes valores en el cálculo de MAF?
El VE calculado basado en los datos de la herramienta de escaneo es del 73% (con Valvetronic activado a una presión del colector de 1.394 bar)
MAF = 1,6 * 0,73 * 3998 rpm * 1,394 / 2 = 3254,756 L / min;
3254756 L / min * 1.223 g / L = 3980.567 g / min;
3980,567 g / min / 60 = 66,34 g / seg
Debido al cambio en el valor de la presión de sobrealimentación, este valor es aproximadamente un 8% más alto que el valor calculado inicialmente.
Si VE = 100%:
1,6 * 3998 rpm * 1,394 / 2 = 4458,570 L / min ；
4458.570 L / min * 1.223 g / L = 5452.831gm / min ；
5452.831 g / min / 60 = 90.88 = g / seg
Nuevamente, es un 8% más alto que el valor MAF cuando VE es 100% en la Figura 5 .