Cuando necesitemos calcular el valor teórico de MAF (flujo de aire), creo que será muy útil usar canales matemáticos y algunas habilidades matemáticas para calcular.
Para todas las mediciones y cálculos, la precisión es muy importante, y cuando usamos canales matemáticos para datos brutos, siempre hay una variedad de variables. Mediante la introducción de este artículo, nos ayudará a minimizar la incertidumbre causada por los canales matemáticos y los métodos de aplicación de filtros.
Lo que vamos a presentar es un motor Toyota Celica de aspiración natural de cuatro cilindros y 1.8 litros (código de motor 2ZZ-GE), centrándonos en la relación entre el sensor del cigüeñal, la posición del acelerador y el MAF durante el proceso desde el ralentí hasta el WOT.
Figura 1 Captura de señal
Para medir con precisión la velocidad máxima del motor durante WOT, amplifiqué el punto pico de la señal de voltaje en el canal A para facilitar el uso de una escala de tiempo para medir la velocidad máxima del motor. Además, también agregué la manivela del canal matemático (A, 36) para dibujar la curva de velocidad del motor. (Nota: al medir la señal del sensor inductivo del cigüeñal, la amplitud de la señal de voltaje aumenta en proporción a la velocidad del motor).
Para la introducción del canal de matemáticas de manivela, puede saltar a la siguiente publicación de blog: El canal de matemáticas de manivela dibuja una curva de RPM
Figura 2 canal matemático de manivela
Como podemos ver en la Figura 2, cuando se usa el método de escala de tiempo a la izquierda (6811 rpm) y el canal matemático del cigüeñal a la derecha (6998 rpm), habrá diferencias en los valores medidos a velocidades más altas del motor.
Hay esos "picos molestos" en la señal del canal A, y el software Picoscope detectará inmediatamente un aumento brusco en la frecuencia de la señal cuando falta un diente. El canal matemático del cigüeñal no registra datos cuando el diente faltante pasa a través del sensor del cigüeñal, por lo que el problema del diente faltante está resuelto.Cuando los dientes restantes continúan funcionando normalmente, el canal matemático del cigüeñal mostrará datos continuamente.
Al usar la función de filtrado del canal matemático, podemos lidiar con los "molestos picos" en el canal matemático del manivela. Si crea un canal matemático LowPass (60/36 * freq (A), 8), la forma de onda mostrada utilizará automáticamente un filtro de paso bajo de 8 Hz.
Figura 3 El canal de rpm filtrado
En la Figura 3 podemos dibujar claramente la curva de velocidad del motor y no generará picos.
Podemos comparar el canal matemático del cigüeñal con el canal matemático de velocidad filtrado, como se muestra en la Figura 4.
Figura 4 Manivela y canal de filtro
Otro canal matemático, LowPass (A, 8), aplica un filtro de paso bajo de 8 Hz al canal A, que puede eliminar los picos de la señal del canal A para la observación, pero sacrificará parte de la precisión de la amplitud de la señal.
Al principio, la velocidad máxima del motor medida por la escala de tiempo era 6811 rpm, pero el canal matemático LowPass (A, 8) midió 6547 rpm, una diferencia de 260 rpm.
Si solo necesita observar la velocidad del motor, LowPass (A, 8) es un canal matemático adecuado, pero si desea calcular el flujo de aire teórico, necesita un pico de rpm preciso. Esto requiere que usemos el valor medido del canal matemático para estar más cerca del valor medido obtenido con la regla de tiempo.
De hecho, al modificar la frecuencia del filtro de paso bajo en el canal matemático, podemos medir el valor pico exacto de rpm. Creamos un nuevo canal matemático LowPass (60/36 * freq (A), 50). Debido a que contiene un filtro de paso bajo de 50 Hz, nuestro valor pico de rpm es más preciso (6807 rpm) y la interferencia de picos también es mínima . De acuerdo con los diferentes tipos de sensores de cigüeñal en aplicaciones reales, debemos probar diferentes frecuencias repetidamente para configurar el filtro de paso bajo más apropiado.
Figura 5 Canales con mayor frecuencia de filtrado
Ahora que tenemos un canal matemático preciso, que puede medir el valor pico de rpm exacto, podemos continuar calculando el MAF teórico.
Calcule el valor teórico de MAF: MAF = (RPM * cilindrada de un solo cilindro) / (60 * el número de carreras de admisión producidas por una revolución del cigüeñal). Hay muchas formas de calcular el valor MAF. De acuerdo con los siguientes pasos, puede obtener el MAF teórico de un motor de aspiración natural (asumiendo WOT).
Ejemplo: Celica utiliza un motor de aspiración natural de cuatro cilindros y cuatro tiempos de 1.8L. Suponiendo que el motor ahora está funcionando a 3000 rpm (WOT), el flujo de aire consumido se puede calcular de la siguiente manera:
3000 RPM / 60 = 50 revoluciones por segundo (Hz)
Para un motor de cuatro cilindros, cada revolución del cigüeñal produce 2 carreras de admisión. Por lo tanto, 50 revoluciones por segundo * 2 = 100 golpes de admisión por segundo.
Volumen de admisión por carrera de admisión = 1.8L / 4 cilindros = 0.45L (450 cc) por cilindro.
100 golpes de admisión por segundo * 0.45L = 45L por segundo
Nota: La densidad del aire al nivel del mar es de aproximadamente 1 g / L (según la presión y la temperatura).
Por lo tanto, 45 litros por segundo son aproximadamente 45 gramos por segundo (45 g / seg).
Dicho esto, los cálculos aerodinámicos se basan en cálculos a nivel del mar en torno a los 15 grados Celsius, cuando la densidad del aire es 1.223 kg / m3 o 1.223g / L. Entonces, aquí, multiplicamos 45 litros por segundo por 1.223 para obtener 55.035 gm / s. Cabe señalar que todas las condiciones anteriores suponen que la eficiencia de inflado (VE) del motor es del 100% . Pero, de hecho, la eficiencia de carga es de aproximadamente el 90% al par motor máximo (el rango promedio es 86% -88%).
Para calcular el MAF teórico para un motor de cuatro cilindros, la fórmula para el canal matemático es la siguiente:
LowPass (60/36 * freq (A), 50) /60/2*1.8 (la densidad del aire es 1g / L):
LowPass (60/36 * freq (A), 50) /60/2*1.8*1.223 (la densidad del aire es 1.223g / L).
Figura 6 Canal matemático MAF
Ahora dibujamos el MAF teórico en todo el rango de velocidad de acuerdo con las dos densidades de aire (asumiendo que VE es 100%). Aquí hago una pregunta en la que vale la pena pensar, ¿ qué densidad de aire (1 gm / L o 1.223 gm / L ) usa el fabricante del vehículo ? ¿Cuáles de estos aparecerán en el valor MAF que proporcionan datos en él ?
Luego hablamos del cálculo de VE. Independientemente de las habilidades de cálculo o fórmulas matemáticas, calcular VE es muy desafiante, porque la complejidad de la configuración del colector de admisión, la posición del acelerador, la duración / elevación de la válvula y la aerodinámica no se pueden resumir en una fórmula matemática. Sin embargo, podemos utilizar los datos del flujo de aire en el cálculo aproximado de VE.
No podemos suponer que el motor siempre ha sido 100% VE, pero si se supone que el VE del motor es 100% en el cálculo de la fórmula del flujo de aire, entonces el valor MAF real se obtiene a través de la herramienta de escaneo. La relación entre el valor MAF teórico y el valor MAF real es el valor aproximado de VE. . (Se asume que el medidor de flujo de aire está funcionando normalmente, no hay fugas de aire y el motor no tiene problemas de rendimiento).
En la Figura 7, el canal matemático 60/36 * freq (A) midió el pico de rpm de 7031 rpm y el MAF teórico de 106,3 g / seg (asumiendo que el VE es del 100% y la densidad del aire es de 1 gm / L medido). Curiosamente, el valor MAF no es 0 en las rpm máximas, ¡pero el acelerador ya está completamente cerrado! Esto puede deberse al hecho de que la velocidad del motor no disminuirá inmediatamente cuando se cierra el acelerador. Por favor, recuerde que somos la raíz Según pico rpm para calcular la teórica MAF s' .
Figura 7 Análisis de forma de onda
La herramienta de escaneo muestra que MAF es 111.85 gm / seg a 7021 rpm, como se muestra en la Figura 8. Si calculamos estos números ahora, el MAF calculado por el osciloscopio es 106,3 gm / seg, mientras que el MAF informado por la herramienta de escaneo es 111,85 gm / seg, y las velocidades de los dos son similares. 111.85 / 106.3 = 1.05 * 100% = 105%, la eficiencia de inflación (VE) es 105%, ¡lo cual es simplemente imposible !
Figura 8 Escaneo de datos
Aunque el motor usa VVT-iL "sincronización y elevación variables de válvulas" (la elevación de válvulas aumenta a altas velocidades), su eficiencia de carga ciertamente no excederá el 100%, y todavía se basa en la premisa de que no hay fugas de aire. Si calculamos ahora el MAF con 1.223 g / L , tal vez el VE no supere el 100%.
Modifique el MAF calculado por el osciloscopio a 106.3g / s * 1.223 = 130g / s, el MAF informado por la herramienta de escaneo es 111.85g / s, 111.85 / 130 = 0.8604 * 100% = 86.04%, y la eficiencia de inflación real es 86.04%.
Por lo tanto, podemos concluir que en este caso, el fabricante del automóvil calcula el valor MAF teórico en base a una densidad del aire de 1.223 g / L. En resumen, si conocemos la velocidad del motor, el número de cilindros y la capacidad del motor, podemos calcular el MAF teórico.
También podemos agregar el último factor de corrección al canal matemático: VE toma un promedio de 88%. Si se usa la fórmula matemática LowPass (60/36 * freq (A), 50) /60/2*1.8* en el caso de estudio 1.223 * 0.88, cuando calculamos el valor MAF, asumimos que VE es 88% en lugar de 100%: 130 gm / seg * 0.88 = 114.4 gm / seg (lectura de la herramienta de escaneo = 111.85 gm / seg). No estoy seguro de si este canal matemático es útil, pero según el MAF teórico calculado por el 100% de VE y el MAF informado por la herramienta de escaneo, es muy útil calcular el VE aproximado real (después de la captura) en función de su relación.
El archivo psdata se puede descargar del foro del osciloscopio pico Hongke , ¡espero que le sea útil!