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說到改裝發(fā)動機,大部分改裝者第一目的是為了獲得更多的動力,但實際情況是——
先說點初級的——電商平臺上的“電扇渦輪”,我想大部分人都知道渦輪增壓這個名詞。而且都知道渦輪增壓器能增加進氣量從而提高發(fā)動機的動力。而渦輪的匹配和安裝需要很高的專業(yè)技能,一些奸商正好的抓住了這個切入點,各種長得像渦輪壓氣機的吹風(fēng)機、甚至機箱風(fēng)扇一樣的軸流式小風(fēng)扇被包裝成了所謂的“電子增壓器”,有的奸商聲稱他的吹風(fēng)機能吹滅十多米外的蠟燭,口口聲聲說能增加發(fā)動機多少動力什么的。
但我從未見過一個商家寫明他所賣的那種吹風(fēng)機的最大流量以及最大增壓壓力。想必大家也都聽說奧迪在搞電子增壓,我正好也有一點了解,奧迪的電子渦輪增壓器,帶動壓氣機工作的電動機功率是4kw左右,與之搭配的是48V的電子控制系統(tǒng)。我們目前的轎車全部都是12V的系統(tǒng),想要實現(xiàn)這個功率需要300安左右的電流,往小一點說,哪怕是1200瓦也需要100安左右的電流,試問,什么車的發(fā)電機有這么大的發(fā)電量?還有,羊毛出在羊身上,發(fā)電機與曲軸相連,發(fā)電機本身要吃掉發(fā)動機曲軸上這么多功率才能產(chǎn)生這樣的壓氣能力,而這個1200瓦的壓氣機能起到多大的增壓作用呢?
明確告訴大家,在大負荷的時候,那些所謂的吹風(fēng)機不阻擋進氣就燒高香了,至于增壓,更是想都別想。
再有的就是空濾。我工作這些年做過的項目里,空濾處的壓降一般在2kpa到4kpa左右,那些所謂賽車用高流量風(fēng)格,也許真能降低1~2kpa的進氣阻力,對于自然吸氣發(fā)動機來說,在全油門節(jié)氣門全開時,可能會帶來0.8%~1.5%左右的動力提升,但對于現(xiàn)在的增壓發(fā)動機就無效了,因為增壓壓力控制是閉環(huán)控制,達到了ECU中設(shè)定的增壓壓力就不會再往上走了。
一般來說,那種稱之為“冬菇”的空濾過濾效果會比原廠的空濾差很多,為了降低這么一點點進氣阻力,搭上的是發(fā)動機的壽命,劃算嗎?
下面說點高級的。近些年市面上銷售的汽油車里,除了部分低端車型,大部分采用的都是電子節(jié)氣門,帶增壓器的車更是百分之百的電子節(jié)氣門。采用ETC(電子節(jié)氣門)的好處我就不多說了,這次我來簡單說說電子節(jié)氣門的發(fā)動機控制。一般來說,有ETC的發(fā)動機都采用扭矩模型控制。油門踏板和節(jié)氣門閥片不是簡單的對應(yīng)關(guān)系,而是一張可標(biāo)定的map圖,簡單稱之為pedal to torque map。這張表可以做成各種形狀來適應(yīng)不同的車型。同一臺發(fā)動機,調(diào)整這張表就可以調(diào)校出完全不同的特性。發(fā)動機ECU內(nèi)部的簡單計算流程是這樣的:
涉及機密我不能說太多,不過各家公司的控制原理都類似。精細化完成的臺架精度可以很高,達到100牛以內(nèi)±10牛米,100牛以上±10%的精度(這是個最基本的要求,其實我們通常的控制結(jié)果會比這個要求更高),下圖是我手中的一個項目的臺架精度報告。
采用扭矩模型的發(fā)動機控制需要嚴格控制邊界條件,更換進排氣系統(tǒng)不僅會造成扭矩預(yù)估的偏差,還會導(dǎo)致燃油控制的偏差,排放差點是小事,燒了渦輪那可是白花花的銀子啊。
這么說吧,但凡有更換進排氣系統(tǒng)的項目,我們一律重新上臺架校核充氣效率。扭矩模型的偏差對于手動擋車型來說,問題可能不大,因為換擋是駕駛員決定的,但對于自動擋車型來說(包括AT, DCT以及CVT),變速器對于EMS的扭矩精度要求極其變態(tài),每個自動擋項目都會因為扭矩精度的問題和變速器的供應(yīng)商打得焦頭爛額。這一點,做EMS標(biāo)定的同行們一定深有感觸吧。
所有一旦涉及與扭矩預(yù)估相關(guān)的改動,帶來的只能是換擋品質(zhì)惡化,升降擋時機怪異等。如果這樣依然不能阻擋你改裝的腳步,那就接著往下看。
更高級的改裝,那就是改ECU了。有外掛式,原廠ECU刷標(biāo)定。外加一些所謂的改裝套件,包括加大的中冷、油冷、大號增壓器等等。
在拉線節(jié)氣門時代,ECU運算很簡單就是根據(jù)進氣量去算噴油,那個時代的發(fā)動機診斷邏輯也少,這樣做無可厚非,但現(xiàn)在的ECU診斷功能很多,比如增壓壓力超限值,就會報Over boost故障,所以外掛電腦越來越少。而我有幸見過幾次所謂的什么高階標(biāo)定,無非是放開了增壓診斷的限值,提高了增壓壓力以及增加點火角,無他。
先說點火角,點火角是發(fā)動機臺架標(biāo)定的重中之重,每個臺架最開始的標(biāo)定就是基礎(chǔ)點火角以及點火效率的標(biāo)定。獲得系統(tǒng)執(zhí)行不同點火角對輸出扭矩和平均有效壓力的影響規(guī)律是基于扭矩模型策略的一個重要試驗。許多實際工況下,系統(tǒng)需要推遲點火角以防止爆震發(fā)生。在這些工況下,系統(tǒng)需要考慮到點火效率損失來預(yù)估實際扭矩輸出。
我拿我一個項目來舉例,下圖顯示的是點火效率與百分之五十放熱率(CA50)之間的關(guān)系,此發(fā)動機在CA50約為8.1左右時,點火效率最高。
改動點火角對扭矩預(yù)估的影響會比改進排氣系統(tǒng)更大。而且,點火角不僅影響扭矩,對發(fā)動機的壽命也會有極大的影響。
在標(biāo)定完基礎(chǔ)點火角以后,是各種熱力學(xué)模型以及扭矩模型的標(biāo)定,最后要標(biāo)定爆震。在標(biāo)定基礎(chǔ)點火角時,為了油耗我們一般會把點火角標(biāo)得比較激進,一般都在爆震的臨界點,做爆震時要人為制造爆震,然后標(biāo)定爆震控制邏輯把點火角退回來。
下圖中的綠線是示波器中爆震傳感器的原始信號,白圈處是明顯的爆震。
當(dāng)點火角主表改太大,超過爆震控制邏輯能退下來的點火角極限時,爆震就會不可避免的發(fā)生,損壞發(fā)動機。
除了扭矩控制之外,由于現(xiàn)代發(fā)動機強化程度較高,我們還會進行進排氣系統(tǒng)溫度預(yù)估的標(biāo)定。進氣溫預(yù)估主要是為了修正扭矩控制,排氣系統(tǒng)溫度預(yù)估主要是為了保護排氣系統(tǒng),如排氣歧管、渦輪以及催化器不被燒毀。不同的發(fā)動機,哪怕排量一樣,燃燒室設(shè)計不同就會導(dǎo)致點火角巨大的差別,排氣溫度也會千差萬別,基本上沒有可以借鑒的地方。隨便從我手里的項目里,拿出兩個2.0T發(fā)動機的渦輪溫度預(yù)估當(dāng)例子(縱坐標(biāo)為轉(zhuǎn)速,橫坐標(biāo)為負荷)。至于排溫高好還是排溫低好,大家自己思考一下。
有朋友曾經(jīng)問我,我們是怎么設(shè)置最大增壓壓力的,我的回答是——達到主機廠設(shè)計要求,保證排氣系統(tǒng)不超溫,能過全速全負荷試驗和冷熱沖擊試驗后發(fā)動機的最大增壓壓力(各主機廠要求不同,比如有主機廠要求200小時全速全負荷,200小時冷熱沖擊)。
還有的改裝會通過換大一號的渦輪來達到更大的增壓壓力,增壓值過大帶來的后果,輕則拉缸,燒渦輪燒排氣系統(tǒng),重則抱瓦,連桿彎曲然后斷裂敲破缸體飛出來,這種改裝對發(fā)動機的傷害可就不僅僅限于駕駛性了。
最后,我們再來看一組改裝發(fā)動機后活生生的例子——
先來個火花塞燒熔、氣門被卡斷、整個氣門掉進氣缸的:
再來一個爆缸的:
我們的標(biāo)定,是裝著進排氣熱偶、催化器熱偶、渦輪熱偶、渦輪轉(zhuǎn)速傳感器以及寬域氧傳感器隨時監(jiān)控著發(fā)動機運行工況做出來的,我們的排溫控制是能穩(wěn)定控制在排氣系統(tǒng)各個零部件的熱力性能要求之內(nèi)的。我不相信外面的改裝店能有這樣的實力和經(jīng)費去做高溫試驗,去做高原驗證,我不相信改裝店會做的比我們更細致。
我承認我們有自己的局限性,我們做的項目都是民用車,沒有接觸過賽車領(lǐng)域,我們側(cè)重點不同,我們做出來的項目,也許不是性能最好的,但也是我們盡最大努力在保證可靠性的前提下性能最好的。
駕仕總結(jié):
所有的發(fā)動機設(shè)計工程師都想讓自己的發(fā)動機性能更好一點,所有的標(biāo)定工程師都在用自己最大的努力想把自己標(biāo)定的發(fā)動機發(fā)揮出最大的性能。很多時候,我們甚至?xí)榱?.5°的點火角和自己較勁半天。所以,在沒有原始數(shù)據(jù),沒有臺架的情況下,大家最好還是別改了。
發(fā)動機是種很有趣的機械,什么都要剛剛好,才能最好。水溫太低了性能不夠高,太高了拉缸;點火角太小了動力損失排溫升高熱效率下降,太大了爆震損壞機械結(jié)構(gòu);空燃比太稀了燃燒不好排放出NOx,太濃了積碳、機油稀釋排放出CO以及HC;機油太濃了摩擦阻力太大性能下降,太稀了油膜建立不起來拉缸抱瓦。
改裝不是大家想的那么簡單,原廠的標(biāo)定是權(quán)衡了經(jīng)濟性,動力性以及可靠性的最優(yōu)方案,要改裝,請三思。
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