2013年1月15日 星期二

燃油噴射系統簡介

我在之前最早的網頁裡有稍微的介紹過電子噴油系統:

單晶片與引擎控制(七) -- 噴油系統概念篇

當然啦,那時候國內機車也都還沒有真正進入電子噴油系統。

現在台灣幾乎是全世界唯一在小CC 數(<150C.C.以下)全面執行電子噴油系統。

但執行兩年多下來,大家最能感受到的:就是機車的購買成本增加不少了。

當然啦...這過程連車廠也遭受不少的困難,像之前爆發的某大廠全面 Recall 更換

Fuel Pump 事件。或許在這過程中,可能還是把這一個產品技術看得過於簡單化了。

大家都覺得:反正這個東西在汽車上的使用技術這麼成熟,移到機車上就應該沒問題了。

當然若是以寫程式來看好像就是如此。但事實未必是!

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第一:機車單缸引擎不比汽車多缸引擎操作環境,因為汽車多缸引擎操作,是藉由各

汽缸之間的機械慣性平衡,所以,他基本上的汽缸燃燒變異係數(COV) 就比較小。

相對來說:電子噴油技術也比較容易達到一個比較穩定的條件。機車則不然。
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第二:機車在電子噴油技術引進之後,還是缺乏太多的實驗數據,各相關零組件

廠所投入的資源還是有限。很簡單~您台灣一年機車產量也只不會超過一百萬台。

但人家汽車一年全球隨隨便便就超過4000 萬台,這樣子的市場需求懸殊比例,

說真的~真的很難可以吸引國際大廠的資源投入。...所以您看這一次Fuel pump

事件。還不是得由原廠咬著牙硬撐下來....您可以隨便算一下:換一個Fuel pump ,

零件加工錢~還外加補償消費者兩百元。至少每台車要負擔超過1000 元台幣。

總共約有超過45 萬輛。總金額是鐵定超過 4.5 億元台幣的!...

據說:還不一定可以徹底解決那個問題。因為這已經是兩年內的第二次了。
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當然啦~也有許多人想磨刀霍霍的想賺這些錢...但想一想:這個東西難道就只是

跟寫手機程式或是寫個遊戲軟體這麼簡單嗎?!

很多人認為寫個簡單的電子噴油程式簡單嘛!就是做個簡單的Table ,反正引擎操作

無非就跟引擎轉速跟油門相對位置有關嘛!我只要做個這樣子的關係圖表就可以了。

沒錯~我以前也是這麼想的,所以早在 N 年前我就寫過這一個軟體了:

如下圖所示。

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後來我出國受訓後,發現就不是這樣子!我在 單晶片與引擎控制(七) -- 噴油系統概念篇

有提到一個電子燃油噴射的計算公式:我再寫一次:

BPW = BPC * MAP * T * A/F * VE * F33C * BLM * DFCO * DE * CLT * F77

Where: (everything labeled "term" is from a lookup table)

BPW = Base pulse width in milliseconds
BPC = Base pulse constant term (table lookup, basic engine air and FI
calibration plus EGR calibration)
MAP= Manifold absolute pressure term
T = Inverse air temperature term
A/F= Inverse air/fuel ratio term
VE= volumetric efficiency term
F33C= Battery voltage compensation (for the effect on FI open/close delay
and fuel pump delivery)
BLM= Block Learn Term (what the ECU has learned from the O2 sensor)
DFCO= Decel Fuel Cutoff Term (when to turn fuel off on decel)
DE= Decel enleanment term (when to lean instead of cutoff)
CLT= Closed loop correction term (result of O2 sensor Proportional/
integral closed loop)
F77= Turbo boost multiplier (if used)
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您問我:需要搞這麼複雜嗎?!...很簡單~引擎電子噴油要做到的就是引擎燃燒控制。

手段是用寫程式的電子控制噴嘴供油,目的:達到穩定的引擎燃燒。

所以:您一定要懂得引擎燃燒的基本特性。要如何得到穩定的燃燒條件?!

所以~之前有網友問我這個問題:我說很簡單,您一定要懂得氣體方程式。

"蛤?!什麼是氣體方程式"

"國中理化課本教的理想氣體方程式啊!... PV=nRT 啊!"

(喔~對不起~現在我們偉大的教育政策為了不讓小孩為考試而讀書,

所以已經不喜歡考學生了~所以也不用教這個來考學生了!... )

很簡單啦...您看上面的數學式子前幾項:不就是氣體方程式嗎?!

第一:要算噴油量,當然要先知道空氣量,因為空然比(A/F) 是 14.7。

所以知道空氣量就可以推出噴油量了嘛!那空氣量怎麼算:不就是用氣體方程式算嗎?

PV=nRT --->  V/m= RT/P  , where n 是空氣的摩耳數,可以由摩耳數得分子重量嘛!!  

所以 m = PV/RT =Ma 空氣重量。

A/F = Ma/Mf ,  所以 Mf (噴油量)= Ma*(A/F)-1 (倒數)
                                                                 = VP/(RT)* (A/F)-1  因為R 是氣體常數。所以
                                                                 = VP(T)-1(倒數)*(A/F)-1 (倒數)。

不就是上面式子的: (BPC * MAP * T * A/F ) 嗎?!

(請留意上面式子中有關 T 與A/F 的文字說明,他講的就是倒數!)
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而BPC 就是跟汽缸大小有關的容積單位。但您還要考慮不同背壓下,進入汽缸的空氣

置換率,我們可以稱為容積效率(VE, Volumetric Efficiency),就是接下來那一項!

那您說:不用理想氣體方程式嗎?!
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那您跟我說:那原來化油器也沒有這麼複雜啊?!幹嘛搞這麼複雜?!

不好意思:化油器的原理就是利用大自然氣體壓力平衡原理所設計出來,人家在氣體

平衡自然就已經把這些空氣溫度,壓力以及相關物理特性自然平衡了(自然吸氣)。

(而且一般化油器在許多供油方面還是有其一定的誤差容忍度Based on 自然吸氣特性!)

而您的電子噴油不是,是完全阻斷這些大自然特性,您硬要給人家來強迫的!

所以您就得幫噴油嘴算得剛剛好才行...況且您還要求很精準,您就得要付出這個代價!

(化油器不用吃電瓶電壓,您的噴嘴與提供背壓的Fuel Pump 都要吃電的咧!

而這個電壓還會上上下下亂跑得的耶!...哈~哈~..這個問題機車比汽車嚴重啦!
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至於改裝為了增加馬力?!那也不用這麼費周章了...人家的確在汽車應用領域也幫

您發展得很好了,我也常常跟別人開玩笑說:您不會把噴嘴換大隻一點,然後把

Fuel Pump 的背壓調一下就好了:以下連結的文章不是給您一個結論:

http://www.rceng.com/technical.aspx

不用動到原廠程式設定就可以榨出 x 1.0721 的馬力!...  7% 耶!不容易啦!

當然啊...我在這類文章中常常強調的觀念:改電腦程式不會讓您機車飛天遁地的!

真正要影響引擎特性的...還是得從引擎的基本規格特性來決定的:譬如:

CC 數,缸徑比、衝程比(就是壓縮比啦!)或氣門凸輪等等。

當然這些也會牽涉到引擎操作壽命問題。我們都知道引擎燃燒最佳化的A/F 是14.7 。

最大扭力值在 A/F 在 12.5 。嚴格講差異不大~我也常講引擎調得強有力,

倒不如調得順比較重要...那您覺得原廠會笨到不會去調這個問題嗎?!

您說:您以為人家原廠就不想把他們家的機車調得強有力嗎?!

如果您行...那您應該去原廠上班才對啊(這是別人跟我講過的話!哈~哈~
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好啦...我們最後還是要強調一件事啦,台灣擁有發展多年的高科技產業,相對也會培養

出有很多人會做電路版,會寫程式的人...但不是會做電路版,會寫程式的人就什麼東西

就可以輕易搞出來的。那我們就不應該就只做 3C 產品啊,我們更應該換到不同領域裡啦!

但很不幸的是:我們的產業人才,往往一離開原來園區3C 產業之後,還真的不知道要

做什麼?因為我們實際上也沒有真正的去重視每一個產業的真正的基礎研究。

寫引擎控制程式要懂得燃燒理論,要懂得套用氣體方程式(當然也要懂PID 控制啦!)。

做工業控制要懂得基礎的迴授控制理論,也是一樣要懂得課本的公式推導...

沒有人說:這些公式的每一個數據一定很準...但他的理論基礎絕對是沒有錯的。

就像PID 理論一樣,理論是對的...只是要如何分析與調整P 、I 或D 值而已?!

我還是一直強調:我們的學校教育政策真的不要只看到考試的缺失,因為國家要能夠

真正培養出有用的工業研發人才,這些學校科學理論都是要紮紮實實的落實。

有人喜歡搞浮華的軟體畫面,那是技工、技匠。但要能真正做產品分析、設計的

那是真的是師級研發人員...浪費那麼多時間,搞的大學畢業一大堆工匠級畢業生。

卻又培養不出真正會動筆計算的分析設計研發人員。也就難怪大家也只能

齊頭式的從  22K 幹起吧!--- 我們的教育部,要好好加油了吧!

10 則留言:

  1. 不過台灣非電子領域的公司給電子工程從業人員的薪水都超低的,比他們裡面主領域 ( 例如機械 ) 的技術人員薪水低多了,我曾去機車廠、紡織廠、造船廠應徵過,這些機械廠主導的高層包括面試官都是機械出身的,對電控的概念幾乎沒有,對於電學專業那種嗤之以鼻的態度,可能他們覺得電控這種東西沒什麼,鱷魚夾夾住電池的陰極陽極後,開關啪一下ON就沒事幹了。

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    1. 我同意。
      當然這也是那些廠商所必須自己要懂得調整的地方。
      既然本業都是非電子領域相關的公司,卻要徵懂電子領域的專業人才,
      就得要先學會尊重別人的專業知識,是應該善待這些非本業專業人才。
      否則,對他們來說:也只能永遠找不到該領域的一流人才。
      與其如此,就不如想想別的操作方式。
      譬如:以前我們在講半導體領域中,傳統的IDM 廠,又要搞IC 設計,
      然後又要開發先進製程...當然在組織與人員聘任上會有如您所說的問題。
      所以人家教父就看到所謂專業分工的產業趨勢。而公司領導人或是
      懂得市場經濟趨勢的人,就會懂得該如何應對如此產業問題。
      所以人家就發展出晶圓代工的專業分工產業模式。
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      所以就以文中所提的引擎控制器產品來說:您聽過BMW 、Benz或
      是什麼三菱或日產有自己的控制器廠嗎?....那您也應該聽過
      BOSCH 、(Nippon)Denso 或是Magneti Marelli 這些公司有自己做
      車子嗎?! --- 只是是產業觀念成熟,自然就會成形...如果時機不夠成熟,
      您所說的那些人員聘任問題就沒啥意義的啦。  

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  2. 沒錯,我還遇過作電控很多年的前輩,
    一直認為他們的東西是完美無瑕,都是別人的錯...

    和機械有關的東西,盡量是越簡單越耐用,
    引擎加上電控之後,越來越多的人為設定,代表越來越多需要參考的數據、平衡性,失控的可能性...
    每件因素都會增加,所以才會聽到新的機車越來越容易壞的說法,
    我用化油器的機車電池沒電也跑得嚇嚇叫咧。

    確實,修正自然世界的誤差真的會變好,
    這些人為因素需要控制,大概也是從分析數據的理論而來,
    理論分析固然很好,找出最有效率的修正途徑,
    可是理論中大都沒有考慮環境的因素,機件氧化速度,摩擦係數,地球自轉速度...
    考慮越多就需要越多的sensor,逐漸走向複雜的不歸路阿

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    1. 我們現在許多高科技的東西,其實都想用人為的因素來做到
      原本就很自然的習慣的東西。但有時卻又無法真正掌握
      其自然原始因素。所欠缺的就是對自然的基本認知。
      所以我才一直強調,只懂得天天寫程式,搞硬體,不懂得回到基礎
      科學研究,是不可能可以做出很自然獲一般人很容易接受的好產品!
      ---
      當我們的高科技產品發展遇到瓶頸時,那我們是否就應該要好好的
      去想想這個問題...否則,誠如您所說:當未來考慮用越來越多
      Sensor 時,如果我們還是搞不懂這些基本物理特性時,光會寫程式,
      搞PCB 也沒多大意義啦。

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  3. 您好 可以借在下分享您這篇文章嗎? 感謝您~

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    1. 嗯...只要標記出處即可!
       

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  4. 版主你好
    氣體方程式的公式不太清楚他的算法
    能否舉例來算呢

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    1. 我想我已經寫得很清楚了啊?!

      我當年去國外受訓時,人家也是這樣子教我們的啊?!

      或許真的我們的教育方式跟老外不同吧。

      因為我們的學校老師都直接教我們背公式,然後直接套題目解答案就好了。

      以前在學校考熱力學時...也是這麼認為!

      結果我們趙教授說:沒關係啊,你們不用背公式,我讓你們Open Book ...

      也可以帶計算機,也可以增加考試時間,你們只要把答案算出來就好了。
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      所以呢?重點還是在對於公式本身的融會貫通。人家外國人(以前這些科學家啊!)

      可不是吃飽沒事幹,會只是為了論文升等搞這些複雜公式的...

      這些公式是真的經由千百實驗佐證所得到自然現象的數學化結果。

      您可以再去好好想想,甚至您也可以去問教你氣體方程式的老師!真的!

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  5. 想問一下 :
    現在台灣 Fuel Injection 的速克達常常熄火是什麼原因造成的 ?
    車行總是說積碳造成缸壓不足 (一直很懷疑車行到底會不會修),清完積碳也不保證不熄火
    那重機和汽車怎麼就沒這麼容易出現這問題 ?

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    1. 一般的情形,我不敢說我很清楚。

      但我自己為了實驗,有買了一台2009?(2008?) 的Y 牌125 CC 噴油車。

      這台車也常發生冷車怠速熄火問題。依我自己的判斷,這絕對是噴油電腦的問題....

      當然有很多車行老闆也跟我說:是噴嘴清洗問題....其實很明顯是減速收油門所產生

      怠速閥(怠速馬達)反應不及的現象...熱車就沒有。

      簡單講:因為台灣這些速克達都是單缸四行程引擎。相較於重機或汽車都是多缸引擎,

      引擎機械配置上較平衡穩定...當然燃燒穩定效益也比較好,我自己的經驗裡,許多多缸引擎控制

      程式裡的觀念,到了單缸引擎都有一些水土不服。那原廠又要面臨油耗污染法規限制

      他們就得要面臨更嚴苛供油方式....就會發生類似的情形。

      偏偏像我所描述的問題又不是簡單單一的問題,這牽涉到許多周遭環境變數,原廠也不一定

      都會碰到...他們也只能跟車行老闆用一種奇怪的說法來安慰消費者,私底下呢~

      能改多少,就改多少了囉!...誰叫我們台灣是單缸小引擎的白老鼠實驗場啊。

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