基于FSAE比賽的化油器電控設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

李曉雪　黃曉穎

摘要：針對(duì)中國(guó)目前實(shí)行的國(guó)V排放標(biāo)準(zhǔn)，單缸四沖程化油器發(fā)動(dòng)機(jī)排放性能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有的排放法規(guī)要求，因此應(yīng)用電噴技術(shù)才能達(dá)到更高的排放要求。依托內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院FSAE賽車項(xiàng)目，結(jié)合現(xiàn)有成熟的電控燃油噴射技術(shù)的控制原理，對(duì)于內(nèi)裝宗申CBS單缸發(fā)動(dòng)機(jī)的化油器噴射系統(tǒng)，提出電控燃油噴射控制系統(tǒng)的系統(tǒng)研究、改裝和試驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：化油器;單缸發(fā)動(dòng)機(jī);摩托車;電控燃油噴射

中圖分類號(hào)：U483

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.1 5913/j .cnki.kjycx.2019.10.052

1 基于傳統(tǒng)化油器的電噴技術(shù)

傳統(tǒng)的化油器發(fā)動(dòng)機(jī)是靠化油器供給的燃油在進(jìn)氣管內(nèi)與空氣混合后進(jìn)人汽缸，而電噴系統(tǒng)則是通過電子控制來分配最佳的噴油量，其核心元件是EFI計(jì)算機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的工況分析和參數(shù)首先經(jīng)傳感器輸出為電子信號(hào)，其次通過EFI計(jì)算機(jī)來進(jìn)行綜合分析，就能精確地計(jì)算出最佳噴油量，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)在最佳的狀態(tài)下運(yùn)行。此裝置的運(yùn)用不僅可以降低車輛的廢氣排放和耗油量，還能獲得較好的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性[1]。

2 國(guó)內(nèi)外研究分析

2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

1980年，日本川崎公司制造出世界上第一輛采用電噴的摩托車一川崎ZI000。20世紀(jì)末，奧地利的AVL公司開發(fā)了SDI系統(tǒng)，即一套二沖程摩托車用半直接噴射系統(tǒng)，已成功應(yīng)用于鈴木AXIOO摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)。澳大利亞的SEFIS系統(tǒng)具有夾氣噴射和缸內(nèi)分層燃燒的特點(diǎn)，并且為二沖程汽油機(jī)的運(yùn)行帶來了很大的發(fā)展空間。意大利PIAGGIO公司的Vespa-ET2系統(tǒng)應(yīng)用于二沖程摩托車，而且具有機(jī)械式的噴射系統(tǒng)[2]。

2. 2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

在中國(guó)發(fā)展初期，由于高額的技術(shù)引進(jìn)費(fèi)用和國(guó)家摩托車排放法規(guī)的發(fā)展約束，摩托車電噴化的進(jìn)度是極其緩慢的。但近年來，通過科研單位和某些企業(yè)的雙向?qū)W習(xí)和研究，加快了中國(guó)摩托車電噴化的進(jìn)展，主要有天津內(nèi)燃機(jī)研究所、浙江大學(xué)、武漢理工大學(xué)等。天津內(nèi)燃機(jī)研究所開發(fā)的MCEFI系統(tǒng)是基于CG125摩托車用157FM汽油機(jī)上進(jìn)行的，不僅具有模塊化和成本低的特點(diǎn)，而且在中低負(fù)荷工況下的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性得到了很大改善[3]。

文獻(xiàn)[4]中以QMI152摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，用電控噴嘴取代原來的化油器，進(jìn)一步改善了排放性能。

文獻(xiàn)[5]中以LH150型四沖程摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)為實(shí)驗(yàn)樣本，設(shè)計(jì)了一套能夠?qū)崟r(shí)控制的匹配系統(tǒng)。中國(guó)研發(fā)的電噴技術(shù)目前還停留在理論層面，雖然有的實(shí)驗(yàn)室取得了較好的效果，但不能完全保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)用化還有待發(fā)展。

3 研究?jī)?nèi)容

結(jié)合現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)，以我校FASE賽車的宗申CBS250cc發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了以下總體控制方案：①電子燃油噴射系統(tǒng)的閉環(huán)控制策略設(shè)計(jì);②化油器式供油改裝方案設(shè)計(jì);③藍(lán)牙適配的信號(hào)連接設(shè)計(jì);④進(jìn)氣測(cè)量方式的方案設(shè)計(jì)。

4 控制策略設(shè)計(jì)

電控系統(tǒng)的主要工作是對(duì)空燃比進(jìn)行有效控制，通過合適的空燃比使得噴油系統(tǒng)具有良好的工作狀態(tài)，分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制兩種類型，依據(jù)現(xiàn)有噴射控制技術(shù)和整車條件出發(fā)，采用閉環(huán)控制方式，在原有的控制基礎(chǔ)上進(jìn)行反饋工作。這種控制方式運(yùn)用很廣，不僅能夠更好地控制排放污染，還能有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率。

5 化油器式供油改裝方案設(shè)計(jì)

5.1 電噴裝置主要原件及其功能

本文設(shè)計(jì)的電噴系統(tǒng)主要由FAI噴油器、ECU、傳感器和點(diǎn)火器組成，其中ECU是由單片機(jī)組成的電子控制單元，用于收集發(fā)動(dòng)機(jī)的工作信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，然后發(fā)出工作指令。傳感器包括氣門傳感器、輪速傳感器、缸頭溫度傳感器和氧傳感器。

5.2 電噴系統(tǒng)組裝步驟

安裝氧傳感器，在發(fā)動(dòng)機(jī)上找合適的角度位置并于管道打孔后焊接上絲套，對(duì)準(zhǔn)孔擰上氧傳感器;安裝該套裝置的噴油器、傳感器和節(jié)氣門體。

將噴油器、節(jié)氣門體總成、組合到一起，然后安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上，其中缸頭溫度傳感器的外皮是黑色的，按壓在缸頭螺絲處。進(jìn)氣溫度傳感的外皮顏色較為明顯，為白色，用于檢測(cè)進(jìn)氣環(huán)境溫度，安裝在車架邊上，但是要保證不會(huì)出現(xiàn)機(jī)器高溫的地方，如圖2所示。

安裝FAI飛亞電噴系統(tǒng)藍(lán)牙適配器。該電噴系統(tǒng)通過藍(lán)牙適配器的指定設(shè)備與手機(jī)端配對(duì)連接，通過信號(hào)傳輸將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)顯示在手機(jī)客戶端。

6 進(jìn)氣測(cè)量方式的方案設(shè)計(jì)

本文運(yùn)用FAI飛亞電噴系統(tǒng)藍(lán)牙端與手機(jī)連接，配對(duì)成功后進(jìn)行三個(gè)工況的實(shí)驗(yàn)，測(cè)量數(shù)據(jù)如下。

6.1 怠速工況

怠速工況下測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示。

6.2 加速工況

加速工況下測(cè)量數(shù)據(jù)如表2所示。

6.3 減速工況

減速工況下測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

6.4 改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)及創(chuàng)新

本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于ECU的氧傳感器具有反饋和控制策略，能夠自動(dòng)標(biāo)定各種工況下的噴油數(shù)據(jù)，包括怠速、加速和減速等運(yùn)行情況的噴油量，不再需要人工反復(fù)修正。通過氧傳感器閉環(huán)反饋?zhàn)詣?dòng)修正噴油量，不僅使燃油消耗率降低，還能有效地避免意外發(fā)生。

7 結(jié)語

通過閱讀的大量文獻(xiàn)資料，并借助內(nèi)蒙古大學(xué)鄂爾多斯學(xué)院的FSAE賽車，本文確定了賽車發(fā)動(dòng)機(jī)選型和電控系統(tǒng)開發(fā)方案，并對(duì)三種工況進(jìn)行分析，不僅實(shí)現(xiàn)了耗油量的降低，與中國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略利益同步，同時(shí)還可以減小尾氣排放對(duì)環(huán)境的污染。

參考文獻(xiàn)：

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