包夢陽，姚喜貴，朱佳瑤

（寧波工程學院，浙江 寧波 315000）

單缸汽油機空燃比閉環(huán)電控系統(tǒng)的研究與開發(fā)

包夢陽，姚喜貴，朱佳瑤

（寧波工程學院，浙江 寧波 315000）

為了提高單缸汽油機的經(jīng)濟性，達到節(jié)能的目的，本課題組將單缸化油器式汽油機改為電控式汽油機，設計的其電控系統(tǒng)，并裝載原汽油機和電控汽油機的車輛進行了路試，路試結果表明：改進后的汽油機裝載的車輛節(jié)能效果明顯。

單缸 ；汽油機； 空燃比；電控系統(tǒng)；研發(fā)

0 前言

為了最大限度地提高汽油機的經(jīng)濟性，改善該汽油機的動力性和排放性，現(xiàn)代電控汽油機在排氣系統(tǒng)中都裝有氧傳感器，保證汽油機的電控效果。由于用于參賽的小汽車原來采用的是化油器式燃油供給系統(tǒng)，造成油耗比較高，功率無法提高，排放性更無法滿足要求。為了解決這些問題，本課題組研究和開發(fā)了汽油機閉環(huán)電控系統(tǒng)，以提高經(jīng)濟性，達到節(jié)能的目的。

1 電控系統(tǒng)空燃比控制理論

汽油機通過節(jié)氣門的動作改變進入進氣管內的空氣量，控制進入氣缸空氣的多少，進而調節(jié)發(fā)動機功率，根據(jù)空氣量通過閾值空燃比計算出燃油量的大小，該空燃比閾值與當時的工況相適應。

燃油量是一個工作循環(huán)為單元進行控制，混合氣空燃比寫成∶

式中∶ma為缸內每循環(huán)吸入的空氣質量；mf為缸內循環(huán)噴入的燃油質量；Ti為電磁脈沖的寬度，mf為燃油質量流量。

ρm為進氣歧管處的空氣密度：

式中∶Pm 為進氣歧管絕對壓力；Tm為進氣歧管空氣溫度，接近進氣溫度T0。ρm可以用進氣歧管絕對壓力傳感器測量（ρm≤1atm）；Tm用于進氣歧管絕對壓力傳感器合體的溫度傳感器獲得；充氣效率與進氣歧管到氣缸的流動狀態(tài)有關。ma與Pm和轉速n兩個變量有關系：

由公式（2）和（3）獲得，空燃比的主要影響因素為Pm、n和Ti。汽油機運轉時，控制器接收Pm和n，再根據(jù)閾值λ，通過運算，得到正確的Ti，進而獲得脈譜圖［1］。

2 電控系統(tǒng)的空燃比控制策略

該單缸汽油機采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，在汽油機的排氣管中加一個氧傳感器，及時檢測出廢氣中的氧的濃度，用以說明此時缸內的燃燒狀況，當氧傳感器測得濃度大時，說明缸內燃燒氧處于濃的狀態(tài)，而測得氧的濃度小時，說明缸內氧處于稀的狀態(tài)。進而調整噴油量，保證一直處于空燃比合理的狀態(tài)。

如圖1所示為其控制過程。當空燃比較小時，氧傳感器處于高電平。控制器獲得高電平之后，將噴油脈寬的校正減小，使脈寬變窄，噴油量變小，混合氣變稀。當空燃比較大時，氧傳感器電平變成低電平?？刂破鹘拥降碗娖叫盘栔?，將噴油脈寬加寬。噴油量變大，混合氣變濃［2］。

在汽油機整個運行過程中，噴油脈寬一直在閾值空燃比的范圍內上下小幅度地波動。由于該系統(tǒng)是單缸汽油機，因此控制策略采用比較經(jīng)典的PID控制。

3 電控系統(tǒng)的組成

單缸汽油機電控系統(tǒng)由輸入信號、控制器（ECU）以及執(zhí)行器等構成（圖2所示）。輸入信號主要包括轉速、壓力、溫度以及進氣門位置傳感器。

控制器（ECU）是汽油機電控系統(tǒng)的信息處理和計算中心。它利用各種函數(shù)、算法程序和數(shù)據(jù)庫與硬件［3］，處理從各種傳感器輸入的各種信號，以這些信號為基礎，結合內部程序，輸出命令，送到執(zhí)行器，實現(xiàn)對汽油機燃油空燃比的控制。

噴油器是發(fā)動機空燃比控制的執(zhí)行器。它接受ECU輸出的噴油脈寬，準確地計量燃油噴射量，本汽油機采用了球閥式的電控噴油器。點火系統(tǒng)采用了無分電器高能點火系統(tǒng)。

4 電控系統(tǒng)汽油機的試驗

4.1 電控汽油機參數(shù)

試驗中采用了HONDA單缸汽油機，該機主要應用于摩托車和賽車等。其汽油機主要參數(shù)是單缸、四沖程、風冷、電控、：缸徑*行程為52.4*57mm、排量125CC、最大功率6.6KW/7500rpm、最大轉矩9.68Nm/4000rpm、壓縮比9.0。

4.2 路試及其結果

將電控汽油機和原汽油機先后裝載在車能車上進行路試，路試參照GB/T12545.1-2008執(zhí)行，包括GB18352.5-2005規(guī)定的工況循環(huán)燃油在測試之前，試驗車充分預熱，達到正常工作溫度，在道路上以試驗車速行駛至少5公里。車速變化不超過±5%，冷卻液、機油和燃油溫度變化不應超過±3℃。

消耗量試驗。等速行駛燃油消耗量試驗，試驗方法是在干燥、無積水的平坦的道路上試驗，平均風速小于3m/s，陣風應不超過5m/s。

測量路段長度500m，試驗車速從20km/h開始，以車速10km/h的整數(shù)倍均勻選取車速，直到達到最高車速的90%，至少選定5個試驗車速。試驗時，變速器用直接檔。測量車輛等速通過500m測量路段的時間及燃油消耗量。同一車速試驗應往、返各進行兩次。

表1 試驗車路試試驗結果對比表（單位：km/l）

從表1可以看出，將原車化油器式汽油機車輛改為電控汽油機車輛后節(jié)能效果明顯。原化油器式汽油機車輛1升汽油能續(xù)航90.6公里，裝載電控汽油機的車輛1升能續(xù)航312.4公里。

5 結論

通過將原車輛上的化油器式汽油機改裝成電控式汽油機，車輛經(jīng)濟性得到了大幅度的提高，因此，電控是小型單缸汽油機必要的技術支持。

［1］錢人一. 現(xiàn)代汽車發(fā)動機電子控制［M］.上海：上海交通大學出版社，1999.

［2］卓斌，劉啟華.車用汽油機燃料噴射與電子控制［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1999.

［3］鐘軍，馮靜，卓斌.車用控制器EUC標定系統(tǒng)通信模塊的設計［M］.內燃機工程，2003（01）：55-58.

本項目得到浙江省科技創(chuàng)新活動計劃資助項目（編號：2016R424003）的資助。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.230