基于FSAE比賽的化油器電控設計及試驗研究

李曉雪　黃曉穎

摘要：針對中國目前實行的國V排放標準，單缸四沖程化油器發動機排放性能已經遠遠不能滿足現有的排放法規要求，因此應用電噴技術才能達到更高的排放要求。依托內蒙古大學鄂爾多斯學院FSAE賽車項目，結合現有成熟的電控燃油噴射技術的控制原理，對于內裝宗申CBS單缸發動機的化油器噴射系統，提出電控燃油噴射控制系統的系統研究、改裝和試驗。

關鍵詞：化油器;單缸發動機;摩托車;電控燃油噴射

中圖分類號：U483

文獻標識碼：A

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

1 基于傳統化油器的電噴技術

傳統的化油器發動機是靠化油器供給的燃油在進氣管內與空氣混合后進人汽缸，而電噴系統則是通過電子控制來分配最佳的噴油量，其核心元件是EFI計算機。發動機在運行中的工況分析和參數首先經傳感器輸出為電子信號，其次通過EFI計算機來進行綜合分析，就能精確地計算出最佳噴油量，從而使得發動機在最佳的狀態下運行。此裝置的運用不僅可以降低車輛的廢氣排放和耗油量，還能獲得較好的動力性、經濟性和排放性[1]。

2 國內外研究分析

2.1 國外研究現狀

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世紀末，奧地利的AVL公司開發了SDI系統，即一套二沖程摩托車用半直接噴射系統，已成功應用于鈴木AXIOO摩托車發動機。澳大利亞的SEFIS系統具有夾氣噴射和缸內分層燃燒的特點，并且為二沖程汽油機的運行帶來了很大的發展空間。意大利PIAGGIO公司的Vespa-ET2系統應用于二沖程摩托車，而且具有機械式的噴射系統[2]。

2. 2國內研究現狀

在中國發展初期，由于高額的技術引進費用和國家摩托車排放法規的發展約束，摩托車電噴化的進度是極其緩慢的。但近年來，通過科研單位和某些企業的雙向學習和研究，加快了中國摩托車電噴化的進展，主要有天津內燃機研究所、浙江大學、武漢理工大學等。天津內燃機研究所開發的MCEFI系統是基于CG125摩托車用157FM汽油機上進行的，不僅具有模塊化和成本低的特點，而且在中低負荷工況下的動力性和經濟性得到了很大改善[3]。

文獻[4]中以QMI152摩托車發動機為研究對象，用電控噴嘴取代原來的化油器，進一步改善了排放性能。

文獻[5]中以LH150型四沖程摩托車發動機為實驗樣本，設計了一套能夠實時控制的匹配系統。中國研發的電噴技術目前還停留在理論層面，雖然有的實驗室取得了較好的效果，但不能完全保證系統的穩定性，因此該項技術的實用化還有待發展。

3 研究內容

結合現有內燃機技術和電子技術，以我校FASE賽車的宗申CBS250cc發動機為研究對象，設計了以下總體控制方案：①電子燃油噴射系統的閉環控制策略設計;②化油器式供油改裝方案設計;③藍牙適配的信號連接設計;④進氣測量方式的方案設計。

4 控制策略設計

電控系統的主要工作是對空燃比進行有效控制，通過合適的空燃比使得噴油系統具有良好的工作狀態，分為開環控制和閉環控制兩種類型，依據現有噴射控制技術和整車條件出發，采用閉環控制方式，在原有的控制基礎上進行反饋工作。這種控制方式運用很廣，不僅能夠更好地控制排放污染，還能有效提升發動機的工作效率。

5 化油器式供油改裝方案設計

5.1 電噴裝置主要原件及其功能

本文設計的電噴系統主要由FAI噴油器、ECU、傳感器和點火器組成，其中ECU是由單片機組成的電子控制單元，用于收集發動機的工作信息，并進行實時處理，然后發出工作指令。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 電噴系統組裝步驟

安裝氧傳感器，在發動機上找合適的角度位置并于管道打孔后焊接上絲套，對準孔擰上氧傳感器;安裝該套裝置的噴油器、傳感器和節氣門體。

將噴油器、節氣門體總成、組合到一起，然后安裝到發動機上，其中缸頭溫度傳感器的外皮是黑色的，按壓在缸頭螺絲處。進氣溫度傳感的外皮顏色較為明顯，為白色，用于檢測進氣環境溫度，安裝在車架邊上，但是要保證不會出現機器高溫的地方，如圖2所示。

安裝FAI飛亞電噴系統藍牙適配器。該電噴系統通過藍牙適配器的指定設備與手機端配對連接，通過信號傳輸將發動機實際運行參數顯示在手機客戶端。

6 進氣測量方式的方案設計

本文運用FAI飛亞電噴系統藍牙端與手機連接，配對成功后進行三個工況的實驗，測量數據如下。

6.1 怠速工況

怠速工況下測量數據如表1所示。

6.2 加速工況

加速工況下測量數據如表2所示。

6.3 減速工況

減速工況下測量數據如表3所示。

6.4 改進優點及創新

本項目的創新點在于ECU的氧傳感器具有反饋和控制策略，能夠自動標定各種工況下的噴油數據，包括怠速、加速和減速等運行情況的噴油量，不再需要人工反復修正。通過氧傳感器閉環反饋自動修正噴油量，不僅使燃油消耗率降低，還能有效地避免意外發生。

7 結語

通過閱讀的大量文獻資料，并借助內蒙古大學鄂爾多斯學院的FSAE賽車，本文確定了賽車發動機選型和電控系統開發方案，并對三種工況進行分析，不僅實現了耗油量的降低，與中國經濟建設的長遠戰略利益同步，同時還可以減小尾氣排放對環境的污染。

參考文獻：

[1]田良云，韓本忠，熊小平，等.摩托車國Ⅲ工況法排放技術路線可行性分析[J].摩托車技術，2010 （4，5，6）：46-48. 51-53.

[2]胡春明.摩托車燃油噴射技術發展現狀[J].摩托車技術，2002 （4）： 6-7.

[3]顧祥龍，劉昌文，楊延相，等.用于FAI電噴系統電子控制單元（ ECU）的開發工具[J].小型內燃機與摩托車，2005（3）：9-11.

[4]張峰.基于QMI152摩托車發動機的電控噴射技術研究[D].杭州：浙江大學，2004.

[5]鄒斌.小型四沖程摩托車發動機電控燃油噴射系統的開發研究[D].武漢：武漢理工大學，2002.