本田汽車公司125摩托車發動機電控燃油噴射系統設計

劉章棋

摘 要：依據中國節能競技大賽規則，本文對本田汽車公司125cc化油器式摩托車發動機進行電控燃油噴射控制設計，提高了發動機的低溫起動性能和燃油利用率，實現了節能減排的目標。

關鍵詞：電控系統 節能 環保

Honda Motor Company 125 motorcycle engine electric control system modification

Liu Zhangqi

Abstract：According to the rules of China energy saving competition， this paper designs electronically controlled fuel injection control for Honda 125cc carburetor motorcycle engine， improves the engine's low temperature starting performance and fuel efficiency， and achieves the goal of energy saving and emission reduction.

Key words：Electric control system， Energy saving， Environmental protection

隨著燃油汽車保有量逐漸上升，人類急需解決燃油緊缺和大氣環境污染問題。加快發展節能環保汽車，是我國汽車工業可持續發展的必然之路。Honda本田節能競技大賽由本田宗一郎1981年在日本發起，每年都有來自于不同國家或地區的500支隊伍到日本參賽。2006年開始，Honda本田中國技研部每年在中國廣州舉辦本田Honda中國節能競技大賽。燃油組比賽由賽事組委會提供一臺125cc化油器式汽油摩托車發動機，各車隊對發動機進行改造，自行設計車架、車身等部件，組裝一輛節能賽車。在規定時間內，賽車跑完規定賽程，比較各燃油節能車消耗的燃油量。將化油器式汽油摩托車發動機進行電控系統改造，能夠顯著提高發動機的燃油燃燒效率，同時發動機易于啟動，從而降低節能賽車的油耗。

電控燃油噴射系統由傳感器、ECU、執行器組成。傳感器將發動機的各種物理信號轉化為電信號傳遞給ECU，ECU經過計算比較原始數據，向執行器輸出控制信號，從而實現精確發動機噴油，以達到節能減排的目的。

1 傳感器

（1）曲軸轉速位置傳感器

曲軸位置傳感器是控制系統中最重要的傳感器之一。曲軸位置傳感器出現故障，發動機將無法啟動。節能賽車的曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端。它用于測量發動機的轉速和曲軸旋轉的位置信號，ECU根據曲軸位置傳感器的信號，確定發動機基本的噴油時間和點火提前角。根據工作原理的不同，曲軸位置傳感器分為磁感應式、霍爾式、光電式。目前，節能賽車上使用的是磁感應式曲軸位置傳感器。

（2）凸輪軸位置傳感器

凸輪軸位置傳感器的功用是采集凸輪軸轉動角度信號，并輸入電子控制單元（ECU），此信號與曲軸位置傳感器所提供的信號結合起來，判斷發動機的每缸活塞的行程，從而控制氣缸的噴油、確定點火時刻、以及爆燃控制。此外，凸輪軸位置信號還用于發動機起動時識別出第一次點火時刻。根據工作原理的不同，凸輪軸置傳感器分為磁感應式、霍爾式、光電式。節能賽車凸輪軸傳感器采用霍爾式，傳感器的觸發輪安裝在發動機凸輪軸上。

（3）氧傳感器

為了減少排氣污染，在賽車發動機三元催化器的前后分別安裝有兩個氧傳感器。根據三元催化器的原理，混合氣的空燃比一旦偏離理論空燃比，三元催化劑對CO、HC和NOx的凈化能力將急劇下降，所以在發動機排氣管中安裝氧傳感器，用以檢測排氣中氧的濃度，并向ECU發出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，可以進行燃油量的閉環控制，使發動機混合氣的空燃比控制在14.7左右，將發動機的有毒氣體排放降低到最少，實現減排的目標。

（4）空氣流量傳感器

空氣流量計用于測量進入發動機進氣管的進氣總量，以及進氣氣流的溫度，并轉換成電信號送至電子控制單元（ECU），作為決定噴油的基本信號之一。此信號的是否準確，直接影響發動機的動力性和穩定性。根據原理的不同，空氣流量計分為翼片式、卡門漩渦式、熱線式、熱膜式。節能賽車采用大多數汽車上使用的熱膜式空氣流量計。將它安裝于空氣濾清器和節氣門之間。

（5）節氣門位置傳感器

節氣門位置傳感器的功用是發動機是處于怠速工況、負荷工況、加速工況、減速工況，檢測出發動機節氣門的開度，從而知曉駕駛員的意圖。它實質上是一只可變電阻器和幾個開關。節能賽車的節氣門位置傳感器安裝在節氣門體上，節氣門體安裝在進氣道上。

2 中央處理器ECU

中央處理器（ECU）是發動機的綜合控制單元。它的功用是將接收到的傳感器信號，與原廠數據進行處理、比較、判斷、然后輸出控制指令，控制有關執行器動作，達到快速、準確、自動控制發動機工作的目的。發動機起動時，ECU進入工作狀態，某些程序和步驟從ROM中取出，進入中央處理器。這些程序可以是控制油泵、點火時刻、噴油時刻、廢氣再循環等。從傳感器來的信號，首先進入輸入回路，對其信號進行處理。如是模擬信號，還要經過A/D轉換器，轉換成數字信號后，才能經I/O接口進入微機。大多數信息，暫存在RAM內，根據指令再從RAM送至中央處理器。如是數字信號，根據中央處理器的安排，經I/O接口，直接進入中央處理器。下一步是將存儲器ROM中參考數據引入中央處理器，使輸入傳感器的信息與之比較，發出輸出指令信號，經I/O接口進行放大，必要的信號還經D/A轉換器變成模擬信號，最后經輸出回路去控制執行器動作。

3 執行器

（1）噴油器

噴油器是燃油供給系統的一個重要部件。 它的作用是根據中央處理器的指令，在規定的時間內噴射合適的汽油。工作原理是個簡單的電磁閥。噴油嘴本身是一個常閉閥，由一個閥針上下運動來控制閥的開閉。當電磁線圈通電時，產生電磁吸力，針閥被提起，打開噴油孔，燃油經針閥頭部的軸針與噴孔之間的環形間隙高速噴出，形成霧狀，利于汽油燃燒充分。根據結構不同，噴油器分為軸針式和軸孔式。節能賽車選用一個軸針式噴油器。

（2）電動汽油泵

電動汽油泵的作用是供給燃油系統足夠壓力的汽油，同時保持燃油系統的殘余壓力，防止燃油壓力太高。電動汽油泵安裝在賽車油箱內。主要可以散熱、隔熱、及氣阻等。電動汽油泵總成主要由燃油濾清器、燃油泵、吸濾器、壓力調節器、燃油表發送裝置組成。

（3）點火線圈

點火線圈的作用是向火花塞提供高壓，將汽車12伏的電壓轉變為2—3萬伏的電壓，來點燃氣缸中的混合氣。點火線圈就是一個變壓器，主要由初級繞組、次級繞組、鐵芯、絕緣物質等組成。節能賽車選用一個點火線圈。

（4）火花塞

火花塞的作用是把高壓導線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞正負電極間的空氣，產生電火花從而引燃氣缸內的混合氣體。火花塞主要由絕緣體、殼體、接線螺桿、電極組成。為了提高點火效果和穩定性，節能賽車在一個氣缸蓋中安裝兩個火花塞。

4 電控燃油噴射控制

4.1 起動時噴油量控制

根據起動開關的使用情況，結合發動機溫度傳感器的信號，確定發動機處于起動狀態。發動機起動時，轉速低且不穩定，不利于汽油霧化，不容易燃燒，所以需增加噴射時間來得到較濃的混合氣。ECU根據起動時噴油時間和發動機溫度關系曲線確定基本噴油時間，根據進氣量進行噴油時間進行修正，延長或者縮短。

4.2 起動后噴油量控制

作為L型電控系統，根據發動機轉速信號和空氣流量計信號確定基本噴油時間。然后利用發動機的其他信號進行噴油量修正。發動機的最終噴油量為基本噴油時間加上修正時間。節能賽車的修正因子主要有：預熱修正、加速加濃修正、功率加濃修正、進氣溫度修正。

4.3 燃油切斷控制

比賽場地廣州國際賽車場賽道全長2.82公里，根據的賽道坡度情況，節能賽車的充分利用好滑行性能，節能減排效果越好。每次點火起動后，在5秒左右，將賽車車速迅速上升到70Km/h時，依據傳動比，對應發動機轉速為約4200r/min，ECU切斷送給噴油器的噴油脈沖信號，發動機自動熄火。利用賽車的良好滑行性能，每次可以滑行400多米。當車速降低到15～20Km/h，ECU控制發動機重新點火，起動發動機，再次循環。賽車跑完一圈賽道，發動機只需要點火四次。

5 結論

根據本田Honda中國節能競技大賽規則，將本田公司125摩托車化油器式發動機進行電控系統改造，主要進行了電控燃油系統安裝與調試。通過了實車路試檢驗，節能賽車發動機低溫起動性能明顯提高，發動機的燃燒效果更佳，燃油利用率更好，達到了預期的節能減排目標。

項目基金：論文用于瀘州職業技術學院院級課題 名稱：節能車發動機燃油噴射設計.課題編號：K-2016。

參考文獻：

[1] 李東灝.本田節能賽車發動機電控標定.內燃機與配件.2020.12.

[2] 丁力.探析汽車發動機降低排放技術.汽車實用技術.2021.4.

[3] 朱德橋.汽車電控燃油噴射系統故障分析及檢修方法.湖北農機化.2020.2.

[4] 李瑞良.電控燃油系統異常噴射故障診斷方法研究.哈爾濱工程大學.2019.12.

[5] 陳海鵬.小型內燃機電子燃油噴射和閉環控制系統研究.內燃機與配件.2019.10.

[6] 楊豐碩.基于STC8A微控制器的節能車模系統.哈爾濱工業大學.電子產品世界.2021.1.