基于FSAE比赛的化油器电控设计及试验研究

李晓雪　黄晓颖

摘要：针对中国目前实行的国V排放标准，单缸四冲程化油器发动机排放性能已经远远不能满足现有的排放法规要求，因此应用电喷技术才能达到更高的排放要求。依托内蒙古大学鄂尔多斯学院FSAE赛车项目，结合现有成熟的电控燃油喷射技术的控制原理，对于内装宗申CBS单缸发动机的化油器喷射系统，提出电控燃油喷射控制系统的系统研究、改装和试验。

关键词：化油器;单缸发动机;摩托车;电控燃油喷射

中图分类号：U483

文献标识码：A

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

1 基于传统化油器的电喷技术

传统的化油器发动机是靠化油器供给的燃油在进气管内与空气混合后进人汽缸，而电喷系统则是通过电子控制来分配最佳的喷油量，其核心元件是EFI计算机。发动机在运行中的工况分析和参数首先经传感器输出为电子信号，其次通过EFI计算机来进行综合分析，就能精确地计算出最佳喷油量，从而使得发动机在最佳的状态下运行。此装置的运用不仅可以降低车辆的废气排放和耗油量，还能获得较好的动力性、经济性和排放性[1]。

2 国内外研究分析

2.1 国外研究现状

1980年，日本川崎公司制造出世界上第一辆采用电喷的摩托车一川崎ZI000。20世纪末，奥地利的AVL公司开发了SDI系统，即一套二冲程摩托车用半直接喷射系统，已成功应用于铃木AXIOO摩托车发动机。澳大利亚的SEFIS系统具有夹气喷射和缸内分层燃烧的特点，并且为二冲程汽油机的运行带来了很大的发展空间。意大利PIAGGIO公司的Vespa-ET2系统应用于二冲程摩托车，而且具有机械式的喷射系统[2]。

2. 2国内研究现状

在中国发展初期，由于高额的技术引进费用和国家摩托车排放法规的发展约束，摩托车电喷化的进度是极其缓慢的。但近年来，通过科研单位和某些企业的双向学习和研究，加快了中国摩托车电喷化的进展，主要有天津内燃机研究所、浙江大学、武汉理工大学等。天津内燃机研究所开发的MCEFI系统是基于CG125摩托车用157FM汽油机上进行的，不仅具有模块化和成本低的特点，而且在中低负荷工况下的动力性和经济性得到了很大改善[3]。

文献[4]中以QMI152摩托车发动机为研究对象，用电控喷嘴取代原来的化油器，进一步改善了排放性能。

文献[5]中以LH150型四冲程摩托车发动机为实验样本，设计了一套能够实时控制的匹配系统。中国研发的电喷技术目前还停留在理论层面，虽然有的实验室取得了较好的效果，但不能完全保证系统的稳定性，因此该项技术的实用化还有待发展。

3 研究内容

结合现有内燃机技术和电子技术，以我校FASE赛车的宗申CBS250cc发动机为研究对象，设计了以下总体控制方案：①电子燃油喷射系统的闭环控制策略设计;②化油器式供油改装方案设计;③蓝牙适配的信号连接设计;④进气测量方式的方案设计。

4 控制策略设计

电控系统的主要工作是对空燃比进行有效控制，通过合适的空燃比使得喷油系统具有良好的工作状态，分为开环控制和闭环控制两种类型，依据现有喷射控制技术和整车条件出发，采用闭环控制方式，在原有的控制基础上进行反馈工作。这种控制方式运用很广，不仅能够更好地控制排放污染，还能有效提升发动机的工作效率。

5 化油器式供油改装方案设计

5.1 电喷装置主要原件及其功能

本文设计的电喷系统主要由FAI喷油器、ECU、传感器和点火器组成，其中ECU是由单片机组成的电子控制单元，用于收集发动机的工作信息，并进行实时处理，然后发出工作指令。传感器包括气门传感器、轮速传感器、缸头温度传感器和氧传感器。

5.2 电喷系统组装步骤

安装氧传感器，在发动机上找合适的角度位置并于管道打孔后焊接上丝套，对准孔拧上氧传感器;安装该套装置的喷油器、传感器和节气门体。

将喷油器、节气门体总成、组合到一起，然后安装到发动机上，其中缸头温度传感器的外皮是黑色的，按压在缸头螺丝处。进气温度传感的外皮颜色较为明显，为白色，用于检测进气环境温度，安装在车架边上，但是要保证不会出现机器高温的地方，如图2所示。

安装FAI飞亚电喷系统蓝牙适配器。该电喷系统通过蓝牙适配器的指定设备与手机端配对连接，通过信号传输将发动机实际运行参数显示在手机客户端。

6 进气测量方式的方案设计

本文运用FAI飞亚电喷系统蓝牙端与手机连接，配对成功后进行三个工况的实验，测量数据如下。

6.1 怠速工况

怠速工况下测量数据如表1所示。

6.2 加速工况

加速工况下测量数据如表2所示。

6.3 减速工况

减速工况下测量数据如表3所示。

6.4 改进优点及创新

本项目的创新点在于ECU的氧传感器具有反馈和控制策略，能够自动标定各种工况下的喷油数据，包括怠速、加速和减速等运行情况的喷油量，不再需要人工反复修正。通过氧传感器闭环反馈自动修正喷油量，不仅使燃油消耗率降低，还能有效地避免意外发生。

7 结语

通过阅读的大量文献资料，并借助内蒙古大学鄂尔多斯学院的FSAE赛车，本文确定了赛车发动机选型和电控系统开发方案，并对三种工况进行分析，不仅实现了耗油量的降低，与中国经济建设的长远战略利益同步，同时还可以减小尾气排放对环境的污染。

参考文献：

[1]田良云，韓本忠，熊小平，等.摩托车国Ⅲ工况法排放技术路线可行性分析[J].摩托车技术，2010 （4，5，6）：46-48. 51-53.

[2]胡春明.摩托车燃油喷射技术发展现状[J].摩托车技术，2002 （4）： 6-7.

[3]顾祥龙，刘昌文，杨延相，等.用于FAI电喷系统电子控制单元（ ECU）的开发工具[J].小型内燃机与摩托车，2005（3）：9-11.

[4]张峰.基于QMI152摩托车发动机的电控喷射技术研究[D].杭州：浙江大学，2004.

[5]邹斌.小型四冲程摩托车发动机电控燃油喷射系统的开发研究[D].武汉：武汉理工大学，2002.