单缸汽油机空燃比闭环电控系统的研究与开发

包梦阳，姚喜贵，朱佳瑶

（宁波工程学院，浙江 宁波 315000）

单缸汽油机空燃比闭环电控系统的研究与开发

包梦阳，姚喜贵，朱佳瑶

（宁波工程学院，浙江 宁波 315000）

为了提高单缸汽油机的经济性，达到节能的目的，本课题组将单缸化油器式汽油机改为电控式汽油机，设计的其电控系统，并装载原汽油机和电控汽油机的车辆进行了路试，路试结果表明：改进后的汽油机装载的车辆节能效果明显。

单缸 ；汽油机； 空燃比；电控系统；研发

0 前言

为了最大限度地提高汽油机的经济性，改善该汽油机的动力性和排放性，现代电控汽油机在排气系统中都装有氧传感器，保证汽油机的电控效果。由于用于参赛的小汽车原来采用的是化油器式燃油供给系统，造成油耗比较高，功率无法提高，排放性更无法满足要求。为了解决这些问题，本课题组研究和开发了汽油机闭环电控系统，以提高经济性，达到节能的目的。

1 电控系统空燃比控制理论

汽油机通过节气门的动作改变进入进气管内的空气量，控制进入气缸空气的多少，进而调节发动机功率，根据空气量通过阈值空燃比计算出燃油量的大小，该空燃比阈值与当时的工况相适应。

燃油量是一个工作循环为单元进行控制，混合气空燃比写成∶

式中∶ma为缸内每循环吸入的空气质量；mf为缸内循环喷入的燃油质量；Ti为电磁脉冲的宽度，mf为燃油质量流量。

ρm为进气歧管处的空气密度：

式中∶Pm 为进气歧管绝对压力；Tm为进气歧管空气温度，接近进气温度T0。ρm可以用进气歧管绝对压力传感器测量（ρm≤1atm）；Tm用于进气歧管绝对压力传感器合体的温度传感器获得；充气效率与进气歧管到气缸的流动状态有关。ma与Pm和转速n两个变量有关系：

由公式（2）和（3）获得，空燃比的主要影响因素为Pm、n和Ti。汽油机运转时，控制器接收Pm和n，再根据阈值λ，通过运算，得到正确的Ti，进而获得脉谱图［1］。

2 电控系统的空燃比控制策略

该单缸汽油机采用闭环控制系统，在汽油机的排气管中加一个氧传感器，及时检测出废气中的氧的浓度，用以说明此时缸内的燃烧状况，当氧传感器测得浓度大时，说明缸内燃烧氧处于浓的状态，而测得氧的浓度小时，说明缸内氧处于稀的状态。进而调整喷油量，保证一直处于空燃比合理的状态。

如图1所示为其控制过程。当空燃比较小时，氧传感器处于高电平。控制器获得高电平之后，将喷油脉宽的校正减小，使脉宽变窄，喷油量变小，混合气变稀。当空燃比较大时，氧传感器电平变成低电平。控制器接到低电平信号之后，将喷油脉宽加宽。喷油量变大，混合气变浓［2］。

在汽油机整个运行过程中，喷油脉宽一直在阈值空燃比的范围内上下小幅度地波动。由于该系统是单缸汽油机，因此控制策略采用比较经典的PID控制。

3 电控系统的组成

单缸汽油机电控系统由输入信号、控制器（ECU）以及执行器等构成（图2所示）。输入信号主要包括转速、压力、温度以及进气门位置传感器。

控制器（ECU）是汽油机电控系统的信息处理和计算中心。它利用各种函数、算法程序和数据库与硬件［3］，处理从各种传感器输入的各种信号，以这些信号为基础，结合内部程序，输出命令，送到执行器，实现对汽油机燃油空燃比的控制。

喷油器是发动机空燃比控制的执行器。它接受ECU输出的喷油脉宽，准确地计量燃油喷射量，本汽油机采用了球阀式的电控喷油器。点火系统采用了无分电器高能点火系统。

4 电控系统汽油机的试验

4.1 电控汽油机参数

试验中采用了HONDA单缸汽油机，该机主要应用于摩托车和赛车等。其汽油机主要参数是单缸、四冲程、风冷、电控、：缸径*行程为52.4*57mm、排量125CC、最大功率6.6KW/7500rpm、最大转矩9.68Nm/4000rpm、压缩比9.0。

4.2 路试及其结果

将电控汽油机和原汽油机先后装载在车能车上进行路试，路试参照GB/T12545.1-2008执行，包括GB18352.5-2005规定的工况循环燃油在测试之前，试验车充分预热，达到正常工作温度，在道路上以试验车速行驶至少5公里。车速变化不超过±5%，冷却液、机油和燃油温度变化不应超过±3℃。

消耗量试验。等速行驶燃油消耗量试验，试验方法是在干燥、无积水的平坦的道路上试验，平均风速小于3m/s，阵风应不超过5m/s。

测量路段长度500m，试验车速从20km/h开始，以车速10km/h的整数倍均匀选取车速，直到达到最高车速的90%，至少选定5个试验车速。试验时，变速器用直接档。测量车辆等速通过500m测量路段的时间及燃油消耗量。同一车速试验应往、返各进行两次。

表1 试验车路试试验结果对比表（单位：km/l）

从表1可以看出，将原车化油器式汽油机车辆改为电控汽油机车辆后节能效果明显。原化油器式汽油机车辆1升汽油能续航90.6公里，装载电控汽油机的车辆1升能续航312.4公里。

5 结论

通过将原车辆上的化油器式汽油机改装成电控式汽油机，车辆经济性得到了大幅度的提高，因此，电控是小型单缸汽油机必要的技术支持。

［1］钱人一. 现代汽车发动机电子控制［M］.上海：上海交通大学出版社，1999.

［2］卓斌，刘启华.车用汽油机燃料喷射与电子控制［M］.北京：机械工业出版社，1999.

［3］钟军，冯静，卓斌.车用控制器EUC标定系统通信模块的设计［M］.内燃机工程，2003（01）：55-58.

本项目得到浙江省科技创新活动计划资助项目（编号：2016R424003）的资助。

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