本田汽车公司125摩托车发动机电控燃油喷射系统设计

刘章棋

摘 要：依据中国节能竞技大赛规则，本文对本田汽车公司125cc化油器式摩托车发动机进行电控燃油喷射控制设计，提高了发动机的低温起动性能和燃油利用率，实现了节能减排的目标。

关键词：电控系统 节能 环保

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

随着燃油汽车保有量逐渐上升，人类急需解决燃油紧缺和大气环境污染问题。加快发展节能环保汽车，是我国汽车工业可持续发展的必然之路。Honda本田节能竞技大赛由本田宗一郎1981年在日本发起，每年都有来自于不同国家或地区的500支队伍到日本参赛。2006年开始，Honda本田中国技研部每年在中国广州举办本田Honda中国节能竞技大赛。燃油组比赛由赛事組委会提供一台125cc化油器式汽油摩托车发动机，各车队对发动机进行改造，自行设计车架、车身等部件，组装一辆节能赛车。在规定时间内，赛车跑完规定赛程，比较各燃油节能车消耗的燃油量。将化油器式汽油摩托车发动机进行电控系统改造，能够显著提高发动机的燃油燃烧效率，同时发动机易于启动，从而降低节能赛车的油耗。

电控燃油喷射系统由传感器、ECU、执行器组成。传感器将发动机的各种物理信号转化为电信号传递给ECU，ECU经过计算比较原始数据，向执行器输出控制信号，从而实现精确发动机喷油，以达到节能减排的目的。

1 传感器

（1）曲轴转速位置传感器

曲轴位置传感器是控制系统中最重要的传感器之一。曲轴位置传感器出现故障，发动机将无法启动。节能赛车的曲轴位置传感器安装在曲轴前端。它用于测量发动机的转速和曲轴旋转的位置信号，ECU根据曲轴位置传感器的信号，确定发动机基本的喷油时间和点火提前角。根据工作原理的不同，曲轴位置传感器分为磁感应式、霍尔式、光电式。目前，节能赛车上使用的是磁感应式曲轴位置传感器。

（2）凸轮轴位置传感器

凸轮轴位置传感器的功用是采集凸轮轴转动角度信号，并输入电子控制单元（ECU），此信号与曲轴位置传感器所提供的信号结合起来，判断发动机的每缸活塞的行程，从而控制气缸的喷油、确定点火时刻、以及爆燃控制。此外，凸轮轴位置信号还用于发动机起动时识别出第一次点火时刻。根据工作原理的不同，凸轮轴置传感器分为磁感应式、霍尔式、光电式。节能赛车凸轮轴传感器采用霍尔式，传感器的触发轮安装在发动机凸轮轴上。

（3）氧传感器

为了减少排气污染，在赛车发动机三元催化器的前后分别安装有两个氧传感器。根据三元催化器的原理，混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO、HC和NOx的净化能力将急剧下降，所以在发动机排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，可以进行燃油量的闭环控制，使发动机混合气的空燃比控制在14.7左右，将发动机的有毒气体排放降低到最少，实现减排的目标。

（4）空气流量传感器

空气流量计用于测量进入发动机进气管的进气总量，以及进气气流的温度，并转换成电信号送至电子控制单元（ECU），作为决定喷油的基本信号之一。此信号的是否准确，直接影响发动机的动力性和稳定性。根据原理的不同，空气流量计分为翼片式、卡门漩涡式、热线式、热膜式。节能赛车采用大多数汽车上使用的热膜式空气流量计。将它安装于空气滤清器和节气门之间。

（5）节气门位置传感器

节气门位置传感器的功用是发动机是处于怠速工况、负荷工况、加速工况、减速工况，检测出发动机节气门的开度，从而知晓驾驶员的意图。它实质上是一只可变电阻器和几个开关。节能赛车的节气门位置传感器安装在节气门体上，节气门体安装在进气道上。

2 中央处理器ECU

中央处理器（ECU）是发动机的综合控制单元。它的功用是将接收到的传感器信号，与原厂数据进行处理、比较、判断、然后输出控制指令，控制有关执行器动作，达到快速、准确、自动控制发动机工作的目的。发动机起动时，ECU进入工作状态，某些程序和步骤从ROM中取出，进入中央处理器。这些程序可以是控制油泵、点火时刻、喷油时刻、废气再循环等。从传感器来的信号，首先进入输入回路，对其信号进行处理。如是模拟信号，还要经过A/D转换器，转换成数字信号后，才能经I/O接口进入微机。大多数信息，暂存在RAM内，根据指令再从RAM送至中央处理器。如是数字信号，根据中央处理器的安排，经I/O接口，直接进入中央处理器。下一步是将存储器ROM中参考数据引入中央处理器，使输入传感器的信息与之比较，发出输出指令信号，经I/O接口进行放大，必要的信号还经D/A转换器变成模拟信号，最后经输出回路去控制执行器动作。

3 执行器

（1）喷油器

喷油器是燃油供给系统的一个重要部件。 它的作用是根据中央处理器的指令，在规定的时间内喷射合适的汽油。工作原理是个简单的电磁阀。喷油嘴本身是一个常闭阀，由一个阀针上下运动来控制阀的开闭。当电磁线圈通电时，产生电磁吸力，针阀被提起，打开喷油孔，燃油经针阀头部的轴针与喷孔之间的环形间隙高速喷出，形成雾状，利于汽油燃烧充分。根据结构不同，喷油器分为轴针式和轴孔式。节能赛车选用一个轴针式喷油器。

（2）电动汽油泵

电动汽油泵的作用是供给燃油系统足够压力的汽油，同时保持燃油系统的残余压力，防止燃油压力太高。电动汽油泵安装在赛车油箱内。主要可以散热、隔热、及气阻等。电动汽油泵总成主要由燃油滤清器、燃油泵、吸滤器、压力调节器、燃油表发送装置组成。

（3）点火线圈

点火线圈的作用是向火花塞提供高压，将汽车12伏的电压转变为2—3万伏的电压，来点燃气缸中的混合气。点火线圈就是一个变压器，主要由初级绕组、次级绕组、铁芯、绝缘物质等组成。节能赛车选用一个点火线圈。

（4）火花塞

火花塞的作用是把高压导线送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞正负电极间的空气，产生电火花从而引燃气缸内的混合氣体。火花塞主要由绝缘体、壳体、接线螺杆、电极组成。为了提高点火效果和稳定性，节能赛车在一个气缸盖中安装两个火花塞。

4 电控燃油喷射控制

4.1 起动时喷油量控制

根据起动开关的使用情况，结合发动机温度传感器的信号，确定发动机处于起动状态。发动机起动时，转速低且不稳定，不利于汽油雾化，不容易燃烧，所以需增加喷射时间来得到较浓的混合气。ECU根据起动时喷油时间和发动机温度关系曲线确定基本喷油时间，根据进气量进行喷油时间进行修正，延长或者缩短。

4.2 起动后喷油量控制

作为L型电控系统，根据发动机转速信号和空气流量计信号确定基本喷油时间。然后利用发动机的其他信号进行喷油量修正。发动机的最终喷油量为基本喷油时间加上修正时间。节能赛车的修正因子主要有：预热修正、加速加浓修正、功率加浓修正、进气温度修正。

4.3 燃油切断控制

比赛场地广州国际赛车场赛道全长2.82公里，根据的赛道坡度情况，节能赛车的充分利用好滑行性能，节能减排效果越好。每次点火起动后，在5秒左右，将赛车车速迅速上升到70Km/h时，依据传动比，对应发动机转速为约4200r/min，ECU切断送给喷油器的喷油脉冲信号，发动机自动熄火。利用赛车的良好滑行性能，每次可以滑行400多米。当车速降低到15～20Km/h，ECU控制发动机重新点火，起动发动机，再次循环。赛车跑完一圈赛道，发动机只需要点火四次。

5 结论

根据本田Honda中国节能竞技大赛规则，将本田公司125摩托车化油器式发动机进行电控系统改造，主要进行了电控燃油系统安装与调试。通过了实车路试检验，节能赛车发动机低温起动性能明显提高，发动机的燃烧效果更佳，燃油利用率更好，达到了预期的节能减排目标。

项目基金：论文用于泸州职业技术学院院级课题 名称：节能车发动机燃油喷射设计.课题编号：K-2016。

参考文献：

[1] 李东灏.本田节能赛车发动机电控标定.内燃机与配件.2020.12.

[2] 丁力.探析汽车发动机降低排放技术.汽车实用技术.2021.4.

[3] 朱德桥.汽车电控燃油喷射系统故障分析及检修方法.湖北农机化.2020.2.

[4] 李瑞良.电控燃油系统异常喷射故障诊断方法研究.哈尔滨工程大学.2019.12.

[5] 陈海鹏.小型内燃机电子燃油喷射和闭环控制系统研究.内燃机与配件.2019.10.

[6] 杨丰硕.基于STC8A微控制器的节能车模系统.哈尔滨工业大学.电子产品世界.2021.1.