劉章棋

摘 要：依據(jù)中國節(jié)能競技大賽規(guī)則，本文對本田汽車公司125cc化油器式摩托車發(fā)動機進(jìn)行電控燃油噴射控制設(shè)計，提高了發(fā)動機的低溫起動性能和燃油利用率，實現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：電控系統(tǒng) 節(jié)能 環(huán)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(huán)境污染問題。加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保汽車，是我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然之路。Honda本田節(jié)能競技大賽由本田宗一郎1981年在日本發(fā)起，每年都有來自于不同國家或地區(qū)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(jié)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(fā)動機，各車隊對發(fā)動機進(jìn)行改造，自行設(shè)計車架、車身等部件，組裝一輛節(jié)能賽車。在規(guī)定時間內(nèi)，賽車跑完規(guī)定賽程，比較各燃油節(jié)能車消耗的燃油量。將化油器式汽油摩托車發(fā)動機進(jìn)行電控系統(tǒng)改造，能夠顯著提高發(fā)動機的燃油燃燒效率，同時發(fā)動機易于啟動，從而降低節(jié)能賽車的油耗。

電控燃油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU、執(zhí)行器組成。傳感器將發(fā)動機的各種物理信號轉(zhuǎn)化為電信號傳遞給ECU，ECU經(jīng)過計算比較原始數(shù)據(jù)，向執(zhí)行器輸出控制信號，從而實現(xiàn)精確發(fā)動機噴油，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

1 傳感器

（1）曲軸轉(zhuǎn)速位置傳感器

曲軸位置傳感器是控制系統(tǒng)中最重要的傳感器之一。曲軸位置傳感器出現(xiàn)故障，發(fā)動機將無法啟動。節(jié)能賽車的曲軸位置傳感器安裝在曲軸前端。它用于測量發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和曲軸旋轉(zhuǎn)的位置信號，ECU根據(jù)曲軸位置傳感器的信號，確定發(fā)動機基本的噴油時間和點火提前角。根據(jù)工作原理的不同，曲軸位置傳感器分為磁感應(yīng)式、霍爾式、光電式。目前，節(jié)能賽車上使用的是磁感應(yīng)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(zhuǎn)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(jié)合起來，判斷發(fā)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(fā)動機起動時識別出第一次點火時刻。根據(jù)工作原理的不同，凸輪軸置傳感器分為磁感應(yīng)式、霍爾式、光電式。節(jié)能賽車凸輪軸傳感器采用霍爾式，傳感器的觸發(fā)輪安裝在發(fā)動機凸輪軸上。

（3）氧傳感器

為了減少排氣污染，在賽車發(fā)動機三元催化器的前后分別安裝有兩個氧傳感器。根據(jù)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(fā)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(fā)出反饋信號，再由ECU控制噴油器噴油量的增減，可以進(jìn)行燃油量的閉環(huán)控制，使發(fā)動機混合氣的空燃比控制在14.7左右，將發(fā)動機的有毒氣體排放降低到最少，實現(xiàn)減排的目標(biāo)。

（4）空氣流量傳感器

空氣流量計用于測量進(jìn)入發(fā)動機進(jìn)氣管的進(jìn)氣總量，以及進(jìn)氣氣流的溫度，并轉(zhuǎn)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(zhǔn)確，直接影響發(fā)動機的動力性和穩(wěn)定性。根據(jù)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(jié)能賽車采用大多數(shù)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(jié)氣門之間。

（5）節(jié)氣門位置傳感器

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

2 中央處理器ECU

中央處理器（ECU）是發(fā)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(shù)據(jù)進(jìn)行處理、比較、判斷、然后輸出控制指令，控制有關(guān)執(zhí)行器動作，達(dá)到快速、準(zhǔn)確、自動控制發(fā)動機工作的目的。發(fā)動機起動時，ECU進(jìn)入工作狀態(tài)，某些程序和步驟從ROM中取出，進(jìn)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(huán)等。從傳感器來的信號，首先進(jìn)入輸入回路，對其信號進(jìn)行處理。如是模擬信號，還要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，才能經(jīng)I/O接口進(jìn)入微機。大多數(shù)信息，暫存在RAM內(nèi)，根據(jù)指令再從RAM送至中央處理器。如是數(shù)字信號，根據(jù)中央處理器的安排，經(jīng)I/O接口，直接進(jìn)入中央處理器。下一步是將存儲器ROM中參考數(shù)據(jù)引入中央處理器，使輸入傳感器的信息與之比較，發(fā)出輸出指令信號，經(jīng)I/O接口進(jìn)行放大，必要的信號還經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成模擬信號，最后經(jīng)輸出回路去控制執(zhí)行器動作。

3 執(zhí)行器

（1）噴油器

噴油器是燃油供給系統(tǒng)的一個重要部件。 它的作用是根據(jù)中央處理器的指令，在規(guī)定的時間內(nèi)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(dāng)電磁線圈通電時，產(chǎn)生電磁吸力，針閥被提起，打開噴油孔，燃油經(jīng)針閥頭部的軸針與噴孔之間的環(huán)形間隙高速噴出，形成霧狀，利于汽油燃燒充分。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，噴油器分為軸針式和軸孔式。節(jié)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(tǒng)足夠壓力的汽油，同時保持燃油系統(tǒng)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(nèi)。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(diào)節(jié)器、燃油表發(fā)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(zhuǎn)變?yōu)?—3萬伏的電壓，來點燃?xì)飧字械幕旌蠚?。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(zhì)等組成。節(jié)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(dǎo)線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞正負(fù)電極間的空氣，產(chǎn)生電火花從而引燃?xì)飧變?nèi)的混合氣體?；鸹ㄈ饕山^緣體、殼體、接線螺桿、電極組成。為了提高點火效果和穩(wěn)定性，節(jié)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(jù)起動開關(guān)的使用情況，結(jié)合發(fā)動機溫度傳感器的信號，確定發(fā)動機處于起動狀態(tài)。發(fā)動機起動時，轉(zhuǎn)速低且不穩(wěn)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(jù)起動時噴油時間和發(fā)動機溫度關(guān)系曲線確定基本噴油時間，根據(jù)進(jìn)氣量進(jìn)行噴油時間進(jìn)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(tǒng)，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號和空氣流量計信號確定基本噴油時間。然后利用發(fā)動機的其他信號進(jìn)行噴油量修正。發(fā)動機的最終噴油量為基本噴油時間加上修正時間。節(jié)能賽車的修正因子主要有：預(yù)熱修正、加速加濃修正、功率加濃修正、進(jìn)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(jù)的賽道坡度情況，節(jié)能賽車的充分利用好滑行性能，節(jié)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(jù)傳動比，對應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速為約4200r/min，ECU切斷送給噴油器的噴油脈沖信號，發(fā)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(dāng)車速降低到15～20Km/h，ECU控制發(fā)動機重新點火，起動發(fā)動機，再次循環(huán)。賽車跑完一圈賽道，發(fā)動機只需要點火四次。

5 結(jié)論

根據(jù)本田Honda中國節(jié)能競技大賽規(guī)則，將本田公司125摩托車化油器式發(fā)動機進(jìn)行電控系統(tǒng)改造，主要進(jìn)行了電控燃油系統(tǒng)安裝與調(diào)試。通過了實車路試檢驗，節(jié)能賽車發(fā)動機低溫起動性能明顯提高，發(fā)動機的燃燒效果更佳，燃油利用率更好，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能減排目標(biāo)。

項目基金：論文用于瀘州職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級課題 名稱：節(jié)能車發(fā)動機燃油噴射設(shè)計.課題編號：K-2016。

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