1、通用小型汽油机电控化研究 张晨曦 陈玉炜 赵晏锋 戈永旺 余立兵 盐城工学院汽车工程学院 摘 要： 通用小型汽油机具有轻巧便宜, 操作简单等优点, 被广泛应用于农业, 建筑, 园林等各个领域。近些年, 随着环保法规的不断加严, 化油器式小型汽油机难以达到未来相关法规的要求。本文以 188F 汽油机为例, 根据其结构特点, 挑选合适的电控零部件, 将传统化油器供油系统改为电控燃油系统, 从而降低小型汽油机排放污染, 提高汽油机的各项性能。通过整机标定和排放试验, 改进电控汽油机动力性和经济性, 整机排放达到美国 EPA 第阶段的限值要求。关键词： 通用小型汽油机; 电控; 排放; 性能; 0 引
2、言通用小型汽油机 (简称通机) 泛指以汽油为燃料, 功率30k W, 不用于道路的小型发动机。它具有轻巧, 便宜, 操作简单等优点, 被广泛应用于小型机具, 发电机组, 应急发电, 田地灌溉等工具的配套动力, 已经成为人类生产生活的重要组成部分。目前, 通用小型汽油机均使用化油器式供油系统。在日益严格的排放法规下, 化油器燃油供给的小型汽油机将无法达到未来的排放法规。电控燃油供给系统以 ECU 为中心, 利用传感器检测各项数据, 根据控制程序准确控制喷油器的喷油量, 适用于发动机的各类工况。电控燃油供给系统采用电控技术, 能够减少污染物排放, 降低燃油消耗率, 提高发动机功率。为了满足上述要求
3、, 根据188F 汽油机的特点, 选择合适的电控零配件, 对 188F 汽油机进行改进, 从而开发出适用于小型汽油机的电控燃油供给系统。对改进后的汽油机进行试验, 调整不同工况下的过量空气系数, 改善汽油机的燃烧, 实现机内净化, 降低污染物排放, 从而达到美国 EPA 第阶段排放法规限值。通过标定外特性脉谱, 优化 188F 汽油机的性能, 提高汽油机动力性, 经济性和排放性能。1 电控燃油系统的选配本文选用了市场上常见的 188F 汽油机为样机, 对电控燃油系统进行研究。188F汽油机是单缸风冷四冲程结构, 其具体参数见表 1。表 1 188F 汽油机参数 下载原表 2 188F 汽油机电
4、控燃油供给系统研发进行改装试验之前, 需要选择适用于 188F 汽油机的电控系统零配件。这些零配件包括:传感器, ECU 和执行器。为了控制成本, 在小型汽油机燃油系统上采用的是开环控制策略。传感器方面, 选用了压力传感器, 转速传感器以及温度传感器等。ECU 电子控制单元通过传感器传输的信息, 准确的算出喷油量。执行器接收来自电子控制单元 ECU 的脉冲信号, 完成喷油工作。188F 汽油机具体的燃油系统结构见图 1, 改进后的 188F 汽油机见图 2。图 1 188F 汽油机电控燃油供给系统结构图 下载原图图 2 改进后的 188F 汽油机 下载原图3 188F 汽油机标定试验通过改装和
5、调试, 使 188F 汽油机电控燃油系统能够适用于汽油机的各种工况。为了解改装后的 188F 汽油机的动力性和污染物排放情况, 同时优化其性能, 将对改装后的汽油机进行标定试验。3.1 外特性标定当节气门全部打开时的速度特性就是外特性。外特性能够表现发动机的最大功率和扭矩。通过对外特性曲线的分析, 能够分析发动机的各项参数, 比如最大功率, 最大扭矩等。标定试验时, 要保证 188F 汽油机处于节气门全开状态, 从而使输出功率保持最高。通过调整测功机扭矩等参数, 降低发动机的转速。在转速保持稳定的时候, 进行试验, 最后将所测得的脉宽数据输进电子控制单元中。由于淘汰了原先的化油器供油系统, 进
6、气通道流通得到改善, 额定功率和原机相比提高了 10%左右。3.2 EPA 测试循环标定188F 汽油机的排放试验中, 引入了劣化系数来推算汽油机使用过长时间后的排放值。如果劣化后的排放值都达到 EPA 所规定的值的话, 说明电控燃油系统达到预期的目标。根据经验公示和相关文献, HC 劣化系数为 1.5, NOx 为 1.2。根据过量空气系数与负荷之间的联系, 采用了 20 种不同的方案进行运算, 并挑选其中 5 种方案将结果画成折线图进行比较, 如图 3。方案 1 和方案 3 虽整机排放低于 EPA 第阶段限值, 但经劣化计算后超出了 EPA 第阶段限值。使用方案 12 时, 整机排放最低,
7、 CO 仅为 256.85g (k Wh) , HC 为 3.49g (k Wh) , NOX为 2.98g (k Wh) , HC+NOX劣化后仅为 8.16g (k Wh) , 仍低于 EPA 第阶段限值。可见, 168F 汽油机使用方案 12 时, 不使用催化剂或二次补气技术, 仅通过机内净化, 整机排放就可以完全满足 EPA 第阶段排放法规的要求, 且具有满足未来更严格排放法规的潜力。将方案 12 中六个工况下的过量空气系数对应的喷油脉宽写入喷油量脉谱中。图 3 不同空气系数随负荷变化方案 下载原图4 全文总结本文选取了市场上较为常见的 188F 汽油机为样机。通过选配合适的的电控系统
8、零配件 (燃油泵, 喷油器, ECU, 传感器等) , 完成对原汽油机的改装。对改装后的汽油机进行了标定试验。改装后的汽油机的动力性、经济性和排放性能较原机均得到了提高。参考文献1陈玉炜.通用小型汽油机电控燃油系统的研究D.江苏大学, 2014. 2丁晓忠, 李捷辉, 尹必峰.通用小型汽油机控制单元设计与研究J.广西大学学报 (自然科学版) , 2015 (05) :1146-1154. 3刘胜吉, 孙健, 王建, 等.电控通用小型汽油机的喷油标定及性能研究J.中国农机化学报, 2015 (02) :201-204. 4韩维维.基于超低压喷油的电控通用小型汽油机研究D.江苏大学, 2016.
