摘要：随着能源危机和环境污染的加重,发展动力性、经济性和排放环保的电控车已成为汽车、摩托车工业发展的新趋势。电子技术的迅猛发展推动了电控系统的开发,使其控制功能逐渐强大,被越来越多的应用于机动车上。电子控制单元的装车率被看作是衡量一个国家科技发展水平的标准,越来越多的受到关注和应用,外国的电子设备装车率远远高于我国,近年,我国也非常重视发展电子设备在汽车和摩托车中的应用,并逐渐地加大电子设备的研发和投入。
关键词：化油器；结构；系统
一、电子控制单元化油器开发系统概述
随着内燃机技术的日渐成熟,新型汽车、摩托车正迎接着在动能性、尾气排放和燃油消耗等方面的新挑战。为了满足日益严格的排放法的要求,电控技术的应用已经成为了现代电控开发系统的不可缺少的部分。
电控化油器系统主要由传感器、电控单元(ECU)和执行器等三部分构成。传感器作为输入部分,用于接收被控部件的物理信号(如发动机转速和缸温等)并转换成电信号便于ECU处理;电控单元接收到来自传感器的输入信号后,按照驻留程序进行分析、计算、处理,输出结果信息;电信号再经过转化变成某种信号如脉冲信号后,再由执行器根据电控单元输出的信号驱动执行部件,以便按要求完成相应的功能。由此可见,电控系统研究的出发点包括:传感器的开发制造、执行器的开发制造、电控单元(ECU)的硬件设计制造、标定软件的设计开发以及参数的标定匹配工作。如何将电控系统和化油器很好结合,并通过实验标定出不同工况下空燃比达到最佳时的补气阀参数的过程,是电控化油器系统应用于整车标定过程的重要部分。整车标定阶段是整个电控化油器应用的主要阶段,也是工作量最多和最复杂的阶段。此阶段的工作任务就是要保证空燃比和整车的性能指标满足国家严格的排放标准和使用要求的情况下,获得最佳的燃油经济性以及产生最少的尾气污染物。
电控化油器对空燃比的控制调节过程是很复杂的,其复杂性表现在多个方面。第一,电控系统需要控制调节很多项目,如控制调节启动、怠速、加速、等速、减速等运行工况下的空燃比。第二,电控系统对空燃比的控制调节可以使发动机的潜力充分发挥,使功率、排放、污染等反面的性能达到综合较佳的状况。第三,影响化油器工作的因素有很多,除了较典型的一些参数如发动机转速、负压、节气门开度、点火提前角、冷热机外,还包括一些内在功能参数如气温、燃油温度等。借助电控系统,可以使最佳空燃比下的发动机在各种工况下达到最佳的状态。
补气阀参数的标定是电控化油器系统开发的中心内容,也是化油器结合电控单元优势所在的表现,它是根据整车排放性、燃油经济性、动力性等的要求,调整、标定和确定电控系统所需的各种参数的过程。在各个工况下开展标定工作时,应明确要标定的参数所要达到的目标以及达到所需的满足条件的限制条件。因为各个不同的工况下都有自己特定的状态,因此标定参数、标定目的以及限制条件也就各不相同。所以,在每个工况下都需要根据不同的要求标定电控单元(ECU)中的相关参数,以达到最佳标准要求。
二、电控化油器系统主要结构
电控化油器系统是调控空燃比的机内净化和降低油耗的关键技术。电控化油器系统利用电子控制单元技术依据不同的工况对可燃混合气的空燃比进行精确调控,同时配合最佳点火时刻,以达到降低尾气污染物排放量和降低油耗目的。电控化油器系统主要由以下部分组成:(1)机械化油器(柱塞式或等真空膜片式均可)(2)压电陶瓷双晶片补气阀(3)压电陶瓷双晶片阻风阀(4)电控ECU系统(5)负压传感器(6)氧传感器
2.1摩托车化油器工作原理及基本构造
所有化油器都是在大气压作用下,依靠真空负压吸油进行工作的。通过改变引擎和化油器内的大气压,就能够改变压力迫使燃油和空气通过化油器流动混合进入引擎。
2.1.1基本工作原理
化油器的关键部件—喉管,在燃油和空气的混合过程中起到了不容忽视的作用。
2.1.1伯努利基本原理
细管中有做定向、定常流动的理想流体,方向自左向右,分别以al和aZ处的流体作为研究对象。设al处的横截面为51,流速为vl,高度为h1;a2处的横截面为s2,流速为v2,高度为h2。经过很短的时间t,51由al移动到bl,移动距离为dl;s2由aZ移动到bZ,移动距离为dZ,得到流体体积分别为：
因为理想流体是不可压缩的,所以体积不变化,即Vl=VZ。左右两端的力对流体做的功分别为
两端压力对流体多做功为:w=wl+玛=(P,一pZ)V又因为理想流体的密度和流速不变,则只有机械能的改变,得：
又因为流体没有其他能量的消耗,所以得:
化油器是向发动机提供油气混合气的核心装置,依靠的原理就是伯努利原理,即流速大、压强小的原理。当气缸做功时,空气进入空气道,流经喉管的狭窄部分时流速大、压强小。
2.1.2
燃油从浮子室进喷嘴流出形成雾状气体,与空气形成油气混合气。
经过很短的时间t,喉管左端力对流体做功为W,二P,VI,作用于喉管右端力对流体做功为w2=一PZVZ,两侧外力对喉管内流体做功为w.+w2=(PI一PZ)v,又因为流体在喉管里没有发生变化,同时喉管两边的高度也相同为H,所以流体的密度p和各点的流速v没有发生改变,根据能量关系得到伯努利方程:gH+P,/p+V12/2一gH+PZ/p+V户2。当流体水平流动或高度可以忽略时,伯努利方程可以表达成:P/p+vZ/2-常量。所以在流体的流动中,压强跟流速有关,流速大的地方压强小;流速小的地方压强大。由此得到喉管真空度
对于化油器来说,当气缸里的活塞处于吸气冲程,空气被吸入管内,在流经管的狭窄部分时流速变大,压强变小,在曲轴箱里的活塞下面会形成一个低压,这个低压会引起化油器里的低压,造成在引擎和化油器外面的压力较高,汽油被压出后经喷嘴喷出,喷出的油滴被空气吹成雾状,然后混合空气后进入气缸,直到压力平衡。
2.2空燃比基本概念及与尾气中有害气体的关系
化油器是给发动机提供动能的核心部件。通过化油器使燃料和空气形成混合气进入燃烧室。混合气中空气与燃料之间的质量比例,A/F一(空气的质量)/(燃油的质量),称为空燃比。合适的空燃比能提高发动机的工作效率,节约燃料,降低尾气中有害气体成分。
空燃比是否合适是有理论依据的。汽油机理论空燃比为14.7:1。应用中,人们对空燃比还有一种理解,即可燃混合气的稀浓。定义过量空气系数(兄)一(燃烧Ikg燃料所实际供给的空气质量)/(完全燃烧Ikg燃料所需的理论空气质量)。当兄<1表示混合气浓;兄=l表示理论混合气;元习表示混合气稀。
摩托车排放的污染物中主要有害气体一氧化碳(CO)、用二氧化氮当量表示的氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)的产生和空燃比有着密切的关系。当兄<1时混合气浓,此时发动机发出的功率很大,但燃烧不充分,生成的CO、Hc多;兄>l当混合气比较稀时,燃烧效率高,燃油消耗低,产生的温度高,生成的NOx也最多;当混合气很稀时,燃烧速度变慢,燃烧很不稳定,导致HC增多。
2.3.化油器基本构造
通俗讲化油器是燃油和空气自动计量、雾化、混合的装置。简单化油器由上中下三部分组成,上面有进气口和浮子室,中间部分有喉管、量孔、喷管,下面有节气门等。
只是简单化油器的结构,仅仅依靠这些简单的组成部分是不能完成复杂功能的。一个完整的化油器里面还要有调节系统,这些调节系统互相影响相互合作,它们是怠速通道、怠速量孔、主喷嘴和油针、主量孔和阻风门通道。化油器的供油根据节气门开度不同,可将供油系统分为两大类:
(l)化油器怠速供油系统:发动机在怠速状态下,节气门接近关闭,此时喉管真空度很小无法使燃油从浮子室吸出,但是节气门后面的真空度却很高。此时在简单化油器上搭建一条怠速供油系统,使供油避开节气门直接和空气混合进入气缸。
(2)化油器主供油系统:发动机工作在怠速以外的各个工况时,节气门处于部分开度和全开度之间,此时喉管中的真空度变大,燃油被吸出。主供油系统由主空气量孔、主量孔、主油针、主喷管共同组成。每部分在主供油系统中都是不可缺少的,它们相互配合共同完成复杂的提供混合气的工作。
三、传统化油器的弊端及改进
新的国111对尾气中的有害气体规定了严格的排放标准,并且影响排放的又是空燃比的问题。然而,传统化油器对于空燃比的调节简单,空燃比可调范围小,甚至除了冷车启动可以手动调节外,其他工况下的空燃比不能调节。由于传统机械式的化油器本身构造的弊端,使得固定的手动调节手段已经不能满足多变的空燃比的需要了。具体的弊端如下:
(l)发动机低转速情况下加速导致空燃比稀油而熄火几乎所有的传统化油器都面临的一大弱点就是贫油熄火,当化油器吸入的燃油量不够富余时,加速或冷车启动时发动机就会出现贫油熄火的情况,同时增加了尾气中有害成分的排放。因为化油器是通过油门拉线直接影响节气柱塞的,如果在车辆负载较大时起步、加速状态下直接快速开大油门(即提升节气柱塞),发动机的转速比较低时,节气柱塞开度大于汽缸的吸气量,喉管内的负压就会大幅降低。当喉管内的负压降低到小于2%真空度时,输出化油器的燃油骤减,出现严重贫油导致熄火的现象。
(2)发动机高转速情况下减速导致空燃比浓油而富油,增加有害气体的排放传统化油器面临的又一弱点是,当化油器吸入过量的燃油时,减速时发动机会出现富油的情况,造成排放尾气中有害气体的增加,同时增加了油耗。当发动机转速比较高,关小油门时,主油柱塞处于高负压状态下工作,输出燃油的份量较多,呈富油状态。发动机维持怠速阶段空燃比不可调节导致严重富油,加重尾气排放污染和油耗。
结束语：
目前,大部分发动机的怠速阶段是依靠严重富油状态来维持的,这种情况给发动机造成了严重的有害气体排放和燃油消耗。怠速时由于发动机转速很低,节气门开度小,使实际进入进气管的空气量少,导致混合气变浓,即富油情况。上述问题的存在,使传统化油器的改革迫在眉睫。鉴于国内的现状,在传统化油器的基础上,加配电控单元、压电陶瓷补气阀(ACV)来自动控制油气混合物的浓稀,自动调节各工况下的空燃比,使空燃比的稀浓范围接近线性平滑,也有助于控制怠速阶段的稳定性,而且有助于发动机的加速、减速,能较好的减少尾气的排放和节约燃油,且又简单易操作。由此,伴随着传统的化油器的终结,新型压电陶瓷电控化油器应运而生。
参考文献：
[1]李光举.燃气发动机空燃比控制系统研究与开发 2017
[2]侯献军.ATV用LJ276M电控汽油机关键技术研究 2016
[3]胡春明,谢辉等.燃气摩托车电喷系统的电控单元及其控制策略 2017
论文作者:陈钊华
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/17
标签：化油器论文; 电控论文; 喉管论文; 发动机论文; 系统论文; 燃油论文; 流体论文; 《电力设备》2019年第7期论文;