通用小型汽油机电控燃油系统的研究

摘要

通用小型汽油机被广泛用作应急发电、农林工具和小型工程机械等配套动力，年产量和保有量巨大。目前单缸通用小型汽油机均采用化油器式燃油系统，同时满足使用性能、现行美国EPA的排放和安全法规要求具有一定的难度。使用电控燃油系统是通用小型汽油机的发展趋势，是其实现低排放、高性能的技术路线。
　　本文选取168F汽油机为样机，根据其结构和性能参数，选配合适的传感器、ECU和执行器，开发了适用于通用小型汽油机的电控燃油喷射系统，用电控喷油技术降低汽油机排放、改善动力性和经济性。综合考虑产品排放限值目标和市场价格定位提出了使用开环控制的技术策略。对使用电控燃油喷射的168F汽油机进行台架试验，标定喷油量脉谱。分析了EPA第Ⅲ阶段测试循环和各工况点的权重值，对汽油机工作区域内各工况点的过量空气系数进行不同方案的标定试验，兼顾动力性、经济性、保证运行稳定性为前提来降低排放。根据最优方案下过量空气系数随工况变化的规律，得到了理想油气混合比特性。电控燃油喷射系统适当增大了汽油机节气门喉口直径，优化了混合气浓度，使燃烧得以改善，试验表明，使用电控燃油喷射后，168F汽油机标定功率达到4.12kW，比原机提高了8.4％，标定工况有效燃油消耗率为320.9 g(kW·h)-1，比原机下降了8.9％; CO、HC+NOx排放分别为256.85 g(kW·h)-1、6.47 g(kW·h)-1，CO与原机基本持平，HC+NOx比下降了47.7％;为进一步降低整机排放，再采用电控点火，优化点火提前角后，标定功率为4.00kW，有效燃油消耗率为332.7 g(kW·h)-1，CO、HC+NOx排放分别为240.32 g(kW·h)-1、5.61 g(kW·h)-1，与原机相比分别下降了2.1％、54.7％。通过机内净化，168F汽油机整机排放值低于EPA第Ⅲ阶段法规的限值，具备满足未来更严格排放法规的潜力。
　　在完成汽油机速度特性和部分转速下的负荷特性标定试验后，使用多目标优化方法对汽油机工作区域的喷油量脉谱进行优化标定，得到168F汽油机的喷油量脉谱。使用标定后的喷油量脉谱，在台架上进行汽油机整机性能试验，验证喷油量脉谱有效性。168F汽油机使用该喷油量脉谱运行良好，工况稳定，整机动力性、经济性和排放性能得到优化，研究工作为通用小型汽油机满足未来排放法规提供了技术支撑。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景

1．2 通用小型汽油机排放标准及法规

1．3 小型汽油机电控燃油系统国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本课题研究内容

第二章 样机及电控燃油系统的开发

2．1 168F汽油机基本参数及性能

2．2 168F汽油机电控燃油系统开发

2．2．1 ECU

2．2．2 节气门及节气门位置传感器

2．2．3 进气歧管压力传感器的选型

2．2．4 转速传感器的选型

2．2．5 温度传感器的选型

2．2．6 燃油泵的选型

2．2．7 喷油器的选型

2．3 本章小结

第三章 168F汽油机喷油量脉谱标定试验

3．1 标定准备

3．1．1 试验台架的搭建

3．1．2 标定软件

3．2 标定综述

3．3 特殊工况的标定

3．3．1 标定工况的标定

3．3．2 外特性的标定

3．3．3 EPA测试循环的标定

3．3．4 理想油气混合比特性

3．3．5 起动过程的标定

3．3．6 怠速及暖机的标定

3．3．7 调速率的控制

3．4 本章小结

第四章 喷油量脉谱的多目标优化

4．1 最优化概述

4．2 多目标优化

4．2．1 多目标优化概述

4．2．2 多目标优化的解法

4．3 喷油脉宽多目标优化模型及求解

4．4 优化脉谱的试验验证

4．5 本章小结

第五章 全文总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及专利