小型转子发动机电喷系统控制方案确定

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：在发动机电喷系统中，一般有开环和闭环两种方法对喷油量进行控制。因此，小型转子发动机电控燃油喷射系统不使用氧传感器进行空燃比的闭环控制，而采用开环控制的方式。在小型转子发动机电控系统中，考虑到开环控制成本低、可靠性好，并能满足点火时刻控制精度的要求，故采用开环控制点火的方式。

1.燃油供给方式

汽油喷射是目前汽车发动机普遍采用的燃油供给方式，根据喷射位置的不同将喷射方式分为进气道喷射和缸内直喷。小型转子发动机也可以分为这两种方式，如图7.4所示。

图7.4（a）所示为进气道喷射方式。喷油器安装在进气歧管上，燃油喷入歧管与空气混合后进入气缸。此种喷射方式基本不需要对气缸进行改动，是替代化油器供油方式最有效的选择。但由于燃油在进气道上容易产生“湿壁效应”，会有部分燃油沉积在管壁上，导致前几个循环易失火或部分燃烧，冷启动时这种现象比较突出。相比于往复式活塞发动机，小型转子发动机转速较高，转子转一圈完成三次喷油过程，精确的相位控制才能保证转子转动一圈的过程中每个腔室都能在进气过程中吸进燃油。如果喷油相位出现偏差，就会使某个腔室不工作，甚至部分燃油喷入排气腔，导致燃油在排气管中点燃。

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图7.4　小型转子发动机燃油喷射方式

（a）进气道喷射；（b）缸内直喷

图7.4（b）所示为缸内直喷方式。这种喷射方式将喷油嘴安装在火花塞附近，对气缸改动较大。将燃油直接喷入燃烧室进行燃烧，在压缩终点后，由于腔内的压力较大，为使燃油喷出后能尽快与空气混合，则需要更高的喷油压力，一般需要高压油泵提供10MPa以上的高压。此种方式可适用多种类型的燃料，因此多应用于多种燃料转子发动机。

表7.2所示为两种喷射方式在冷启动性、燃料适应性、喷射压力和对气缸的改动四个方面的对比。可以看出，针对小型转子发动机，喷油器和火花塞的合理布置，必须配上高压油泵和高能点火系统，会导致整个配件的体积和质量上升，因此采用进气道喷射方式。

表7.2　两种喷射方式对比

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2.喷油量控制方法

喷油量的精确控制直接决定空燃比被精确控制在要求的数值范围内，使发动机性能达到最佳。在发动机电喷系统中，一般有开环和闭环两种方法对喷油量进行控制。

以开环控制方法控制喷油量的发动机，ECU根据发动机运转过程中的各传感器信号，查找预先存储的喷油MAP图，插值计算并修正后输出相应的控制信号，控制喷油器进行喷油动作。控制结果的好坏在开环控制中不做检测，减少了系统的复杂程度和成本，开发难度较小，但在控制过程中ECU不能采集反馈的空燃比进行喷油量的修正，所以控制精度较差。在闭环控制中，采用氧传感器来检测尾气中的氧气浓度，ECU根据氧传感器的反馈信号判断空燃比是否偏离目标值，并及时调整喷油量，使缸内混合气迅速恢复到目标空燃比进行燃烧。

考虑到小型转子发动机的尺寸大小和应用场合，为了减小排气阻力并提高小型转子发动机的功质比，在排气系统上取消消音器和三元催化器的安装，并且排气管尽可能短甚至可以不安装。因此，小型转子发动机电控燃油喷射系统不使用氧传感器进行空燃比的闭环控制，而采用开环控制的方式。

3.点火提前角控制方法

发动机缸内的燃烧与点火时刻密切相关，点火时刻直接影响发动机的功率、燃油消耗率和排放性能，电控系统的另一重要任务就是控制发动机在最佳点火时刻点燃缸内混合气。最佳点火提前角的选择应满足各方面要求：发动机功率最大、发动机不发生爆震、油耗少、排放性能好。然而要同时达到上述要求是不可能的，只能根据实际需要折中考虑。

点火提前角的控制也有开环和闭环两种方式。开环控制下，ECU中存储的基本点火提前角MAP图是通过大量台架试验测得的，是在稳定的转速和负载条件下使发动机获得最大功率而不爆震的点火角度。在不同发动机工况，ECU读取对应工况点的基本点火提前角，再根据一定的修正算法得到最佳点火提前角。闭环控制方式根据发动机着火特性的反馈信号来控制点火时刻，一般是以是否发生爆震的角度为控制临界值，当爆震传感器检测到爆震现象，并将信号反馈给ECU，ECU适当推后点火时刻。在小型转子发动机电控系统中，考虑到开环控制成本低、可靠性好，并能满足点火时刻控制精度的要求，故采用开环控制点火的方式。

小型转子发动机电喷系统控制方案确定

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