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    小型風冷汽油發電機組燃油噴射特性

    作者:admin 發布時間:2021-04-06點擊:53
      0 引  言
     
      目前我國小型發電機組(6kW 以下 )發展十分迅速 ,年產量在 1000萬臺以上,其中絕大部分是小型風冷汽油發電機組,我國已成為世界小型發電機組的生產基地。近來該行業 良好的發展勢頭受到歐美 13 益嚴格的排放法規的限制 ,如美國加州大氣資源局(CARB)制定的非道路用小型發動機排放法規和美 國聯邦環保局(EPA)制定的非道路用小型發動機排放法規_1 .目前我國所生產 的小型風冷汽油發電機 組都采用的是化油器結構的燃油供給混合系統 ,無法滿足這些 日益嚴格的排放法規要求。電控燃油噴射 技術在降低排放和減少燃油消耗方面已取得了顯著的效果,并廣泛應用于汽車和摩托車發動機上口]. 本研究擬把這項技術運用到小型風冷汽油發電機組上,用來控制其排放及燃油消耗。噴油器是電控燃油 噴射系統中的一個非常重要的部件 ,其性能直接影響整機的性能,選取合適 的噴油器非常關鍵  ].本 文作者分析了小型風冷汽油發動機組的特點,設計并研制了電控燃油噴射特性測試系統,通過實驗測量 了多種型號噴油器的燃油噴射特性,選取適合小型風冷汽油發電機組的噴油器。
     
      1  小型風冷發動機組特點分析
     
      目前大批量生產的 6kW 以下發電機組所用汽油機全都是單缸風冷 自然吸氣式 ,其結構及性能參數 如表 1所示。其燃油供給混合系統均采用化油器,雖然結構簡單、使用調試方便、成本較低 ,但燃油量不 能精確得到控制 ,空燃混合氣配比范圍太大 ,這是發動機排放及燃油消耗量較高的根本原因。 小型發電機組用汽油機還有兩個顯著特點:(1)在整個工作范圍中,轉速基本恒定。發電機組頻率 為 50Hz或 60Hz所對應發動機轉速 3000r/min、3600r/arin,它是通過發動機上 的機械調速器來控制節 氣 門開度 的大小來保證的 ,調速范圍不超過 5%。(2)小型風冷汽油機的單缸工作容積為 8O~400mL,燃 油消耗量最大為 400g/kW ·h.這些汽油機如果 采用 電控 噴射,其噴油器的最大噴油量應在 0.008— 0.043 mL/循環(在發動機轉速為 3600r/min時),見表 1最后一行。 而車用汽油機機轉速工作范圍變化很大(700~6000r/min),其單缸工作容積也比較大(通常在350 ~700mL)。因此就小型發電機組用發動機而言,要求其噴油器最大噴油量小于車用汽油機的最大噴油 量 ,且噴油量對噴射脈寬的斜率也要小于車用汽油機 ,這樣才能保證發 電機用汽油機調速靈敏 ,燃油控 制精確。
     
      2 燃油噴射特性測試系統的設計
     
      燃油噴射特性測試系統如圖 1所示 ,包括汽油箱 、電動汽油泵、汽油濾清器 、油軌 (帶壓力調節器 )、 噴油器、量杯及電控單元 (MCU)。其中 MCU控制噴油器噴射脈寬的大小及油泵的開啟 ;量杯用來測量 在不同脈寬下的噴油量。根據這個噴油量和噴射脈寬的關系,測出噴油器的燃油噴射特性。
     
      2.1  MCU電控單元
     
      燃油噴射特性測試系統 電控單元 (MCU)采用 ATMEGAL16單片機 ,通過其 內部軟件編程產生頻率 一定 ,脈寬變化的 PWM,通過噴油器的驅動電路 ,驅動噴油器工作。噴油器在不 同脈寬時噴射 出相應的 噴油量 ,從而得出其燃油噴射特性。
     
      2.2 噴油器驅 動 電路
     
      圖 2為噴油器驅動電路。噴油器 的驅動 電壓為直流 12V,一端接蓄電池 +12V電極 ,另一端接晶體 管的集電極,二極管起限流保護作用。當 MCU給出低電平控制信號時,晶體管 Q1、Q2不導通,噴油 器不工作 ;當 MCU給出高電平控制信號時 ,晶體管 Q1,Q2導通 ,噴油器線圈閉路 ,噴油器開始工作。發 動機每個工作循環對應于噴油器開啟一次。
     
      3 控制程序設計
     
      控制程序流程如圖3:首先設置 PWM頻率及循環次數,PWM頻率跟發電機組的轉速有關,循環次 數初始設置為 1000次(該循環次數可以根據噴油油量的大小而改變);然后設置脈寬大小,確認設置的 脈寬輸出波形及顯示相應脈寬大??;開始正常的噴油,達到循環次數后停止;通過量杯刻度讀出這 1000 次累計噴油量大小 ,從而換算 出每次噴射的油量。
    噴油器噴射特性測試系統示意 圖
     
      4 實驗結果分析
     
      4.1 不同噴油器的噴射特性分析及選型 對 5個同型號的噴油器噴射特性進行了測量。噴油 器 1,2,3,4的結構均為四噴孔(噴孔孔徑不同),噴油器 5結構為單一噴孔。通過調節油軌上壓力調節器 ,設定噴 油器的進油壓力為 0.25MPa(即噴射壓力 ),所測得的每 個噴油器噴射特性如圖4所示。
     
      從圖 4中可 以看出,在相同的噴射脈寬下 ,噴油器 1 的噴油量為最大 ,其次是噴油器 2,3,4,噴油器 5的噴油量最??;噴油器 1,2,3的噴油量 比較接近。對于發動機的轉速為 3600r/min,每個工作循環的時間為 33ms,噴油器最長噴射時間一般約 占每個工作循環時間的一半 ,既 16.5ms,對應于各個噴油器的噴油量
     
      對 比表 l中各 種機型所 需要 的最 大油量 ,顯 然噴油器 1,2,3均可滿 足 188F,182F,177F,173F, 16817,152F這 6種發動機最大油量的要求,噴油器4可滿足 182F,177F,173F,16817,152F這5種發動機 最大油量的要求,噴油器5可滿足173F,168F,152F這3種發動機最大油量的要求。但對于 152F發動機 由于其所需燃油量只有 0.008 mL,是所有噴油器噴油特性的最小范圍,給燃油系統的燃油調節帶來 困 難,即這些噴油器均不適合匹配 152F發動機,需要另外選配其他型號的噴油器。 盡管噴油器 1,2,3,4,5均可滿足 173F,168F發動機最大油量 的要求 ,從圖 4可以看出 ,噴油器 4、5 的曲線斜率相比比較小,可以通過增加脈寬來滿足噴油量的需求。從燃油精確控制和調速的角度,噴油 器 4、5比噴油器 1,2,3更適合于 173F,168F發動機 ;同理 ,噴油器 5比噴油器 4更適合于 173F,168F發 動機。
     
      4.2 發動機轉速對噴射量的影響
     
      研究了噴射頻率的變化即發動機轉速變化時,噴油量的變化情況。圖5所示噴油器4在不同噴射脈 寬、相同噴射壓力下 ,其噴油量與轉速之間關系 ,試驗表明噴油量與轉速變化沒有關系。因此在發動機的 調速過程中,即使有轉速波動 ,也無須對噴油器的噴油量進行修正。
     
      4.3 驅動電壓對噴油量的影響
     
      噴油器的驅動電壓是由蓄電池來提供的,在實際使用中蓄電池的電壓會發生變化。本文作者在實驗 中發現該驅動電壓 的大小對噴油器噴油量有一定影響。噴油量隨著驅動電壓的降低而有所減少 ,如圖 6 所示。因此在發電機組實際工作時,MCU應監測蓄電池 電壓的高低 ,根據該 電壓的高低 ,MCU應對噴油 器的噴油量進行修正。
     
      5 結 論
     
     ?。?)電控噴射技術是小型風冷汽油發電機組滿足嚴格的排放法規 的有效手段。
     
     ?。?)通過對多種型號噴油器燃油噴射特性的研究 ,選取適合小型風冷汽油發電機組的噴油器。
     
     ?。?)噴油器的噴油量與噴油頻率 (發動機轉速)的變化沒有關系。噴油器噴油量與驅動電壓的大小 有關。在實際工作中,MCU應根據驅動電壓的高低,對噴油器的噴油量進行修正。



    參考文獻:上海師范大學學報(自然科學版) 第38卷第1期  《小型風冷汽油發電機組燃油噴射特性》