鄭越洋

摘 要：結(jié)合當(dāng)前中小排量摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的特征，對(duì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷、中等負(fù)荷、低、高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷等多種不同工況條件因素下VVTL運(yùn)行模式具體控制策略進(jìn)行了分析與探討。針對(duì)改型摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)展的詳細(xì)研究結(jié)果表明，VVT系統(tǒng)能夠在不同工況下，進(jìn)一步提升摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、排放性能以及經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：摩托車發(fā)動(dòng)機(jī) VVT系統(tǒng) 循環(huán)模擬 控制策略

1 引言

近年來(lái)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城市化進(jìn)程的步伐逐漸加快，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益突出，環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展成為主流理念，備受人們的高度關(guān)注。人們對(duì)于摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的整體要求也在不斷提高，摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)除了要具備良好的動(dòng)力性之外，還應(yīng)當(dāng)滿足低油耗的要求，符合相關(guān)尾氣排放法規(guī)具體規(guī)定。隨著各項(xiàng)技術(shù)不斷的更新與發(fā)展，各種現(xiàn)代化技術(shù)手段層出不窮，可變配氣正時(shí)技術(shù)逐漸成為當(dāng)前新型技術(shù)的主要發(fā)展方向。文章針對(duì)當(dāng)前中小排量摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的整體結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)VVT系統(tǒng)循環(huán)仿真模型，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在各種不同工況條件下VVTL運(yùn)行模式的具體控制策略進(jìn)行了深入的分析與探究。

2 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)VVT系統(tǒng)概述

可變配氣相位機(jī)構(gòu)根據(jù)其工作原理主要可分為：可變凸輪型線與全可變配氣相位機(jī)構(gòu)、可變凸輪相位角、可變凸輪型線配氣機(jī)構(gòu)能夠讓氣門升程或者配氣相位發(fā)生改變時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能有比較明顯的改善，如本田三段式VTEC系統(tǒng)以及三菱的MIVEC機(jī)構(gòu)、菲亞特的三維凸輪機(jī)構(gòu)等。在豐田公司VVT-i智能正時(shí)可變氣門控制系統(tǒng)功能原理基礎(chǔ)之上，針對(duì)本文涉及的摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)一步研發(fā)與探索出了可切換雙進(jìn)氣正時(shí)參數(shù)VVT系統(tǒng)，也就是可變凸輪型線配氣機(jī)構(gòu)。VVTL運(yùn)行模式更多的是在EIVC與LIVC運(yùn)行模式兩者基礎(chǔ)上進(jìn)行有效結(jié)合構(gòu)建的，通過(guò)對(duì)氣門開(kāi)啟重疊角進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，合理控制缸內(nèi)殘余廢氣量，從而達(dá)到提升汽油機(jī)實(shí)際運(yùn)行穩(wěn)定性的目的，同時(shí)也能夠有效提升其排放性能，對(duì)EVO、IVO、EVC、UVC等不同環(huán)節(jié)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)節(jié)與控制的基礎(chǔ)上，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況條件環(huán)境下的具體要求，調(diào)整汽油機(jī)配氣正時(shí)和升程，從而達(dá)到改進(jìn)與優(yōu)化汽油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能、排放性能的目的，同時(shí)也極大的提升了燃油的經(jīng)濟(jì)性，降低能耗[1]。

3 摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)VVT系統(tǒng)控制策略

不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況條件下，要使得VVT系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)有效匹配，從而不斷提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排放性能以及經(jīng)濟(jì)性，這是VVT技術(shù)與摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)有效融合的關(guān)鍵和目的，同時(shí)也會(huì)涉及氣門參數(shù)在不同工況條件的控制策略問(wèn)題。

3.1 怠速低負(fù)荷工況

摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速低負(fù)荷工況條件下運(yùn)行過(guò)程中，VVT系統(tǒng)要注重提升發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，并對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能減小氣門開(kāi)啟重疊角，達(dá)到抑制排氣往氣道倒流的情況，提升與改善燃燒穩(wěn)定性，并且減少泵氣損失，提升燃油的整體經(jīng)濟(jì)性[2]。節(jié)氣門開(kāi)度在30%條件下原發(fā)動(dòng)機(jī)和VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)與油耗對(duì)比如下圖，圖中顯示，減小氣門開(kāi)啟重疊角與升程之后VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)全轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)燃油消耗率和原發(fā)動(dòng)機(jī)相比，明顯更優(yōu)，主要是由于原發(fā)動(dòng)機(jī)氣門重疊角與氣門升程比較大，同時(shí)也有著相對(duì)嚴(yán)重的廢氣倒流產(chǎn)生，使用VVT系統(tǒng)，可減少氣門重疊角與降低氣門升程，這樣能夠避免廢氣倒流，并且減少缸內(nèi)殘余廢氣量，減少泵氣損失，從而有效提升燃燒穩(wěn)定性和燃油經(jīng)濟(jì)性。

3.2 中負(fù)荷工況

中負(fù)荷工況條件下，VVT系統(tǒng)因結(jié)合實(shí)際情況，盡量加大氣門開(kāi)啟重疊角，從而進(jìn)一步提升其內(nèi)部EGR率，以實(shí)現(xiàn)降低排放的要求和目的，減少泵氣損失以及降低升程，從而達(dá)到提升燃油經(jīng)濟(jì)性的目的。（1）加大氣門開(kāi)啟重疊角，提升內(nèi)部EGR率;中負(fù)荷條件下，受節(jié)氣門節(jié)流作用影響，進(jìn)氣管內(nèi)壓力比大氣壓低，所以，疊開(kāi)角增大情況下，高溫廢氣便會(huì)逐漸倒流進(jìn)氣缸以及進(jìn)氣管，這樣便能夠有效增大缸內(nèi)廢氣量，也就是殘余廢氣系數(shù)，廢氣進(jìn)入到氣管當(dāng)中，會(huì)增加混合氣體當(dāng)中的燃?xì)獗壤?，燃?xì)獗壤l(fā)生變化，或者增加時(shí)，可燃?xì)獍l(fā)熱量便會(huì)逐漸減少，并且增加混合氣熱容，最高燃燒溫度逐漸下降，使得NOX排放也逐漸下降，逐步實(shí)現(xiàn)內(nèi)部EGR。節(jié)氣門開(kāi)度在50%條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和原發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)進(jìn)行對(duì)比，能夠得出，氣門開(kāi)啟重疊角加大時(shí)，VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)顯著高于原發(fā)動(dòng)機(jī)，特別是中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下。節(jié)氣門開(kāi)度在50%條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和原發(fā)動(dòng)機(jī)NOX比排放量進(jìn)行對(duì)比能夠得出，中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，EGR逐漸增加，NOX排放量正在迅速的下降，VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能要顯著優(yōu)于原發(fā)動(dòng)機(jī)性能，能夠有效降低NOX排放量大約30%左右。（2）合理控制氣門升程，減少泵氣損失，有效提升燃油經(jīng)濟(jì)性;傳統(tǒng)的配氣機(jī)構(gòu)當(dāng)中，由于節(jié)氣門導(dǎo)致的節(jié)流損失，造成相對(duì)比較大的泵氣損失。但是使用VVT系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)在中負(fù)荷工況條件下，可采用低速凸輪替代高速凸輪驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門，從而有效減少節(jié)氣門導(dǎo)致引起的節(jié)流損失，減少泵氣損失，提升發(fā)動(dòng)機(jī)效率。無(wú)節(jié)流作用狀況下，泵氣損失與節(jié)流作用相比較，減少了大約80%。同中負(fù)荷工況條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗進(jìn)行對(duì)比能夠得出，因?yàn)楸脷鈸p失明顯降低，VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中低速狀態(tài)下，燃油經(jīng)濟(jì)性顯著優(yōu)于原發(fā)動(dòng)機(jī)[3]。

3.3 低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷

低轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況條件下，為了盡可能的符合動(dòng)力性能要求，就必須要不斷提升充氣效率，因此，應(yīng)當(dāng)逐步加大氣門升程，提升流通面積，從而有效降低氣體在流經(jīng)氣門截面過(guò)程中的實(shí)際流速，減少局部流動(dòng)阻力，提升充氣效率，為了有效抑制進(jìn)氣倒流的情況，VVT系統(tǒng)通常應(yīng)及時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣門。原發(fā)動(dòng)機(jī)和VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率進(jìn)行對(duì)比，能夠得出，VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)在中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，充氣效率顯著高于原發(fā)動(dòng)機(jī)，但進(jìn)氣晚關(guān)角高速狀態(tài)時(shí)過(guò)小，所以高速狀態(tài)下充氣效率明顯低于原發(fā)動(dòng)機(jī)，裝配可切換VVT機(jī)構(gòu)的JH125摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行外特性測(cè)試，結(jié)果顯示：可切換VVT機(jī)構(gòu)中低速工況環(huán)境下輸出扭矩大約提升了8%，功率提升了3%，比油耗降低6%左右[4]。

3.4 高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷

高轉(zhuǎn)速高負(fù)荷工況狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門升程與進(jìn)氣門遲閉角最大，同時(shí)流動(dòng)阻力也最大程度的減少，可通過(guò)過(guò)后充氣，逐步提升充氣效率，從而有效滿足動(dòng)力性要求，增大進(jìn)氣晚關(guān)角之后的VVT系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)和原發(fā)動(dòng)機(jī)充氣效率進(jìn)行對(duì)比，可得出，因?yàn)檫M(jìn)氣晚關(guān)角的逐漸增大，高速狀態(tài)下能夠更加有效的充分利用進(jìn)氣慣性，完成過(guò)后充氣，從而不斷提升發(fā)動(dòng)機(jī)高速狀態(tài)下的充氣效率，中低速狀態(tài)下，進(jìn)氣晚關(guān)角過(guò)大，進(jìn)氣倒流會(huì)導(dǎo)致中低速充氣效率逐漸降低[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

不同運(yùn)轉(zhuǎn)工況條件下，為了保障VVT系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)熱力循環(huán)進(jìn)行有效匹配，從而不斷提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排放性能以及經(jīng)濟(jì)性，是VVT技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)鍵性問(wèn)題。通過(guò)建立嵌入VVT系統(tǒng)之后發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)仿真模型，并在此基礎(chǔ)之上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況條件下VVTL運(yùn)行模式具體控制策略進(jìn)行深入的分析與探討，并針對(duì)改型摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)研究結(jié)果可得出：VVT系統(tǒng)能夠在不同工況條件下，進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、排放性能以及經(jīng)濟(jì)性，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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