摩托車發(fā)動機VVT系統(tǒng)控制策略分析

鄭越洋

摘 要：結(jié)合當前中小排量摩托車發(fā)動機的特征，對摩托車發(fā)動機低負荷、中等負荷、低、高轉(zhuǎn)速高負荷等多種不同工況條件因素下VVTL運行模式具體控制策略進行了分析與探討。針對改型摩托車發(fā)動機開展的詳細研究結(jié)果表明，VVT系統(tǒng)能夠在不同工況下，進一步提升摩托車發(fā)動機動力性、排放性能以及經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：摩托車發(fā)動機 VVT系統(tǒng) 循環(huán)模擬 控制策略

1 引言

近年來，社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，城市化進程的步伐逐漸加快，生態(tài)環(huán)境問題日益突出，環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展成為主流理念，備受人們的高度關(guān)注。人們對于摩托車發(fā)動機的整體要求也在不斷提高，摩托車發(fā)動機除了要具備良好的動力性之外，還應(yīng)當滿足低油耗的要求，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，可變配氣正時技術(shù)逐漸成為當前新型技術(shù)的主要發(fā)展方向。文章針對當前中小排量摩托車發(fā)動機的整體結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建了摩托車發(fā)動機VVT系統(tǒng)循環(huán)仿真模型，并對發(fā)動機在各種不同工況條件下VVTL運行模式的具體控制策略進行了深入的分析與探究。

2 摩托車發(fā)動機VVT系統(tǒng)概述

可變配氣相位機構(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構(gòu)、可變凸輪相位角、可變凸輪型線配氣機構(gòu)能夠讓氣門升程或者配氣相位發(fā)生改變時，對發(fā)動機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機構(gòu)、菲亞特的三維凸輪機構(gòu)等。在豐田公司VVT-i智能正時可變氣門控制系統(tǒng)功能原理基礎(chǔ)之上，針對本文涉及的摩托車發(fā)動機，進一步研發(fā)與探索出了可切換雙進氣正時參數(shù)VVT系統(tǒng)，也就是可變凸輪型線配氣機構(gòu)。VVTL運行模式更多的是在EIVC與LIVC運行模式兩者基礎(chǔ)上進行有效結(jié)合構(gòu)建的，通過對氣門開啟重疊角進行適當調(diào)節(jié)，合理控制缸內(nèi)殘余廢氣量，從而達到提升汽油機實際運行穩(wěn)定性的目的，同時也能夠有效提升其排放性能，對EVO、IVO、EVC、UVC等不同環(huán)節(jié)實際運行參數(shù)進行合理調(diào)節(jié)與控制的基礎(chǔ)上，針對發(fā)動機在不同工況條件環(huán)境下的具體要求，調(diào)整汽油機配氣正時和升程，從而達到改進與優(yōu)化汽油發(fā)動機動力性能、排放性能的目的，同時也極大的提升了燃油的經(jīng)濟性，降低能耗[1]。

3 摩托車發(fā)動機VVT系統(tǒng)控制策略

不同運轉(zhuǎn)工況條件下，要使得VVT系統(tǒng)與發(fā)動機熱力循環(huán)有效匹配，從而不斷提升發(fā)動機的動力性、排放性能以及經(jīng)濟性，這是VVT技術(shù)與摩托車發(fā)動機有效融合的關(guān)鍵和目的，同時也會涉及氣門參數(shù)在不同工況條件的控制策略問題。

3.1 怠速低負荷工況

摩托車發(fā)動機在怠速低負荷工況條件下運行過程中，VVT系統(tǒng)要注重提升發(fā)動機的經(jīng)濟性，并對其進行嚴格控制，盡可能減小氣門開啟重疊角，達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)濟性[2]。節(jié)氣門開度在30%條件下原發(fā)動機和VVT系統(tǒng)發(fā)動機與油耗對比如下圖，圖中顯示，減小氣門開啟重疊角與升程之后VVT系統(tǒng)發(fā)動機全轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)燃油消耗率和原發(fā)動機相比，明顯更優(yōu)，主要是由于原發(fā)動機氣門重疊角與氣門升程比較大，同時也有著相對嚴重的廢氣倒流產(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)濟性。

3.2 中負荷工況

中負荷工況條件下，VVT系統(tǒng)因結(jié)合實際情況，盡量加大氣門開啟重疊角，從而進一步提升其內(nèi)部EGR率，以實現(xiàn)降低排放的要求和目的，減少泵氣損失以及降低升程，從而達到提升燃油經(jīng)濟性的目的。（1）加大氣門開啟重疊角，提升內(nèi)部EGR率;中負荷條件下，受節(jié)氣門節(jié)流作用影響，進氣管內(nèi)壓力比大氣壓低，所以，疊開角增大情況下，高溫廢氣便會逐漸倒流進氣缸以及進氣管，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)，廢氣進入到氣管當中，會增加混合氣體當中的燃氣比例，燃氣比例發(fā)生變化，或者增加時，可燃氣發(fā)熱量便會逐漸減少，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，逐步實現(xiàn)內(nèi)部EGR。節(jié)氣門開度在50%條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動機和原發(fā)動機缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)進行對比，能夠得出，氣門開啟重疊角加大時，VVT系統(tǒng)發(fā)動機缸內(nèi)殘余廢氣系數(shù)顯著高于原發(fā)動機，特別是中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下。節(jié)氣門開度在50%條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動機和原發(fā)動機NOX比排放量進行對比能夠得出，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)動機的實際性能要顯著優(yōu)于原發(fā)動機性能，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)濟性;傳統(tǒng)的配氣機構(gòu)當中，由于節(jié)氣門導(dǎo)致的節(jié)流損失，造成相對比較大的泵氣損失。但是使用VVT系統(tǒng)，發(fā)動機在中負荷工況條件下，可采用低速凸輪替代高速凸輪驅(qū)動進氣門，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)動機效率。無節(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%。同中負荷工況條件下VVT系統(tǒng)發(fā)動機比油耗進行對比能夠得出，因為泵氣損失明顯降低，VVT系統(tǒng)發(fā)動機在中低速狀態(tài)下，燃油經(jīng)濟性顯著優(yōu)于原發(fā)動機[3]。

3.3 低轉(zhuǎn)速高負荷

低轉(zhuǎn)速高負荷工況條件下，為了盡可能的符合動力性能要求，就必須要不斷提升充氣效率，因此，應(yīng)當逐步加大氣門升程，提升流通面積，從而有效降低氣體在流經(jīng)氣門截面過程中的實際流速，減少局部流動阻力，提升充氣效率，為了有效抑制進氣倒流的情況，VVT系統(tǒng)通常應(yīng)及時關(guān)閉進氣門。原發(fā)動機和VVT系統(tǒng)發(fā)動機充氣效率進行對比，能夠得出，VVT系統(tǒng)發(fā)動機在中低轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，充氣效率顯著高于原發(fā)動機，但進氣晚關(guān)角高速狀態(tài)時過小，所以高速狀態(tài)下充氣效率明顯低于原發(fā)動機，裝配可切換VVT機構(gòu)的JH125摩托車發(fā)動機，并進行外特性測試，結(jié)果顯示：可切換VVT機構(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)速高負荷

高轉(zhuǎn)速高負荷工況狀態(tài)下，發(fā)動機的氣門升程與進氣門遲閉角最大，同時流動阻力也最大程度的減少，可通過過后充氣，逐步提升充氣效率，從而有效滿足動力性要求，增大進氣晚關(guān)角之后的VVT系統(tǒng)發(fā)動機和原發(fā)動機充氣效率進行對比，可得出，因為進氣晚關(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氣慣性，完成過后充氣，從而不斷提升發(fā)動機高速狀態(tài)下的充氣效率，中低速狀態(tài)下，進氣晚關(guān)角過大，進氣倒流會導(dǎo)致中低速充氣效率逐漸降低[5]。

4 結(jié)語

不同運轉(zhuǎn)工況條件下，為了保障VVT系統(tǒng)和發(fā)動機熱力循環(huán)進行有效匹配，從而不斷提升發(fā)動機的動力性、排放性能以及經(jīng)濟性，是VVT技術(shù)實踐應(yīng)用的關(guān)鍵性問題。通過建立嵌入VVT系統(tǒng)之后發(fā)動機循環(huán)仿真模型，并在此基礎(chǔ)之上，對發(fā)動機不同工況條件下VVTL運行模式具體控制策略進行深入的分析與探討，并針對改型摩托車發(fā)動機研究結(jié)果可得出：VVT系統(tǒng)能夠在不同工況條件下，進一步提升發(fā)動機的動力性、排放性能以及經(jīng)濟性，具有重要的應(yīng)用價值。

參考文獻：

[1]蘇進輝，張力，蘇偉，等.摩托車發(fā)動機VVT系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計與優(yōu)化[J].重慶大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2019，28（4）：19-19.

[2]鐘凱弦，熊銳，吳堅，等.車用發(fā)動機VVT系統(tǒng)雙積分自調(diào)節(jié)PID控制的研究[J]. 小型內(nèi)燃機與摩托車，2019，01（1）：9-9.

[3]申允德，錢金貴，王磊，等.摩托車發(fā)動機空燃比控制策略研究與仿真[J].小型內(nèi)燃機與摩托車，2019，044（005）：12-16.

[4]付吉平，張振東，尹叢勃，等.摩托車發(fā)動機電控噴油和電子點火控制系統(tǒng)研究[J].小型內(nèi)燃機與摩托車，2019（03）：93-97.

[5]劉娜，胡春明.摩托車電控汽油噴射系統(tǒng)控制策略的研究[J].小型內(nèi)燃機與車輛技術(shù)，2019，33（5）：32-35.