摩托車發動機燃燒性能研究

摘要：

對發動機進氣道進行了優化，在對化油器進行適當調整的前提下，對氣道優化后，最大功率和最大扭矩兩種工況時，發動機缸內最高爆發壓力增大，且出現時刻提前，最大壓力升高率稍有增大，燃燒開始時刻提前，燃燒持續期變短；在外特性曲線上，發動機的功率、扭矩均有所提高，燃油消耗率降低；配合使用兩級觸媒和二次補氣后，發動機有害物排放滿足“國Ⅲ“排放法規。通過氧傳感器傳輸給ECU空燃比的反饋信號，實現對噴油量的閉環控制，實現電子控制燃燒以提高發動機的性能。

引言

摩托車的動力來源于發動機氣缸內燃油燃燒所放出的熱能。而燃油燃燒放出熱能為發動機提供動力的同時，其燃燒后產生的廢氣又會對大氣造成污染。近年來由于石油價格的飛漲和尾氣排放造成的環境污染，對發動機的燃燒技術提出了越來越高的要求。

1.優化進氣道方式提高燃燒性能

進氣道的進氣性能，直接影響到氣缸內的氣體流量、渦流和湍流狀況及速度分布等特性，而這些特性很明顯地影響著發動機的燃燒過程，從而對發動機的經濟性、動力性和排放性起著決定性的影響，是發動機設計的關鍵技術指標之一。

目前氣道流量試驗臺比較權威的研究機構是Ri2cardo、AVL、FEV世界三大發動機設計公司和美國SouthWest研究院等。本文氣道流量試驗采用的是AVL氣道流量試驗臺，其最大特點是對滾流測量采用激光多普勒（LDA）測速技術。該測量方法具有高精度、高重復性，對測量流場無任何干擾等特點。氣道試驗開發通常分為兩個階段，前期試驗用氣道模型采用芯盒模型，進行氣道選型與優化，在氣缸頭設計完畢后再采用氣缸頭直接進行氣道流量試驗進行驗證性試驗。基于不同的假定條件，各大發動機設計公司都衍生出了各自氣道性能評價體系，其流量系數及滾流比計算方法各不相同。

發動機進、排氣系統的氣體流動特性對發動機的動力性和經濟性有重要的影響。進氣道的結構復雜，其關鍵部位的尺寸對進氣流動影響很大，因此找到這些關鍵部位并合理地修改其結構將是進氣道改進工作的重點。對原進氣道的改進方案包括以下幾個方面：

1.1增大進氣門的流通面積，以便增加進氣道的流通能力，提高高轉速下的充量系數，這是降低進氣阻力、減少進氣馬赫數、提高發動機充量系數的最主要措施：

1.2優化進氣道的形狀，以消除流動分離現象，應盡可能保證氣道形狀漸縮，內壁面過渡圓滑、平穩，避免氣流急轉彎現象，在進氣門頭部以及氣門座面處設計合理的形狀，這些都對降低局部阻力、提高氣門流通截面積的流量系數有十分顯著的效果。

通過對進氣道參數的優化設計，消除了原樣機進氣道流通截面積的突變，減少了流通阻力，提高了充量系數，優化了空燃比。試驗結果表明優化進氣道參數后，樣機的動力性、經濟性和排放性能等指標有了明顯的改善。

1.3由于樣機原進氣道截面積有明顯的突變，導致節流效應，增大了進氣阻力；進氣道優化后節流效應得到明顯的改善。

1.4通過發動機外特性、排放性能的測試和充量系數的計算可以看出，進氣道優化后發動機的進氣能力明顯提高，動力性、經濟性和總的排放性能得到明顯改善，這說明進氣道的優化設計是成功的。

在優化設計后不僅能節省大量的人力、物力，而且能為氣道設計與開發提供有利指導，降低研發成本，具有較大的可行性，同時在新產品設計、開發以及產品性能改進中可以節省時間、提高效率、大大加快新產品及產品性能改進開發的進程。

2.采用電子噴射技術提高燃燒性能

電子噴射技術是近幾年才開始應用于摩托車上的，特別是在臺灣地區。采用電子噴射技術提高燃燒性能，ECU通過從空氣流量計，進氣溫度（或進氣壓力）傳感器，節氣門位置傳感器得到的進氣量信息初步確定對發動機的噴油量。通過氧傳感器傳輸給ECU空燃比的反饋信號，實現對噴油量的閉環控制。當發動機在冷態或在高負荷下運轉時，發動機ECU進行“開環”控制來供給濃的空氣/燃油混合氣，以確保發動機的性能。此外，當發動機在熱態或在正常負荷狀態下運轉時，發動機ECU利用氧傳感器信號控制空氣/燃油混合氣來進行“閉環”控制，以此獲得理論的空氣/燃油混合比。這個混合比通過三元催化凈化器將提供最清潔的排放。

電控燃油供給系統由燃油箱、燃油泵、濾清器、回油管、分配油管、油壓調節器、噴油器等組成。其作用是提供汽油噴射所需的壓力燃油，并在電腦的控制下將燃油噴入進氣歧管或直接噴入氣缸內。優點：電子噴射發動機與化油器式發動機相比，突出的優點是能準確控制混合氣的質量，保證氣缸內的燃料燃燒完全，使廢氣排放物和燃油消耗都能夠降得下來，同時它還提高了發動機的充氣效率，增加了發動機的功率和扭矩。電子控制燃油噴射裝置的缺點就是成本比化油器高一點，因此價格也就貴一些，故障率雖低，一旦壞了就難以修復（電腦件只能整件更換），但是與它的運行經濟性和環保性相比，這些缺點就微不足道了。

3.小結

本文綜述了當前國內外為改善摩托車發動機燃燒性能而采取的技術方案，對優化進氣道和采用空氣節流方式的應用進行了探討，并結合實際機型的改進和開發，在降低油耗的同時，增加了摩托車發動機的動力性、經濟性，降低了排放性能。

3.1過對進氣道參數的優化設計，消除了原樣機進氣道流通截面積的突變，減少了流通阻力，提高了充量系數，優化了空燃比，有效提高了摩托車發動機的燃燒性能。

3.2電子噴射技術有效地促進了燃料的混合，提高了混合效率，從而有效提高了摩托車發動機的燃燒性能。