摩托車發動機VVT系統控制策略分析

鄭越洋

摘 要：結合當前中小排量摩托車發動機的特征，對摩托車發動機低負荷、中等負荷、低、高轉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。針對改型摩托車發動機開展的詳細研究結果表明，VVT系統能夠在不同工況下，進一步提升摩托車發動機動力性、排放性能以及經濟性。

關鍵詞：摩托車發動機 VVT系統 循環模擬 控制策略

1 引言

近年來，社會經濟快速發展的同時，城市化進程的步伐逐漸加快，生態環境問題日益突出，環境保護與可持續發展成為主流理念，備受人們的高度關注。人們對于摩托車發動機的整體要求也在不斷提高，摩托車發動機除了要具備良好的動力性之外，還應當滿足低油耗的要求，符合相關尾氣排放法規具體規定。隨著各項技術不斷的更新與發展，各種現代化技術手段層出不窮，可變配氣正時技術逐漸成為當前新型技術的主要發展方向。文章針對當前中小排量摩托車發動機的整體結構特征，構建了摩托車發動機VVT系統循環仿真模型，并對發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 摩托車發動機VVT系統概述

可變配氣相位機構根據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、可變凸輪相位角、可變凸輪型線配氣機構能夠讓氣門升程或者配氣相位發生改變時，對發動機性能有比較明顯的改善，如本田三段式VTEC系統以及三菱的MIVEC機構、菲亞特的三維凸輪機構等。在豐田公司VVT-i智能正時可變氣門控制系統功能原理基礎之上，針對本文涉及的摩托車發動機，進一步研發與探索出了可切換雙進氣正時參數VVT系統，也就是可變凸輪型線配氣機構。VVTL運行模式更多的是在EIVC與LIVC運行模式兩者基礎上進行有效結合構建的，通過對氣門開啟重疊角進行適當調節，合理控制缸內殘余廢氣量，從而達到提升汽油機實際運行穩定性的目的，同時也能夠有效提升其排放性能，對EVO、IVO、EVC、UVC等不同環節實際運行參數進行合理調節與控制的基礎上，針對發動機在不同工況條件環境下的具體要求，調整汽油機配氣正時和升程，從而達到改進與優化汽油發動機動力性能、排放性能的目的，同時也極大的提升了燃油的經濟性，降低能耗[1]。

3 摩托車發動機VVT系統控制策略

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

3.1 怠速低負荷工況

摩托車發動機在怠速低負荷工況條件下運行過程中，VVT系統要注重提升發動機的經濟性，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，提升與改善燃燒穩定性，并且減少泵氣損失，提升燃油的整體經濟性[2]。節氣門開度在30%條件下原發動機和VVT系統發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系統發動機全轉速范圍之內燃油消耗率和原發動機相比，明顯更優，主要是由于原發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生，使用VVT系統，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，并且減少缸內殘余廢氣量，減少泵氣損失，從而有效提升燃燒穩定性和燃油經濟性。

3.2 中負荷工況

中負荷工況條件下，VVT系統因結合實際情況，盡量加大氣門開啟重疊角，從而進一步提升其內部EGR率，以實現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濟性的目的。（1）加大氣門開啟重疊角，提升內部EGR率;中負荷條件下，受節氣門節流作用影響，進氣管內壓力比大氣壓低，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廢氣量，也就是殘余廢氣系數，廢氣進入到氣管當中，會增加混合氣體當中的燃氣比例，燃氣比例發生變化，或者增加時，可燃氣發熱量便會逐漸減少，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，逐步實現內部EGR。節氣門開度在50%條件下VVT系統發動機和原發動機缸內殘余廢氣系數進行對比，能夠得出，氣門開啟重疊角加大時，VVT系統發動機缸內殘余廢氣系數顯著高于原發動機，特別是中低轉速狀態下。節氣門開度在50%條件下VVT系統發動機和原發動機NOX比排放量進行對比能夠得出，中低轉速狀態下，EGR逐漸增加，NOX排放量正在迅速的下降，VVT系統發動機的實際性能要顯著優于原發動機性能，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，有效提升燃油經濟性;傳統的配氣機構當中，由于節氣門導致的節流損失，造成相對比較大的泵氣損失。但是使用VVT系統，發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動進氣門，從而有效減少節氣門導致引起的節流損失，減少泵氣損失，提升發動機效率。無節流作用狀況下，泵氣損失與節流作用相比較，減少了大約80%。同中負荷工況條件下VVT系統發動機比油耗進行對比能夠得出，因為泵氣損失明顯降低，VVT系統發動機在中低速狀態下，燃油經濟性顯著優于原發動機[3]。

3.3 低轉速高負荷

低轉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系統通常應及時關閉進氣門。原發動機和VVT系統發動機充氣效率進行對比，能夠得出，VVT系統發動機在中低轉速狀態下，充氣效率顯著高于原發動機，但進氣晚關角高速狀態時過小，所以高速狀態下充氣效率明顯低于原發動機，裝配可切換VVT機構的JH125摩托車發動機，并進行外特性測試，結果顯示：可切換VVT機構中低速工況環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 高轉速高負荷

高轉速高負荷工況狀態下，發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，增大進氣晚關角之后的VVT系統發動機和原發動機充氣效率進行對比，可得出，因為進氣晚關角的逐漸增大，高速狀態下能夠更加有效的充分利用進氣慣性，完成過后充氣，從而不斷提升發動機高速狀態下的充氣效率，中低速狀態下，進氣晚關角過大，進氣倒流會導致中低速充氣效率逐漸降低[5]。

4 結語

不同運轉工況條件下，為了保障VVT系統和發動機熱力循環進行有效匹配，從而不斷提升發動機的動力性、排放性能以及經濟性，是VVT技術實踐應用的關鍵性問題。通過建立嵌入VVT系統之后發動機循環仿真模型，并在此基礎之上，對發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動機研究結果可得出：VVT系統能夠在不同工況條件下，進一步提升發動機的動力性、排放性能以及經濟性，具有重要的應用價值。

參考文獻：

[1]蘇進輝，張力，蘇偉，等.摩托車發動機VVT系統參數的設計與優化[J].重慶大學學報（自然科學版），2019，28（4）：19-19.

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

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

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

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