摩托车发动机燃烧性能研究

摩托车发动机燃烧性能研究

李上元

湛江德利车辆部件有限公司

摘要：对发动机进气道进行了优化，在对化油器进行适当调整的前提下，对气道优化后，最大功率和最大扭矩两种工况时，发动机缸内最高爆发压力增大，且出现时刻提前，最大压力升高率稍有增大，燃烧开始时刻提前，燃烧持续期变短；在外特性曲线上，发动机的功率、扭矩均有所提高，燃油消耗率降低；配合使用两级触媒和二次补气后，发动机有害物排放满足“国Ⅲ“排放法规。通过氧传感器传输给ECU空燃比的反馈信号，实现对喷油量的闭环控制，实现电子控制燃烧以提高发动机的性能。

关键词：发动机

引言

摩托车的动力来源于发动机气缸内燃油燃烧所放出的热能。而燃油燃烧放出热能为发动机提供动力的同时，其燃烧后产生的废气又会对大气造成污染。近年来由于石油价格的飞涨和尾气排放造成的环境污染，对发动机的燃烧技术提出了越来越高的要求。

一、优化进气道方式提高燃烧性能

进气道的进气性能，直接影响到气缸内的气体流量、涡流和湍流状况及速度分布等特性，而这些特性很明显地影响着发动机的燃烧过程，从而对发动机的经济性、动力性和排放性起着决定性的影响，是发动机设计的关键技术指标之一。

目前气道流量试验台比较权威的研究机构是Ri2cardo、AVL、FEV世界三大发动机设计公司和美国SouthWest研究院等。本文气道流量试验采用的是AVL气道流量试验台，其最大特点是对滚流测量采用激光多普勒（LDA）测速技术。该测量方法具有高精度、高重复性，对测量流场无任何干扰等特点。气道试验开发通常分为两个阶段，前期试验用气道模型采用芯盒模型，进行气道选型与优化，在气缸头设计完毕后再采用气缸头直接进行气道流量试验进行验证性试验。基于不同的假定条件，各大发动机设计公司都衍生出了各自气道性能评价体系，其流量系数及滚流比计算方法各不相同。

发动机进、排气系统的气体流动特性对发动机的动力性和经济性有重要的影响。进气道的结构复杂，其关键部位的尺寸对进气流动影响很大，因此找到这些关键部位并合理地修改其结构将是进气道改进工作的重点。对原进气道的改进方案包括以下几个方面：

1.1增大进气门的流通面积，以便增加进气道的流通能力，提高高转速下的充量系数，这是降低进气阻力、减少进气马赫数、提高发动机充量系数的最主要措施：

1.2优化进气道的形状，以消除流动分离现象，应尽可能保证气道形状渐缩，内壁面过渡圆滑、平稳，避免气流急转弯现象，在进气门头部以及气门座面处设计合理的形状，这些都对降低局部阻力、提高气门流通截面积的流量系数有十分显著的效果。

通过对进气道参数的优化设计，消除了原样机进气道流通截面积的突变，减少了流通阻力，提高了充量系数，优化了空燃比。试验结果表明优化进气道参数后，样机的动力性、经济性和排放性能等指标有了明显的改善。

1.3由于样机原进气道截面积有明显的突变，导致节流效应，增大了进气阻力；进气道优化后节流效应得到明显的改善。

1.4通过发动机外特性、排放性能的测试和充量系数的计算可以看出，进气道优化后发动机的进气能力明显提高，动力性、经济性和总的排放性能得到明显改善，这说明进气道的优化设计是成功的。

在优化设计后不仅能节省大量的人力、物力，而且能为气道设计与开发提供有利指导，降低研发成本，具有较大的可行性，同时在新产品设计、开发以及产品性能改进中可以节省时间、提高效率、大大加快新产品及产品性能改进开发的进程。

二、采用电子喷射技术提高燃烧性能

电子喷射技术是近几年才开始应用于摩托车上的，特别是在台湾地区。采用电子喷射技术提高燃烧性能，ECU通过从空气流量计，进气温度（或进气压力）传感器，节气门位置传感器得到的进气量信息初步确定对发动机的喷油量。通过氧传感器传输给ECU空燃比的反馈信号，实现对喷油量的闭环控制。当发动机在冷态或在高负荷下运转时，发动机ECU进行“开环”控制来供给浓的空气/燃油混合气，以确保发动机的性能。此外，当发动机在热态或在正常负荷状态下运转时，发动机ECU利用氧传感器信号控制空气/燃油混合气来进行“闭环”控制，以此获得理论的空气/燃油混合比。这个混合比通过三元催化净化器将提供最清洁的排放。

电控燃油供给系统由燃油箱、燃油泵、滤清器、回油管、分配油管、油压调节器、喷油器等组成。其作用是提供汽油喷射所需的压力燃油，并在电脑的控制下将燃油喷入进气歧管或直接喷入气缸内。优点：电子喷射发动机与化油器式发动机相比，突出的优点是能准确控制混合气的质量，保证气缸内的燃料燃烧完全，使废气排放物和燃油消耗都能够降得下来，同时它还提高了发动机的充气效率，增加了发动机的功率和扭矩。电子控制燃油喷射装置的缺点就是成本比化油器高一点，因此价格也就贵一些，故障率虽低，一旦坏了就难以修复（电脑件只能整件更换），但是与它的运行经济性和环保性相比，这些缺点就微不足道了。

三、燃烧室形状、化油器性能、点火系性能、进气效率等因素都直接影响发动机

综上所述，发动机的能量经过多方面的消耗和传动损失，剩下来驱动摩托车前进的动力是极其有限的。用户购买了某种型号的摩托车，其发动机结构和传动效率已经基本定型。为了充分利用发动机的有限能量，必须在使用过程中学会正确使用及适时保养。要注意以下要点：

1.正确启动。从发动机启动到润滑油在摩擦面间完全形成液体润滑油膜，需要经过一定的时间。在此期间，由于润滑面供油不足，磨损率很高。再加发动机由静止到运动状态，需要克服机件较大的扭力和阻力。因此，为使发动机顺利启动，应在不打开点火开关的情况下，预先踏动启动踏杆数次，以消除发动机运动部件的停滞阻力。如车辆只有电启动装置，可在发动机空档状态下，捏住离合器手柄，推行车辆数米，再行电启动。

2.合理选油。润滑油除起到润滑等作用外，还具有从摩托机件导出摩擦热的功能。单位时间内流过轴承等运动机件的润滑油量增多，导出的热量也相应增加。提高润滑油压力和采用低黏度润滑油可以增加润滑油在润滑系统内的循环量。

3.适时保养。摩托车在各种环境下运行，空气中的尘埃、灰土、细砂等异物免不了会被发动机吸入。若空滤器滤芯密封不良，必然会造成汽缸的磨粒磨损和污染机油。而机油滤芯可以将油中的固体颗粒与黏稠物积存在滤芯中，如滤芯堵塞未及时清理，则油不能通过滤芯，仍把脏物带回润滑点，促使发动机摩擦副零件的磨损加大。若摩托车长期在恶劣环境下行驶，需适当缩短维护、保养周期。除此之外，还应在保养期间，注意检查变速器是否存在异常磨损（尤其是踏板车的齿形皮带）现象。

4.适当调节。发动机在运转过程中，燃油燃烧后所发出的能量，有一部分用来克服机械磨损和热损失，来维持发动机的正常运行。因此，任何一处机械负荷的增加都会引起发动机摩擦阻力的增加。由于一部分摩托车用户为了追求发动机运转声音的轻快，在调整半自动张紧机构时（如CB125T跨式摩托车），往往都采用紧压正时链条的方法，这种错误的调整方法不仅使曲轴运转阻力增加，还会造成凸轮轴衬套变形，引起凸轮轴轴颈异常磨损，必须纠正。

5.注重装配。在机械制造中，曲轴箱体件的加工基准是两销一面，即以曲轴箱合箱面为加工平面，以箱体左右两侧的定位销孔定位，再来加工曲轴、变速器主轴、副轴、换挡鼓、拨叉轴、换档轴、启动机构轴等轴孔，这些轴孔之间的位置度公差仅有0.015mm左右。

6.下坡滑行。当摩托车在平坦或在下坡度较小的道路上行驶时，可利用加速时储存的动能使车辆滑行，此时惯性在发挥作用。同时注意加速终了时的车速不能超过经济车速上限的10％，滑行终了时的车速不低于经济车速下限的10％。这样反复变更车速，不但可以使摩托车的动能得到充分的发挥和利用，发动机各部分零件也经常处于“承载”和“卸载”的变化之中。零件不会过热，磨损也较小，无形中延长了机件的使用寿命，同时，燃油消耗也是最低的。

结束语：

本文综述了当前国内外为改善摩托车发动机燃烧性能而采取的技术方案，对优化进气道和采用空气节流方式的应用进行了探讨，并结合实际机型的改进和开发，在降低油耗的同时，增加了摩托车发动机的动力性、经济性，降低了排放性能。①过对进气道参数的优化设计，消除了原样机进气道流通截面积的突变，减少了流通阻力，提高了充量系数，优化了空燃比，有效提高了摩托车发动机的燃烧性能。②电子喷射技术有效地促进了燃料的混合，提高了混合效率，从而有效提高了摩托车发动机的燃烧性能。

参考文献：

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[2]吴正权．双火花塞新技术2015.12

[3]刘小强.小型内燃机燃烧测试平台的构建及应用2016.12

[4]王谦.汽油机数据采集及燃烧分析系统的开发2017.4