125cc踏板摩托車發動機電噴系統應用及發動機的優化

摘 要：本項目研究首先根據摩托車自身的特點對其發動機電控系統的組成及技術特點進行了分析和研究，對進氣系統、供油系統進行了設計和選配；對采集發動機工況信號的傳感器進行了選配，研究了控制參數的匹配方法，通過試驗研究了控制參數對摩托車部分工況排放的影響；在臺架上進行了控制參數的優化匹配，對修正參數進行了標定，制取了實用的點火提前角和噴油脈寬MAP圖及暖機和缸體溫度修正曲線；對冷起動時的排放控制技術進行了試驗研究。在整個項目過程中，充分合理進行發動機機內結構系列優化開發工作，最大程度發揮了配裝電噴電控系統發動機的性能。

關鍵詞：電噴系統；發動機；摩托車；標定

引言

GY6-125cc化油器式發動機，是國內踏板式發動機的主導品，本研究通過可靠的閉環電噴系統加上發動機內部零部件設計優化的思路來達到該款發動機既滿足摩托車排放要求又滿足性能不低于原機型發動機的目的。當然，在制定排放控制方案時，在保證性能和噪音的前提下還對產品生命周期的全過程進行整體設計，從整個大系統角度考慮。

1 匹配標定進程

1.1 試驗系統設計

試驗原型化油器版本發動機技術參數見如表1所示。

1.2 電噴系統的匹配標定

1.2.1 基準MAP標定和設計改進

匹配標定中，只有把點火提前角和空燃比精確的控制在要求范圍內，才能使發動機動力性、經濟性及排放達到最優控制。基礎MAP數據可以借用類似機型的數據作為最初值或是通過標定軟件在發動機臺架試驗中獲得。此階段同時進行了電噴專用進氣管設計和電噴系統零部件的選型。噴油器的端部與進氣門頭部的距離經過試樣試驗調整了數次最終確定95～105mm距離為最佳噴射效果尺寸，根據噴油器標稱的錐角從結構設計上避免燃油直接噴射進氣管壁上造成“濕壁”，如圖1所示。為了解決缸頭溫度高、性能偏低的問題，對發動機進行改進：提高壓縮比、改變燃燒室形狀、增加氣缸頭高度，另外，對活塞、活塞環進行輕量化設計，見圖2。

1.2.2 基本MAP標定、修正參數標定、特殊工況的參數修正。

（1）噴油MAP的標定

在匹配標定時，使用過量空氣測試儀進行檢測，利用可控制發動機運行狀態的試驗臺架，在三維圖的每一個工況節點上，調節噴油量，控制過量空氣系數保持在1附近，并綜合考慮動力性能和經濟性能，選取工況節點上對應功率、經濟和排放均優的點，即為該工況節點下的基本噴油量。

（2）點火提前角MAP的標定[1]

對于發動機每一特定工況節點來說，都存在一最佳點火提前角，這時發動機的功率最大，燃油消耗率最低，同時發動機不發生爆震。在臺架試驗中，保持節氣門開度，轉速以及混合氣濃度一定，記錄功率、扭矩、燃油消耗率及排放特性隨點火提前角的變化，得出該發動機各工況點下的點火提前角的基本數據。

優化后的噴油脈寬脈譜圖和點火提前角脈譜圖分別見圖3和圖4。由圖可見兩脈譜圖均為復雜的三維曲面，表現了噴油量和點火提前角與發動機轉速和負荷之間復雜的關系[2]。

（3）修正參數的標定匹配[3]

a.發動機啟動工況的參數標定。影響電噴摩托車啟動的主要因數包括：環境及發動機溫度，蓄電池電壓。其中，缸體溫度反映了發動機缸內蒸發到空氣中的燃油量，從而影響混合氣的局部空燃比；蓄電池電壓影響噴油量的燃油特性，特別是會影響到點火能量。啟動階段基本點火提前角通常設置為一個常量值。b.電池電壓修正。電噴系統中的噴油量對于電池電壓比較敏感。為了消除電池電壓變化對噴油量的影響，常采用改變通電時間的方法予以修正，即電壓低時適當延長噴油時間，電壓高時適當縮短噴油時間，電池充滿電時修正系數是1，隨著電池電壓的下降，修正系數線性增加，電池電壓過低時，修正系數大于1。c.暖機、怠速過程的參數標定[4]。發動機處于怠速工況時，需同時對噴油量和點火提前角進行調整。怠速修正是在怠速工況下根據轉速波動對點火提前角進行修正。當發動機處于怠速工況時，轉速需穩定在目標轉速附近，ECU不斷計算發動機的平均轉速，并以目標轉速和平均轉速的差值做為校正的依據。當轉速超過目標轉速時，減小點火提前角，反之，則應增大點火提前角。d.過渡工況的參數標定[5][6]。過渡工況主要是指節氣門位置的變化引起發動機轉速和負荷的變化過程。

摩托車行駛時，經常處于加、減速工況。因為反饋控制需要一定的調整時間，加、減速過渡工況采用反饋控制策略無法滿足過渡工況對控制響應速度的要求，必然造成較大的空燃比偏差。因此，在過渡工況下，一般都采用開環控制策略。減速過程的處理一般分成減速斷油和減速斷油后重新噴油兩個過程。

減速斷油主要是考慮降低減速時的燃油消耗和排放，再重新噴射的目的是改善駕駛性。

（4）排放標定[7]

為了降低排放，獲得高的催化轉化效率，過量空氣系數的變化必須精確控制在1附近，所以大部分工況應采用過量空氣系數閉環控制。因此對氧傳感器的安裝位置以及起燃時間都有一定的要求。氧傳感器位置的選擇要考慮其工作環境溫度的影響，氧傳感器只有在一定的溫度下，才能正常工作。一般利用尾氣對氧傳感器進行加熱。在怠速情況下，排氣溫度較低，達不到氧傳感器的起燃溫度，使用加熱型氧傳感器，達到快速起燃的目的。

在試驗中，起先使用了非加熱型氧傳感器進行試驗，發現發動機冷機啟動時氧傳感器開始正常工作時間過長（開環狀態），后來改為加熱型氧傳感器，同時在兼顧與車架沒有干涉的前提下將氧傳感器、三元催化劑的安裝位置進行了合理的調整。

2 樣機驗證

對電噴發動機樣機進行了200小時臺架耐久試驗，試驗過程和結果正常。同時安排了2萬公里整車道路試驗，試驗期間每隔2000公里測試整車性能、工況排放，測試數據顯示整車性能參數基本沒有降低，尾氣排放值變化幅度在合適范圍內（排放值低于國三排放標準要求）。這期間，在道路試驗12000公里時出現怠速不穩的質量問題，經過分析和對比試驗，此系怠速工況時空氣流量不夠導致點火提前角過大，通過標定軟件對節氣門體風門進行了增加Φ2.3孔的結構改進（見圖5），同時對暖機、怠速及過渡工況的參數進行了重新修正解決了此質量問題。

委托南昌國家摩檢所完成發動機臺架性能試驗和整車（SG125T-3A）國三工況法排放檢測。

3 結束語

（1）該電噴系統匹配研究采用機內凈化和閉環電噴系統控制相結合，達到發動機性能和排放要求，為小排量發動機由化油器式結構改為電噴結構提供了范例。（2）通過該項目研究，增強了自主開發和創新能力，逐漸了解小排量踏板發動機電噴系統的匹配應用過程及注意事項，活塞組輕量化設計可以拓展到其它型號發動機零部件上，為新品開發和老產品提升注入新的思路。

參考文獻

[1]毛華永，張海慶.摩托車汽油機點火提前角的影響因素及確定[J].山東內燃機.2001年第3期（總第69期）

[2]劉利，卓斌.電控汽油發動機的匹配標定試驗研究[J].上海汽車，1999，8：1-6.

[3]張翠平，楊慶佛.電控汽油機燃油噴射匹配的試驗研究[J].農業機械學報，2004，2（35）：25-28.

[4]張鋒.基于QM152摩托車發動機的電控噴射技術研究.浙江大學.2004.2.

[5]胡春明，謝輝等.摩托車電噴系統的匹配技術及其開發系統的研究[J].小型內燃機與摩托車.2002，2：21-24.

[6]朱航，王紹光.電控汽油機進氣管道油膜特性參數的標定.汽車工程.2004年（第26卷）第2期.

[7]Petit A.， Jeffrey J. G. Palmer F. H. European Program on Emission， Fuels and Engine Technologies-Emission from Gasoline Sulfur Study. SAE 961071.

作者簡介：徐勇躍（1972，5-），男，籍貫：安徽省合肥市，現職稱：工程師，學歷：大學本科，研究方向：摩托車發動機設計和檢測。