摩托车发动机VVT系统控制策略分析

郑越洋

摘 要：结合当前中小排量摩托车发动机的特征，对摩托车发动机低负荷、中等负荷、低、高转速高负荷等多种不同工况条件因素下VVTL运行模式具体控制策略进行了分析与探讨。针对改型摩托车发动机开展的详细研究结果表明，VVT系统能够在不同工况下，进一步提升摩托车发动机动力性、排放性能以及经济性。

关键词：摩托车发动机 VVT系统 循环模拟 控制策略

1 引言

近年来，社会经济快速发展的同时，城市化进程的步伐逐渐加快，生态环境问题日益突出，环境保护与可持续发展成为主流理念，备受人们的高度关注。人们对于摩托车发动机的整体要求也在不断提高，摩托车发动机除了要具备良好的动力性之外，还应当满足低油耗的要求，符合相关尾气排放法规具体规定。随着各项技术不断的更新与发展，各种现代化技术手段层出不穷，可变配气正时技术逐渐成为当前新型技术的主要发展方向。文章针对当前中小排量摩托车发动机的整体结构特征，构建了摩托车发动机VVT系统循环仿真模型，并对发动机在各种不同工况条件下VVTL运行模式的具体控制策略进行了深入的分析与探究。

2 摩托车发动机VVT系统概述

可变配气相位机构根据其工作原理主要可分为：可变凸轮型线与全可变配气相位机构、可变凸轮相位角、可变凸轮型线配气机构能够让气门升程或者配气相位发生改变时，对发动机性能有比较明显的改善，如本田三段式VTEC系统以及三菱的MIVEC机构、菲亚特的三维凸轮机构等。在丰田公司VVT-i智能正时可变气门控制系统功能原理基础之上，针对本文涉及的摩托车发动机，进一步研发与探索出了可切换双进气正时参数VVT系统，也就是可变凸轮型线配气机构。VVTL运行模式更多的是在EIVC与LIVC运行模式两者基础上进行有效结合构建的，通过对气门开启重叠角进行适当调节，合理控制缸内残余废气量，从而达到提升汽油机实际运行稳定性的目的，同时也能够有效提升其排放性能，对EVO、IVO、EVC、UVC等不同环节实际运行参数进行合理调节与控制的基础上，针对发动机在不同工况条件环境下的具体要求，调整汽油机配气正时和升程，从而达到改进与优化汽油发动机动力性能、排放性能的目的，同时也极大的提升了燃油的经济性，降低能耗[1]。

3 摩托车发动机VVT系统控制策略

不同运转工况条件下，要使得VVT系统与发动机热力循环有效匹配，从而不断提升发动机的动力性、排放性能以及经济性，这是VVT技术与摩托车发动机有效融合的关键和目的，同时也会涉及气门参数在不同工况条件的控制策略问题。

3.1 怠速低负荷工况

摩托车发动机在怠速低负荷工况条件下运行过程中，VVT系统要注重提升发动机的经济性，并对其进行严格控制，尽可能减小气门开启重叠角，达到抑制排气往气道倒流的情况，提升与改善燃烧稳定性，并且减少泵气损失，提升燃油的整体经济性[2]。节气门开度在30%条件下原发动机和VVT系统发动机与油耗对比如下图，图中显示，减小气门开启重叠角与升程之后VVT系统发动机全转速范围之内燃油消耗率和原发动机相比，明显更优，主要是由于原发动机气门重叠角与气门升程比较大，同时也有着相对严重的废气倒流产生，使用VVT系统，可减少气门重叠角与降低气门升程，这样能够避免废气倒流，并且减少缸内残余废气量，减少泵气损失，从而有效提升燃烧稳定性和燃油经济性。

3.2 中负荷工况

中负荷工况条件下，VVT系统因结合实际情况，尽量加大气门开启重叠角，从而进一步提升其内部EGR率，以实现降低排放的要求和目的，减少泵气损失以及降低升程，从而达到提升燃油经济性的目的。（1）加大气门开启重叠角，提升内部EGR率;中负荷条件下，受节气门节流作用影响，进气管内压力比大气压低，所以，叠开角增大情况下，高温废气便会逐渐倒流进气缸以及进气管，这样便能够有效增大缸内废气量，也就是残余废气系数，废气进入到气管当中，会增加混合气体当中的燃气比例，燃气比例发生变化，或者增加时，可燃气发热量便会逐渐减少，并且增加混合气热容，最高燃烧温度逐渐下降，使得NOX排放也逐漸下降，逐步实现内部EGR。节气门开度在50%条件下VVT系统发动机和原发动机缸内残余废气系数进行对比，能够得出，气门开启重叠角加大时，VVT系统发动机缸内残余废气系数显著高于原发动机，特别是中低转速状态下。节气门开度在50%条件下VVT系统发动机和原发动机NOX比排放量进行对比能够得出，中低转速状态下，EGR逐渐增加，NOX排放量正在迅速的下降，VVT系统发动机的实际性能要显著优于原发动机性能，能够有效降低NOX排放量大约30%左右。（2）合理控制气门升程，减少泵气损失，有效提升燃油经济性;传统的配气机构当中，由于节气门导致的节流损失，造成相对比较大的泵气损失。但是使用VVT系统，发动机在中负荷工况条件下，可采用低速凸轮替代高速凸轮驱动进气门，从而有效减少节气门导致引起的节流损失，减少泵气损失，提升发动机效率。无节流作用状况下，泵气损失与节流作用相比较，减少了大约80%。同中负荷工况条件下VVT系统发动机比油耗进行对比能够得出，因为泵气损失明显降低，VVT系统发动机在中低速状态下，燃油经济性显著优于原发动机[3]。

3.3 低转速高负荷

低转速高负荷工况条件下，为了尽可能的符合动力性能要求，就必须要不断提升充气效率，因此，应当逐步加大气门升程，提升流通面积，从而有效降低气体在流经气门截面过程中的实际流速，减少局部流动阻力，提升充气效率，为了有效抑制进气倒流的情况，VVT系统通常应及时关闭进气门。原发动机和VVT系统发动机充气效率进行对比，能够得出，VVT系统发动机在中低转速状态下，充气效率显著高于原发动机，但进气晚关角高速状态时过小，所以高速状态下充气效率明显低于原发动机，装配可切换VVT机构的JH125摩托车发动机，并进行外特性测试，结果显示：可切换VVT机构中低速工况环境下输出扭矩大约提升了8%，功率提升了3%，比油耗降低6%左右[4]。

3.4 高转速高负荷

高转速高负荷工况状态下，发动机的气门升程与进气门迟闭角最大，同时流动阻力也最大程度的减少，可通过过后充气，逐步提升充气效率，从而有效满足动力性要求，增大进气晚关角之后的VVT系统发动机和原发动机充气效率进行对比，可得出，因为进气晚关角的逐渐增大，高速状态下能够更加有效的充分利用进气惯性，完成过后充气，从而不断提升发动机高速状态下的充气效率，中低速状态下，进气晚关角过大，进气倒流会导致中低速充气效率逐渐降低[5]。

4 结语

不同运转工况条件下，为了保障VVT系统和发动机热力循环进行有效匹配，从而不断提升发动机的动力性、排放性能以及经济性，是VVT技术实践应用的关键性问题。通过建立嵌入VVT系统之后发动机循环仿真模型，并在此基础之上，对发动机不同工况条件下VVTL运行模式具体控制策略进行深入的分析与探讨，并针对改型摩托车发动机研究结果可得出：VVT系统能够在不同工况条件下，进一步提升发动机的动力性、排放性能以及经济性，具有重要的应用价值。

参考文献：

[1]苏进辉，张力，苏伟，等.摩托车发动机VVT系统参数的设计与优化[J].重庆大学学报（自然科学版），2019，28（4）：19-19.

[2]钟凯弦，熊锐，吴坚，等.车用发动机VVT系统双积分自调节PID控制的研究[J]. 小型内燃机与摩托车，2019，01（1）：9-9.

[3]申允德，钱金贵，王磊，等.摩托车发动机空燃比控制策略研究与仿真[J].小型内燃机与摩托车，2019，044（005）：12-16.

[4]付吉平，张振东，尹丛勃，等.摩托车发动机电控喷油和电子点火控制系统研究[J].小型内燃机与摩托车，2019（03）：93-97.

[5]刘娜，胡春明.摩托车电控汽油喷射系统控制策略的研究[J].小型内燃机与车辆技术，2019，33（5）：32-35.