華國(guó)勝，何 博

(1.江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300；2.上海謨紳電子技術(shù)有限公司，上海 200000)

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研究與設(shè)計(jì)

噴油時(shí)刻對(duì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)排放影響的實(shí)驗(yàn)研究

華國(guó)勝1，何 博2

(1.江蘇林海動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300；2.上海謨紳電子技術(shù)有限公司，上海 200000)

對(duì)燃油噴射時(shí)刻與發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，通過在林海110 cc摩托車上的實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)提前噴油時(shí)刻能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)CO和HC的排放。

摩托車；電噴；噴油時(shí)刻；排放

由于排放法規(guī)的日趨嚴(yán)格，特別是歐四以及國(guó)四法規(guī)的正式推出，小排量摩托車的電噴化已成為必然趨勢(shì)。針對(duì)摩托車電噴系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由于考慮到成本等多方面的因素，進(jìn)氣道噴射幾乎是當(dāng)前唯一可選擇的方案。噴油時(shí)刻提前，噴射到進(jìn)氣閥座背面或進(jìn)氣道壁上的燃油所形成的油膜有較多的揮發(fā)時(shí)間，當(dāng)進(jìn)氣閥門打開時(shí)能夠隨著空氣更均勻地混合并進(jìn)入燃燒室內(nèi)。噴油時(shí)刻推遲，揮發(fā)時(shí)間減少，但可以使部分燃油直接噴射進(jìn)入燃燒室，能夠更準(zhǔn)確地控制噴油量。因此，針對(duì)噴油時(shí)刻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)摩托車電噴系統(tǒng)的控制策略有積極的作用[1-2]。

本研究是在林海110 cc摩托車上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，主要針對(duì)噴油時(shí)刻與發(fā)動(dòng)機(jī)排放的關(guān)系進(jìn)行研究分析。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

(1)本實(shí)驗(yàn)在林海110 cc摩托車上進(jìn)行，該摩托車安裝有林海LH150QMH發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的具體參數(shù)如下：①類型：?jiǎn)胃?、?qiáng)制風(fēng)冷、四沖程；②缸徑×行程：50 mm×54 mm；③排量：106 mL；④壓縮比：9.5∶1；⑤最大扭矩：5.3 kW/8000 r·min-1；⑥最大功率：6.8 N·m/6000 r·min-1；⑦進(jìn)氣門開啟時(shí)刻 29°CA BTDC。

(2)本實(shí)驗(yàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的檢測(cè)是通過南華NHA-506五氣分析儀進(jìn)行的，這是一款在小汽油機(jī)行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的便攜式尾氣分析儀，主要用來測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的排放物，滿足GB 18285-2005中對(duì)雙怠速法測(cè)試儀器的要求，可用于檢測(cè)使用汽油、天然氣、液化氣、乙醇汽油等作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)排放。具體測(cè)量范圍如下：①HC：0～9 999 mL/L(正乙烷當(dāng)量)；②CO：0～10%；③CO2：0～18%；④O2：0～25%；⑤NOx：0～5 000 mL/L。

(3)本文采用的電噴系統(tǒng)為德爾福MT05，該電噴系統(tǒng)主要由ECU、噴油器、點(diǎn)火線圈、節(jié)氣門閥體總成(集成節(jié)氣門位置傳感器、步進(jìn)電機(jī)及進(jìn)氣溫度壓力傳感器)、氧傳感器和油泵組成，是目前全球最成熟的小汽油機(jī)電噴系統(tǒng)之一。試驗(yàn)中通過PC端的監(jiān)控標(biāo)定軟件實(shí)時(shí)調(diào)整電噴系統(tǒng)針對(duì)燃油的噴射時(shí)刻，并采集相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)方案

(1)燃油噴射到進(jìn)氣閥座背面及進(jìn)氣道壁上形成油膜。當(dāng)溫度一定的情況下，噴油時(shí)刻決定了油膜的揮發(fā)時(shí)間。但如果發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速、大油門的情況下，進(jìn)氣道內(nèi)空氣氣流的流速較快，影響油膜的揮發(fā)，這樣會(huì)造成噴油時(shí)刻對(duì)油膜揮發(fā)影響的觀測(cè)發(fā)生偏差，從而影響到噴油時(shí)刻與排放關(guān)系的研究。因此，本實(shí)驗(yàn)采用了進(jìn)氣道內(nèi)氣流流速最緩和的工況，即怠速工況作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集工況。實(shí)驗(yàn)過程中控制發(fā)動(dòng)機(jī)始終以怠速1 650 r/min穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

(2)由于本文研究的是噴射時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放的影響，而噴射時(shí)刻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒存在影響是因?yàn)槿加蛧娚涞竭M(jìn)氣閥座背面和進(jìn)氣道壁上以后形成油膜，油膜揮發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短影響了油氣混合的效果，從而影響了發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒。因此，從實(shí)驗(yàn)角度，控制噴油的結(jié)束時(shí)刻比控制噴油的起始時(shí)刻對(duì)本文的研究更有意義。在本文列舉的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，關(guān)于噴油時(shí)刻的描述均為噴油截止時(shí)刻。而具體的噴油開啟時(shí)刻，則可依據(jù)ECU計(jì)算得到所需要的噴油脈寬再去反算得到，因?yàn)閲娪兔}寬保持不變[4-6]。

(3)影響發(fā)動(dòng)機(jī)排放的因素很多，如空燃比、點(diǎn)火角、溫度等，為了排除這些因素對(duì)本研究的影響，消除噴油時(shí)刻對(duì)排放影響的數(shù)據(jù)干擾，在數(shù)據(jù)采集過程中始終作如下設(shè)定：①發(fā)動(dòng)機(jī)處于充分熱機(jī)狀態(tài)；②點(diǎn)火角固定為10°CA；③空燃比固定為14.6。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過調(diào)整噴油截止時(shí)間，得到HC、CO及NOx三種排放污染物與噴油截止時(shí)間的關(guān)系。噴油截止時(shí)間的單位為曲軸轉(zhuǎn)角，具體數(shù)值表示在上止點(diǎn)前多少曲軸轉(zhuǎn)角的位置截止噴油。數(shù)值0為上止點(diǎn)，數(shù)值越大，表明提前上止點(diǎn)的時(shí)刻越大。

3.1 HC與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系

HC與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系如圖1所示。

圖1 HC與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系

(1)當(dāng)噴油截止時(shí)刻提前到上止點(diǎn)前225°CA時(shí)HC的排放最好，大約相當(dāng)于降低75°CA結(jié)束噴油時(shí)HC排放的35%。

(2)噴油截止時(shí)刻并不是提前的越多越好，當(dāng)噴油截止時(shí)刻提前超過上止點(diǎn)前250°CA時(shí)，排除測(cè)量誤差的因素，HC的排放非但沒有繼續(xù)降低反而有增加的趨勢(shì)。

3.2 CO與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系

CO排放與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系如圖2所示。

圖2 CO排放與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系

(1)CO的趨勢(shì)與HC的趨勢(shì)基本吻合，當(dāng)噴油截止時(shí)刻在200°CA前后時(shí)CO的排放最好，為75°CA結(jié)束噴油時(shí)CO排放量的65%。

(2)噴油截止時(shí)刻繼續(xù)提前，CO的排放量也同HC一樣，不但沒有降低，反而明顯升高。

3.3 NOx與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系

NOx排放與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系如圖3所示。

圖3 NOx排放與噴油截止時(shí)刻關(guān)系

NOx的排放與噴油截止時(shí)刻的關(guān)系不如CO及HC明顯，在噴油截止時(shí)刻從上止點(diǎn)前285°CA到上止點(diǎn)前75°CA的實(shí)驗(yàn)過程中，NOx的變化量不大，區(qū)別在10%以內(nèi)?？紤]到測(cè)量誤差的因素存在，可以認(rèn)為在本文的實(shí)驗(yàn)工況即怠速工況下，噴油截止時(shí)刻對(duì)于NOx的排放影響不大。

4 結(jié)論

在本文所設(shè)定的工況，維持發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、空燃比、點(diǎn)火角度不變的情況下，調(diào)整噴油截止時(shí)刻，可以得到如下結(jié)論。

(1)燃油油膜在進(jìn)氣道內(nèi)揮發(fā)時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒產(chǎn)生明顯的影響。

(2)當(dāng)油膜在進(jìn)氣道內(nèi)揮發(fā)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，HC和CO的排放有明顯的降低；但當(dāng)揮發(fā)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，HC和CO的排放反而開始增加。

(3)NOx的排放在本文設(shè)定的實(shí)驗(yàn)工況條件下與油膜的揮發(fā)時(shí)間無明顯的關(guān)系。

[1] Shankar R.，Udayakumar G.，Sasikumar K..Advanced Port Injection Solution for Motorcycle Application[J].SAE Paper，2008(28).

[2] G.M.Bianchi，F(xiàn).Brusiani，L.Prostrioti， et al.CFD Analysis of Injection Timing Influence on Mixture Preparation in a PFI Motorcycle Engine[J].SAE Paper，2006(32).

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[4] Rottenkolber G.，Dullenkopf K.，Wittig S.，et al.Influence of Mixture Preparation on Combustion and Emissions Inside an SI Engine by Means of Visualization，PIV and IR Thermography During Cold Operating Conditions[J].SAE Paper，1999(1).

[5] 張麗莉，巴興強(qiáng)，趙琪琤，等.堿性介質(zhì)參與缸內(nèi)燃燒對(duì)排放影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].森林工程，2017，33(2)：73-75.

[6] 劉亞軍.5WB燃油傳感器動(dòng)作異常故障分析及改進(jìn)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2016，44(7)：40-43.

(責(zé)任編輯 張雅芳)

Experimental Study on the Effect of Fuel InjectionTime on Motorcycle Engine Emission

HUA Guo-sheng1，HE Bo2

(1.Jiangsu Linhai Power Machinery Group Co.，Ltd.，Taizhou Jiangsu 225300，China；2.Shanghai Moshen Electronic Technology Co.，Ltd.，Shanghai 200000，China)

The relationship between the fuel injection time and the emission of engine pollutants is studied.The experiments on Linhai 110 cc motorcycle shows that the emission of engine CO and HC can be reduced by bringing forward fuel injection.

motorcycle；EFI；fuel injection time；emission

2017-02-22

華國(guó)勝(1981-)，男，江蘇泰州人，工程師，學(xué)士，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)研究工作，E-mail：linux1981@126.com。