喷油时刻对摩托车发动机排放影响的实验研究

华国胜，何 博

(1.江苏林海动力机械集团有限公司，江苏 泰州 225300；2.上海谟绅电子技术有限公司，上海 200000)



研究与设计

喷油时刻对摩托车发动机排放影响的实验研究

华国胜1，何 博2

(1.江苏林海动力机械集团有限公司，江苏 泰州 225300；2.上海谟绅电子技术有限公司，上海 200000)

对燃油喷射时刻与发动机污染物排放之间的关系进行了研究，通过在林海110 cc摩托车上的实验表明，适当提前喷油时刻能够降低发动机CO和HC的排放。

摩托车；电喷；喷油时刻；排放

由于排放法规的日趋严格，特别是欧四以及国四法规的正式推出，小排量摩托车的电喷化已成为必然趋势。针对摩托车电喷系统的设计，由于考虑到成本等多方面的因素，进气道喷射几乎是当前唯一可选择的方案。喷油时刻提前，喷射到进气阀座背面或进气道壁上的燃油所形成的油膜有较多的挥发时间，当进气阀门打开时能够随着空气更均匀地混合并进入燃烧室内。喷油时刻推迟，挥发时间减少，但可以使部分燃油直接喷射进入燃烧室，能够更准确地控制喷油量。因此，针对喷油时刻进行实验研究，对摩托车电喷系统的控制策略有积极的作用[1-2]。

本研究是在林海110 cc摩托车上进行的实验，主要针对喷油时刻与发动机排放的关系进行研究分析。

1 实验设备

(1)本实验在林海110 cc摩托车上进行，该摩托车安装有林海LH150QMH发动机。发动机的具体参数如下：①类型：单缸、强制风冷、四冲程；②缸径×行程：50 mm×54 mm；③排量：106 mL；④压缩比：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进气门开启时刻 29°CA BTDC。

(2)本实验对发动机排放污染物的检测是通过南华NHA-506五气分析仪进行的，这是一款在小汽油机行业应用比较广泛的便携式尾气分析仪，主要用来测量发动机燃烧后的排放物，满足GB 18285-2005中对双怠速法测试仪器的要求，可用于检测使用汽油、天然气、液化气、乙醇汽油等作为燃料的发动机排放。具体测量范围如下：①HC：0～9 999 mL/L(正乙烷当量)；②CO：0～10%；③CO2：0～18%；④O2：0～25%；⑤NOx：0～5 000 mL/L。

(3)本文采用的电喷系统为德尔福MT05，该电喷系统主要由ECU、喷油器、点火线圈、节气门阀体总成(集成节气门位置传感器、步进电机及进气温度压力传感器)、氧传感器和油泵组成，是目前全球最成熟的小汽油机电喷系统之一。试验中通过PC端的监控标定软件实时调整电喷系统针对燃油的喷射时刻，并采集相应的试验数据。

2 实验方案

(1)燃油喷射到进气阀座背面及进气道壁上形成油膜。当温度一定的情况下，喷油时刻决定了油膜的挥发时间。但如果发动机处于高速、大油门的情况下，进气道内空气气流的流速较快，影响油膜的挥发，这样会造成喷油时刻对油膜挥发影响的观测发生偏差，从而影响到喷油时刻与排放关系的研究。因此，本实验采用了进气道内气流流速最缓和的工况，即怠速工况作为实验数据的采集工况。实验过程中控制发动机始终以怠速1 650 r/min稳定运转[3]。

(2)由于本文研究的是喷射时刻对发动机排放的影响，而喷射时刻对发动机燃烧存在影响是因为燃油喷射到进气阀座背面和进气道壁上以后形成油膜，油膜挥发时间的长短影响了油气混合的效果，从而影响了发动机的燃烧。因此，从实验角度，控制喷油的结束时刻比控制喷油的起始时刻对本文的研究更有意义。在本文列举的实验数据中，关于喷油时刻的描述均为喷油截止时刻。而具体的喷油开启时刻，则可依据ECU计算得到所需要的喷油脉宽再去反算得到，因为喷油脉宽保持不变[4-6]。

(3)影响发动机排放的因素很多，如空燃比、点火角、温度等，为了排除这些因素对本研究的影响，消除喷油时刻对排放影响的数据干扰，在数据采集过程中始终作如下设定：①发动机处于充分热机状态；②点火角固定为10°CA；③空燃比固定为14.6。

3 实验数据分析

通过调整喷油截止时间，得到HC、CO及NOx三种排放污染物与喷油截止时间的关系。喷油截止时间的单位为曲轴转角，具体数值表示在上止点前多少曲轴转角的位置截止喷油。数值0为上止点，数值越大，表明提前上止点的时刻越大。

3.1 HC与喷油截止时刻的关系

HC与喷油截止时刻的关系如图1所示。

图1 HC与喷油截止时刻的关系

(1)当喷油截止时刻提前到上止点前225°CA时HC的排放最好，大约相当于降低75°CA结束喷油时HC排放的35%。

(2)喷油截止时刻并不是提前的越多越好，当喷油截止时刻提前超过上止点前250°CA时，排除测量误差的因素，HC的排放非但没有继续降低反而有增加的趋势。

3.2 CO与喷油截止时刻的关系

CO排放与喷油截止时刻的关系如图2所示。

图2 CO排放与喷油截止时刻的关系

(1)CO的趋势与HC的趋势基本吻合，当喷油截止时刻在200°CA前后时CO的排放最好，为75°CA结束喷油时CO排放量的65%。

(2)喷油截止时刻继续提前，CO的排放量也同HC一样，不但没有降低，反而明显升高。

3.3 NOx与喷油截止时刻的关系

NOx排放与喷油截止时刻的关系如图3所示。

图3 NOx排放与喷油截止时刻关系

NOx的排放与喷油截止时刻的关系不如CO及HC明显，在喷油截止时刻从上止点前285°CA到上止点前75°CA的实验过程中，NOx的变化量不大，区别在10%以内。考虑到测量误差的因素存在，可以认为在本文的实验工况即怠速工况下，喷油截止时刻对于NOx的排放影响不大。

4 结论

在本文所设定的工况，维持发动机的转速、空燃比、点火角度不变的情况下，调整喷油截止时刻，可以得到如下结论。

(1)燃油油膜在进气道内挥发时间的长短会对发动机的燃烧产生明显的影响。

(2)当油膜在进气道内挥发时间较长时，HC和CO的排放有明显的降低；但当挥发时间过长时，HC和CO的排放反而开始增加。

(3)NOx的排放在本文设定的实验工况条件下与油膜的挥发时间无明显的关系。

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

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

[3] Senda J.，Ohnishi M.，Takahashi T.，et al.Measurement and Modeling on Wall Wetted Fuel Film Profile and Mixture Preparation in Intake Port of SI Engine[J].SAE Paper，1999(1).

[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] 张丽莉，巴兴强，赵琪琤，等.碱性介质参与缸内燃烧对排放影响的实验研究[J].森林工程，2017，33(2)：73-75.

[6] 刘亚军.5WB燃油传感器动作异常故障分析及改进[J].林业机械与木工设备，2016，44(7)：40-43.

(责任编辑 张雅芳)

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

华国胜(1981-)，男，江苏泰州人，工程师，学士，主要从事发动机的设计开发研究工作，E-mail：linux1981@126.com。