摘要：以及国内外摩托车发动机电控技术的研究现状。针对要求日益严格的摩托车排放法规，对摩托车发动机电控系统的组成和技术特点进行了分析与研究，结合中国轻骑集团生产的K162FM发动机，提出了四冲程摩托车发动机电控燃油喷射与电控点火技术总体方案；对四冲程摩托车发动机电控系统ECU进行了初步研究与开发；设计了摩托车发动机匹配试验台架，并进行了四冲程摩托车发动机电控系统硬件的选配、输入/输出信号的采集和标定、喷油器流量特性试验。
关键词： 摩托车，汽油机，电喷系统，点火系统，匹配技术
引言：我国是世界上的摩托车生产大国，摩托车工业现已成为国民经济中最有活力的产业之一。随着改革开放的深入，一些大型军工企业充分利用原有资产、设备、人才，率先转入摩托车工业生产，在国家投资很少的情况下，发展迅速并形成了较大的生产能力。特别是近几年，各企业通过引进车型、技术、设备、合资合作等多种形式，极大地推动了我国摩托车工业的发展。
一、对摩托车排放控制技术的方案
影响摩托车汽油机有害排放物的因素很多，所以解决摩托车排放的技术是一个多方面的问题，目前国内外研究机构以及发动机生产企业所采用的控制技术主要包括机内净化和机外净化两个大的方面，其主要的技术方案有：
1.对发动机进行结构优化设计，比如：优化发动机燃烧室及采用燃烧新技术；采用强制风冷技术或采用水冷技术；采用多气门及可变技术或多级空气补偿技术等。通过这些技术完善发动机的工作过程，达到降低污染物排放的目的。
2.对发动机燃料供给系统进行合理匹配，以改善混合气的形成条件，实现混合气空燃比的精确控制。比如对化油器的结构进行改进，对化油器混合气进行电控调节等。
3.对点火系统的改进。主要针对点火能量和对点火提前角的控制上，采用高的点火能量并根据发动机的工况变化优化点火定时。发展方向是实现点火的电子控制。
4.采用电控燃油喷射系统，使燃油、空气、点火和燃烧室达到良好匹配，给燃烧室提供具有精确空燃比的可燃混合气，从而使发动机的排放特性、燃油经济性和动力性达到最佳。四冲程摩托车发动机的电控燃油喷射系统必须适应摩托车转速高、工况变化复杂的特点，而二冲程摩托车发动机采用缸内喷射能从根本上解决高排放问题，从而具备了竞争优势，但也必须面对缸内混合气的组织及燃烧控制方面的问题。
5.采用排气氧化催化转化技术，通过与电喷供油方式的配合，能达到明显降低排气污染物的排放良好效果。而对化油器式摩托车发动机，其混合气浓度变化范围较大，故要保证其催化净化率效果不太理想。
二、匹配试验的基本步骤：
匹配标定是发动机技术、整车技术、计算技术、数学模型、电子技术等多学科综合应用相互配合的技术，它建立在各厂家长期的经验积累和试验技巧的基础上，国外厂家将匹配标定技术视为企业的机密。匹配标定技术并无一定之规，各厂家在各自的经验和技术基础上所提出的匹配标定方案各不相同。对于每一种选定的电控系统，匹配工作的具体实现也各不相同，如一种简单的基本电控系统可能需要数百个标定数据的获取和调整，而一种复杂的功能强的电控系统可能需要数千个数据。这些数据一般可分为：发动机稳态工况标定参数、稳态修正曲线、非稳态工况标定参数、怠速及启动工况控制参数、特殊功能控制参数、程序运行控制参数以及诊断数据，公开的文章中也见不到这方面的内容。但从另一方面来说，每一种电控系统，无论是配装于新开发的机型，还是改造传统的化油器式发动机，基本的步骤是类似的，标定的基本步骤包括：
1.控制数据表工况点的选取
发动机的工况是无限多的，为了实现计算机控制，只能选取有限的工况节点。从提高控制效果的目的出发，要求控制脉谱图的工况节点分布密度越大越好。但考虑ECU的存储与计算能力，工况点数应适当选取。工况点数的确定应以尽量覆盖发动机所有的运行范围为前提。
2.控制数据表的分区
发动机的各种性能有时是相互矛盾的。在喷油量与点火提前角的标定中，为了获得综合最佳控制效果，根据排放性、动力性、经济性设计要求，以及发动机和整车的实际运行工况范围，将喷油量和点火提前角控制数据表分为大负荷区、经济运行区与排放区。
3.最佳控制参数的确定
匹配标定的分析方法有工况分析法、排气分析法、空燃比分析法。工况分析法就是在实验过程中随时记录发动机的工况信息(转速、功率控制量)和全部ECU的测控参数，然后进行各种数学分析处理工作。根据记录的工况信息可分析ECU所发出的控制参数是否符合我们要求的优化目标以及判断数学模型控制策略的正确与否。排气分析法是在实验过程中记录全部的排气分析数据，然后进行各种数学处理。排气分析可直接反映缸内的燃烧状况，是匹配标定优化试验中的重要依据。
4.标定匹配的控制参数的验证和修改
完成各个零部件的改造，设计以及各个控制参数的匹配后，通过发动机和整车的相关实验来验证标定匹配的控制参数和发动机及整车性能是否达到了设计要求。
三、摩托车发动机电控喷油系统的选配和标定
电控燃油喷射系统的供油系统主要包括油箱、电动燃油泵、燃油滤清器、燃油调压器、燃油管路和喷油器等。其匹配方案主要包括电子燃油泵的选配、喷油压力的设定、喷油器的流量特性与选配，喷油器安装位置与喷注行程的确定等技术方案。
电动燃油泵选用箱式燃油泵，这种油泵可以冷却、减少燃油蒸汽，可以借助油箱隔要由永磁电动机、叶片圆周泵组成。它的选配与喷油压力密切相关，电动燃油泵必须保证足够的喷油压力而且产生尽可能小的燃油压力脉动。在发动机点火开关打开之后，燃油泵即运转，在发动机运行中，燃油泵继续通电，保持燃油的输送与压力。
喷油压力的设定取音而且占用空间小。电动燃油泵主决于电喷系统的喷射方式与喷油器中非常关键的部件，它对发动机的的流量特性。在燃油供给系统中，一个必不可少的部件是燃油压力调节器，它的主要作用是保证喷油器以恒定的压力喷出燃油。对于特定的喷油器，喷出的燃油量只由喷油器开启时间决定。压力调节器通过膜片的开闭来保持燃油压力的稳定。发动机在全负荷工况下(即节气门全开时)，喷油器的喷油流量必须充分保证稳定，使发动机能输出最大功率和扭矩。这也就要求喷油压力必须稳定。该燃油压力调节器的预定燃油压力为300kPa。 喷油器是喷油系统性能有着重要的影响。 喷油器由燃油滤网、电磁线圈、回位弹簧、铁芯、针阀等组成。当电磁线圈中通电时，铁芯被吸引，与铁芯一起的针阀随着铁芯移动被打开，燃油经过针阀与喷嘴间的通道喷射出来。当针阀的喷孔截面积和燃油压力与喷射部位气体压力差这些条件一旦确定后，喷射量就只决定于针阀开启持续时间也即电磁线圈通电时间。
为了合理的控制燃油消耗与废气排放，必须对喷油器的流量特性进行精确地标定。在保证发动机全负荷对燃油需要的同时，必须充分考虑发动机低速运转，特别是怠速运转时，对喷油器流量特性低端线性度的需要。喷油器流量特性标定试验装置如图4.5所示。所选用喷油器流量特性。
喷油器在规定的喷油次数中，按照规定的喷油脉宽所喷出的燃油由量筒或天平计量，得到相应的燃油流量，记录得到的燃油流量与喷油脉宽的关系即为该喷油器的流量特性。为喷油器选配的重要依据之一。
喷油器需要有较好的线性度，而且喷油器的流量要尽量小，这样有利于发动机低速燃油流量的调整。本电控系统采用的是波许公司的小流量喷油器。
喷油器安装位置与喷注行程的确定在节气门体的设计中就已经确定。在节气门体的三维造型中，通过与发动机进气道的合理匹配，选择了最佳的喷油器安装位置，使喷油注尽可能直接喷到进气管中进气门前。
四、进气温度与缸体温度及节气门开度传感器的选型标定
系统采用的进气温度传感器和缸体温度传感器是同一型号，分别检测发动机的进气温度和缸体温度，其信号用于喷油和点火的修正。在发动机电控系统中多选用热敏电阻传感器，其中又以半导体热敏电阻传感器应用最广。这种传感器是以半导体材料作为热敏感元件的物性传感器，利用半导体热敏电阻的阻值随温度变化的特性，热敏电阻灵敏度高、响应快、温度系数大、电阻率大并且结构简单，可分为负温度系数热敏电阻NTC、正温度系数热敏电阻PTC和临界温度电阻CTR三种类型。 系统采用NTC（NTC=Negative Coefficient负温度系数）热敏电阻，其使用范围为-100ºC～350ºC，热敏电阻经过电路调理后，将热信号转化成电信号输出。传感器输出特性。
摩托车电喷发动机中，节气门开度传感器具有重要的作用，它不仅与转速配合测量发动机的进气量，而且还测量节气门开度及其变化率等驾驶信息。节气门开度传感器安装在节气门体上，与节气门轴一起转动，承受发动机的振动，要求有良好的可靠性和耐久性，而且输出信号和节气门开度要成线性变化。系统采用电位计式节气门开度传感器，它的开度与信号成良好的线性关系，可以根据信号大小判断怠速、大负荷以及加减速，能精确反应进气量的变化，另外其安装体积小，处理电路简单，在发动机电控燃油喷射系统中被广泛采用。该传感器的输出特性和内部电路原理。
结束语：
设计了摩托车发动机匹配试验台架并对发动机电控系统硬件进行了选配和标定。对发动机电控系统，选配了进气温度传感器、缸体温度传感器和节气门开度传感器，选配了电控喷油器、电子燃油泵、燃油压力调节器等零部件，并与电控系统进行了匹配。匹配试验中，主要进行了进气温度、节气门开度传感器信号的标定，进行了电控喷油器的标定以及喷油器流量特性试验，根据流量特性选择了合适的电控喷油器 。
参考文献：
[1]摩托车发动机的改进与整机性能协调性的探究. 姜花仙. 2015.7
[2]摩托车发动机相关技术中国专利情报分析. 伍波. 2013.9
[3]战胜“心魔”摩托车发动机故障模式详解. 珊瑚. 2014.4
论文作者:金晨
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
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