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摩托车排气控制技术漫谈

2009-4-14  来源:摩托车商情 阅读次数:14233
摩托车燃烧后排出的废气具有很高的压力,排气压力在排气管中传播会形成压力波,如果能恰当地利用压力波的能量就能提高排气效率,同时也能提升进气的效率。近年来,各大摩托车制造厂在摩托车的设计中,充分参考了摩托车排气的特性,通过对排气管的结构设计有效地提高发动机的输出功率,达到提升动力的目的,下面对摩托车排气系统的控制作简单的介绍。

一、单缸小排量发动机的应用

摩托车燃烧后产生的废气进入到排气管内,高速气流的移动会产生排气惯性,在气流移动的同时也会产生压力的移动,但两者却有所不同。在排气管的开口处会产生压力波的反射问题,造成反射波的相位相反,即正压力波反射回来后是负压力波,负压力波反射回来后是正压力波。在排气门开启后,高温高压的气流进入到排气道中,以正压力波形式向前传递,该正压力波达到排气管出口处时,由于是开口管,在该处形成较强的负压力波返回,一直返回到排气门。由于排气门的阻挡作用,该负压力波也不能转化为正压力波,仍然以负压力波的形式反射回来,反射回来的负压力波在排气管出口处再一次反射,转为正压力波,又返回排气门处。如此周而复始,在反射过程中,压力波逐渐减弱,当下一次排气门开启时,新的正压力波将占主导地位。

根据排气过程中压力波传递的特性,排气中的负压力波返回时间和排气门的开启时间的配合显得十分重要,如果在下一次排气门开启时,恰逢排气管中反射回来的负压力波到来,这就能较大地提高排气效率,反之,如正遇正压力波到来,将使排气效率下降。为了调整负压力波反馈的时间,提升摩托车的排气效果,设计师将压力波的传播速度等同于音速,通过调整排气管的长度,改变的排气门和排气管开口处之间的距离来达到良好的反馈效果,促进废气的排放。

二、大排量多缸发动机的应用

对大排量的多缸发动机的排气控制方式则有所不同。目前,大排量的发动机一般设计得气门重叠角较大,每个循环汽缸内换气质量受到排气门处压力波的影响很大。为了外观的美观和结构上的简化,有利于排气的扩散消声,大排量多缸发动机将排气管进行互连(即四合一或四合二的方式)。但是由于排气管长度是根据发动机最大功率时,第一次负压力波在气门重叠期间反射回到排气门处的距离而定的,是固定不变的,造成了发动机在其他转速,如怠速、中速情况下,由于工作频率的不同,而使排气门在重叠期间受到第一次或二次正压力波,从而相应地导致了低速到中速时出现加速不良和怠速不稳定,单纯依靠控制排气管的长度无法满足多缸发动机的排气特性。同时在多缸机上采用互连式排气系统时,由于各缸压力脉冲的干扰,削弱了有利的排气脉动效应,造成了排气效果的不良。各大厂家对大排量发动机排气控制作了新的改良,其中以雅玛哈的EXUP(Exhaust Ultimate Power valve)最具代表性,即在排气管中增加了节气阀来控制排气的时间和流量,以产生理想的排气脉动效果。其工作原理如下。当发动机的排气门打开时,高温高压的废气进入到排气管的总管中,产生的正压力波进入到排气管的集中室(总管汇集的一个较大的空腔)中。当压力波进入到集中室中,废气扩散,产生了一个反向的压力波返回到汽缸,这是主要的负压力波。总管中有正压力波和负压力波同时存在。总管长度的设置是为了保证在达到最大转矩值的转速时,主要负压力波的返回时刻处于气门重叠打开的位置。此时的负压力波达到了两个作用:一是它把剩余的废气从汽缸中拉出来,二是它进气门提高换气气流的流动。

在发动机中低转速运转条件下,曲轴旋转花费的时间更长,但是排气压力波的速度与以前没有变化。这使负压力波在重叠时期之前就到达了,而处于气门重叠期时,次级的正压力波进入汽缸内把废气装填回来,冲淡换气效果,引起了混合气效果的恶化。甚至严重时,废气向化油器反喷,化油器对进入的气体无论是新鲜空气还是废气都进行汽化,经过汽化的废气经过化油器被推入汽缸,燃烧效果恶化,造成发动机中低速转矩的降低和高的废气排放。同时如果有害的正压力波在怠速条件下反馈到气门重叠的位置,会造成发动机怠速的不稳定。

如何在保持大的气门重叠角前提下,控制排气管内的压力波传递呢?雅玛哈在排气系统的总管和集气室中设置了一个节气阀很好地解决了这一问题。节气阀的位置由一个微处理器控制,通过一个伺服电机驱动。微处理机在接受发动机的转速信号后,根据发动机转速的高低控制伺服电机工作,伺服电机则通过两根电缆操纵节气阀的开闭,达到控制排气流量的目的。在高转速区域中,有效的负压力波在重叠期间到达,微处理器发出信号由电机驱动节气阀旋转以全开的位置保证压力波的流动不受到阻碍。而在怠速和中低转速范围时,当有害的正压力波将在气门重叠期间到达时,电机关闭了排气管的节气阀或减少节气阀的开度以消除不需要的正压力波,避免对排气的影响。当转速上升到正常的范围内时,节气阀又恢复到全开的状态。EXUP的采用可以根据发动机的不同转速,通过调节节气阀的开度,提供最优的节流比,来达到消除气门重叠期间排气门处正压力波的目的,提高了多缸发动机的怠速稳定性和提高低中速时的扭距。

目前,排气控制技术在各大摩托车厂家的产品中都得到普及,其他类似的装置如铃木公司开发的SET(Suzuki Exhaust Timing)系统、本田公司的Exhaust Valve都是透过微处理器计算发动机转数和档位信息而决定排气阀门的运作来改变排气回压,达到理想的排气效果。(张宏)

 


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