二冲程摩托车发动机排放技术探讨.doc

二冲程摩托车发动机排放技术探讨 ??????? 二冲程发动机由于结构简单紧凑，升功率高，相对四冲程发动机有明显的优点，特别适用于摩托车的动力要求。但在今天这种节能和环保的大环境下由于其高油耗和高排放问题没有得到很好的解决，制约了它的发展。随着科技的日新月异，新技术新工艺的不断进步，二冲程发动机必然会克服其缺点，在车用内燃机的大家庭中从新占有它的一席之地。本文首先从二冲程汽油机工作过程入手，简述排气污染物排放的机理。然后结合二冲程摩托车发动机实际情况，列举了几种目前国外应用于摩托车发动机排放控制的典型技术措施，分别阐述了其工作机理、排放控制效果。 1. 二冲程摩托车发动机排放产生的机理1.1 CO的生成机理： CO是烃燃料燃烧的中间产物。排气中的CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧造成的。 A/F=14.7），将实现完全反应，生成CO2 当空气不足，A/F14.7时，有部分燃料不能完全燃烧而生成CO，即： ?????? 然而，A/F只是一个比较宏观的概念，实际上，即使在总的A/F14.7的情况下，燃烧生成物仍然含有微量的剩余的氧；A/F14.7的情况下，燃烧生成物仍然包含CO和H2 ??? 除此以外，由于燃烧高温引起的气体离解可使已经形成的CO2和H2O中一小部分发生离解反应： 2CO2=2CO+O2 2H2O=2H2+O2 H2又会使CO2还原成CO： CO2+H2=CO+H2O 实际的反应步骤要复杂的多，发动机排气成分中， CO的排放浓度基本上一般决定于空燃比。二冲程摩托车油气混合气要经过曲轴箱和扫气道才能进入气缸，路程比四冲程发动机长许多。二冲程摩托车发动机一般没有专门的加浓泵，为了保证其加速性，往往化油器设置在比较浓的状态，所以CO排放较高。 1.2 HC生成机理： HC产生的原因有：由于汽油机中混合气体的燃烧是靠火焰的传播进行的，当火焰传播到接近气缸壁面附近时，由于壁面的冷却作用，火焰不能完全传播到壁面，大约0.5mm厚度的混合气不能燃烧，通常把这层烧不着的气体层叫做淬冷层。淬冷层是HC产生的主要来源。由于燃烧室结构存在许多缝隙，如果缝隙几何尺寸很小，火焰同样不能传播过去，所以缝隙也是HC产生的一个主要原因。发动机工作时，如果混合气过浓，由于空气不足，燃烧不充分，使排气中的HC浓度增加是不言而喻的。对于二冲程摩托车发动机，空燃比一般低于14.7，造成HC排放的提高。发动机低速失火。1.3 NOx的生成机理 NOx的生成机理与上述CO和HC的生成机理不同，它不是来自于燃料，而是空气在燃烧室的高温条件下，由氧和氮的反应所形成的，高温富氧和高温持续时间是生成NOx的重要条件。发动机排出的氮氧化物大部分是NO，少量为NO2NO2、NO和N2O等等统称为NOx。 O2裂解为氧原子O，并且与空气中的氮分子N2NO和N，而氮原子N又与空气中的氧分子O2NO和氧原子O。这部分氧原子O又与空气中的氮分子N2NO。这些反应中，温度越高，燃烧后残余的氧气浓度越大，高温持续时间越长，NOx生成的量就越大。当空燃比为16时，NOx的排放量最多。但是二冲程摩托车发动机一般处于偏浓的状态，加之排量很小、压缩比小（一般为6）、燃气散热面积较大、高转速使得高温持续时间很短，所以二冲程摩托车氮氧化物的生成浓度很小。因此，我国摩托车排放法规对摩托车氮氧化物排放不加控制，欧洲直到1999年6月执行EURO-1之前的ECE R40 和ECE R40.01也没有提出对氮氧化物NOx的控制要求。至于摩托车的EURO-1虽然提出了对NOx的限值，但是这个限值很松。一般二冲程摩托车来说，在原机没有进行任何改造的情况下，NOx的实测数值比限值低许多。 2. 澳大利亚ORBITAL的SEFIS燃油喷射系统 2.1 燃油缸内直接喷射技术概述 目前已经出现多种以解决二冲程摩托车汽油机排放水平为主要目的的燃油喷射系统。从控制方法分类，有机械燃油喷射和电控燃油喷射。 图1 SEFIS系统原理图 2.2 ORBITAL公司的SEFIS系统简介 以电控缸内直接喷射的ORBITAL公司的SEFIS(Small Engine Fuel Injection System) 为代表的电控缸内直喷系统排放控制效果最为明显。1是SEFIS系统原理示意图。SEFIS系统除了能够很好地解决燃油短路损失问题，它的另一特点是可以实现缸内分层燃烧。SEFIS可以使总空燃比高达100：1 2是某种意大利产二冲程摩托车改装SEFIS前后ECE40工况法质量排放测试结果对比。 1和2ORBITAL公司的SEFIS系统对降低二冲程摩托车发动机质量排放的作用是非常明显的。 3 SEFIS系统的燃油计量泵 由于燃烧方式的改变，气缸盖、气缸体及活塞型线等主要部件必须经过重新设计否则无法组织分层燃烧，