汽车排放及控制技术 摩托车排放控制技术.docVIP

汽车排放及控制技术 摩托车排放控制技术 摩托车排放控制技术 1 引言 我国是摩托车生产和消费大国，2004年摩托车产销量均超过1500万辆。目前我国摩托车保有量约在1亿辆左右。我国生产的摩托车主要以100mL、110mL、125mL和150mL 5种排量车型为主导车型，这5种车型产量合计占总产量比例在90%左右，其中大都为两轮四冲程摩托车。随国家排放法规和燃油经济性法规的不断加严，二冲程摩托车的市场占有率呈逐年下降趋势，已不到10%。我国摩托车生产企业技术水平参差不齐，摩托车产品生产一致控制也很难保证，加之路况和车况相对较差、用户普遍缺乏环保意识，导致摩托车排放污染问题日益严峻。尤其是近年来，随国家对汽车排放污染控制力度不断加大，汽车排放控制技术水平提高相对较快，汽车排放污染贡献度不断降低，更突出了摩托车排放污染的严重性。为此，国家颁布和实施了摩托车第2阶段排放标准，以解决日趋严重的摩托车排放污染问题，推动国内摩托车排放控制技术的发展。 2 摩托车污染产生机理及排放特性 2．1 污染物产生机理 摩托车排放污染主要是CO、HC和NOx，还包括硫酸盐及烟尘等固体杂质等。产生CO、HC和NOx 的排放源主要有三部分，分别是： －－曲轴箱通风，主要成份是HC，占总排放量的20－50％。 ――燃油箱至化油器整个油路内的汽油蒸发，主要成份是HC，占总排放量的15－20％。－－―排气管废气，主要成份是CO、HC和NOx等，占总排放量的60％以上。 可见排气管废气是摩托车最大的污染源。曲轴箱通风和燃油蒸发排放主要是物理过程，主要与油路系统的密封性能好坏及环境温度等因素有关。排气管废气中的CO、HC和NOx的产生机理则与发动机运行状态、摩托车整车车况、车辆行驶条件以及燃油品质等众多因素有关。 CO是发动机缸内燃烧在局部缺氧或低温下条件，发生不完全燃烧而产生的产物。发动机空燃比和运载负荷等因素对缸内CO的生产量影响很大。当摩托车在全负荷下运行时，为保证动力性，要求燃油和空气的混合气偏浓（空燃比小于14.7），燃烧过程缺氧，CO生成量较高。当摩托车在低负荷下运行时，燃烧温度相对偏低，也会导致CO生成量增加。当摩托车在中等负荷下运行时，燃烧温度相对较高而油气混合气接近理论空燃比（14.7），燃料燃烧最完全，CO排量最低。 摩托车排放的HC化合物由上百种物种组成，所以也称总碳氢化合物THC，是一种HC混合物。HC主要是由未燃的燃料，以及燃料因高温裂解而产生的各种短链HC，或因部分氧化而产生的醛、酮、醇、酸等各种含氧化合物等组成。HC产生的原因与油气混合不均（如雾化不良）、燃烧组织不良、温度过低、壁面激冷效应及窜机油等因素有关。 NOx是在燃烧的高温、高压条件下，由空气中的氧气和氮气的反应形成的。另外，燃料中含有的氮元素经气缸燃烧后也会产生NOx，但这部分的贡献很小。缸内燃烧过程NOx的生成量主要取决于火焰温度和火焰前锋中是否富氧及高温持续时间的长短等因素有关。高温富氧环境有利于NOx的生成，而反应时间越长生成量越大。摩托车排放的NOx也是一种混合物，主要包括N2O、NO和NO2，从排气管排出的废气中主要是NO。 总的来说，摩托车HC、CO和NOx生成过程和排放量与发动机的空燃比、燃烧温度和燃烧时间等因素有关，而相关因素对三种主要污染物生成量的影响程度不尽相同，如图1所示。摩托车排放机内控制就是通过分析这类因素的分析与研究，找到最佳的排放控制技术途径。 2.2 影响有害废气形成的主要因素 NOx的形成主要取决于反应物氧气和氮气的浓度、反应进行时的温度(主要由火焰高峰温度决定)，以及反应进行的时间长短。为减少NOx的生成量，应降低火焰高峰温度，缩短空气在高温停留的时间。显然发动机的燃烧温度越高，热效率也就越高．但排气中的NO的含量也就越大。可见，提高发动机的性能指标与降低发动机的排放指标(减少NO的含量)之间存在着一定的矛盾。凡是能降低燃烧温度，减少火焰前峰中氧的浓度以及缩短高温持续时间的因素，均可减少发动机排气中NO 的含量。如：降低压缩比、推迟点火提前角、降低进气温度、废气再循环和使用浓混合气等。 HC、CO是燃料不完全燃烧的产物。因此，所有影响燃烧过程进行的因素都会对HC、CO的生成和排放产生影响。 点火提前角加大，燃烧预热时间较长、燃烧温度和压力增加，有利于降低CO的生成量。而由于燃烧温度较高、压力较大，NOx的生成量明显增加。另外由于后燃时间较短，在燃烧后期和膨胀过程中，从淬冷壁面和燃烧室缝隙中挥发出来的大量的HC得不到很好的燃烧而导致HC的排放量较大。点火推迟，燃烧温度和压力较低，后燃时间较长。由于燃烧温度较低，NOx生成量相对较小。又因为后燃时间较长，HC的排量较少。也即配气相位对排气污染物的生成也有较大的影响。气门