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摩托车尾气催化净化技术原理与应用(三)

2009-4-14  来源:摩托车行情 阅读次数:14292

2、摩托车催化净化技术的二次空气产品

摩托车尾气排放主要为CO和HC,所用催化剂为氧化型。为了保证氧化反应的催化效果,除了调整匹配化油器外,许多情况需要引入二次空气,以调节空燃比在偏稀的范围。二次空气的导入分为发动机前的电控补气技术和发动机后的二次空气单向补气阀方式。

2.1电控补气(电控化油器)技术

电控补气产品是在化油器底座下加装进气管,并与旁通电磁阀相连,电磁阀进气端与空滤器连接,一般从点火线圈取发动机转速信号,反馈到电控单元ECU,ECU按设定的程序,根据发动机的转速情况,向电磁阀发出脉冲电信号指令,通过电磁阀的开启/闭合动作频率,控制二次空气的补入量.;当发动机转速不高时,节气门开度不大,发动机的进气有压差,电磁阀开启后会吸气补充到进气岐管,与混合气一起进入发动机,达到调节空燃比的目的。而在发动机高速工况下,节气门开度很大或全开,此时进气压差很小或没有,电控补气效果不明显。

为了控制成本,电控补气产品一般为开环控制(无氧传感器),其补气量不能根据排气的实际氧含量进行自我调节。因此,为了精确控制混合气的空燃比,必须与不同的发动机进行良好的匹配,以确定ECU的控制程序和参数。若控制匹配合适,会很好地改善发动机的排放,并有节油效果。但因电控补气为脉冲进气,若匹配调整不当,也会发生发动机动力下降,摩托车怠速不稳,起动困难等不良现象。

2.2机后二次空气技术

机后二次空气产品包含单向进气阀和二次空气控制阀。

单向进气阀RV:通过发动机排气的脉冲压差,当负压时,RV从外界吸入空气到排气管内,为氧化催化剂的高效工作补充氧含量。通过调整设定RV的金属簧片的厚度、簧片止口和开口区的面积等参数,以控制补气量。此外,RV的补气量要适当,当发动机的空燃比正常,此时若RV补气量过大,反而对CO和HC的催化氧化起负面影响,因为过量的外界空气会降低催化剂的温度,影响转化效率。由于RV是机后补气,不会对发动机的性能产生影响,其成本也远低于电控补气产品,但是RV在使用中,存在进气噪声问题,而且若安装在跨骑式摩托车的排气管上,对车辆外观有影响。影响RV补气效果的因素有:

a)发动机工况:由于RV采用簧片式单向阀结构,从试验测量结果看,受簧片响应频率的制约,RV在发动机低速时具有一定的补气效果,而在高速时补气量很小。

b)RV的安装位置:单向进气阀RV一般安装在排气管上或发动机排气缸头。若安装在排气管的位置距消声器入口过近,发动机排气进入消声器时,会产生反射气流,导致排气脉冲压差的正压过大而负压过小,影响RV的进气效果。为了保证补气效果,可在发动机排气管的不同位置测试排气压差,一般情况下RV安装位置靠近发动机时补气效果较好。

c)进气连接管尺寸:连接管的直径过小和长度过长,会影响进气量,不利于RV的补气。

二次空气控制阀AICV:对四冲程摩托车,需加装AICV。因为当摩托车急减速时,会有大量未燃高温混合气从发动机排入排气系统,若RV仍正常吸气,未燃高温混合气与吸入的空气相遇,会发生爆燃,出现消声“放炮”现象。通过把RV与AICV连接,当摩托车急减速时,AICV会阻断RV的进气通路,阻止外界空气的继续吸入,从而防止消声器的“放炮”。而二冲程摩托车因排气温度低,很少发生爆燃,一般不用加装AICV。

因为二次空气产品在发动机高速工况时的补气效果不佳,对于原机排放比较恶劣,特别是高速工况混合气很浓的发动机,还须对化油器进行匹配调整。

3 摩托车催化净化技术的系统匹配

发动机化油器的合理匹配,可降低发动机的原始排放,减轻催化剂的负担,为催化剂提供良好的使用条件(如合适的空燃比),保证摩托车催化转化器更有效持久地发挥作用,见图3;另一方面,摩托车催化转化器安装在发动机的排气消声器内,必然会对发动机的性能和消声器造成影响,而对催化转化器与发动机及整车进行合理的系统匹配,可保证发动机的动力性和经济性,并保证消声器的正常工作。

3.1发动机化油器的匹配

以前我国没有制订严格的摩托车排放标准,在设计化油器产品时,很少考虑对发动机排放的影响,而化油器对发动机的空燃比和排放水平有至关重要的影响。在对摩托车进行排放控制时,应首先在发动机台架或整车转鼓上进行化油器匹配试验,调节化油器至富氧状态,可明显改善尾气排放,尤其是CO;匹配合适的化油器应不能明显影响发动机的动力性(动力损失不高于3%)。一般从以下几方面匹配调整化油器:

主量孔:主量孔的大小与通过的燃油流量成正比,调配主量孔后,在不同的发动机和负荷工况下,对空燃比有不同的影响。

油针和主喷嘴:对于摩托车用柱塞式化油器,调节油针结构和尺寸(直径、锥度及位置),主喷嘴参数等,都会影响空燃比。

柱塞切角高度:切角高度直接影响喉管真空度和出油量,切角高度小,空气吸入阻力大,混合气变浓。

产品加工控制:尽管我国摩托车零部件制造水平有所提高,但化油器关键部件的加工精度差,离散性较大,为了保证优化匹配化油器后的效果,应严格控制量孔,油针等的加工精度和产品制造的一致性。

尽管匹配调整化油器可以明显降低发动机的原始排放,但难以保证效果的一致性,而且摩托车在使用过程中,化油器会发生“漂移”,偏离匹配好的状态。为了整车一致性满足更严格排放标准的限值和耐久性要求,还必须配装催化转化器,并建议加装二次空气产品以保证催化转化器正常工作所需的氧含量。

3.2催化转化器与整车的匹配

摩托车催化转化器与发动机及整车一般需要进行以下的匹配工作:

a)测试整车发动机的原始排放,若原机排放恶劣,应通过台架发动机和整车系统试验,重新匹配调整化油器,改善发动机的燃烧状况和空燃比。

b)根据发动机参数和优化匹配后的整车排放水平,考虑排放标准的限值、耐久性要求。消声器结构和成本因素,确定催化剂的贵金属含量和比例,载体的尺寸和孔密度。测试排气系统及消声器在不同工况下的温度分布,选择合适的催化转化器安装位置。

c)在台架发动机和整车转鼓上进行综合性能试验(包括发动机的外特性,净化效果等),若综合性能满意,则进行整车工况试验,以考核行驶性能,并可通过发动机台架的老化试验,对催化转化器进行耐久性评估。

3.3催化转化器对摩托车排气消声器的影响

催化转化器一般安装在摩托车消声器内,因此会对消声器的装配制造和使用带来一些不良影响,特别是跨骑式摩托车,同时也对消声器的消声效果产生影响。

对消声器的温度影响:催化转化器通过净化CO和HC而放热,使催化转化器安装位置的温度比原消声器高许多(高达几百度),必须对净化消声器的表面温度进行控制,以保护骑乘者不被烫伤和防止跨骑式摩托车消声器表面电镀层的高温变色。可通过优化催化转化器结构及安装位置,来控制反应温度;使用耐温隔热材料或加装防护板,来降低消声器表面温度。

对消声器装配生产的影响:要合理调整净化消声器的装配生产工艺,以避免酸洗、电镀等环节对催化剂的损坏,确保催化转化器的质量。可采用催化转化器的组合装配或双层消声器外壳等办法,应对电镀问题。在焊装催化转化器时,还要注意消声器结构的密封,防止排气的泄漏,保证催化效果。

对消声器材质、结构和噪声的影响:加装催化转化器后,改变了排气温度和空气动力性。由于排气温度的提高,要求消声器的材质能耐高温腐蚀,玻璃纤维棉吸声材料也应该为耐温隔热的陶瓷纤维棉。由于催化转化器载体的蜂窝孔道结构,其本身也是一种消声结构,可降低高频噪声。而摩托车消声器以抗性结构为主,在中低频消声效果好。因此,若优化

4、总结

a)催化净化技术是摩托车排放控制广泛使用的成熟可靠技术,与其它净化方法相比,具有合理的性价比,更容易在摩托车上实施应用。

b)面对未来日益严格的排放法规和摩托车产品的市场竞争,期望开发低成本高性能的摩托车催化剂,如降低贵金属含量或开发低成本的用于摩托车的含钯催化剂,并提高催化剂的活性和保证其耐久性。

c)在应用催化净化技术控制摩托车排放时,除了要求催化净化效果外,还要综合考虑整车的动力性和经济性指标,以及对排气消声器的影响,对系统进行优化设计与匹配是必要的。

d)为了保证摩托车产品的一致性,达到国家标准的限值和耐久性要求,在采用匹配发动机化油器和配装催化转化器的同时,建议加装二次空气产品。


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