基于機(jī)內(nèi)凈化通用小型汽油機(jī)燃燒與排放性能優(yōu)化

鄭越洋

（天津朝霞摩托車技術(shù)開發(fā)有限公司 300072)

基于機(jī)內(nèi)凈化通用小型汽油機(jī)燃燒與排放性能優(yōu)化

鄭越洋

（天津朝霞摩托車技術(shù)開發(fā)有限公司 300072)

通用小型汽油機(jī)近年來在產(chǎn)銷應(yīng)用和出口方面均取得了良好的成績。目前來講，國內(nèi)通用小型汽油機(jī)主要通過機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)來降低排放，但在批量生產(chǎn)時(shí)，其排放合格率不盡如人意。本文通過分析當(dāng)前基于機(jī)內(nèi)凈化通用小型汽油機(jī)燃燒與排放性能存在的問題，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

機(jī)內(nèi)凈化；通用小型汽油機(jī)；燃燒與排放；性能優(yōu)化

1 通用小型汽油機(jī)機(jī)內(nèi)凈化存在的主要問題

降低通用小型汽油機(jī)的排放污染是汽油機(jī)發(fā)展的主要問題和難點(diǎn)。凈化方式可分為機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化。機(jī)外凈化的成本比較高，國內(nèi)的技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量尚未達(dá)到要求。因而機(jī)內(nèi)凈化是目前國內(nèi)主要采用的凈化手段。機(jī)內(nèi)凈化以汽油機(jī)產(chǎn)生主要污染物的形成機(jī)理為核心，運(yùn)用新技術(shù)、工藝等對發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。最終達(dá)到提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，降低排放的目的。

目前來講通用小型汽油機(jī)的機(jī)內(nèi)凈化主要存在以下問題：

（1）通用小型汽油機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)存在缺陷。主要是空氣濾清器的氣體流通性低，對進(jìn)氣形成不良阻力，進(jìn)而影響整機(jī)的燃燒排放性能。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)工作的混合氣濃度大，過量空氣系數(shù)有待優(yōu)化。傳統(tǒng)的化油器式燃油供給方式仍是國內(nèi)市場的主流。這種供給方式為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能夠有穩(wěn)定的、持續(xù)的動(dòng)力輸出，方便啟動(dòng)，在混合氣濃度通常較濃且在空燃比控制方面往往不理想。

（3）點(diǎn)火提前角的選擇不當(dāng)。點(diǎn)火提前角對汽油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性以及節(jié)能減排都會產(chǎn)生影響。點(diǎn)火提前角過大，汽油機(jī)難以維持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生惡性爆震。提前角過小會使燃燒不充分，增加HC、CO的排放。因此需要有效合理的調(diào)節(jié)點(diǎn)火提前角。

2 基于機(jī)內(nèi)凈化通用小型汽油機(jī)燃燒與排放性能優(yōu)化措施

2.1 進(jìn)排氣系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)

進(jìn)排氣過程組織對汽油機(jī)的燃燒效率有顯著影響。其中最為關(guān)鍵的因素就是氣道流通能力。影響氣道流通能力主要存在兩方面的阻力，即氣道內(nèi)沿程阻力和局部阻力[1]。為了減小兩種阻力對氣道流通性的影響，筆者認(rèn)為應(yīng)從以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。第一，改善空氣濾清器的結(jié)構(gòu)?？諝饬魍ň嚯x大，會產(chǎn)生較大的沿程阻力，因此可以在不改變進(jìn)氣口數(shù)量及口徑的情況下，調(diào)節(jié)進(jìn)氣管的長度進(jìn)而有效的減少沿程損失。第二，調(diào)整空氣濾清器的進(jìn)出氣口截面面積。在對截面面積進(jìn)行改良的過程中，主要考慮出氣面積以及進(jìn)出氣面積比。根據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)表明，進(jìn)出氣口截面積比超過1.3時(shí)，氣流流通率更高。第三，調(diào)整進(jìn)排氣道截面，采取均勻變化的方式，防止截面面積突變，降低局部阻力的影響。

2.2 優(yōu)化油氣混合比

不同負(fù)荷工況下，有害氣體的生成機(jī)理也有所變化。因而對發(fā)動(dòng)機(jī)的油氣混合比的優(yōu)化要考慮負(fù)荷工況的變化規(guī)律。就化油器式的燃油供給方式來看，其濃度的調(diào)節(jié)主要是來自于零件的結(jié)構(gòu)參數(shù)和位置。包括調(diào)整怠速油量孔、怠速空氣量孔、泡沫管、主空氣量孔以及怠速過渡噴口等[2]。分析這些參數(shù)，對不同工況下的過量空氣系數(shù)進(jìn)行設(shè)定。高負(fù)荷工況下，研究主要排放物HC及NOx的排放濃度變化，例如負(fù)荷達(dá)到75%，發(fā)現(xiàn)HC會隨著油氣混合比的濃度降低而下降，而NOx則相反。則此時(shí)應(yīng)考慮NOx的排放濃度來設(shè)定過量空氣系數(shù)，應(yīng)控制在0.84±0.1；中小負(fù)荷時(shí)，則可以考慮增加過量空氣系數(shù)，來增加有害氣體的氧化效率；當(dāng)工況負(fù)荷降低到25%左右時(shí)，過量空氣系數(shù)則可以確定為0.93±0.2。

2.3 點(diǎn)火提前角的優(yōu)化

點(diǎn)火提前角的優(yōu)化需根據(jù)目標(biāo)要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)臺架試驗(yàn)條件下完成。針對化油器供油式汽油機(jī)，常用三段式點(diǎn)火提前角，即將發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)轉(zhuǎn)速段分為高速段、中速段、低速段三段，在高速段選用較大提前角值，低速段選用較小提前角值，中速段提前角則選用上述兩者之間的過渡值。調(diào)整過程重點(diǎn)關(guān)注不同轉(zhuǎn)速下的提前角對發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、排放、振動(dòng)等指標(biāo)的影響，綜合各種考量后折中選擇最終的標(biāo)定值。

3 結(jié)束語

通用小型汽油機(jī)飛速搶占市場的同時(shí)，我們需要注意到其性能的優(yōu)化對環(huán)境的影響。在降本增效的原則下，采用機(jī)內(nèi)凈化的方式來提升通用小型汽油機(jī)的燃燒和排放性能，需要通過優(yōu)化進(jìn)排氣系統(tǒng)，調(diào)節(jié)油氣混合比，并選擇最佳點(diǎn)火提前角的方式來進(jìn)行。

[1] 劉建輝, 楊銳, 毛文剛,等. 國內(nèi)通用小型汽油機(jī)尾氣排放控制研究進(jìn)展[J]. 小型內(nèi)燃機(jī)與車輛技術(shù), 2016, 45(4)：71-76.

[2] 劉勝吉, 曾瑾瑾, 李崇尚,等. 點(diǎn)火提前角對通用小型汽油機(jī)缸內(nèi)燃燒及排放的影響[J]. 內(nèi)燃機(jī)工程, 2016, 37(5)：109-114.

U464.3文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

鄭越洋，助理工程師，本科，研究方向位熱能與動(dòng)力工程專業(yè)動(dòng)力方向。