摩托车化油器的优缺点及未来发展研讨

摩托车化油器的优缺点及未来发展方向向万林西华大学 08汽设三班摘要 化油器因其具有体积小，结构紧凑、简单、价格便宜等优点被广泛应用在摩托车上，但是它相比于电喷系统来说，存在不能根据具体工况适时精确调整空燃比的缺点，这极大的限制了它的发展。国标准的实施，迫使各大生产厂家针对排放对化油器系统进行研究、改进。通过相关单位的实验表明，在未来的一段时间之内，精调化油器+尾气后处理或电控化油器+尾气后处理这些措施，将成为摩托车应对国排放的措施，也决定化油器未来发展方向关键词：摩托车，化油器 ，精调 ，电控化油器 ，尾气后处理 随着改革开放的逐步深入，国民经济不断地发展，摩托车行业也一同快速的发展起来，中国摩托车工业在国家的重视和支持下，产销规模不断扩大，目前已成为名副其实的摩托车生产大国。越来越多的摩托车参与到道路运输当中，摩托车的排放问题就值得人们考虑了。为了减少对环境的污染，自2010年7月1日起，我国所有制造、销售、注册登记的两轮摩托车和两轮轻便摩托车大气污染物排放须符合国标准要求。但是对于普通化油器来讲根本达不到排放的要求，但是化油器又具有电喷系统无法比拟的巨大价格以及日常维护修理的优势。因此，对化油器技术的改进便成为当务之急。同时化油器的改进对另外一些以化油器为供给系统主要部件的非道路机械，如：割草机、油锯及汽油发电机等设备的电喷化发展打下坚固的基础，对社会、国家的经济发展和人民生活水平的提高也具有重大的意义。1 摩托车化油器的优缺点1.1 摩托车化油器的结构及工作原理摩托车化油器主要是以柱塞式化油器为主，下面也将以柱塞式化油器为例进行摩托车化油器的简要介绍。1.1.1柱塞式化油器的基本结构摩托车化油器主要零件包括、进油阀、 溢油管、泡沫管、喉管等，其具体的结构1如图1所示：图1 柱塞式化油器结构图1.1.2 化油器的工作原理摩托车化油器是根据具体工况的不同而有所改变的，包括了启动工况、怠速工况、高速工况。a启动工况 摩托车冷启动时，由于温度较低，汽油挥发较少，因此雾化效果较差，为了使发动机正常启动，需要供给极浓的混合气。此时阻风门关闭，柱塞开度很小，由于活塞向下运动，会在主喷管和低速出油口产生很高的负压，主喷口和低速出油口同时供油，同时由于进气量很小，形成了极浓的混合气使发动机正常启动。b.怠速工况 ：柱塞开度很小，由于柱塞的节流作用，在低速油系出油口处形成很高的真空度。浮子室的燃油经低速量孔进入低速系，与来自低速空气道的空气在低速量孔前端的泡沫管内混合，被抽人混合室。c.高速工况 随着柱塞的升高，低速出油口的负压降低，主喷口的负压升高，在负压作用下浮子室燃油经主量孔在泡沫管内与来自空气量孔的空气混合成微小的油包气球，从主油针、主喷管的环状间隙喷入混合室，与主空气道的空气再次混合，进入发动机。高速工况下低速油系仍供油，但供油比例逐步减小。保证了化油器根据不同工况的要求调节了空燃比。1.2 摩托车电喷系统的结构和工作原理电喷系统通过各种传感器，将发动机吸入的空气置、发动机温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号，送入控制器ECU 。控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。电喷系统不仅可以精确控制燃油供给量， 以取代传统的化油器。而且可以控制点火提前角和怠速空气流量等。极大地提高了发动机的综合性能。1.2.1 摩托车电喷系统的组成2整个电喷系统主要由传感器、一个控制器（ECU）、执行器等三大部分组成。传感器为进气压力传感器、节气门开度传感器、进气温度传感器、发动机温度传感器、发动机转速传感器、氧传感器、车体倾斜传感器等。个控制器为ECU (行车电脑) 。执行器为DCP 泵、点火线圈、旁通阀等。其具体结构如图2所示：图2摩托车电喷系统结构简图1.2.2 摩托车电喷系统的工作原理通过传感器检测进气量同时传感器采集外部环境和发动枷各工况的工作信号， 把信号输送给控制器， 控制器经过分析计算后向执行器发出指令， 由执行器精确供油和适时点火、保证不同工况下进入汽缸的混合气的实际空燃比最大限度地接近该工况下的理想空燃比。1.2.3 摩托车化油器与摩托车电喷系统的优缺点比较摩托车化油器与摩托车电喷系统相比较而言，前者因其只有操纵机构，进油组件，喉管、泡沫管、低速油系等机构，因此结构简单、紧凑、制造加工方便因此价格便宜，每台摩托车化油器只需要30到100元左右。同时还具有工作可靠性高，维修、保养技术要求低、燃油的品质要求较低的优势。但是其缺点是不能根据具体工况适时精确调整空燃比，因此发动机动力性、燃油经济性较低。而摩托车电喷系统虽然不需要化油器，但是需要添加油泵、ECU、传感器、喷油器等部件，相比于化油器而言价格较高，制造复杂、因此成本较高，一套摩托车电喷系统最便宜也要500元1000元左右，由于是电子控制因此工作可靠性较低，同时维修和保养的技术要求较高。但是摩托车的主要市场在边远的山区，其维修和保养技术水平较低，很难达到电喷系统的要求。因此，摩托车化油器还是有很大的生存空间，但是由于电喷摩托车发动机具有动力性好，燃油经济性好等巨大的优势，电喷技术可以作为摩托车未来长远的发展方向，但是在现阶段，化油器更具有现实意义。2 摩托车化油器的未来发展方向目前，为了达到国III乃至以后的国IV排放标准，考虑到主要的尾气成分包括CO、HC、NOX等，为了减少由于燃烧不完全而生成的CO、HC等，可以采用二次空气喷射系统来解决。为了减少NOX的排放等，还可以采用三元催化剂技术。同时考虑到汽油蒸气的污染，同时为了减少燃油的浪费需要添加一个活性碳罐来解决该问题。因此，考虑到国内的经济以及技术水平等因素，摩托车行业内应对国标准已经形成共识的技术路线主要有以下三种：3a精调化油器+二次空气喷射系统+催化剂+活性碳罐。b电控化油器系统+催化器+活性碳罐。C电喷系统+催化器+活性碳罐。2.1、精调化油器化油器是用来使燃油雾化，并与空气混合成一定比例的混合气供给发动机运转所需的燃料。一般化油器由主油系、低速油系、启动系、燃料系及加速泵组成。精调化油器主要对主油系和低速油系调整主要目的为：化油器供油特性修订，化油器供油特性产品一致性控制，化油器供油特性的可靠性提高。2.1.1主油系调整主油系的作用是提供发动机在高速运转时所需的燃料。主油系包括主油针、主泡沫管、主喷管、主量孔、主空气量孔等零件。主油系调整措施包括改变油针装配结构设计变化改进主油针和主喷管表面处理工艺，增加“油针自动分检仪”等检测设备，保证主油系各零件精度。2.1.2低速油系调整低速油系的作用是提供发动机怠速工况时所需的燃料。通常低速油系包括怠速量孔、怠速空气量孔、怠速调节螺钉或怠速空气调节螺钉、柱塞调节螺钉、怠速出油口等。低速油系调整措施包括提高怠速出油孔加工精度，增加设备保证怠速量孔精度，设计改进柱塞调节螺钉。2.1.3 化油器精调实验结果4根据袁义春的实验：将装精调化油器的整车在“AVL 35 kW底盘测功机”上进行整车等速排放测试，排放废气用“日本HORIBA MEXA1300废气分析仪”进行测试(催化剂前测试)。精调化油器前后各个工况点CO和AF测试值对比图见图3、图4。图3 精调化油器前后各个工况点CO测试值对比图图4 精调比油器前后各个工况点AF测试值对比图从图1和图2曲线可得，调整以后CO的排放量明显降低，而实际空燃比比调整之前更加接近理论空燃比（理论空燃比A/F=14.7），在安装后续尾气处理装置三元催化剂以后效果会更佳。2.2 电控化油器2.2.1 电控化油器工作原理和系统组成该系统首先对化油器进行改装，添加旁通气道和电磁阀，旁通气道与主、怠油系相通。旁通气道所流过的空气量是通过一个电磁阀开启和关闭的时间不同来控制的。其工作过程是当发动机运转时，ECU将从转速传感器获得转速信号、从节气门位置传感器获得开度信号，进而确定发动机所处工况，并从已存储在ECU中的MAP中读取相应的脉宽信号，经温度修正(如果是闭环控制，还需要经过氧传感器信号的修正)，用以驱动电磁阀的开启和关闭，调节旁通掺人空气量，从而间接地精确控制燃油供给量和空燃比。2.2.2 与化油器的比较试验5根据朱棣.唐琦.黄克菲.用CG125摩托车用汽油机157FM作为样机，进行44节气门开度的速度特性试验，可得到一下结论 ：使用电控化油器系统在与原机化油器的功率、扭矩基本相同的前提下，经过对各个工况空燃比的优化，可使燃油消耗率最大下降211 ，CO排放最大下降862 ，HC排放最大下降342 ，但是NOX排放会有一定幅度的升高。由此可以看出电控化油器系统在降低燃油消耗率、降低CO、HC排放方面潜力很大，但在实际使用时，也应考虑NOX升高的不良影响。2.2.3 电控化油器与摩托车电喷系统的比较电控化油器系统对于每一工况点，空燃比是可调的， 值一般可在99171的范围调整。因而，可以做到对每一工况点的优化，使汽油机的各个工况都处于最佳工作状态其优化值通过试验而获得并记人MAP，以便在实际运行中使用。在这方面，该系统的功能与电控汽油喷射系统完全相同。但是相比于电喷系统而言，由于电控化油器吸收了电喷系统与化油器两者的优点，例如相比于普通化油器而言，电控化油器能根据具体工矿适时的调整空燃比，使发动机的性能得到优化，同时排放更好。相比于电喷系统而言，工作可靠性更高，当其中的一个电控环节出现故障以后，影响的仅仅是旁通气道的空气量，此时电控化油器相当于一个普通化油器来使用，只是排放相对提高了一点，但是电喷系统一旦其中的环节出现故障，发动机将无法继续工作。其次，电控化油器系统结构相对简单，比电控汽油喷射系统少了油泵、高压油路、调压器、喷油器等部件，这也使系统的可靠性大大提高同时也降低了成本，一台电控化油器要比电喷系统低200元左右， 再次，电控化油器系统对油品的要求与化油器一样，而电控汽油喷射系统则对汽油的品质要求较高。2.3 尾气后处理不论采用哪种改善方式，后续的尾气处理装置都是改善排放的重要手段，这样就能轻松的达到国III的排放要求，减少对大气的污染，例如：二次空气喷射系统，活性碳罐，以及三元催化剂等，可以使排放的效果更好。2.3.1二次空气喷射系统的应用采用空气冷却的中小排量摩托车发动机，在气缸盖排气道紧靠排气管出口处，可形成较大的容积和相对绝热保温区域，由于在此区域内部气体温度较高，若适时喷入空气则可保证CO和HC氧化反应的进行，此种方式称为二次空气喷射系统。为应对排放法规的要求，国外摩托车企业广泛将二次空气喷射系统应用于摩托车发动机，有些摩托车发动机即使在采用电子控制燃料喷射装置的情况下仍然应用了二次空气喷射技术。因此，在不能采用闭环电控喷射系统与三效催化转化器的情况下，二次空气喷射是排放控制的主要技术措施。2.3.2三元催化剂催化器由壳体、载体和催化剂等组成。由于摩托车工况变化复杂，行驶道路条件差，排气温度较高，摩托车催化转化器大多选择金属载体。催化剂通常是以贵金属铂Pt、钯Pd、铑Rh以及稀土氧化物等各种助剂为活性成份。在尾气中oz含量较高的情况下，全Pt、全Pd或PtPd的催化剂可以高效氧化c0和HC，称作氧化型催化剂。PtRh及PtPdRh催化剂在理论空燃比附近，可同时高效地转化CO、HC和NOX，这3种有害物质，故称作三元催化剂。催化剂对于不同有害成份的转化率与空燃比密切相关，只有在理论空燃比附近一个较窄的范围内，CO、HC、NOX，的转化率才能同时达到较高水平。发动机排气的空燃比在实际范围与催化剂的空燃比特性之间良好匹配，将对排放控制效果起到非常重要的作用。根据袁义春的实验：利用“日本小野75 kW 台架测控机”和“MUIAIASPY0一P550废气分析仪”测量三元催化剂前后主要废气物排放4如图5所示：图5、三元催化剂前后主要废气物排放从表中的数据我们可以知道，加上三元催化转换装置以后，排放的废气通过三元催化剂的氧化和分解，得到很好的控制，可以满足排放的要求。2.3.3 活性碳罐汽油是一种易挥发的液体，在常温下燃油箱经常充满蒸气。为了减少燃油蒸气泄漏到大气中污染大气，同时为了提高摩托车的经济性，因此需要将燃油蒸气进行回收再送入燃烧室燃烧掉，这个过程起重要作用的是活性碳罐贮存装置，因为活性碳有吸附功能，当摩托车运行或熄火时，燃油箱的汽油蒸气通过管路进入活性碳罐的上部，新鲜空气则从活性碳罐下部进入活性碳罐。发动机熄火后，汽油蒸气与新鲜空气在罐内混合并贮存在活性碳罐中，当发动机启动后，装在活性碳罐与进气歧管之间的燃油蒸发净化装置的电磁阀门打开，活性碳罐内的汽油蒸气被吸入进气歧管参加燃烧，这样就可以大大减少燃油蒸气的污染，同时提高了燃油经济性。3 结论通过以上的分析，我认为在满足国排放标准的前提下，同时在当前国内技术水平的前提下，只要克服普通化油器的缺点，化油器仍有很大的生存空间，比如采用精调化油器、电控化油器，同时根据合理的情况选择后续的尾气处理系统，如：二次空气喷射系统、三元催化转化剂以及活性碳罐等，这两种方案都是可行的。在当今国内的各大摩托车生产厂家，如：大长江集团有限公司、隆鑫机车有限公司、建设摩托车股份有限公司等众多摩托车生产厂家也采用了其中的大部分技术。因此在未来的发展中，电子控制燃油喷射系统是一个长远的发展目标，在短期内，精调化油器和电控化油器加上后