表1 188F汽油机主要结构参数样机型式起动方式
缸径!行程/mm!mm
总排量/mL压缩比
标定功率及转速/(kW/r min-1)
四冲程、风冷手拉式88!643898.5:18.0/3600
小型通用汽油机排气污染物主要受以下几个因素的影响:
1)过量空气系数(或空燃比);
2)混合气形成的质量及油气分布的均匀性;3)点火正时与点火能量;4)燃烧室壁面及活塞顶部积碳;5)润滑油品质和温度;6)发动机标定转速和负荷率。
上述因素中,过量空气系数和点火性能是影响小型通用汽油机排放的主要因素。已有的研究表明两者之中过量空气系数是最主要的影响因素。现生产的通用汽油机绝大多数是采用化油器来形成混合气的,其化油器的结构按功能分仅有主供油装置和怠速供油装置两部分组成,主供油装置通过喉管直径、主供油量孔和空气量孔的优化组合供给大、中负荷各种转速下的可燃混合气;怠速供油装置则保证汽油机在怠速和由怠速过渡到小负荷时供给可燃混合气。对通用汽油机,传统设计思想主要考虑的是:发动机功率的提高、
第5期刘胜吉等:过量空气系数对四冲程小型通用汽油机排放的影响43
对于CO的测量,两种分析仪的测量原理是相同的,都采用不分光红外法(NDIR),只是后者的测试精度比五气分析仪的测试精度高,两者的测试数据基本一致。对于NOx的测量,五气分析仪的测试原理是采用电化学法,只能测出NO的浓度,不对NO2进行测量,而符合法规要求的测试设备一般都采用化学发光分析法,测量的结果是NO与NO2的浓度的总和NOx,但汽油机尾气排放中NO2的占有量相对较少,故而两者的测试数据相差也不是很大的,五气分析仪测得的NOx数值比后者略低,在3~8%左右。而对HC的测量,两者测试原理是完全不同的,五气分析仪采用的是不分光红外线分析法,而符合法规要求的测试设备一般采用的是氢火焰离子化分析法,两者测试数据相差很大,但我们可以用不同工况,两者多次试验找出它们之间的关系,表2是188F汽油机的一个典型试验结果,多次试验表明:对某一种机型的相同工况,两者测量结果的比值变化不大。综上所述使用五气分析仪能进行通用汽油机的排放研究,也可以用于生产的质量控制。
表2 五气分析仪和7200D型废气分析仪的HC值比较负荷率0%10%25%
50%75%100%
五气仪测得数据
1017976677065
7200D测得数据
2925.42136.31850.31443.31459.41410.5
比值29.027.124.421.520.821.7
表3 B试验循环的工况点组成和排放权重转速工况点(i)负荷(%)权重(WFi)整机排放物限值(g/kW h)
11009%
CO%610
27520%
额定转速
35029%
42530%
5107%
怠速605%
图1 188F汽油机标定工况过量空气系
数 t与排放的关系
放结果的贡献率(综合考虑各工况的排放权重和成分浓度等因素)是非常必要的,在确定了贡献率较大的工况以后,再根据这些工况的废气成分特点对化油器进行调整。这是我们试验研究的指导思想。
试验过程中,通过改变188F汽油机的化油器的主量孔的直径和怠速量孔的直径,使汽油机标定转速负荷特性上过量空气系数满足大部分工况下的要求。图2是调试得到的不同化油器特性曲线和它们的排放结果。
HC+NOx%12.1
NOx(欧盟)
%10
3过量空气系数 t对小型通用汽油机排放影响的试验研究
结果表明:在标定工况点过量空气系数值相同的情况下,随着部分负荷工况的过量空气系数增加,CO和HC都呈现下降的趋势,化油器过量空气系数特性1比特性2有较低的HC和CO排放值,NOx在低负荷区略有增加。特别是在25%、50%低负荷工况,混合气的浓度在0.84~0.87之间,氧含量较标定工况点增多使燃烧完全,HC、CO生成量少,油耗也比特性2低,这两个工况对整机HC排放值影响最大。另外,由于在低负荷区域,节气门开度比较小,进入燃烧室内的新鲜混合气的数量较少,气缸压力下降,燃烧温度不高,这就抑制了NOx的生成,而在75%~100%负荷之间,节气门开度大,进气量增加,缸内压力增大,气体燃烧温度比较高,NOx生成量大,所以在低负荷工况下,过量空气系数对HC、CO的影响比较明显;而在高负
影响小型通用汽油机过量空气系数的因素有进排气系统阻力、化油器参数的匹配。一般是用化油器的匹配调试最终找到最优的匹配方案。图1是我们用五气分析仪对一台188F汽油机标定工况进行改变主供油量孔来改变过量空气系数的测试结果,得出了188F通用汽油机的过量空气系数与排放之间的关系。 美国EPA和欧盟排放法规规定固定用途小型通用汽油机采用的试验工况及限值要求
#1
见表3,是标
定转速下的负荷特性及怠速工况,最终整机排放结果是由各个稳态工况下测得的排放值按加权系数求出,因此在调整化油器时,掌握不同工况点排放对最终排
44 小 型 内 燃 机 与 摩 托 车 第35卷
荷工况下,对NOx
的生成影响比较大。的过量空气系数是在0.95~1.15之间。另外,怠速工况下,燃烧温度较低,NOx的生成量很少,因此对整机排放影响可以不必考虑。
4结论
本文通过对188F型通用汽油机排放特性的实验研究,得出如下结论:
1)正确地使用五气分析仪能定量地对小型通用汽油机进行排放试验研究和质量控制。其测量结果与排放法规要求用的发动机废气分析仪的测量结果在各工况点有一定的数量关系。
2)过量空气系数大小对通用汽油机的废气排放值有较大的影响,较低的整机排放值需控制汽油机标定工况点的过量空气系数大小,还要控制负荷特性上
图2 两种化油器特性下排放量的对比
各工况点的过量空气系数特性的变化趋势。
3)综述作者的研究结果,对188F汽油机,满足欧美排放第二阶段限值,发动机各系统工作正常情况下,标定工况的过量空气系数在0.83~0.85左右,负荷特性上有合适的化油器特性,怠速的过量空气系数控制在1.05左右,汽油机能取得较低的整机排放值且在动力性、经济性及工作稳定性等方面有较优的综合性能。
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