采用二次空气补给和催化转化器技术降低摩托车尾气排放的研究

摘要

我国摩托车行业的发展非常迅速，但随之而来的空气污染也非常严重。目前，我国政府己高度重视摩托车排放问题，排放法规限值不断的严格，正在推进与国际接轨的工作，然而排放控制技术的研究还有待进一步发展。有很多的措施来控制机动车尾气污染，其中改变或改善内燃机工作过程中减低废气排出的措施往往与动力性及经济性互相矛盾，而废气后处理技术构造简洁、效果明显，成本增加不多，是摩托车排放净化的首选方法。减低内燃机有害废气排出的重要技术措施是催化反应器技术，在国外已经作为尾气净化主流技术，发展较成熟，但是国内在摩托车上只是刚刚开始使用，尤其是在中小排量摩托车上的实际应用不多，尚有大量技术问题还需要改进和吸收。
　　 催化反应器常常与二次空气补给技术配合使用以便满足比较严格的排放限值。在深入研究催化反应器和二次空气补给系统的基础上，设计了两级催化加二次空气补给的摩托车尾气净化系统。利用前级催化剂快速提升排气温度，未净化的部分由后级催化剂进一步净化。摩托车废气中HC和CO的含量较高，氧气的含量较低，向消声器中补入二次空气，可以提升HC和CO的净化率。这种方案既可以保证高的净化率，又可以使内燃机的功率下降小。本文第一部分对国内摩托车排放状况进行了分析，对各种常用的排放控制方法进行了分析比较，并根据此选定本课题的尾气净化方案。第二部分详细介绍了二次空气和催化反应器相结合的摩托车尾气净化系统设计过程。第三部分通过试验研究了不同工况下的消声器温度场、二次空气补给方式、位置和补给量对催化反应器转化率的影响，通过对设计样车进行UDC对比及耐久测试来验证尾气净化系统的实际效果。
　　 试验结果表明：性能良好的催化器加上设计合理的布置方式，有利于催化剂性能的发挥；使用二次空气补给系统为催化反应提供充分的氧气量，可以有效的减低摩托车HC和CO排出量；在不同速度和负荷等运行工况下补入不同量的O2，可以减少对内燃机性能的影响并尽可能多的减低尾气污染物；引入二次空气时，一方面空气入口应靠近缸头排气口，以便有足够的燃烧温度，可以利用高温排气使尾气中的HC、CO与二次空气混合后继续燃烧，另一方面又要考虑到消声器内部压力分布，使消声器利用负压增加补气时间；气泵式主动补气对催化反应器性能的提升要优于被动式补气方式。UDC测试表明，该设计系统可以有效的减低摩托车污染物排出，满足国Ⅲ限值要求。