摩托車排氣背壓影響試驗范文

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摘要：將摩托車用金屬載體放入背壓操作臺的裝置中，選定壓力范圍，選擇自動模式下的定流量模式，給定流量值，進行不同結(jié)構(gòu)參數(shù)載體背壓數(shù)據(jù)的分析比較，研究結(jié)果表明：載體結(jié)構(gòu)參數(shù)對排氣背壓的影響顯著，目數(shù)越多、箔片越厚、長度越長、直徑越小，排氣背壓越大，同心圓型載體背壓要低于雙S型載體。

關(guān)鍵詞：載體;結(jié)構(gòu);排氣背壓

1概要

隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化進程的縱深發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，能源和環(huán)境問題日益突出，在環(huán)境保護已成為基本國策的大背景下，我國的排放法規(guī)的日益嚴格，給摩托車的發(fā)展帶來了巨大挑戰(zhàn)，伴隨著今年國四法規(guī)的實施，耐久里程的增加，對觸媒的要求也隨之提高。面對國四以及緊接而來的國五，使用載體涂覆催化劑來降低排放是必要的手段之一，摩托車在增加載體后對排氣背壓肯定是有影響的。目前，國內(nèi)對于載體結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)比較成熟，但載體本身對排氣背壓影響的試驗研究較少，本文基于背壓測試裝置，研究載體參數(shù)變化對排氣背壓的影響，為實際載體應(yīng)用中的選型和設(shè)計提供參考。

2載體結(jié)構(gòu)對排氣背壓的影響

隨著排放法規(guī)的加嚴，氣體污染物排放限值越來越嚴格，國三升級國四后的法規(guī)變化[1]見表1,。國三升級國四，摩托車發(fā)動機本體保持不變，電噴系統(tǒng)全面使用，但完全靠電噴系統(tǒng)的優(yōu)化不足以完全達到法規(guī)的要求，需要觸媒具有更強的轉(zhuǎn)化能力。排放升級從優(yōu)化觸媒出發(fā)，一方面是優(yōu)化載體，增大載體的體積，此優(yōu)化勢必會對消聲器的排氣背壓帶來一定的影響，如果載體的直徑相同，增加載體的長度，阻力會變大，排氣阻力的增加會給發(fā)動機帶來不利影響[2]，隨著載體長度的增加，壓力損失會增大,導(dǎo)致發(fā)動機的功率下降，油耗上升，同時也會增加觸媒的成本；如果載體的體積相同，隨著長徑比的增大，壓力損失也增大，而長徑比小時，載體的直徑大，必須要求消聲器有大的安裝空間，因此，優(yōu)化載體時應(yīng)當充分考慮觸媒的轉(zhuǎn)化效率與底盤和發(fā)動機的匹配[3]；另一方面是優(yōu)化貴金屬的配方和含量。本文從優(yōu)化載體結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，在滿足法規(guī)排放要求的前提下，對比幾種常用載體規(guī)格對排氣背壓的影響，進行總結(jié)整理，發(fā)現(xiàn)排氣背壓的大小與載體的結(jié)構(gòu)有直接關(guān)系，通過選用合適的載體結(jié)構(gòu)，可以優(yōu)化消聲器的排氣背壓至設(shè)計目標，這將有利于減少摩托車發(fā)動機的功率損失，使發(fā)動機的動力性能充分發(fā)揮[4]。影響消聲器排氣背壓的載體結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有：長度、直徑、目數(shù)、箔片厚度等，所以，為了滿足設(shè)計要求，必須要選擇合適的載體結(jié)構(gòu)。載體規(guī)格選取見表2。

3試驗研究及結(jié)果分析

3.1試驗裝置與試驗方案a)方案一將金屬載體S1-S5，T1放入背壓操作臺的裝置中，見圖1，選定壓力范圍5kPa/10kPa,選擇自動模式下的定流量模式，給定流量值：40m³/h、60m³/h、80m³/h、100m³/h、120m³/h、160m³/h、200m³/h，在載體前段設(shè)置壓力檢測點，實驗開始后，圖表會記錄下各流量點的壓力值。b)方案二將金屬載體T2、T3、S6裝入消聲器，見圖2，將消聲器安裝在某190排量的發(fā)動機上進行實車驗證，在載體前段設(shè)置壓力檢測點，發(fā)動機轉(zhuǎn)速從怠速狀態(tài)升至最大轉(zhuǎn)速，記錄下不同轉(zhuǎn)速時的背壓值。

3.2試驗數(shù)據(jù)與分析本文在以上兩種試驗方案上分別進行了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)載體的背壓測試，并進行了對比分析。如圖3所示，在載體其它結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的前提下，雙S型載體（S1）與同心圓型載體（T1）在背壓操作臺上進行不同流量下的背壓測試，隨流量的增加，兩種結(jié)構(gòu)載體的背壓都呈上升趨勢，同流量的狀態(tài)下，雙S型載體的背壓都要大于同心圓型載體的背壓，最小背壓差為2%，最大背壓差為8%。如圖4所示，在載體其它結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的前提下，不同目數(shù)的載體在背壓操作臺上進行不同流量下的背壓測試，隨流量的增加，兩種目數(shù)雙S型載體的背壓圖3雙S型與同心圓型載體的背壓值對比都呈上升趨勢，同流量的狀態(tài)下，400目載體（S1）的背壓都要大于300目載體（S2）的背壓，最小背壓差為18%，最大背壓差為39%，流量越大，兩種目數(shù)載體的背壓差呈減小趨勢。如圖5所示，在載體其它結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的前提下，不同箔片厚度的載體在背壓操作臺上進行不同流量下的背壓測試，隨流量的增加，3種箔片厚度雙S型載體的背壓都呈上升趨勢，同流量的狀態(tài)下，箔片越厚，背壓越大，0.03mm(S3)＜0.04mm(S4)＜0.05mm(S5),厚度每增加0.01mm，背壓約增加2%～6%。如圖6所示，在載體其它結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的前提下，不同長度的載體在背壓操作臺上進行不同流量下的背壓測試，隨流量的增加，兩種長度雙S型載體的背壓都呈上升趨勢，背壓差呈先降后升的趨勢，最小背壓差為2%，最大背壓差為21%，同流量的狀態(tài)下，100mm載體（S4）的背壓都要大于80mm載體（S1）的背壓。如圖7所示，在載體其它結(jié)構(gòu)參數(shù)相同的前提下，不同目數(shù)、直徑、型式的載體在發(fā)動機臺架上進行的消聲器背壓測試，隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加，消聲器的背壓都呈上升趨勢。3500r/min以下，背壓差別不明顯，從總體曲線來看：同尺寸參數(shù)的T3與S6相比，在各個轉(zhuǎn)速階段，裝載雙S型(S6)要比裝載同心圓型(T3)載體消聲器的背壓大，尤其在低速和高速階段，差別最明顯；中高速階段，裝載直徑小、目數(shù)少、同心圓型載體（T2）的消聲器背壓最大，說明此階段載體直徑大小對排氣背壓的影響力大于載體的目數(shù)和型式；在5000r/min以下、9000r/min以上，裝載直徑大、目數(shù)多、雙S型載體（S6）的消聲器背壓最大，說明此階段載體型式對排氣背壓的影響力大于載體的目數(shù)和直徑。

4結(jié)論

a)相同測試條件下，目數(shù)越多、箔片越厚、長度越長、直徑越小，排氣背壓越大，同心圓型載體背壓要低于雙S型載體，相互關(guān)系可總結(jié)如表3。b)從有利于減少發(fā)動機的功率損失考慮，在設(shè)計消聲器及載體時盡量考慮選用背壓小的載體結(jié)構(gòu)。c)在選擇載體結(jié)構(gòu)參數(shù)時，還要充分考慮搭載的發(fā)動機特性以及與ECU程序的匹配情況，在滿足法規(guī)排放要求的前提下來選擇。

參考文獻

[1]GB14622—2016摩托車污染物排放限值及測量方法（中國第四階段）.中國：環(huán)境保護部，2016

[2]帥石金，王建昕，莊人雋.車用催化器流場數(shù)值模擬及其在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用.內(nèi)燃機學(xué)報，2000

[3]劉彪，梁昱，周立迎.催化轉(zhuǎn)化器載體對流場及壓力損失的影響.湖南大學(xué)學(xué)報，2004

[4]董森，袁兆成.汽油機排氣消聲器對動力性能影響的模擬分析.現(xiàn)代車用動力，2011

作者：張丹 單位：新大洲本田摩托