催化控制技術(shù)在二沖程通用小型汽油機(jī)上的應(yīng)用

王成存

摘 要：在非道路機(jī)械之中，二沖程通用小型汽油機(jī)的應(yīng)用十分廣泛，但其具體排放工作無法與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符，制約了自身發(fā)展。本文根據(jù)以往工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)二沖程通用小型汽油機(jī)改善排放的主要方法進(jìn)行總結(jié)，并從催化轉(zhuǎn)化控制技術(shù)的原理、二沖程通用小型汽油機(jī)對(duì)催化劑的要求、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、催化控制技術(shù)的發(fā)展四方面，論述了催化控制技術(shù)在二沖程通用小型汽油機(jī)上的具體應(yīng)用形式。

關(guān)鍵詞：催化控制技術(shù)；二沖程；小型汽油機(jī)

近年來，我國(guó)很多企業(yè)將發(fā)展目標(biāo)放在了通用小型汽油機(jī)市場(chǎng)之中，該種汽油機(jī)的市場(chǎng)產(chǎn)銷量極大，出口量也在年年攀升。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2016年開始，我國(guó)通用小型汽油機(jī)產(chǎn)量依舊處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。但在該行業(yè)發(fā)展過程中，同樣也衍生出很多新的問題，尤其是在二沖程通用汽油機(jī)的使用上，想要達(dá)到世界環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)還需要進(jìn)行進(jìn)一步操作和機(jī)后處理。

1 二沖程通用小型汽油機(jī)改善排放的主要方法

1.1 四沖程化

二沖程通用小型汽油機(jī)具備固定的進(jìn)氣、排氣等特點(diǎn)，污染排放嚴(yán)重超標(biāo)，而且耗油量巨大，如果站在排放和油耗方面進(jìn)行考慮，四沖程機(jī)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，人們可以將二沖程機(jī)改造成四沖程機(jī)，從源頭角度出發(fā)將污染排放問題解決。另外，在二沖程機(jī)污染排放問題解決過程中，需要遵循以下原則，即機(jī)內(nèi)凈化和機(jī)外凈化的有效協(xié)調(diào)，以及機(jī)內(nèi)凈化的優(yōu)先。例如，在通過凈化器和發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)控制來降低污染物的排放，也可以利用分層掃氣方法來達(dá)到這一效果。

1.2 催化轉(zhuǎn)化技術(shù)

隨著各項(xiàng)法律法規(guī)的落實(shí)，人們可以利用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)來達(dá)成排放標(biāo)準(zhǔn)共識(shí)。尤其是在排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，催化劑的加裝可以有效降低污染物的排放量。站在EPA排放標(biāo)準(zhǔn)角度來說，催化轉(zhuǎn)化技術(shù)已經(jīng)成為目前解決二沖程機(jī)排放問題的主要技術(shù)之一。另外，在大量高效、成本低廉的金屬基體催化劑研發(fā)成功之后，還能進(jìn)一步促使催化轉(zhuǎn)化技術(shù)得到更多發(fā)展機(jī)會(huì)。據(jù)美國(guó)EPA數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，2015年道路車輛與非道路車輛的總體污染物排放，其中有23%的一氧化碳和20%的HC來源于小型汽油機(jī)，其中一大部分均是由二沖程機(jī)器所產(chǎn)生的。[1]

2 催化控制技術(shù)在二沖程通用小型汽油機(jī)上的具體應(yīng)用形式

2.1 催化轉(zhuǎn)化控制技術(shù)的原理

在催化劑的相互作用之下，排氣中的有害成分會(huì)出現(xiàn)以下反應(yīng)：

CO+O2→CO2

HC+O2→CO2+H2O

NOX+CO→N2+CO2（+H2O）

如果整個(gè)過程的排溫條件保持不變，在上述反應(yīng)過程中，具體的反應(yīng)速度較快，并在催化劑的作用下轉(zhuǎn)化成二氧化碳、水和氮?dú)猓罱K實(shí)現(xiàn)污染物排放量的持續(xù)降低。

2.2 二沖程通用小型汽油機(jī)對(duì)催化劑的要求

首先是耐高溫，由于通用小型汽油機(jī)的排氣溫度處于350℃以上，有時(shí)還會(huì)達(dá)到700℃左右，該種溫度可以讓催化劑起燃。而在二沖程機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)生成大量的HC和CO，再加上催化劑的相互作用之后，放熱量還會(huì)進(jìn)一步提升，促使最高排氣溫度超過1000℃。為了確保相關(guān)工作的順利進(jìn)行，催化劑需要具備良好的耐高溫性能，而且在催化劑載體選擇上，除了耐高溫這個(gè)基本特性之外，還要具備熱傳遞特性。其次是對(duì)HC的轉(zhuǎn)化率要求，二沖程機(jī)之中的HC排放量明顯提升，人們?cè)诖呋瘎┦褂眠^程中，應(yīng)該確保HC的轉(zhuǎn)化率所有提升，最小也要達(dá)到70%。因此，催化劑的選擇和使用應(yīng)該體現(xiàn)出一定的針對(duì)性特點(diǎn)，這其中包括催化劑涂層、貴金屬以及載體形式規(guī)格等，讓設(shè)計(jì)工作具備加強(qiáng)的多方面特性。再次是體型小、形式多樣，通機(jī)在設(shè)計(jì)過程中具備結(jié)構(gòu)緊密、消聲器較小等特點(diǎn)，這也為催化劑的布置工作帶來了很大挑戰(zhàn)，人們需要利用最少的催化劑得到最高的轉(zhuǎn)化效率。為了與不同的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，人們所準(zhǔn)備的催化劑應(yīng)該具備形式多樣化特點(diǎn)，最終根據(jù)消聲器內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行選擇。最后是低價(jià)格，由于該種汽油機(jī)的制造成本很低，銷售價(jià)也不高，所以說在催化轉(zhuǎn)化器的選擇上，還應(yīng)該延續(xù)低價(jià)格、高轉(zhuǎn)化率特點(diǎn)。

2.3 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在具體的催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該確保原機(jī)的機(jī)械性能保持不變狀態(tài)。工作人員可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體排量信息和消聲器的使用狀況、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等，對(duì)催化劑進(jìn)行選擇，這其中的內(nèi)容包括催化劑形狀、體積以及安裝位置等等。由于部分催化劑自身性質(zhì)不穩(wěn)定，在安裝時(shí)應(yīng)該確保原機(jī)的消聲效果不會(huì)受到任何影響，更不會(huì)增加內(nèi)部空間之中的氣流阻力，在保持足夠的體積之后，提升催化劑的高效性和持久性，還要避免消聲器外殼溫度出現(xiàn)過高情況，否則很容易對(duì)機(jī)體的其他性能產(chǎn)生影響。

2.4 催化控制技術(shù)的發(fā)展

某環(huán)保實(shí)業(yè)股份有限公司主要從事的是發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制的專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，有著15年的催化劑研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具備先進(jìn)的自動(dòng)生產(chǎn)線，被國(guó)家譽(yù)為最大的金屬載體催化劑產(chǎn)業(yè)基地，與EPA排放標(biāo)準(zhǔn)相符，滿足了各個(gè)通用汽油機(jī)廠家的發(fā)展需求。除了催化控制技術(shù)的有效發(fā)展之外，相關(guān)市場(chǎng)的擴(kuò)大也為該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提供了有利條件，尤其是在美國(guó)、歐盟等國(guó)家制度政策標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提升，讓整個(gè)二沖程通用小型汽油機(jī)對(duì)催化控制技術(shù)提出了更高要求。因此，人們將傳統(tǒng)的二沖程小型汽油機(jī)催化劑設(shè)計(jì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移，并將其放在抗高溫特性、性價(jià)比等方面之中。其次，由于國(guó)產(chǎn)的小型汽油機(jī)污染物排放與相關(guān)國(guó)外制定的標(biāo)準(zhǔn)不符，限制了該產(chǎn)業(yè)的國(guó)家化發(fā)展，而HC在整個(gè)污染物之中的所占比例較大。所以說，相關(guān)企業(yè)在未來發(fā)展過程中，應(yīng)該將工作重點(diǎn)放在HC的催化控制技術(shù)之中。另外，國(guó)產(chǎn)的二沖程通用小型汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)比較單一，不同廠家的產(chǎn)品也會(huì)顯示出不同的特點(diǎn)，形狀、材料等方面也有所差異。因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)不同的機(jī)器種類和形狀來設(shè)計(jì)催化劑和控制方案，讓產(chǎn)品和技術(shù)呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展特點(diǎn)。[2]

3 總結(jié)

綜上所述，催化控制技術(shù)在汽油機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍很廣，但整體技術(shù)內(nèi)容還存在很多不完善之處。因此，在發(fā)展上，企業(yè)應(yīng)該與研究所和生產(chǎn)廠家聯(lián)合在一起。另外，為了確保相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)的進(jìn)一步提升，各個(gè)通機(jī)廠家們可以在催化劑選擇過程中對(duì)其中的技術(shù)研發(fā)情況進(jìn)行考慮，進(jìn)而提升該行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳軍.催化裂化煙氣排放控制技術(shù)現(xiàn)狀及面臨問題的分析[J].化工管理，2018（10）：133.

[2]曹軍驥，黃宇.納米光催化技術(shù)在大氣污染治理中的應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào)，2016，34（17）：64-71.