摘 要：对摩托车采用不同排放控制技术方案的国Ⅲ车型进行生产一致性试验，引入相对标准偏差对试验结果进行定量分析，提出合理化建议和各种方案适用的车型。
关键词：摩托车 国Ⅲ排放 生产一致性
中图分类号：U483 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）008-056-02
1 引言
环境保护、低碳经济已成为时代的主题，不仅具有世界意义，更是我国当今社会经济发展的焦点。我国摩托车处于世界第一生产、消费大国，但整体上“大而不强”。为提升技术水平、降低排放，国家规定，两轮摩托车和两轮轻便摩托车自2010年7月1日、三轮摩托车和三轮轻便摩托车自2011年7月1日起，其大气污染物排放必须符合国Ⅲ排放标准要求。目前主流的技术方案有 “闭环电喷+三元催化器”、“闭环电控化油器（闭环电控补气化油器）+三元催化器”、“化油器+双催化器+缸头补气”和“化油器+双三元催化器+中间补气”四种，由于车辆型式核准采用送检方式，检测机构只对送检样车进行检查和测试，企业可对样车精调来满足标准要求，故生产一致性检查试验才是考核摩托车生产企业排放达标技术有效性和可信度的关键。本文通过试验对比，用相对标准偏差来定量比较各种技术方案的生产一致性差异。
2 研究对象
国Ⅲ排放标准中对生产一致性检查有明确的规定，以确认摩托车制造企业生产过程控制的符合性。规定在同一型式摩托车的批量产品中任意抽取至少一辆进行常温冷启动试验，若不能满足要求，可按摩托车制造企业要求从该批产品中抽取若干辆样车，包括最初抽取的样车进行测量，通过算术平均值、标准偏差和统计系数进行判定，通过公式x + kS≤L进行计算，若抽取的一辆已经满足标准要求，即不需要继续进行试验，或追加车辆直至满足标准限值要求，该公式无法对批量抽取样车的控制水平进行量化计算。为此，本文引入相对标准偏差来进行评价，即通过标准偏差与数学期望的比值，来反映数据的离散程度，从而判定生产一致性的控制程度。
尽管当前主流的排放控制技术方案分为四种，但可以归结为闭环电喷、闭环电控化油器、化油器三类。为判定各个控制方式的生产一致性水平，对送检的样本进行了随机抽查。受成本和市场因素影响，样本中采用“闭环电控化油器+三元催化器”技术方案的两轮摩托车没有，但三轮摩托车应用较多，本文随机抽取了6辆排量为110ml的闭环电喷两轮摩托车、5辆排量为150 ml的闭环电控化油器三轮摩托车、5辆排量为110ml化油器的两轮摩托车进行GB 14622-2007的常温冷启动排放试验，结果如表1所示。
3 试验结果分析及对策研究
3.1 闭环电喷
闭环电喷系统能实时将发动机燃烧情况反馈到电子控制单元（ECU），ECU根据信号修正喷油量，从而保证发动机燃烧充分；系统具有自学习功能，通过各传感器检测环境变化，自动适应高原、平原地区的使用环境；另外，由于ECU将发动机空燃比控制在最佳值附近，不仅可以发挥催化转化器的最大转化效率，还能大大降低催化转化器的负担。测试数据表明，三种排气污染物的相对标准偏差均较低，排放生产一致性控制效果很好，是满足国Ⅲ排放生产一致性的最佳技术方案。
3.2 闭环电控化油器
因为化油器有其固有的喷油特性，通过机械的方式来控制油气混合精度有一定的困难，对于原机排放效果不好的车型和三轮摩托车，单纯依靠化油器无法达到国Ⅲ排放要求，采用电喷成本又较高，因此在成本压力下出现了电控化油器的方案。该技术方案由我国首创，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提高，成本大幅下降，可以较好的适应三轮车发动机转速高、使用磨损后散差大的状况。从上述试验结果来看，生产一致性控制的相对标准偏差最大在16.2%，相对来说还可以，对于单纯依靠调整化油器不能有效降低原机排放的两轮摩托车和三轮摩托车，该技术方案还是有较强的适应能力。
3.3 化油器
由于化油器的特性决定了其排放生产一致性较难控制。从表1也可以看出，五辆样车尽管都达到了标准要求，但试验的相对标准偏差最小为22.2%，生产一致性控制较差。笔者对整车排放结果的关键部件化油器和催化转化器进行单独的生产一致性试验验证。试验采用同一辆性能比较稳定的排量为110ml的两轮摩托车，换装六个同一批次化油器和八根同一批次封装了三元催化转化器的排气消声器进行常温冷启动排放试验。其中化油器的相对偏差为CO：44.0%、HC：14.9%、NOx：30.9%，三元催化转化器的相对偏差为CO：22.5%、HC：12.7%、NOx：8.9%。从中可以看出，化油器的相对偏差最大，与三元催化转化器因素叠加造成整车相对偏差增大，故需要采取必要的管理和技术措施来保证生产一致性水平，建议如下：
（1）加强对关键零部件供应商管理和进货检验。
应建立完善的供应商评价制度，对供应商的质量管理能力进行评估，同时在供货要求明确提出关键零部件的性能指标和质量控制要求，定期对关键零部件进行检验，发现问题及时追溯，并对供应商重新进行评价。
1）化油器作为影响因素最大的关键部件，需要重点观测。化油器产品的优劣通常用3个指标来衡量，即化油器与发动机匹配性、化油器供给一致性和化油器使用中的重复性。目前，衡量化油器生产一致性的方法是化油器的综合流量试验，综合流量误差要求较低，例如规定的排量≤125 mL，一等品怠速区综合流量误差≤€？5%，换算为空燃比误差就是13：1-18：1（以理论空燃比为基准），这将引起发动机燃烧性能和排放的较大变化，造成污染物排放的大幅波动。因此，摩托车生产企业在化油器的进货检验、验证或者定期确认检验中，自己制定一个检验规程，将要求提高，甚至可以要求进行变工况流量检查，当然对主要孔的流量误差或气流阻力、位置度、重要的配合间隙、密封件的泄漏等参数也要加以关注。
2）催化转化器的质量也是引起生产一致性变差的重要因素。因此，对催化剂的连接层、高性能储氧材料、耐高温表面材料、贵金属及助剂、涂覆水平也要重点考察，对催化转化器的耐久性及失效进行试验分析，排气消声器的尺寸与焊接工艺也需要加以关注。
（2）提高生产过程控制水平和出厂检验能力。
加强生产过程控制，对关键工序和特殊过程，特别是化油器和进排气系统的装配，应有明确的工艺要求和控制方法，编制作业指导书，规范操作，并实施过程监视和测量。
（3）采用新技术改善产品生产一致性。
可采用电控补气装置对化油器空燃比进行调节，该方案原理与闭环电控化油器基本相同，均采用补气阀对化油器空燃比进行调节，区别在于闭环电控化油器安装多个传感器，在化油器上铸造旁通气道，需要重新开模，成本要比普通化油器高许多。而采用该方案不需要对化油器进行任何改动，只需增加一个氧传感器、一个电磁阀和一个电子芯片，直接可以在原有化油器技术路线上进行匹配。
4 结论
（1）闭环电喷控制系统技术先进，生产一致性控制效果非常好，但对油品品质要求较高，造成成本很高，因此该方案主要适用于高端车型。
（2）闭环电控化油器控制效果好，对油品的要求也不高，是对闭环电喷系统和化油器系统的一种折衷。受成本因素影响，主要适用于三轮摩托车和原机状态不佳的两轮摩托车。
（3）化油器技术路线由于是从国Ⅱ直接升级而来，技术较为成熟，成本增加较少，比较适合我国摩托车行业，但生产一致性控制存在较大的问题，因此生产企业必须在原有基础上采取必要的管理措施和技术措施来保证生产一致性水平。