主页 > 中国汽车报 > 第二版 产业资讯 2002年08月15日

关于二冲程摩托车前景的讨论:
    二冲程摩托车需要“变法图强”



    有个朋友曾经问我,摩托车到底是二冲程的好还是四冲程的好?我当时想都没想就告诉他,当然是四冲程的好。四冲程车车型多、样式多,既省油又环保,价格也能接受。但他似乎并不满意我的回答:“你只说四冲程车好,那二冲程车为什么就不好呢?你真的了解吗?”说实话,我并不清楚,不仅是我,很多人和我一样对这个问题可以说只是一知半解。
      从行业报表上,我们可以看出,二冲程车在逐年下降;从技术发展的历程来看,中国的车用二冲程发动机技术在最近20年里基本处于停滞状态。而在国外,二冲程摩托车和四冲程摩托车不论是在技术研发还是在市场开拓都没有停下脚步,齐头并进。是什么导致了中国的摩托车行业不再看好二冲程摩托车?难道这种车型仅仅因为它叫“二冲程”就该否定吗?。本报记者就此邀请了业内专家、国内外企业的技术主管人员进行了讨论。希望通过讨论让更多的人真正了解二冲程车究竟怎么样。参加这次讨论的有:金城集团技术中心主任尹湘宁、天津内燃机研究所工程师林漫群、武汉理工大学摩托车与发动机系主任颜伏伍、澳大利亚奥必托发动机股份有限公司工程主管史迪文·埃亨(Steven Ahern)
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    问题一:从摩托车的发展历史上来看,二冲程摩托车是如何发展起来的?它有什么优点?有什么缺点?
    优点突出,但缺点也令人头痛

    颜伏伍:二冲程摩托车起源于1900年,当时,法国人科尔梅里(Cormery)将自己率先发明的世界上第一辆二冲程摩托车在巴黎申请了发明专利。其后,经过多人的努力,直到20世纪30年代,德国DKW公司的研究工作取得了重大进展,施路勒(Schnule)于1932年获得有关废气扫除技术的专利,二冲程摩托车才真正达到了成熟阶段。
    二冲程摩托车的发动机曲轴每转动一圈做一次功,做功频率是四冲程发动机的二倍,因此,二冲程发动机的主要性能优点是升功率大;结构上的优点是,结构简单,维修方便。主要缺点是,由于在一个行程内(向下行程)完成排气过程和扫气过程,对于化油器式二冲程发动机,会出现换气过程的短路损失,导致油耗升高,排气污染物尤其是HC的排放相对严重,另外二冲程摩托车的润滑采用了混合润滑,即机油和汽油同时进入燃烧室,可见污染物的排放量较大,排气帽蓝烟。
    林漫群:二冲程机的主要优点是:
    在气缸容积及平均指示压力相同的条件下,二冲程发动机理论上比四冲程的升功率大一倍。实际上由于气缸套筒上有气口,部分损失效冲程,因此二冲程机升功率一般比四冲程高50~70%。换言之,在相同功率下,二冲程机的尺寸下,重量轻;
    采用气口换气方案时,发动机结构简单,运动部件比四冲程少;
    扭矩随曲轴转角变化均匀。二冲程机的缺点:
    车辆要求发动机在转速变化范围广的条件下工作,但二冲程机难以保证在各种转速下都获得良好的换气品质; 对于常见的化油器式二冲程摩托车发动机,换气过程新鲜冲量的逃逸导致排放差且油耗高;
    二冲程摩托车发动机机油消耗高。
    史迪文·埃亨(Steven Ahern):
    二冲程发动机适用于两轮车和其他“移动式”发动机的应用场合。它简单可靠,在曲轴的每次旋转过程中都有做功冲程,因而较四冲程发动机具有更好的性能。早期的两冲程发动机比同时期的四冲程发动机更吸引人。
    近年来,四冲程发动机经历了许多明显的改进(当然也投入大量的资金),引入了较轻和强度更好的材料,多气门和顶置曲轴,以改进功率重量比和功率体积比,并且应用了汽车工业发展起来的技术,如降低发动机摩擦,改善燃烧等,所以后来居上。
    二冲程发动机的优点不少:
    由于每转具有做功行程,它有高的功率重量比和功率体积比; 加工成本低;
    与四冲程相比,零部件数量较少;
    低速时良好的最大力矩特性,这对于任何车辆都是非常需要的;
    维修简单(发动机简单);由于采用滚柱轴承,摩擦低;低的压泵工作,当节气阀减小时此泵压工作也减少;由于大量的残剩的排放气体,两冲程发动机本身具有极低的NOx排放;发动机特性很适合于冷启动和冷状态下工作。
    二冲程发动机的缺点也不少:由于在怠速和低速状态下不良的扫气,在排气端口存在未燃烧的碳氢化合物,这导致排放和燃油经济性差; 在低速低载荷时,由于扫气的问题,经常会发生不点火现象,导致排放进一步变差; 在低速低载荷时,有可见的排气“烟雾”(未燃烧的碳氢化合物加上机油)存在。

    问题二:克服二冲程摩托车缺点的关键在何处?目前有没有技术解决了这些问题?
    排放和油耗问题是关键

    林漫群:目前研究工作主要技术集中在如何在保持二冲程机优势的前提下改善排放。关键技术主要涉及换气过程的优化、空燃比控制精度的提高以及新型的稀燃技术等等。目前比较突出的是二冲程电控缸内燃油喷射所实现的分层燃烧。这种方式有以下突出优点:
    缸内直喷可以实现空气扫气,从而根本上解决了传统扫气方式新鲜混合冲量逃逸问题,大大改善了燃油经济性和排放; 合理组织缸内气体流动可以实现可控缸内分层燃烧,在中低负荷下,分层度较高,平均空然比可以高达100(正常汽油机均质燃烧的空燃比大约为14.7),从而进一步降低燃油消耗;
    电控技术使得燃油喷射和点火更加灵活。
    尹湘宁:克服二冲程发动机排放高和油耗大的技术关键在于,如何减少扫气过程中新鲜混合气的短路损失。目前解决其排放高主要采用两种方式:机内净化处理(控制扫气过程和燃烧组织)和机外净化处理(亦称后处理)。对机内净化处理而言,当前在二冲程机上应用较为成功的是采用电控喷射技术。其主要特点是电子控制发动机燃油的供给,利用空气来扫去缸内的废气。这样就可以避免短路损失的发生。国内用于二冲程发动机电喷系统比较成功的是奥必托公司的缸内夹气直喷技术,其污染物排放可达到欧Ⅱ标准。如果加上触媒净化器进行后处理,其排放将进一步降低。
    除此之外,奥地利的AVC公司也曾在100cc二冲程摩托车上成功地运用了半直接电喷技术,另外本田公司在二冲程发动机上采用AR燃烧技术(活化基燃烧)也能有效地降低二冲程发动机的污染排放。上述采用电喷的方法对于治理二冲程发动机污染排放效果是显著的,但成本会有较大幅度的提高。
    第二种尾气污染的治理方案是采用机外净化,即采用触媒转化器对发动机的尾气进行处理,虽然治理效果相对要差一些,但由于成本相对较低,日前不少厂家都乐于采用此方法。这种方法的缺点是对油品的质量有一定要求,且有一定的寿命要求。
    史迪文·埃亨:二冲程发动机的问题主要还是在于排放和油耗。以目前的技术看,解决方案主要有直喷及分层燃烧技术、半直喷技术和加装尾气净化装置及二次进气系统。
    采用直喷和分层燃烧过程比采用化油器的两冲程发动机更具有明显的改进(喷射器位于气缸头中间):
    喷射过程发生在发动机循环的后期,使未燃烧的碳氢化合物经排气管的短路降至最低;分层微粒燃烧过程将可燃烧的油气混合物集中在一个局部区域,从而产生一个非常有效的燃烧过程; 采用奥必托公司的夹气直喷(ASDi)技术,可获得性能良好的四冲程发动机的典型排放水平,并且一般地说,燃油经济性较四冲程发动机好; 采用直喷技术,能对机油回路进行严格的控制,使排气中没有烟雾;
    由于燃烧的改善,在怠速和低速时无不点火现象。
    半直喷技术采用典型的进气道端口喷射,它可喷至传送端口,或通过至气缸壁的通路而直接喷至气缸内。这种方法能改进排放和燃油经济性,但此改进的程度比不上气缸头中间的直喷系统。
    加装尾气净化装置及二次进气系统虽然能把排放降低至欧II标准的水平,但有一定的限制。比如:燃油经济性无改进、催化剂易被毒化(钙和硫)、发动机性能可能受影响等。

    问题三:在国内市场上,二冲程摩托车主要集中在哪些排量上,主要用途是什么?
    集中于低排量  主要用于代步

    尹湘宁:目前国内市场二冲程摩托车(踏板车)的排量主要集中在50cc~100cc上,前期也曾在125cc和250cc排量上出现过(日前产量已很少)。其主要用途是作为代步工具和短途运输工具。现在由于国内各大城市相继禁牌和限牌,尤其是不科学地将“二冲程”与主要流动污染源划上等号,近几年来,二冲程车产量已日趋减少,风光不再。
    而在国外,尤其是在欧洲,50cc踏板车还是以二冲程居多,这主要是考虑到二冲程升动率高且使用维护方便、成本较低,人们多用作短途代步工具以解决交通堵塞之难题。应该说,由于国外在环保立法的科学性、执法的严肃性方面做得较好,二冲程发动机的尾气污染防治技术得到了充分的发展,适应了不断提升的环保要求。欧洲市场的二冲程踏板车并没有因即将实施欧Ⅱ标准而退出市场,而是以不断更新的技术来满足日益严格的环保要求——这正是二冲程摩托车良性发展的道路。
    史迪文·埃亨(Steven Ahern):
    在欧洲,目前 一般地说,100cc以下的发动机多为二冲程发动机。这是由于其良好的功率重量比和功率体积比所致。也有一些50cc的四冲程发动机,但其性能有明显限制。
    在印度,排量达150cc的二冲程发动机也很常见。这是因为当地消费者希望摩托车在低速时具有较大的功率。

    问题四:国际上,二冲程摩托车的技术发展现状及使用状况如何?国内又是怎样?
    国外:走市场技术逐步完善  国内:受限制技术停滞不前

    颜伏伍:国际上,发达国家摩托车主要用途不是交通工具,因此摩托车的使用量没有中国这么大。摩托车是否能被销售和使用取决于是否满足相应的法规要求,如果满足,当然能够销售和使用。因此,在国外,二冲程摩托车是不会“被歧视的”。
    在国内,很多大、中城市对摩托车实行禁牌,部分城市就是从二冲程摩托车开始的。所以国内的企业早已经认识到了这一点,二冲程摩托车的产量逐年下降,四冲程摩托车逐年上升。从技术上,国内已经有企业开发了采用缸内直喷技术的机型,也有排气催化转化的成套技术,采用相关技术达到相当于欧洲I排放标准是完全没有问题的。
    尹湘宁:国际上二冲程发动机已经广泛地使用电喷和后处理技术,并且比较完善。国外对环保的重视程度要高于国内,因此这一技术得以不断发展和完善是一个必然趋势,但是在国内由于摩托车行业的恶性竞争,厂家片面注重成本的降低,并且国内不少大中城市或者是盲目禁牌,或者是不能严格执行现有的环保法规,所以不仅是二冲程机,就连四冲程机的尾气污染治理技术都得不到有效的推广和应用。
    林漫群:有一点是值得注意的,那就是国外并没有因为传统二冲程机的缺点而停止研究。国际上二冲程相关技术的研究一直比较活跃,这一点从美国SAE组织的小型汽油机分会SETC上可以得到证实。大部分涉及排放机内净化的研究论文是针对二冲程机的。当然这也要辨正地分析,一方面说明二冲程机在学术领域仍有很多学者和工程技术人员乐此不疲,另一方面也说明二冲程身上确实有不少有待改进的问题。
    二冲程机一般认为应用于特别大的或特别小的场合。如大型轮船或航模发动机。因为此时四冲程发动机复杂而笨重的换气机构已经无法使用。我国摩托车发动机原本多为二冲程机,这是由当时的材料和机加工水平所决定的。随着摩托车工业的发展,摩托车发动机四冲程化已经在90年代中后期迅速显现出来。四冲程化趋势,或者说二冲程的迅速下滑不能简单地用好和坏来评价。
    史迪文·埃亨:这里我主要谈谈欧洲市场的情况。
    大多数两冲程踏板车制造厂现都已采用了夹气直喷技术了。
    其中,比亚乔公司约在5年前就引入了FAST(全雾化分层紊流)系统,此后又引入了采用奥必托ASDi的“Purejet”直喷系统,用在其NRG和Gilera Runner型号(皆为50cc)车上。
    阿普瑞利亚(Aprilia)公司于2000推出了采用ASDi的Ditech RS50踏板车,2001年又推出采用同样技术的Scarabeo Ditech (50cc)踏板车。另外,标志摩托车公司也将ASDi的TSDi系统,用于Looxor型号上,最近又用于Elystar型号上了。
    经过这几年在市场上的考验,可以认为夹气直喷技术已经成熟,而且可以适应欧洲市场。

    问题五:国内的二冲程摩托车市场在不断萎缩,这是为什么?

    中国二冲程车市场还会继续萎缩

    颜伏伍:从目前的情况来看,二冲程摩托车的产量会进一步缩小,今年二冲程的产量可能占总产量的比例会在10%以内,比2001年会进一步降低。二冲程摩托车在中国说不上会“死亡”,但想要发展壮大的可靠能性极小。
    尹湘宁:国内二冲程摩托车市场萎缩的主要原因在于国家政策的引导方向不太科学。就环保而言,应该提出切实可行,并且逐步严格的环保法规,并采取有效的措施强制各生产厂家实施。但现在却是以禁牌为主要手段来限制摩托车尤其是二冲程摩托车的发展,这是不合理的。这样做不仅扼制了老百姓的购买愿望,同时也削弱了生产厂家发展技术的信心。
    其市场萎缩还有一个原因:二冲程排放治理需要企业的投入,并且环保技术的采用将导致产品成本的增加。但是在现在低价竞争的局面下,这又阻碍生产厂家增加投入,进行相关研究。为了解决这一问题,国外一般采用的是政府给企业的适当形式的政策补贴,这样可鼓励企业技术进步从而满足环保的要求。
    第三个原因是执法部门执法力度不够。在道路上经常可以看到摩托车带故障运行,浓烟滚滚,但执法部门却视而不见,置之不理。长此以往,二冲程摩托车在中国很难得到进一步发展。

    问题六:您是怎么看二冲程摩托车的?如何促成中国二冲程车的进步?
    二冲程车需要“变法图强”

    颜伏伍:二冲程摩托车主要优点是结构简单、维修方便、升功率大。但是,随着我国摩托车工业的快速发展,从小排量(50cc)到大排量(750cc)的四冲程摩托车制造技术完全具备,各大企业的二冲程生产线的改造已经基本完成(由于市场的原因),所以,二冲程摩托车结构简单的优势已经难得体现;从维修的角度来说,随着保有量的增加和使用水平的提高,维修已经基本不成问题,所以,维修方便的优势也很难体现;随着技术的进步,四冲程摩托车正在采用如液体冷却技术、高转速、提高压缩比等技术,四冲程摩托车的功率也在进一步提高。因此,我感觉,以目前的情况看,二冲程车在中国没有多少空间。
    谈到如何促成中国二冲程车的进步,我看需要在三个方面下功夫。第一,在技术上克服二冲程扫气过程的短路损失,开发出低成本的缸内喷射系统。如果采用缸内直喷系统,二冲程摩托车的排放可以和四冲程电喷摩托车的排放、油耗具有相同的水平。另外,化油器式二冲程摩托车如果采用排气催化转化技术,将催化转化器作为其标准配置,满足即将执行的排放标准是没有问题的。第二,克服认识上的误区。不是所有的二冲程摩托车的排放污染都严重,如果二冲程摩托车采用了相关治理排放的技术,其排放也很不错;第三,加大宣传,力促禁摩城市给摩托车松绑。因为连市场都没有了,二冲程技术再发展又有什么用呢!
    尹湘宁:道理很简单,不能因为交通事故频发和道路拥挤来限制中国汽车摩托车工业的发展。二冲程发动机其升功率高结构简单,成本较低以及维护便利等特点是四冲程发动机难与相比的,关键的问题是如何鼓励企业采用新技术来克服二冲程发动机排放高等弊端,使其能满足日益趋严的环保法规。
    具体可借鉴国外的一些做法:可以科学合理地制定排放法规,以法规为准绳而不是摩托车(发动机)的冲程数来划分扶持谁封杀谁。另外,政府应出台一些相关优惠政策,来鼓励企业采用先进的技术治理二冲程摩托车的尾气排放。比如,对于真正提前达到下一阶段排放标准的生产企业给予诸如税收减免或财政补贴等优惠政策,这样可以刺激企业加大研发力度以使二冲程的排放满足未来环保法规的要求。还有,要加大执法力度,对于那些满街乱跑的冒烟车应随见随时处罚,强制执行排放治理,而不是等到每年一次的车辆年审时再来纠正。
    史迪文·埃亨(Steven Ahern):
    新的二冲程摩托车是一种非常吸引人的产品。它具有清洁、加速方便、非常好的燃油经济性和排放性能。二冲程发动机的夹气喷射技术已成熟、商业上可操作,并已在欧洲市场和全球的娱乐交通工具行业上得到验证。鉴于从1996年以后,二冲程直喷发动机的成功应用。那种害怕由于引入一种新技术而承担的风险的顾虑也渐渐在消除。
    对于中国的两冲程车市场,我认为必须向推进新型的二冲程摩托车产品事业。当然,中国的摩托车公司需要充分研究,当清洁的二冲程发动机和四冲程发动机瞄准同一个排放标准时所有可能发生的费用。这些可能发生的费用包括直喷系统零部件国产化生产的影响、四冲程相对于两冲程发动机开发费用和生产费用等。综合了这两者的优劣之后,相信中国摩托车公司会选择出合适的发动机类型的。
    《中国汽车报》 (2002年08月15日第二版)

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