二沖程摩托車需要“變法圖強”

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關于二沖程摩托車前景的討論：

有個朋友曾經問我，摩托車到底是二沖程的好還是四沖程的好？我當時想都沒想就告訴他，當然是四沖程的好。四沖程車車型多、樣式多，既省油又環保，價格也能接受。但他似乎并不滿意我的回答：“你只說四沖程車好，那二沖程車為什么就不好呢？你真的了解嗎？”說實話，我并不清楚，不僅是我，很多人和我一樣對這個問題可以說只是一知半解。
從行業報表上，我們可以看出，二沖程車在逐年下降﹔從技朮發展的歷程來看，中國的車用二沖程發動機技朮在最近20年里基本處于停滯狀態。而在國外，二沖程摩托車和四沖程摩托車不論是在技朮研發還是在市場開拓都沒有停下腳步，齊頭并進。是什么導致了中國的摩托車行業不再看好二沖程摩托車？難道這種車型僅僅因為它叫“二沖程”就該否定嗎？。本報記者就此邀請了業內專家、國內外企業的技朮主管人員進行了討論。希望通過討論讓更多的人真正了解二沖程車究竟怎么樣。參加這次討論的有：金城集團技朮中心主任尹湘寧、天津內燃機研究所工程師林漫群、武漢理工大學摩托車與發動機系主任顏伏伍、澳大利亞奧必托發動機股份有限公司工程主管史迪文﹒埃亨（Steven Ahern）
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問題一：從摩托車的發展歷史上來看，二沖程摩托車是如何發展起來的？它有什么優點？有什么缺點？
優點突出，但缺點也令人頭痛

顏伏伍：二沖程摩托車起源于1900年，當時，法國人科爾梅里（Cormery）將自己率先發明的世界上第一輛二沖程摩托車在巴黎申請了發明專利。其后，經過多人的努力，直到20世紀30年代，德國DKW公司的研究工作取得了重大進展，施路勒(Schnule)于1932年獲得有關廢氣掃除技朮的專利，二沖程摩托車才真正達到了成熟階段。
二沖程摩托車的發動機曲軸每轉動一圈做一次功，做功頻率是四沖程發動機的二倍，因此，二沖程發動機的主要性能優點是升功率大﹔結構上的優點是，結構簡單，維修方便。主要缺點是，由于在一個行程內（向下行程）完成排氣過程和掃氣過程，對于化油器式二沖程發動機，會出現換氣過程的短路損失，導致油耗升高，排氣污染物尤其是HC的排放相對嚴重，另外二沖程摩托車的潤滑采用了混合潤滑，即機油和汽油同時進入燃燒室，可見污染物的排放量較大，排氣帽藍煙。
林漫群：二沖程機的主要優點是：
在氣缸容積及平均指示壓力相同的條件下，二沖程發動機理論上比四沖程的升功率大一倍。實際上由于氣缸套筒上有氣口，部分損失效沖程，因此二沖程機升功率一般比四沖程高50～70％。換言之，在相同功率下，二沖程機的尺寸下，重量輕﹔
采用氣口換氣方案時，發動機結構簡單，運動部件比四沖程少﹔
扭矩隨曲軸轉角變化均勻。二沖程機的缺點：
車輛要求發動機在轉速變化范圍廣的條件下工作，但二沖程機難以保証在各種轉速下都獲得良好的換氣品質﹔ 對于常見的化油器式二沖程摩托車發動機，換氣過程新鮮沖量的逃逸導致排放差且油耗高﹔
二沖程摩托車發動機機油消耗高。
史迪文﹒埃亨（Steven Ahern）：
二沖程發動機適用于兩輪車和其他“移動式”發動機的應用場合。它簡單可靠，在曲軸的每次旋轉過程中都有做功沖程，因而較四沖程發動機具有更好的性能。早期的兩沖程發動機比同時期的四沖程發動機更吸引人。
近年來，四沖程發動機經歷了許多明顯的改進（當然也投入大量的資金），引入了較輕和強度更好的材料，多氣門和頂置曲軸，以改進功率重量比和功率體積比，并且應用了汽車工業發展起來的技朮，如降低發動機摩擦，改善燃燒等，所以后來居上。
二沖程發動機的優點不少：
由于每轉具有做功行程，它有高的功率重量比和功率體積比﹔ 加工成本低﹔
與四沖程相比，零部件數量較少﹔
低速時良好的最大力矩特性，這對于任何車輛都是非常需要的﹔
維修簡單（發動機簡單）﹔由于采用滾柱軸承，摩擦低﹔低的壓泵工作，當節氣閥減小時此泵壓工作也減少﹔由于大量的殘剩的排放氣體，兩沖程發動機本身具有極低的NOx排放﹔發動機特性很適合于冷啟動和冷狀態下工作。
二沖程發動機的缺點也不少：由于在怠速和低速狀態下不良的掃氣，在排氣端口存在未燃燒的碳氫化合物，這導致排放和燃油經濟性差﹔ 在低速低載荷時，由于掃氣的問題，經常會發生不點火現象，導致排放進一步變差﹔ 在低速低載荷時，有可見的排氣“煙霧”（未燃燒的碳氫化合物加上機油）存在。

問題二：克服二沖程摩托車缺點的關鍵在何處？目前有沒有技朮解決了這些問題？
排放和油耗問題是關鍵

林漫群：目前研究工作主要技朮集中在如何在保持二沖程機優勢的前提下改善排放。關鍵技朮主要涉及換氣過程的優化、空燃比控制精度的提高以及新型的稀燃技朮等等。目前比較突出的是二沖程電控缸內燃油噴射所實現的分層燃燒。這種方式有以下突出優點：
缸內直噴可以實現空氣掃氣，從而根本上解決了傳統掃氣方式新鮮混合沖量逃逸問題，大大改善了燃油經濟性和排放﹔ 合理組織缸內氣體流動可以實現可控缸內分層燃燒，在中低負荷下，分層度較高，平均空然比可以高達100（正常汽油機均質燃燒的空燃比大約為14.7），從而進一步降低燃油消耗﹔
電控技朮使得燃油噴射和點火更加靈活。
尹湘寧：克服二沖程發動機排放高和油耗大的技朮關鍵在于，如何減少掃氣過程中新鮮混合氣的短路損失。目前解決其排放高主要采用兩種方式：機內淨化處理（控制掃氣過程和燃燒組織）和機外淨化處理（亦稱后處理）。對機內淨化處理而言，當前在二沖程機上應用較為成功的是采用電控噴射技朮。其主要特點是電子控制發動機燃油的供給，利用空氣來掃去缸內的廢氣。這樣就可以避免短路損失的發生。國內用于二沖程發動機電噴系統比較成功的是奧必托公司的缸內夾氣直噴技朮，其污染物排放可達到歐Ⅱ標准。如果加上觸媒淨化器進行后處理，其排放將進一步降低。
除此之外，奧地利的AVC公司也曾在100cc二沖程摩托車上成功地運用了半直接電噴技朮，另外本田公司在二沖程發動機上采用AR燃燒技朮（活化基燃燒）也能有效地降低二沖程發動機的污染排放。上述采用電噴的方法對于治理二沖程發動機污染排放效果是顯著的，但成本會有較大幅度的提高。
第二種尾氣污染的治理方案是采用機外淨化，即采用觸媒轉化器對發動機的尾氣進行處理，雖然治理效果相對要差一些，但由于成本相對較低，日前不少廠家都樂于采用此方法。這種方法的缺點是對油品的質量有一定要求，且有一定的壽命要求。
史迪文﹒埃亨：二沖程發動機的問題主要還是在于排放和油耗。以目前的技朮看，解決方案主要有直噴及分層燃燒技朮、半直噴技朮和加裝尾氣淨化裝置及二次進氣系統。
采用直噴和分層燃燒過程比采用化油器的兩沖程發動機更具有明顯的改進（噴射器位于氣缸頭中間）：
噴射過程發生在發動機循環的后期，使未燃燒的碳氫化合物經排氣管的短路降至最低﹔分層微粒燃燒過程將可燃燒的油氣混合物集中在一個局部區域，從而產生一個非常有效的燃燒過程﹔ 采用奧必托公司的夾氣直噴（ASDi）技朮，可獲得性能良好的四沖程發動機的典型排放水平，并且一般地說，燃油經濟性較四沖程發動機好﹔ 采用直噴技朮，能對機油回路進行嚴格的控制，使排氣中沒有煙霧﹔
由于燃燒的改善，在怠速和低速時無不點火現象。
半直噴技朮采用典型的進氣道端口噴射，它可噴至傳送端口，或通過至氣缸壁的通路而直接噴至氣缸內。這種方法能改進排放和燃油經濟性，但此改進的程度比不上氣缸頭中間的直噴系統。
加裝尾氣淨化裝置及二次進氣系統雖然能把排放降低至歐II標准的水平，但有一定的限制。比如：燃油經濟性無改進、催化劑易被毒化（鈣和硫）、發動機性能可能受影響等。

問題三：在國內市場上，二沖程摩托車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

尹湘寧：目前國內市場二沖程摩托車（踏板車）的排量主要集中在50cc～100cc上，前期也曾在125cc和250cc排量上出現過（日前產量已很少）。其主要用途是作為代步工具和短途運輸工具。現在由于國內各大城市相繼禁牌和限牌，尤其是不科學地將“二沖程”與主要流動污染源划上等號，近几年來，二沖程車產量已日趨減少，風光不再。
而在國外，尤其是在歐洲，50cc踏板車還是以二沖程居多，這主要是考慮到二沖程升動率高且使用維護方便、成本較低，人們多用作短途代步工具以解決交通堵塞之難題。應該說，由于國外在環保立法的科學性、執法的嚴肅性方面做得較好，二沖程發動機的尾氣污染防治技朮得到了充分的發展，適應了不斷提升的環保要求。歐洲市場的二沖程踏板車并沒有因即將實施歐Ⅱ標准而退出市場，而是以不斷更新的技朮來滿足日益嚴格的環保要求──這正是二沖程摩托車良性發展的道路。
史迪文﹒埃亨（Steven Ahern）：
在歐洲，目前 一般地說，100cc以下的發動機多為二沖程發動機。這是由于其良好的功率重量比和功率體積比所致。也有一些50cc的四沖程發動機，但其性能有明顯限制。
在印度，排量達150cc的二沖程發動機也很常見。這是因為當地消費者希望摩托車在低速時具有較大的功率。

問題四：國際上，二沖程摩托車的技朮發展現狀及使用狀況如何？國內又是怎樣？
國外：走市場技朮逐步完善 國內：受限制技朮停滯不前

顏伏伍：國際上，發達國家摩托車主要用途不是交通工具，因此摩托車的使用量沒有中國這么大。摩托車是否能被銷售和使用取決于是否滿足相應的法規要求，如果滿足，當然能夠銷售和使用。因此，在國外，二沖程摩托車是不會“被歧視的”。
在國內，很多大、中城市對摩托車實行禁牌，部分城市就是從二沖程摩托車開始的。所以國內的企業早已經認識到了這一點，二沖程摩托車的產量逐年下降，四沖程摩托車逐年上升。從技朮上，國內已經有企業開發了采用缸內直噴技朮的機型，也有排氣催化轉化的成套技朮，采用相關技朮達到相當于歐洲I排放標准是完全沒有問題的。
尹湘寧：國際上二沖程發動機已經廣泛地使用電噴和后處理技朮，并且比較完善。國外對環保的重視程度要高于國內，因此這一技朮得以不斷發展和完善是一個必然趨勢，但是在國內由于摩托車行業的惡性競爭，廠家片面注重成本的降低，并且國內不少大中城市或者是盲目禁牌，或者是不能嚴格執行現有的環保法規，所以不僅是二沖程機，就連四沖程機的尾氣污染治理技朮都得不到有效的推廣和應用。
林漫群：有一點是值得注意的，那就是國外并沒有因為傳統二沖程機的缺點而停止研究。國際上二沖程相關技朮的研究一直比較活躍，這一點從美國SAE組織的小型汽油機分會SETC上可以得到証實。大部分涉及排放機內淨化的研究論文是針對二沖程機的。當然這也要辨正地分析，一方面說明二沖程機在學朮領域仍有很多學者和工程技朮人員樂此不疲，另一方面也說明二沖程身上確實有不少有待改進的問題。
二沖程機一般認為應用于特別大的或特別小的場合。如大型輪船或航模發動機。因為此時四沖程發動機復雜而笨重的換氣機構已經無法使用。我國摩托車發動機原本多為二沖程機，這是由當時的材料和機加工水平所決定的。隨著摩托車工業的發展，摩托車發動機四沖程化已經在90年代中后期迅速顯現出來。四沖程化趨勢，或者說二沖程的迅速下滑不能簡單地用好和壞來評價。
史迪文﹒埃亨：這里我主要談談歐洲市場的情況。
大多數兩沖程踏板車制造廠現都已采用了夾氣直噴技朮了。
其中，比亞喬公司約在5年前就引入了FAST(全霧化分層紊流)系統，此后又引入了采用奧必托ASDi的“Purejet”直噴系統，用在其NRG和Gilera Runner型號(皆為50cc)車上。
阿普瑞利亞（Aprilia）公司于2000推出了采用ASDi的Ditech RS50踏板車，2001年又推出采用同樣技朮的Scarabeo Ditech (50cc)踏板車。另外，標志摩托車公司也將ASDi的TSDi系統，用于Looxor型號上，最近又用于Elystar型號上了。
經過這几年在市場上的考驗，可以認為夾氣直噴技朮已經成熟，而且可以適應歐洲市場。

問題五：國內的二沖程摩托車市場在不斷萎縮，這是為什么？

中國二沖程車市場還會繼續萎縮

顏伏伍：從目前的情況來看，二沖程摩托車的產量會進一步縮小，今年二沖程的產量可能占總產量的比例會在10%以內，比2001年會進一步降低。二沖程摩托車在中國說不上會“死亡”，但想要發展壯大的可靠能性極小。
尹湘寧：國內二沖程摩托車市場萎縮的主要原因在于國家政策的引導方向不太科學。就環保而言，應該提出切實可行，并且逐步嚴格的環保法規，并采取有效的措施強制各生產廠家實施。但現在卻是以禁牌為主要手段來限制摩托車尤其是二沖程摩托車的發展，這是不合理的。這樣做不僅扼制了老百姓的購買愿望，同時也削弱了生產廠家發展技朮的信心。
其市場萎縮還有一個原因：二沖程排放治理需要企業的投入，并且環保技朮的采用將導致產品成本的增加。但是在現在低價競爭的局面下，這又阻礙生產廠家增加投入，進行相關研究。為了解決這一問題，國外一般采用的是政府給企業的適當形式的政策補貼，這樣可鼓勵企業技朮進步從而滿足環保的要求。
第三個原因是執法部門執法力度不夠。在道路上經常可以看到摩托車帶故障運行，濃煙滾滾，但執法部門卻視而不見，置之不理。長此以往，二沖程摩托車在中國很難得到進一步發展。

問題六：您是怎么看二沖程摩托車的？如何促成中國二沖程車的進步？
二沖程車需要“變法圖強”

顏伏伍：二沖程摩托車主要優點是結構簡單、維修方便、升功率大。但是，隨著我國摩托車工業的快速發展，從小排量（50cc）到大排量（750cc）的四沖程摩托車制造技朮完全具備，各大企業的二沖程生產線的改造已經基本完成（由于市場的原因），所以，二沖程摩托車結構簡單的優勢已經難得體現﹔從維修的角度來說，隨著保有量的增加和使用水平的提高，維修已經基本不成問題，所以，維修方便的優勢也很難體現﹔隨著技朮的進步，四沖程摩托車正在采用如液體冷卻技朮、高轉速、提高壓縮比等技朮，四沖程摩托車的功率也在進一步提高。因此，我感覺，以目前的情況看，二沖程車在中國沒有多少空間。
談到如何促成中國二沖程車的進步，我看需要在三個方面下功夫。第一，在技朮上克服二沖程掃氣過程的短路損失，開發出低成本的缸內噴射系統。如果采用缸內直噴系統，二沖程摩托車的排放可以和四沖程電噴摩托車的排放、油耗具有相同的水平。另外，化油器式二沖程摩托車如果采用排氣催化轉化技朮，將催化轉化器作為其標准配置，滿足即將執行的排放標准是沒有問題的。第二，克服認識上的誤區。不是所有的二沖程摩托車的排放污染都嚴重，如果二沖程摩托車采用了相關治理排放的技朮，其排放也很不錯﹔第三，加大宣傳，力促禁摩城市給摩托車松綁。因為連市場都沒有了，二沖程技朮再發展又有什么用呢！
尹湘寧：道理很簡單，不能因為交通事故頻發和道路擁擠來限制中國汽車摩托車工業的發展。二沖程發動機其升功率高結構簡單，成本較低以及維護便利等特點是四沖程發動機難與相比的，關鍵的問題是如何鼓勵企業采用新技朮來克服二沖程發動機排放高等弊端，使其能滿足日益趨嚴的環保法規。
具體可借鑒國外的一些做法：可以科學合理地制定排放法規，以法規為准繩而不是摩托車（發動機）的沖程數來划分扶持誰封殺誰。另外，政府應出台一些相關優惠政策，來鼓勵企業采用先進的技朮治理二沖程摩托車的尾氣排放。比如，對于真正提前達到下一階段排放標准的生產企業給予諸如稅收減免或財政補貼等優惠政策，這樣可以刺激企業加大研發力度以使二沖程的排放滿足未來環保法規的要求。還有，要加大執法力度，對于那些滿街亂跑的冒煙車應隨見隨時處罰，強制執行排放治理，而不是等到每年一次的車輛年審時再來糾正。
史迪文﹒埃亨（Steven Ahern）：
新的二沖程摩托車是一種非常吸引人的產品。它具有清潔、加速方便、非常好的燃油經濟性和排放性能。二沖程發動機的夾氣噴射技朮已成熟、商業上可操作，并已在歐洲市場和全球的娛樂交通工具行業上得到驗証。鑒于從1996年以后，二沖程直噴發動機的成功應用。那種害怕由于引入一種新技朮而承擔的風險的顧慮也漸漸在消除。
對于中國的兩沖程車市場，我認為必須向推進新型的二沖程摩托車產品事業。當然，中國的摩托車公司需要充分研究，當清潔的二沖程發動機和四沖程發動機瞄准同一個排放標准時所有可能發生的費用。這些可能發生的費用包括直噴系統零部件國產化生產的影響、四沖程相對于兩沖程發動機開發費用和生產費用等。綜合了這兩者的優劣之后，相信中國摩托車公司會選擇出合適的發動機類型的。

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主要是二冲程的尾气排放污染 需要改进  减到最低为好