李德胜 杜建秋 孙 非 王昊鹏

（天津大学内燃机研究所 天津 300072）

引言

在我国，小型通用汽油机定义为30 kW以下的汽油机；在欧美，定义为19 kW以下或最大功率≤30 kW且满足豁免条件的汽油机[1]。小型通用汽油机因结构简单、体积小、重量轻、技术含量低、价格便宜等优势，有着广泛的应用，配套机械产品丰富多样。

小型通用汽油机在发电机上的应用占有较大比重，我国生产的发电机主要是销往北美、欧洲等海外市场，由于这些国家对环保、安全等相关性能要求十分严格，应用在发电机上的小型通用汽油机技术升级迫在眉睫。

1 小型通用汽油机配套终端产品类型

小型通用汽油机用途广泛，可用于发电机，园林机械、农业机械、工业机械、休闲娱乐机械等产品中，其配套终端产品类型如表1所示。

2 发电机进出口市场概况

据中国机电产品进出口商会（CCCMB）统计，2011年～2017年，非道路点燃式发电机出口额前10名的国家分别是中国、德国、奥地利、美国、芬兰、日本、泰国、新加坡、英国、意大利等。其中，中国始终是出口额最大的国家，其他国家的出口额排名随年份的不同稍有变化，如表2所示。

2011年～2017年，非道路点燃式发电机进口额前10名的国家分别是美国、俄罗斯、中国、德国、加拿大、土耳其、印度尼西亚、意大利、法国、奥地利等。其中，美国始终是进口额最大的国家，其他国家的进口额排名随年份的不同稍有变化，如表3所示。

表1 小型通用汽油机配套终端产品类型

表2 2011～2017年非道路点燃式发电机出口额前10名国家数据 亿美元

表3 2011～2017年非道路点燃式发电机进口额前10名国家数据 亿美元

3 发电机相关标准

2017年，美国消费品安全委员会（CPSC）发布了关于因便携式发电机而死亡的人数统计，数据显示，从2005年～2016年，共有965人因便携式发电机而死亡，其中780人（超过80%）的死亡是因CO中毒引起。为避免CO中毒事件发生，便携式发电机需贴警示标识，如图1所示。并提出了降低CO排放量、发电机具有CO排放浓度超标后可自动关闭的标准。

图1 防止CO中毒的发电机需贴警示标识

3.1 ANSI/UL2201便携式发电机CO排放标准

2018年3月9日，美国通过了ANSI/UL2201便携式发电机CO排放标准，要求发电机用发动机不仅要满足EPA排放标准，还要求CO排放量不得超过150 g/h，且CO排放浓度超标时，发电机要具有额外的关闭保护技术[2]。

CO排放量的测定方法有以下2种：

1）使用EPA中CFR 40 part 1054标准[3]和CFR 40 part 1065标准[4]直接测试发电机总成，加权得出。

2）直接使用计算公式：

式中：CO排放量的单位为g/h；ECL为EPA认证CO排放值，g/（kW·h）；MP为发动机最大功率，kW；LF为非手持式Ⅰ﹠Ⅱ类发动机加权系数，为0.47[3-4]。

CO排放浓度超标关闭保护功能的要求为：在规定的测试环境与测试工况下，当达到以下2种CO排放浓度限值时，发电机都必须能够停机。

1）CO 瞬时排放浓度达到 400×10-6。

2）10 min 内，CO 平均浓度达到 150×10-6。

3.2 PGMA G300便携式发电机的安全性和性能

2018年3月26日，美国PGMA（PortableGenerator Manufacturers'Association）通过了PGMA G300标准。该标准增加了CO检测要求：CO瞬时排放浓度达到800×10-6或者10 min内平均排放浓度达到400×10-6时，发电机应能自动关闭[5]。该标准将于2020年3月21日执行。

4 发电机用小型汽油机技术路线分析

应用于发电机的通用汽油机在美国归纳为非手持式Ⅰ、Ⅱ类发动机，该发动机技术路线丰富多样，其中，供油系统技术路线包括机械式化油器、电控式化油器、单点电喷、多点电喷、开环电喷、闭环电喷、直喷等，后处理技术路线包括二次补气、催化器等。

从EPA官方认证数据统计可知，非手持式Ⅰ、Ⅱ类汽油机目前流行的技术路线仍为机械式化油器且不匹配后处理。主要原因有以下3点：

1）成本低；

2）机械式化油器技术十分成熟；

3）现行强制性排放法规较为宽松，EPA第Ⅲ阶段非手持式Ⅰ、Ⅱ类发动机CO排放限值为610 g/（kW·h），匹配理想的机械式化油器就可满足CO排放要求[6]。

随着用户安全意识的提高以及ANSI/UL2201、PGMA G300等相关标准的制定和实施，对发电机用汽油机低CO排放的要求有了明显提高，电喷或电喷＋催化器作为低CO排放的技术路线是发展趋势[7]。由于电喷及催化器的广泛应用，使得成本不断下降，加速了技术更新换代的进程，小型电喷汽油机的数量日益增多。

表4为2011年～2018年非手持式Ⅰ、Ⅱ类汽油机的EPA认证统计。

表4 2011年～2018年非手持式Ⅰ、Ⅱ类汽油机EPA认证统计

由表4可见，非手持式Ⅰ、Ⅱ类发动机电喷机型的数量及占比每年均有不同程度的提高[8]。其中，科勒、百力通、川崎、雅马哈等具有代表性的国外先进通用发动机企业基本实现了产品系列电喷化，国内具有代表性的通用发动机企业如隆鑫、宗申等也将电喷作为技术储备，很快会有相应的产品面向市场。

2018年3月12日，全球首款符合ANSI/UL2201标准的低CO便携式发电机完成了认证，为创科实业（techtronic industries）Ryobi品牌 Y907022FI便携式发电机。如图2所示。

该Y907022FI便携式发电机用汽油发动机的技术路线为单点喷射闭环控制＋催化器。发动机技术参数如表5所示[8]。

图2 Ryobi品牌Y907022FI便携式发电机

表5 Y907022FI发电机用发动机技术参数

5 结束语

1）一直以来，中国都是点燃式发电机的制造国及出口大国，美国则是点燃式发电机的进口大国。

2）随着用户需求的提高及发电机低CO排放标准的制定与实施，发电机用小型汽油机电喷技术应用逐渐增多，电喷与催化器匹配，可使CO进一步降低。由于电喷及催化器的广泛应用，使得成本不断下降，加速了技术更新换代的进程，小型电喷汽油机的数量日益增多。