用于非道路國(guó)三柴油機(jī)的排放控制策略研究

劉德昌

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)生態(tài)文明建設(shè)、環(huán)境保護(hù)等相關(guān)工作日益重視。柴油機(jī)作為我國(guó)主要內(nèi)燃機(jī)類型，處在節(jié)能減排的“風(fēng)口浪尖之上”，雖然我國(guó)柴油機(jī)已經(jīng)由國(guó)二階段發(fā)展到國(guó)三型，排放量控制上有了較大的進(jìn)步，但是在日益嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)下，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)非道路國(guó)三柴油機(jī)的進(jìn)一步排放控制依然是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；排放控制；污染物

在節(jié)能減排的大環(huán)境下，國(guó)家不僅對(duì)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)苛，對(duì)非道路移動(dòng)機(jī)械車輛的排放也提出了更高的要求。

首先，所謂非道路移動(dòng)機(jī)械指的是以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的各種移動(dòng)式機(jī)械設(shè)備，如工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、叉車等，與道路車輛同屬移動(dòng)污染源范疇。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，非道路柴油機(jī)器械排放控制主要針對(duì)農(nóng)用柴油機(jī)器械、其他功能性柴油機(jī)器械。

國(guó)二柴油機(jī)和國(guó)三柴油機(jī)最大的區(qū)別在于柴油機(jī)使用污染物的排放上，國(guó)三柴油機(jī)對(duì)污染物排放的控制標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。其中國(guó)三標(biāo)準(zhǔn)的概念：又稱國(guó)家第三階段排放標(biāo)準(zhǔn)，與歐洲三號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)在排放控制程度上相同，即對(duì)柴油機(jī)排放出來(lái)的尾氣進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管和控制，將NOx、PM、HC等主要大氣污染物的排放量控制在較低水平，這是國(guó)三柴油機(jī)排放控制的中心環(huán)節(jié)。

一、非道路國(guó)三柴油機(jī)排放控制的難點(diǎn)

1）柴油機(jī)是以柴油為主要能源供給，這就意味著其排放控制就相對(duì)困難。一般的汽油機(jī)都可以以混合燃料為動(dòng)力供給，或者在汽油中混合乙醇作為燃料添加材料來(lái)實(shí)現(xiàn)排放量的降低和控制，但是柴油機(jī)不能通過(guò)上述兩種途徑解決。柴油機(jī)的活塞運(yùn)動(dòng)機(jī)理、噴油控制機(jī)理與汽油機(jī)不同。尾氣中因柴油燃燒產(chǎn)生PM、CH、NOx等大氣污染物，這也是國(guó)三排放標(biāo)準(zhǔn)中要嚴(yán)格控制的污染物，柴油機(jī)的排放控制不能做到嚴(yán)格意義上的無(wú)排放，只能盡可能地想辦法降低排放。

2）柴油作為能源物質(zhì)本身也是存在問(wèn)題的，但是又不可避免地將其作為主要能源物質(zhì)之一，非道路柴油機(jī)大多作業(yè)環(huán)境比較惡劣，機(jī)械需要具備較強(qiáng)的推動(dòng)力、扭矩，提供更強(qiáng)、更充足持久的機(jī)械動(dòng)力，而這些機(jī)械動(dòng)力是無(wú)法通過(guò)汽油機(jī)達(dá)成的條件，因此必須要使用柴油作為主要能量供給材料。柴油分子量較大，在原油中處于中下層位置，其成分中含有大量碳分子，能夠通過(guò)內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)大量?jī)?nèi)能-機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，碳分子量大意味著能量充足，但是也意味著無(wú)法充分燃燒，碳分子無(wú)法充分燃燒時(shí)就會(huì)形成污染物質(zhì)，并且還會(huì)有少量碳元素以分子形式漂浮在空氣中，這是農(nóng)用機(jī)械“冒黑煙”的實(shí)質(zhì)。但是這一問(wèn)題以現(xiàn)階段的內(nèi)燃機(jī)技術(shù)無(wú)法解決，柴油的不充分燃燒是柴油機(jī)排放控制中的難點(diǎn)問(wèn)題。

3）非道路柴油機(jī)排放控制本身存在較大難度，首先非道路柴油機(jī)器械具備其自身較強(qiáng)的功能性，在一般駕駛功能的同時(shí)還承載著其他功能，因此在其工作時(shí)必然需要持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)動(dòng)機(jī)供能，因此柴油機(jī)需要經(jīng)常處于高功率狀態(tài)，這期間燃料供給較大，燃燒程度較為劇烈，柴油機(jī)結(jié)構(gòu)處在高負(fù)荷工作狀態(tài)，極容易出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，當(dāng)結(jié)構(gòu)過(guò)熱時(shí)機(jī)械對(duì)噴油量、進(jìn)氣量的控制精確度就會(huì)降低，燃料就難以達(dá)到最佳燃燒狀態(tài)，因此排放量就更加難以控制。

二、非道路柴油機(jī)排放控制建議

（一）選用適當(dāng)?shù)牟裼蜋C(jī)類型

柴油有多種牌號(hào)，其有不同的適合的工作環(huán)境，選用合適牌號(hào)的柴油的決定了其熱機(jī)時(shí)間、在不同環(huán)境下柴油的燃燒程度不同，排放量也不相同，盡可能使柴油機(jī)處于最佳工作環(huán)境，達(dá)到最佳燃燒程度，以減少排放量。下面列舉幾種柴油機(jī)的適用環(huán)境根據(jù)GB 252-2000標(biāo)準(zhǔn)：

1）10號(hào)輕柴油適用于有預(yù)熱設(shè)備的柴油機(jī)；

2）5號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在8℃以上的地區(qū)使用；

3）0號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在4℃以上的地區(qū)使用；

4）-10號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-5℃以上的地區(qū)使用；

5）-20號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-14℃以上的地區(qū)使用；

6）-35號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-29℃以上的地區(qū)使用；

7）-50號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在-44℃以上的地區(qū)使用；

（二）重視柴油養(yǎng)護(hù)工作

非道路用柴油機(jī)器械由于長(zhǎng)期處于高負(fù)荷狀態(tài)，機(jī)械零件老化速度較快，其中有些零件直接關(guān)乎柴油機(jī)排放問(wèn)題，例如噴油嘴、配氣機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑系、冷卻系等，這些部件直接影響柴油機(jī)的工作效率，因此有必要對(duì)非道路柴油機(jī)器械進(jìn)行定期的部件檢查和養(yǎng)護(hù)，保持各個(gè)機(jī)構(gòu)處于最佳作業(yè)待機(jī)狀態(tài)，保證柴油的燃燒效率，進(jìn)而降低不充分燃燒造成的污染物排放程度，以及對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的部件進(jìn)行及時(shí)的更新和修復(fù)等。

（三）改進(jìn)制動(dòng)系統(tǒng)

柴油機(jī)沒(méi)有被完全取締的一個(gè)原因是由于其可以提供更加強(qiáng)大的扭矩、驅(qū)動(dòng)力。因此在柴油機(jī)排放控制上可以在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)上下功夫，進(jìn)一步將柴油機(jī)的特點(diǎn)擴(kuò)大，以提高柴油機(jī)工作效率的方式降低排放情況。

改進(jìn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，可以提高柴油機(jī)工作過(guò)程中對(duì)外輸出功率，柴油機(jī)將燃料的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化避免做功過(guò)程中的機(jī)械能流失。

（四）建立EGR系統(tǒng)

通過(guò)建立EGR（柴油機(jī)廢氣再循環(huán)）系統(tǒng)，對(duì)柴油機(jī)排放氣體在對(duì)外輸出之前進(jìn)行再利用和循環(huán)，一方面能夠?qū)⑽矚庵械奈廴疚飳?shí)現(xiàn)循環(huán)再利用，符合環(huán)保理念，其次能夠通過(guò)循環(huán)再利用系統(tǒng)將排放中的CH及NOx在內(nèi)燃機(jī)供氣燃燒過(guò)程中實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，使有害污染物轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境影響較小的氧化物，進(jìn)而排放到大氣中，從而對(duì)環(huán)境的損害程度也相應(yīng)較低。

三、結(jié)語(yǔ)

非道路柴油機(jī)器械在很多作業(yè)中仍具備不可替代的作用，但是對(duì)其排放的控制工作不能放松，還有許多研究需要更加深入細(xì)致的工作。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是盡可能使用其他類型內(nèi)燃機(jī)替代柴油機(jī)，開發(fā)更清潔的柴油替代能源等。

參考文獻(xiàn)：

[1] 酒建剛，李志丹，楊衛(wèi)平.用于非道路國(guó)三柴油機(jī)的排放控制系統(tǒng)，2015.

[2] 張慶，劉志華，陳希穎.滿足非道路國(guó)三排放單缸柴油機(jī)燃油噴射系統(tǒng)優(yōu)化.現(xiàn)代車用動(dòng)力，2016.

[3] 靳豫成.探討非道路國(guó)三柴油機(jī)的服務(wù)模式.農(nóng)機(jī)市場(chǎng)，2015.