叉車柴油機的廢氣排放控制裝置

袁立春 俞鋒雷 傅黎烽

摘要：柴油叉車在使用過程中會產(chǎn)生很多的有害氣體、顆粒物以及硫化物。本文會介紹廢氣的影響因素以及怎么進行控制和排氣后處理。

關鍵詞：柴油叉車;廢氣排放;排放處理

0? 引言

柴油叉車使用過程中產(chǎn)生的有害成分不僅會污染環(huán)境，還會嚴重危害人體健康，所以，必須進行廢氣的排放控制。

1? 柴油機發(fā)展和排放法規(guī)

1.1 市場需求發(fā)展

柴油機在大型車輛中應用廣泛，此外非道路車輛中也有柴油機應用的身影。近年來，汽油價格上漲明顯，這使得較多消費者改用柴油，以柴油作為動力燃料的客車和卡車數(shù)量增多，這導致市場對柴油機的需求增加。

1.2 排放政策法規(guī)

為降低柴油機排放污染，國家對柴油機排放的顆粒物進行限值管理，要求在柴油機中使用顆粒物過濾器，確保廢氣排放滿足此限制標準。

2? 影響柴油機廢氣污染的主要因素

2.1 進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)對于柴油機污染具有較大影響，當進氣系統(tǒng)空氣濾清器堵塞或進氣管污染時，不僅會降低氣缸進氣壓力，而且會使得渦流強度降低;在連鎖反應作用下，其會造成嚴重的進氣不足問題;同時受混合氣過濃、燃油噴注心部缺氧等問題的影響，柴油機燃燒會處于不完全燃燒狀態(tài)，而這會導致HC和CO的排量增加;此外，當混合氣不完全燃燒時，會進一步凝聚變大，并轉(zhuǎn)化為碳煙排出，由此形成柴油機廢氣污染。需注意的是，在進氣系統(tǒng)運作中，配氣機構(gòu)的排氣門關閉過早、進氣門開啟過遲等因素也會使得氣缸廢氣增加，這些廢氣會制約混合其著火，極易形成CO和碳煙等污染物。

2.2 燃油系統(tǒng)

柴油機燃油系統(tǒng)管理中，不僅要注重噴油定時管理，而且需要對噴油壓力和霧化質(zhì)量等因素進行全面控制，以此來確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。需注意的是，當供油提前角過大或者過小時，都會使得氣缸的壓力和溫度受到影響，影響燃油效率和質(zhì)量，并形成一定的燃油廢氣污染。

2.3 曲柄連桿機構(gòu)

曲柄連桿機構(gòu)故障造成柴油機混合氣體泄漏，從而間接生成HC，引發(fā)空氣污染。實踐中，活塞磨損過度、活塞環(huán)結(jié)膠卡死是曲柄連桿機構(gòu)故障的兩種形態(tài)。當該裝置故障時會產(chǎn)生以下影響：其一，受曲柄連桿機構(gòu)故障影響，缸體壓力降低，這使得熄火區(qū)范圍加寬;其二，該故障會導致曲軸箱通風不暢，而廢氣在缸內(nèi)內(nèi)部的聚集，會使得機油變質(zhì)，同時在一定程度上，其會使得機油竄進燃燒室，并燃燒產(chǎn)生藍煙，這些藍煙不僅影響氣缸使用壽命，而且對空氣造成較大污染。

2.4 冷卻系統(tǒng)

柴油機廢氣污染還受冷卻系統(tǒng)的直接影響，當冷卻系統(tǒng)降溫不符設備操作控制標準是，會使得進氣溫度升高，當氣體溫度升高時，自身的密度會有所降低，這會造成缸內(nèi)燃油不完全燃燒，進而產(chǎn)生HC和碳煙污染。

2.5 轉(zhuǎn)速與負荷

為滿足動力控制需要，柴油機在運作時處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后的燃燒具有一定滯后性，這會導致排氣溫度升高，并造成熱氣損失，最終形成黑煙污染。此外，柴油機的負荷決定了實際的供油量，當車輛負荷增加時，其給油量會相應的增多，較大規(guī)模的給油會形成燃料不完全燃燒問題，并造成黑煙污染。

3? 柴油機廢氣污染的控制策略

3.1 改進進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)優(yōu)化中，廢氣渦輪增壓和多氣門技術的應用較為普遍。就廢氣渦輪增壓而言，其能顯著提升空氣供給量，確保柴油完全燃燒，并減少燃氣后的CO和HC排量;而在多氣門技術應用中，柴油機進排氣門總通流面積會有所增加，這大大提升了系統(tǒng)的充氣效率，隨后通過多孔油束平均分部管理，所形成混合氣的質(zhì)量會更加突出，碳煙顆粒數(shù)目也會急劇減少，從而達到了廢氣污染控制的目的。

3.2 改進燃燒方式

混合燃燒以及擴散燃燒是柴油機燃燒的兩種基本形態(tài);而廢氣污染問題多和柴油機擴散燃燒有關。具體而言，擴散燃燒的溫度較高，這使得NO的生成量較大，實際處理中，需通過均勻混合氣的方式實現(xiàn)燃燒方式的不斷優(yōu)化。以往的試驗證明，采用均勻混合氣體的燃燒方式消除了擴散燃燒，使它比一般柴油機NO排放降低了98%。

3.3 改進燃油噴射

3.3.1 推遲噴油并提高噴油壓力

動力性和經(jīng)濟性是柴油機燃油噴射控制所需要考慮的兩個基本要素。實踐中，應盡可能的將噴油時刻推遲，這樣能是平衡初期噴油與上止點關系，達到控制NOx排量的目的。所不足之處在于該方式會使得CO和HO排量有所增加，同時燃油消耗大。對此，使用高壓噴射的方式進行技術優(yōu)化，該技術能提升噴油壓力，保證噴油速度，這對于PM排量控制和燃油消耗控制具有突出作用。

3.3.2 先導噴射和多次噴射

采用先導噴射和多次噴射兩種方式，能有效降低NOx排量，控制噪音污染。這兩種方法應用中，應就主噴射過程進行控制，進入主噴射之前，應注意先導噴射的技術要點，減少燃油噴量，而在進入主噴射后，構(gòu)建先導噴射+多次噴射的主噴射方式，提升噴油速率和壓力，保證柴油機使用的緊急性和動力性良好。

4? 柴油機廢氣過濾解決方案

4.1 柴油機排放后廢氣去除系統(tǒng)

4.1.1 去除NO和NOx

柴油機使用中，增設選擇性催化系統(tǒng)，并在柴油機噴射煙氣中增加尿素或者氨水，則NOx的排量會下降60～90%。需注意的是，這種方法對儲存空間要求高，在大型發(fā)動機上的應用較為廣泛。此外，采用細長的NOx催化器時，其在廢氣中噴射的主要成分是柴油。

4.1.2 碳氫化合物與CO的去除

柴油機催化氧化轉(zhuǎn)化器具有強大的污染氣體氧化降解作用，其能將NOx和有毒有害氣體納入進氣系統(tǒng)，最終通過再次燃燒的方式減少廢氣中的污染物，實現(xiàn)大氣環(huán)境的有效保護。

4.2 柴油機廢氣過濾設備

4.2.1 柴油機顆粒物過濾

柴油機顆粒物排放控制中，不僅可以使用微粒過濾器，同時還可以為設備配置異型性過濾元件，這些設備可以物理捕獲和氧化顆粒物，然后通過加熱再生連續(xù)或者定期的從過濾器中移走。需注意的是，出于經(jīng)濟效益考慮，發(fā)動機制造商在生產(chǎn)中會不斷的提升發(fā)動機運作效率，這使得設備本身過濾顆粒物的性能提升，故而采用一次性過濾器，其保證設備使用的經(jīng)濟效益。

4.2.2 過濾器使用的濾材現(xiàn)狀

柴油機微粒過濾器中的過濾材料具有多樣性的特點，除陶瓷塊、陶瓷泡沫材料為，合成纖維、金屬網(wǎng)等金屬纖維材料也可應用于微粒過濾器。從材料特定來看，這些材料的使用不均具有耐高溫、耐熱應變、耐熱收縮能力，而且在過濾、煙塵容納方面效果突出，此外，其能和再生工藝進行融合，有效地保證了過濾器的使用效率。目前，陶瓷過濾器和一次性紙質(zhì)過濾器是過濾器使用的兩種常見形態(tài)，應結(jié)合過濾器材質(zhì)特點和數(shù)量微粒情況，合理的選擇過濾器使用類型。

4.2.3 陶瓷過濾器

就柴油機陶瓷過濾器而言，壁流式蜂窩陶瓷微粒捕集器的應用較為廣泛。有研究表明，在柴油汽車中，超過70%的車輛使用此類過濾器。在實際過濾中，其采用堇青石或者金剛砂材料，按照交替分布的形式堵在陶瓷過濾器兩端，然后將其設置在廢氣經(jīng)過的位置，則廢氣就會被迫通過多孔的墻壁，進而達到廢氣凈化的目的。從應用效果來看，堇青石或者金剛砂本身具有較高的耐溫性和機械強度，使用時間較長，同時其能有效減少廢氣中的顆粒物，過濾性能突出。此外，為此類功率器配置催化劑，還可實現(xiàn)實現(xiàn)煙氣再生利用的目的。需注意的是，此類過濾器具有較大的熱膨脹系數(shù)，在實際應用還需進行過濾器使用工藝的進一步優(yōu)化。

4.2.4 一次性紙質(zhì)過濾器

大多數(shù)一次性紙質(zhì)過濾器都是折成褶狀的濾筒，其過濾效果突出，過濾有效率可達到100%，需注意的是，一次性紙質(zhì)過濾器使用時，其最高溫度應控制在120℃以內(nèi)，為滿足實際應用需要，采用一次性紙質(zhì)過濾器的車輛還應隨著配置冷卻器。通常，一次性紙質(zhì)過濾器的設計壽命最多三次。這種紙質(zhì)過濾器中還存在可以回收的產(chǎn)品，它的材料一般使用合成纖維和陶瓷纖維混合，最高使用溫度可以達到200℃。

5? 結(jié)語

叉車柴油氣廢氣污染受多種因素影響，實際運作中，應考慮叉車使用條件和方法等因素，然后結(jié)合柴油機運作原理和廢氣產(chǎn)生影響因素，進行各單元的全面優(yōu)化和管理，才能在保證柴油機動力控制需要的同時，確保其廢氣排放滿足國家的環(huán)保規(guī)定。

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