滿(mǎn)足未來(lái)排放法規(guī)的非道路用柴油機(jī)技術(shù)研究

李進(jìn) 吳西艷 王少明

摘 要：隨著非道路用柴油機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的使用越來(lái)越廣泛，柴油機(jī)的排放對(duì)大氣污染的負(fù)面影響也越來(lái)越明顯，為了緩解非道路用柴油機(jī)排放的尾氣對(duì)大氣污染，需要從技術(shù)上入手，必須加強(qiáng)對(duì)非道路用柴油機(jī)的技術(shù)研究。為此，主要通過(guò)研究CF495TE柴油機(jī)的開(kāi)發(fā)來(lái)探討非道路用柴油機(jī)的技術(shù)。

關(guān)鍵詞：排放法規(guī)；非道路用柴油機(jī)；技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2014）12019302

1 前言

如今我國(guó)的非道路柴油機(jī)的尾氣排放時(shí)刻都在污染著環(huán)境，危害著人們的生活，加強(qiáng)對(duì)非道路柴油機(jī)的技術(shù)研究與改進(jìn)才能使其滿(mǎn)足未來(lái)排放法規(guī)，減輕對(duì)大氣及環(huán)境的污染。但是由于非道路柴油機(jī)的工作條件較為惡劣、功率范圍大及工況變化劇烈等原因，柴油機(jī)的尾氣排放難以控制，以至于柴油機(jī)的尾氣排放量對(duì)環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重。社會(huì)及人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的的需要，提高了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、加速性及可靠性的要求。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放法規(guī)也越來(lái)越嚴(yán)格，能同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及排放性的內(nèi)燃機(jī)越來(lái)越復(fù)雜，而且成本非常高。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)尾氣排放進(jìn)行有效的控制，使其滿(mǎn)足未來(lái)尾氣排放法規(guī)，必須加強(qiáng)對(duì)非道路用柴油機(jī)技術(shù)的研究。

2 非道路用柴油機(jī)排放控制現(xiàn)狀

目前我國(guó)非道路用柴油機(jī)還面臨著工作條件差、冷卻效果差等困難，再加上所使用的機(jī)油質(zhì)量難以保證，以至于柴油機(jī)的尾氣排放嚴(yán)重污染大氣，對(duì)環(huán)境造成了惡劣的影響。我國(guó)非道路用柴油機(jī)的數(shù)量日益增多，但是柴油機(jī)的技術(shù)非常薄弱。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的柴油機(jī)技術(shù)裝備及相關(guān)工藝與國(guó)外柴油機(jī)技術(shù)相比有很大的差距，內(nèi)燃機(jī)的開(kāi)發(fā)創(chuàng)新及技術(shù)儲(chǔ)備明顯落后于很多國(guó)家，高排放、高油耗是我國(guó)柴油機(jī)存在的明顯不足。為了滿(mǎn)足未來(lái)排放法規(guī)的要求，我國(guó)很多柴油機(jī)制造商開(kāi)始重視對(duì)非道路柴油機(jī)的尾氣排放控制的研究，并提出了滿(mǎn)足柴油機(jī)尾氣排放技術(shù)控制，但是根據(jù)目前我國(guó)柴油機(jī)尾氣排放量過(guò)大的現(xiàn)狀，技術(shù)創(chuàng)新與投入使用需要一定的過(guò)程，所以要實(shí)現(xiàn)非道路柴油機(jī)排放的有效控制還需要經(jīng)過(guò)研究與實(shí)踐。

3 改進(jìn)非道路用柴油機(jī)技術(shù)的措施

3.1 優(yōu)化機(jī)體部件

柴油機(jī)機(jī)體是內(nèi)燃機(jī)的骨架，它的受力情況及結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對(duì)剛度、強(qiáng)度、尺寸及重量進(jìn)行優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)優(yōu)化的重要一步，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)體部件優(yōu)化的核心。柴油機(jī)部件的優(yōu)化包括對(duì)機(jī)體的改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高機(jī)體鑄件質(zhì)量水平及采用壓板珩磨等新技術(shù)，對(duì)機(jī)體進(jìn)行改進(jìn)后能有效降低竄氣量及機(jī)油耗量。

3.1.1 機(jī)體的改進(jìn)設(shè)計(jì)

通過(guò)采用剛性化設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想在對(duì)CF495TE柴油機(jī)進(jìn)行有限元分析的基礎(chǔ)上對(duì)柴油機(jī)機(jī)體進(jìn)行強(qiáng)化改進(jìn)。使機(jī)體的強(qiáng)度與剛度都能滿(mǎn)足今后進(jìn)一步提高平均有效壓力的設(shè)計(jì)要求，機(jī)體的設(shè)計(jì)還要滿(mǎn)足其性能的排放要求，利用深沉孔結(jié)構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)體氣缸蓋螺栓孔，并采用較粗的加強(qiáng)筋將主軸蓋螺栓孔搭及氣缸蓋螺栓孔搭連在一起，從而降低機(jī)體因承受氣缸爆發(fā)時(shí)的壓力而形成的變形程度，同時(shí)還可以將機(jī)體裙部改為雙曲面的結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)機(jī)體進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了機(jī)體的整體性能，降低了集體缸套孔的變形程度。

3.1.2 注重機(jī)體鑄件質(zhì)量

CF495TE柴油機(jī)的機(jī)體是干缸套結(jié)構(gòu)，其缸孔壁厚均勻情況在一定程度上會(huì)影響柴油機(jī)的散熱效果，更嚴(yán)重的還是使其產(chǎn)生巨大的變形。因此，提高機(jī)體鑄件質(zhì)量水平是改進(jìn)柴油機(jī)技術(shù)的重要內(nèi)容與措施。首先要重新設(shè)計(jì)一個(gè)鑄模，可以采用汽車(chē)缸內(nèi)工藝生產(chǎn)鑄件，生產(chǎn)出的鑄件其缸套孔壁厚度均勻，鑄件的質(zhì)量水平有明顯的改善與提高，主要變現(xiàn)在鑄件的強(qiáng)度、剛度及外觀質(zhì)量等方面。

3.1.3 采用壓板珩磨工藝

CF495TE柴油機(jī)將半成品氣缸套壓入集體缸套孔后再采用壓板珩磨技術(shù)能有效地降低裝機(jī)后缸孔的變形程度，為非道路柴油機(jī)的技術(shù)的創(chuàng)新與改進(jìn)提供幫助。

3.2 燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前我國(guó)的非道路柴油機(jī)數(shù)量越來(lái)越多，但是我國(guó)的柴油機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都相對(duì)落后，污染及油耗水平偏低。開(kāi)展非道路用柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究不容忽視，柴油機(jī)的整體性能及質(zhì)量水平的提高最重要的步驟是對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行有效改進(jìn)，燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)的中心部分，對(duì)柴油機(jī)性能、油耗及污染物排放有很大的影響。渦流式柴油機(jī)的燃油系統(tǒng)具有低噪音、低排放的特點(diǎn)。將原有的直噴燃燒系統(tǒng)改為渦流式燃燒系統(tǒng)。噴油嘴是柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的核心內(nèi)容，對(duì)柴油機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及排放指標(biāo)有重要的影響，柴油機(jī)技術(shù)更新與發(fā)展要求噴油嘴的設(shè)計(jì)也要采用高新技術(shù)，目前噴油嘴的設(shè)計(jì)一直往多孔、下孔徑的方向發(fā)展。噴油嘴的壓力室也從大壓力室轉(zhuǎn)向小壓力室或無(wú)壓力室?？梢酝ㄟ^(guò)加強(qiáng)噴油泵來(lái)提高燃油系統(tǒng)的最高噴射壓力，對(duì)噴油嘴進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從而確保油氣有更好的混合狀態(tài)，提高燃油的霧化狀態(tài)。

3.3 進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改進(jìn)

渦流式燃燒系統(tǒng)對(duì)進(jìn)氣渦流的要求不是很高，因此可以采用切向起到來(lái)降低節(jié)流損失，從而增大氣量。由于渦流式燃燒系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更大程度地偏離氣缸中心，所以氣門(mén)會(huì)有較大的空間，可以對(duì)原有的燃燒室及氣門(mén)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)增大進(jìn)氣門(mén)直徑。

3.4 配氣相位的調(diào)整

配氣相位的可靠性及準(zhǔn)確性對(duì)內(nèi)燃機(jī)的壽命和工作的經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能有很大影響。內(nèi)燃機(jī)的相位會(huì)收到運(yùn)轉(zhuǎn)磨損、維修質(zhì)量、動(dòng)態(tài)變形以及使用條件變更等原因的影響而發(fā)生變化，所以根據(jù)不同的原因及需求來(lái)采取不同的調(diào)整措施。合理的配氣相位能有效地提高柴油機(jī)的性能，對(duì)柴油機(jī)的尾氣排放也有很大的影響。進(jìn)氣采用較小的晚關(guān)角，使氣缸內(nèi)留有適量的參與廢棄，從而改善NOX的排放。

3.5 改進(jìn)冷起動(dòng)性能

由于CF495TE柴油機(jī)采用的是渦流式燃燒系統(tǒng)，所以它的起動(dòng)性并沒(méi)有原CF495T柴油機(jī)那么強(qiáng)，可以在進(jìn)氣管上安裝電磁火焰加熱裝置來(lái)改善冷起動(dòng)性能，并在-30℃的氣溫環(huán)境下進(jìn)行冷起動(dòng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)來(lái)不斷改進(jìn)冷起動(dòng)性能。

3.6 提高排放性能

能同時(shí)兼顧柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性、起動(dòng)性及排放性的內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜，在技術(shù)方面是一大難題?？梢圆捎门艢夂筇幚?，在不影響內(nèi)燃機(jī)經(jīng)濟(jì)性、起動(dòng)性等其它性能的前提下降低排放指標(biāo)是一種切實(shí)可行的措施。通過(guò)匹配不同的催化劑可以降低CF495TE柴油機(jī)的HC排放，從而達(dá)到降低顆粒排放效果的目的。值得注意的是，發(fā)動(dòng)機(jī)如果選用氧化型催化器來(lái)實(shí)現(xiàn)排放的減少，需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際使用柴油含硫量來(lái)配置催化劑，從而取得良好的排放效果，提高柴油機(jī)的排放性能。

4 結(jié)語(yǔ)

非道路柴油機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括工程機(jī)械、拖拉機(jī)、低速貨車(chē)、收獲機(jī)械及泵機(jī)等。隨著科技的發(fā)展及社會(huì)的需求，柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)動(dòng)、動(dòng)力性、排放性等已經(jīng)成為柴油機(jī)技術(shù)發(fā)展與改善索要考慮的首要問(wèn)題。高性能、低排放的非道路柴油機(jī)的開(kāi)發(fā)是環(huán)境保護(hù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，根據(jù)現(xiàn)有的柴油機(jī)技術(shù)特點(diǎn)來(lái)提高柴油機(jī)的性能、降低其排放。首先應(yīng)該對(duì)柴油機(jī)機(jī)體部件進(jìn)行優(yōu)化，其次還要注重燃油系統(tǒng)及進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)，調(diào)整配氣相位、改進(jìn)冷起動(dòng)性能，提高排放性能。其中最關(guān)鍵的是要改進(jìn)燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)及提高柴油機(jī)的排放性能。對(duì)非道路用柴油機(jī)的排放進(jìn)行控制是一項(xiàng)系統(tǒng)化工程，通過(guò)改進(jìn)超有機(jī)的機(jī)體設(shè)計(jì)及改善柴油機(jī)的燃燒過(guò)程對(duì)非道路用柴油機(jī)的排放進(jìn)行有效控制。國(guó)家應(yīng)該加大對(duì)非道路用柴油機(jī)技術(shù)研究的投資力度，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)的不斷創(chuàng)新與改進(jìn)，使其滿(mǎn)足未來(lái)排放法規(guī)，提高非道路用柴油機(jī)的性能，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性及排放性的有效統(tǒng)一。

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