農(nóng)用柴油機(jī)排放性能研究

徐瑞 萬繼武 楊紅梅 吳廣

摘要：今年來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們逐漸意識(shí)到可持續(xù)發(fā)展的重要。農(nóng)用柴油機(jī)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于柴油機(jī)燃料所排放的廢氣給空氣帶來了更多的污染，給環(huán)境造成了較大的壓力，所以解決農(nóng)用柴油機(jī)排放問題迫在眉睫。本文就農(nóng)用柴油機(jī)排放性能展開探討。

關(guān)鍵詞：農(nóng)用柴油機(jī)；排放性能；研究

引言

與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)具有優(yōu)良的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，因而在農(nóng)機(jī)動(dòng)力上應(yīng)用得較為廣泛。它主要用來作為固定作業(yè)（排灌、發(fā)電和農(nóng)副產(chǎn)品加工等）、拖拉機(jī)、三輪和四輪運(yùn)輸車、農(nóng)用汽車以及小型船舶等的動(dòng)力。但因其產(chǎn)品質(zhì)量不高，又長期在惡劣環(huán)境下工作，并且缺少必要的日常維護(hù)，所以它的油耗和污染物排放要比正常條件下要高。

1農(nóng)用柴油機(jī)工作原理及污染問題

柴油機(jī)的工作原理是將燃料燃燒的熱能，通過活塞轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能的過程。柴油機(jī)是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，整個(gè)過程都在內(nèi)部進(jìn)行，極大的減少了熱量損失。柴油機(jī)的工作要經(jīng)過4個(gè)過程，包括進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、燃燒膨脹沖程以及排氣沖程。四個(gè)過程的循環(huán)工作才產(chǎn)生了源源不斷的動(dòng)力，排氣沖程作為循環(huán)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其作用就是將內(nèi)部廢氣排出，為填進(jìn)新鮮空氣提供空間?，F(xiàn)階段的柴油機(jī)排放的有害氣體多為氮氧化合物、一氧化碳、二氧化硫以及一些細(xì)微顆粒等。這些都是柴油燃燒反應(yīng)的產(chǎn)物以及燃燒不完全所產(chǎn)生的氣體。當(dāng)大量的有害氣體被排放到空氣中時(shí)，有較大幾率造成植物以及農(nóng)作物的死亡，空氣中的一氧化碳濃度以及二氧化硫濃度較高時(shí)，極易引發(fā)人體中毒、窒息等危害。另外顆粒物的增多會(huì)導(dǎo)致人們吸入肺部，進(jìn)而引發(fā)肺病、慢性病或癌癥等。所以小型農(nóng)用柴油機(jī)排放污染問題是急需解決的。

2農(nóng)用柴油機(jī)使用的節(jié)氣技術(shù)

2.1可變進(jìn)氣管長度技術(shù)

對(duì)于農(nóng)用柴油機(jī)性能的優(yōu)化過程中，可以通過調(diào)節(jié)柴油機(jī)進(jìn)氣管的長度來對(duì)運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化。一般來說，都會(huì)在柴油機(jī)進(jìn)氣管的內(nèi)部進(jìn)行閥門的安裝，安裝的數(shù)量在1-3個(gè)。通過開閉閥門來完成對(duì)于進(jìn)氣管道長度的改變。閥門開關(guān)的數(shù)量根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的工況而定，不同的進(jìn)氣系統(tǒng)會(huì)有不同的壓縮波的波長，通過閥門的改變使進(jìn)氣量滿足其所需要的氣流。在壓縮波和機(jī)器匹配的情況下，使得氣缸內(nèi)的氣流能夠進(jìn)行正常的工作，并且機(jī)器的工作的扭矩會(huì)得到有效的匹配，在最合適的情況下來獲得機(jī)器的最大扭矩，以此來達(dá)到農(nóng)用柴油機(jī)節(jié)能的效果。此種方法在實(shí)際的實(shí)施過程中具有簡單的操作性特點(diǎn)，只需要在結(jié)構(gòu)上增加柴油機(jī)的進(jìn)氣管道即可，并在空氣濾芯內(nèi)進(jìn)行圓筒的加裝，圓筒的容積需要與氣缸的容積相等。此種節(jié)油方式在額定功率或者超負(fù)荷工作的情況下會(huì)有更好的效果。

2.2采用廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)

采用廢氣再循環(huán)是降低NOx排放的一項(xiàng)極為有效的措施，在所有負(fù)荷條件下都可有效減少NOx排放。將定量廢氣引入柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中，再循環(huán)到燃燒室內(nèi)，有利于點(diǎn)火延遲，增加參與反應(yīng)物質(zhì)的熱容量以及CO2，H2O，N2等惰性氣體的對(duì)氧氣的稀釋作用，從而可降低燃燒最高溫度，減少NOx的生成。

2.3可變進(jìn)氣渦流技術(shù)

通過對(duì)于可變進(jìn)氣的氣流的改變，也能夠在一定程度上提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作性能及工作效率。依靠此種方式在技術(shù)上的可操性使在機(jī)器內(nèi)部的進(jìn)氣旋渦中安裝渦流的控制閥，通過依靠閥門來進(jìn)行渦流的調(diào)節(jié)。此種措施在渦流的使用過程中具有非常有效的作用，能夠在很大的程度上對(duì)渦流進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，還能夠在一定程度上增加渦流的流量系數(shù)，能有效的提高渦流的燃燒性能。

3在用農(nóng)用柴油機(jī)排放治理的對(duì)策

3.1加強(qiáng)檢測維修，，確保柴油機(jī)良好技術(shù)狀態(tài)

要保證在用農(nóng)用柴油機(jī)車排放達(dá)標(biāo)，就必須確保柴油機(jī)具有良好的技術(shù)狀態(tài)。但有時(shí)柴油機(jī)排放性能下降的外在癥狀并不明顯，不易直接發(fā)現(xiàn)，因，必須強(qiáng)化柴油機(jī)的檢測與維修。為使在用柴油機(jī)車的排放快速、經(jīng)濟(jì)地達(dá)標(biāo)，治理可按“優(yōu)化調(diào)校、專項(xiàng)維護(hù)、技術(shù)改造或大修”3個(gè)層次進(jìn)行。（1）“優(yōu)化調(diào)校”即對(duì)柴油機(jī)的可調(diào)參數(shù)進(jìn)行兼顧排放性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的合理調(diào)校。主要內(nèi)容包括檢查和校正氣門伺隙、配氣相位、供油時(shí)間、噴油提前角、噴油壓力、噴油嘴的噴油量、噴油霧化質(zhì)量、最大供油量的調(diào)校等。（2）“專項(xiàng)維護(hù)”即對(duì)影響柴油機(jī)排放性能的零部件進(jìn)行清潔、更換或維修，如清潔空氣、燃油、機(jī)油濾清器和排氣消聲器、鉸磨氣門、更換缸筒、活塞及活塞環(huán)，更換噴油器，校修噴油泵等。（3）“技術(shù)改造”即在不改變原柴油機(jī)主要結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用新技術(shù)、新工藝、新裝置，實(shí)現(xiàn)舊機(jī)改新機(jī)，其性能指標(biāo)達(dá)到或超過原機(jī)的水平?！按笮蕖奔从眯蘩砘蚋鼡Q零部件的方法，恢復(fù)柴油機(jī)完好技術(shù)狀況的恢復(fù)性修理。對(duì)于治理排放超標(biāo)的在用柴油機(jī)車應(yīng)采用先易后難、由表及里和充分利用檢測手段的方法進(jìn)行。首先進(jìn)行合理調(diào)校，排除因調(diào)校不當(dāng)導(dǎo)致排放超標(biāo)的故障。如果檢測排放仍不能達(dá)標(biāo)，則應(yīng)進(jìn)一步地檢測診斷，根據(jù)需要進(jìn)行專項(xiàng)維護(hù)。至于柴油機(jī)需要技術(shù)改造或大修，要根據(jù)機(jī)車的使用年限、技術(shù)狀態(tài)和費(fèi)用等進(jìn)行綜合分析。而對(duì)于排放超標(biāo)、沒有修復(fù)價(jià)值的機(jī)車，要強(qiáng)制報(bào)廢。

3.2噴油系統(tǒng)優(yōu)化

噴油系統(tǒng)的優(yōu)化主要包括以下幾個(gè)方面：（1）噴油器應(yīng)選用低慣量型，這樣針閥的開啟速度會(huì)有很大提升并且斷油速度明顯；（2）采油機(jī)加速過程中時(shí)?！懊八{(lán)煙”，可以適當(dāng)將高壓油管內(nèi)直徑調(diào)小，高壓油泵的選用采用小柱結(jié)構(gòu)。

3.3應(yīng)用渦輪增壓技術(shù)和增壓中冷技術(shù)進(jìn)行排放性能的提升

（1）渦輪增壓技術(shù)。在農(nóng)用柴油機(jī)性能的使用過程中，可以通過渦輪增壓技術(shù)來提高渦輪的運(yùn)行效率。此技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。在發(fā)動(dòng)機(jī)中添加渦輪增壓器。其主要的作用就是作為一個(gè)空氣泵，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，提高柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。（2）增壓中冷技術(shù)。在進(jìn)行柴油機(jī)的渦輪增壓的過程中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器的進(jìn)氣量的增加，使得渦輪增壓器的出口的溫度得到了大大的升高。由于溫度的升高，在一定程度上會(huì)限制空氣的進(jìn)氣量，由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣的進(jìn)氣量的減少，會(huì)在一定程度上降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能，需要對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓技術(shù)進(jìn)行冷卻。在進(jìn)行柴油機(jī)的增壓冷卻技術(shù)中，可以通過兩種方式進(jìn)行冷卻，第一種是利用柴油機(jī)內(nèi)部的冷卻循環(huán)技術(shù)對(duì)柴油機(jī)的渦輪溫度進(jìn)行降低，另一種是通過外界的空氣對(duì)渦輪溫度進(jìn)行降低。在用外界空氣進(jìn)行壓縮機(jī)冷卻時(shí)，主要將吸收的空氣進(jìn)行收集，通過以散熱器的形式，將冷空氣通過風(fēng)扇動(dòng)力的形式進(jìn)行冷卻。安裝的位置一半在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的水箱旁，冷卻的溫度應(yīng)控制在50-60℃。在此項(xiàng)溫度的情況下能夠很好的提高渦輪增壓的性能。采用廢氣渦輪增壓一般可降低燃油消耗3%～10%，一般高速柴油機(jī)采用增壓可提高功率30%，采用中冷技術(shù)可進(jìn)一步提高50%～60%。目前，農(nóng)用柴油機(jī)一般均采用該項(xiàng)技術(shù)來達(dá)到國Ⅱ排放要求。

結(jié)語

農(nóng)用柴油機(jī)是農(nóng)業(yè)運(yùn)輸以及農(nóng)業(yè)機(jī)械的基礎(chǔ)，在發(fā)展農(nóng)業(yè)之時(shí)，還要注重農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，解決農(nóng)用柴油機(jī)的排放問題，改善柴油機(jī)排放控制技術(shù)，緩解廢氣對(duì)空氣的破壞，給人們的生活帶來更健康的環(huán)境。

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（作者單位：洛陽西苑車輛與動(dòng)力檢驗(yàn)所有限公司）