柴油機節(jié)能減排的措施分析

黃澒

（玉柴聯(lián)合動力股份有限公司，安徽蕪湖 241000）

0.引言

隨著能源短缺和環(huán)境污染問題日益嚴重，當前國內外法規(guī)對柴油機節(jié)能減排提出了越來越高的要求，柴油機節(jié)能減排技術的發(fā)展面臨著新的挑戰(zhàn)。因此，研究柴油機節(jié)能減排措施具有重要的意義。

1.柴油機概述

柴油機是柴油驅動的內燃機，是壓燃式發(fā)動機。柴油機工作時，由于活塞的運動，柴油機氣缸內空氣在500℃～700℃被吸入并強烈壓縮，再以霧的形式吸入高溫空氣，與高溫空氣混合形成可燃混合物，從而自燃。燃燒釋放的能量作用于活塞的上表面，推動活塞，并通過連桿和曲軸將其轉化為旋轉機械功。

1.1 優(yōu)點

（1）高扭矩。相同排量下，柴油機具有更大力氣與扭矩。（2）省油。柴油機能量密度高于汽油機。柴油機熱效率高，其耗油量比汽油機低30%～40%。（3）環(huán)保。由于富氧燃燒，柴油機的CO、HC、CO2排放量低于汽油機。

1.2 分類

（1）按工作循環(huán)分四、二沖程柴油機；（2）按冷卻方式分水冷、風冷柴油機；（3）按進氣方式為增壓、非增壓柴油機；（4）按轉速分高、中、低速柴油機；（5）根據(jù)燃燒室的不同，分為直噴式、渦流室式、預燃室式柴油機；（6）按氣體壓力分為單作用式、雙作用式、對置活塞式等；（7）按氣缸數(shù)分為單缸、多缸柴油機；（8）按用途分為船用、機車、車用、農(nóng)用機械、工程機械、發(fā)電、固定功率柴油機；（9）按供油方式分為高壓油泵供油、高壓共軌電子控制噴射供油；（10）根據(jù)氣缸排列分為直列式、V形排列。

2.柴油機節(jié)油技術

2.1 柴油機預溫措施

柴油預溫措施可為拖拉機節(jié)省5%～10%的柴油。有許多種預溫措施，包括：（1）加強發(fā)動機的整體隔熱。發(fā)動機整體發(fā)動應根據(jù)具體情況進行，不僅要根據(jù)水溫表上顯示的溫度，還要便于電機其他機構的協(xié)調及操作。（2）用廢氣加熱燃料混合物。該方法與用廢氣加熱汽油機可燃混合氣方法相同。對大中功率和多缸發(fā)動機，在排氣管橫向鉆孔后安裝加熱管；加熱管可纏繞在排氣管外側（最適用于單缸和低功率發(fā)動機），也可連接到燃油細濾器和高壓燃油泵間的低壓系統(tǒng)。（3）采用電加熱。與廢氣加熱一樣，僅使用電能加熱。此時設電加熱器，安裝的位置和注意事項基本上與廢氣加熱相同[1]。

2.2 負壓節(jié)油措施

（1）保持曲軸箱內一定負壓。保持曲軸箱一定負壓。為了在發(fā)動機曲軸箱中保持一定的負壓，節(jié)省機油，降低油耗，提高發(fā)動機功率。單缸排到曲軸箱廢氣一般可達5L/min～6L/min。若曲軸箱積聚廢氣未及時排出，曲軸箱中壓力將升高，迫使機油在燃燒室中燃燒或從松動的密封件中泄漏，從而增加燃油消耗。同時，曲軸箱壓力的增加迫使發(fā)動機在吸入和工作時消耗更多的能量。（2）提供有效的通風裝置。常見通風裝置包括：1）發(fā)動機上部（如氣門室蓋或齒輪箱蓋）設帶濾網(wǎng)的通風口，以便曲軸箱中壓力等于大氣壓力，使用時應經(jīng)常檢查清洗。2）曲軸箱頂部設負壓閥。負壓閥本質上是一個單向閥，當曲軸箱中氣壓高于外部時，廢氣從箱體中排出?；钊仙龝r，負壓閥閥片被吸入，排氣口被堵塞，使外部大氣無法進入曲軸箱，致使箱內保持一定負壓。3）曲軸箱通過管路與進氣管連接。這一措施結構簡單，并且發(fā)動機系統(tǒng)內形成一個封閉循環(huán)，徹底解決了曲軸箱排氣問題，保證其呼吸要求，節(jié)油效果好。

2.3 磁化節(jié)油技術

其物理機理顯而易見，所以燃油可通過強磁場，磁場作用下的燃油磁化能改善燃油性能，提高霧化效率和熱值，提高發(fā)動機功率，降低油耗，減少煙氣排放。磁化裝置安裝在高壓泵內柴油機細濾器油路上，柴油在N-S極間循環(huán)磁化。磁化可通過車輛直流電源產(chǎn)生強磁場或永磁體。

2.4 慣性增壓節(jié)油技術

增壓是通過增加發(fā)動機的進氣壓力和充氣系數(shù)來提高混合料燃燒和氣缸容積效率，是提高發(fā)動機能效和經(jīng)濟性的有效措施。增壓方法有：（1）設增壓器。例如，排氣渦輪增壓器多用于多缸發(fā)動機，需要一定的排氣阻力，結構復雜，通常需集成到整個發(fā)動機設計中。（2）運用進氣慣性增壓。即用發(fā)動機進氣管壓力波動效應增加氣缸充氣量，提高效率，降低油耗。慣性增壓是小型高速柴油機的一種簡易增壓方法。不同結構空氣濾清器和進氣管不易代用。

3.柴油機排煙技術

柴油機正常工作時，有時會發(fā)出黑煙、白煙、藍煙等不同顏色煙霧。這一現(xiàn)象說明柴油機存在內部故障，必須采取有效措施及時排除[2]。

3.1 柴油機冒黑煙

是指柴油機某些霧化顆粒在缸內未燃燒時被排放。原因是：首先，供油量大，柴油機超載；其次，噴油壓力低，柴油霧化不良；最后，供油太晚，發(fā)動機溫度低。處理方法：供油過量柴油機，需適當降低供油量，控制在正常負荷下工作；低壓噴油柴油機，需及時修復或更換噴油器，提高噴油壓力；供油過晚柴油機，調整供油提前角。調整時，先擰下將鍵盤固定到齒輪上的兩顆螺釘，順時針轉動鍵盤，使供油提前角為16°～19°，相對振幅22.50mm～28.50mm，發(fā)動機溫度維持在80℃～90℃。

3.2 柴油機冒白煙

意味著入氣缸霧化柴油未完全燃燒已排放。原因是：首先，噴油嘴卡滯，壓力不足，柴油霧化不良；其次，油中空氣和柴油中水較多；最后，燃油供應延遲是黑煙的原因之一。故障排除：檢查、調整或修理噴嘴，并在適當情況下更換噴嘴；檢查油路，排除空氣，使用標準柴油；檢查供應提前角，并根據(jù)黑煙排出時供應提前角進行調整。

3.3 柴油機冒藍煙表明發(fā)動機在燃燒機油

原因是：首先，活塞環(huán)“走對口”（當同一方向上的每個環(huán)重疊時，稱為“走對口”），油進入缸筒；其次，空氣濾清器殼體底部的油位高于環(huán)形槽的高度；最后，導管和閥桿間間隙過大。故障排除：調整活塞環(huán)“走對口”，使其開口以120°或180°角度偏移，環(huán)開口要遠離活塞銷孔和高壓側；若空氣濾清器殼體底部的油位超過環(huán)形槽的高度，則油位下降到環(huán)形槽的高度以下；若導管和閥桿間的間隙過大，則更換零件，重新并減小間隙，使其為0.05mm～0.12mm。

4.柴油機節(jié)能減排新技術措施

4.1 優(yōu)化改進燃油噴射系統(tǒng)

提高燃油噴壓能改善柴油霧化，噴射壓力可提高20%以上，與空氣中氧融合，提高柴油燃燒效率，減少碳排放。柴油燃燒越好，單位質量釋放熱量越高，提高柴油利用率，降低能耗。此外，柴油燃燒越好，NOx排放越少，減少環(huán)境污染。柴油磁化技術是近年來發(fā)展起來的一項新技術，先對柴油進行磁化，再經(jīng)磁化裝置將柴油吸入氣缸。該技術有效提高了柴油機燃燒效率，降低油耗，減少廢氣污染物排放。霧化理論、磁滯伸縮理論、量子理論主要用于柴油機的節(jié)能減排，它們是現(xiàn)代科技發(fā)展的結晶。

4.2 控制燃油質量

柴油十六烷值對燃料質量影響大。柴油中亞硝酸鹽、硝酸鹽和過氧化氫含量不同時，十六烷值加量也不同，若加量不正確，這可能導致延遲點火、過早燃燒等。加量過大，燃燒溫度會升高，對柴油機潤滑及散熱性影響大。加量太小，會排放大量未完全燃燒的碳粒，并從排氣管排放大量黑煙。因此，為保護柴油機，提高柴油利用率，減少碳粒排放，必須根據(jù)不同油品適當控制十六烷值。此外，應定期檢查潤滑油質量和油位，若油品變質，應及時更換潤滑油。若液位明顯下降，應立即加注潤滑油。

4.3 優(yōu)化柴油機進氣系統(tǒng)

進氣系統(tǒng)與缸套燃燒有關，其質量直接影響柴油機工作效率和污染物排放。若進氣壓力大，柴油機過剩系數(shù)會增加，從而提高其燃燒效率，但若壓力過高，進氣壓縮能耗將增加，NOx排放也將增加。進氣壓力必須通過實驗調整到合適的值。進氣溫度對柴油機系統(tǒng)有重要影響，當進氣溫度低時，有效降低了柴油機工作溫度，延長發(fā)動機壽命，然而，低溫會降低柴油機燃燒效率，增加碳粒排放，所以必須適當控制進氣溫度。柴油機進氣時間通常較短，但換風效果直接影響柴油機運行。改進進氣結構設計，增加渦流效應，可有效提高火焰的燃燒傳播。改進進氣系統(tǒng)結構，在噴油嘴和活塞坑間設置氣門，增大氣門面積，通過巧妙控制發(fā)動機轉速渦流比，可有效控制其最高工作溫度，提高柴油機燃燒率及效率，降低氣體污染物排放[3]。