用于非道路國三柴油機的排放控制策略研究

劉德昌

摘 要：隨著社會經濟的發展，我國對生態文明建設、環境保護等相關工作日益重視。柴油機作為我國主要內燃機類型，處在節能減排的“風口浪尖之上”，雖然我國柴油機已經由國二階段發展到國三型，排放量控制上有了較大的進步，但是在日益嚴峻的環境形勢下，如何實現對非道路國三柴油機的進一步排放控制依然是社會關注的重點問題。

關鍵詞：柴油機；排放控制；污染物

在節能減排的大環境下，國家不僅對汽車排放標準日益嚴苛，對非道路移動機械車輛的排放也提出了更高的要求。

首先，所謂非道路移動機械指的是以內燃機為動力的各種移動式機械設備，如工程機械、農業機械、叉車等，與道路車輛同屬移動污染源范疇。簡單來說，非道路柴油機器械排放控制主要針對農用柴油機器械、其他功能性柴油機器械。

國二柴油機和國三柴油機最大的區別在于柴油機使用污染物的排放上，國三柴油機對污染物排放的控制標準更加嚴格。其中國三標準的概念：又稱國家第三階段排放標準，與歐洲三號排放標準在排放控制程度上相同，即對柴油機排放出來的尾氣進行嚴格監管和控制，將NOx、PM、HC等主要大氣污染物的排放量控制在較低水平，這是國三柴油機排放控制的中心環節。

一、非道路國三柴油機排放控制的難點

1）柴油機是以柴油為主要能源供給，這就意味著其排放控制就相對困難。一般的汽油機都可以以混合燃料為動力供給，或者在汽油中混合乙醇作為燃料添加材料來實現排放量的降低和控制，但是柴油機不能通過上述兩種途徑解決。柴油機的活塞運動機理、噴油控制機理與汽油機不同。尾氣中因柴油燃燒產生PM、CH、NOx等大氣污染物，這也是國三排放標準中要嚴格控制的污染物，柴油機的排放控制不能做到嚴格意義上的無排放，只能盡可能地想辦法降低排放。

2）柴油作為能源物質本身也是存在問題的，但是又不可避免地將其作為主要能源物質之一，非道路柴油機大多作業環境比較惡劣，機械需要具備較強的推動力、扭矩，提供更強、更充足持久的機械動力，而這些機械動力是無法通過汽油機達成的條件，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，能夠通過內燃機實現大量內能-機械能的轉化，碳分子量大意味著能量充足，但是也意味著無法充分燃燒，碳分子無法充分燃燒時就會形成污染物質，并且還會有少量碳元素以分子形式漂浮在空氣中，這是農用機械“冒黑煙”的實質。但是這一問題以現階段的內燃機技術無法解決，柴油的不充分燃燒是柴油機排放控制中的難點問題。

3）非道路柴油機排放控制本身存在較大難度，首先非道路柴油機器械具備其自身較強的功能性，在一般駕駛功能的同時還承載著其他功能，因此在其工作時必然需要持續穩定的發動機供能，因此柴油機需要經常處于高功率狀態，這期間燃料供給較大，燃燒程度較為劇烈，柴油機結構處在高負荷工作狀態，極容易出現過熱現象，當結構過熱時機械對噴油量、進氣量的控制精確度就會降低，燃料就難以達到最佳燃燒狀態，因此排放量就更加難以控制。

二、非道路柴油機排放控制建議

（一）選用適當的柴油機類型

柴油有多種牌號，其有不同的適合的工作環境，選用合適牌號的柴油的決定了其熱機時間、在不同環境下柴油的燃燒程度不同，排放量也不相同，盡可能使柴油機處于最佳工作環境，達到最佳燃燒程度，以減少排放量。下面列舉幾種柴油機的適用環境根據GB 252-2000標準：

1）10號輕柴油適用于有預熱設備的柴油機；

2）5號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在8℃以上的地區使用；

3）0號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在4℃以上的地區使用；

4）-10號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在-5℃以上的地區使用；

5）-20號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在-14℃以上的地區使用；

6）-35號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在-29℃以上的地區使用；

7）-50號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在-44℃以上的地區使用；

（二）重視柴油養護工作

非道路用柴油機器械由于長期處于高負荷狀態，機械零件老化速度較快，其中有些零件直接關乎柴油機排放問題，例如噴油嘴、配氣機構、潤滑系、冷卻系等，這些部件直接影響柴油機的工作效率，因此有必要對非道路柴油機器械進行定期的部件檢查和養護，保持各個機構處于最佳作業待機狀態，保證柴油的燃燒效率，進而降低不充分燃燒造成的污染物排放程度，以及對出現問題的部件進行及時的更新和修復等。

（三）改進制動系統

柴油機沒有被完全取締的一個原因是由于其可以提供更加強大的扭矩、驅動力。因此在柴油機排放控制上可以在機械傳動系統上下功夫，進一步將柴油機的特點擴大，以提高柴油機工作效率的方式降低排放情況。

改進機械傳動系統，可以提高柴油機工作過程中對外輸出功率，柴油機將燃料的熱能轉化為機械能，通過傳動系統的優化避免做功過程中的機械能流失。

（四）建立EGR系統

通過建立EGR（柴油機廢氣再循環）系統，對柴油機排放氣體在對外輸出之前進行再利用和循環，一方面能夠將尾氣中的污染物實現循環再利用，符合環保理念，其次能夠通過循環再利用系統將排放中的CH及NOx在內燃機供氣燃燒過程中實現進一步轉化，使有害污染物轉化為對環境影響較小的氧化物，進而排放到大氣中，從而對環境的損害程度也相應較低。

三、結語

非道路柴油機器械在很多作業中仍具備不可替代的作用，但是對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致的工作。未來的發展趨勢是盡可能使用其他類型內燃機替代柴油機，開發更清潔的柴油替代能源等。

參考文獻：

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