柴油機節能減排的措施分析

黃澒

（玉柴聯合動力股份有限公司，安徽蕪湖 241000）

0.引言

隨著能源短缺和環境污染問題日益嚴重，當前國內外法規對柴油機節能減排提出了越來越高的要求，柴油機節能減排技術的發展面臨著新的挑戰。因此，研究柴油機節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）按氣缸數分為單缸、多缸柴油機；（8）按用途分為船用、機車、車用、農用機械、工程機械、發電、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）根據氣缸排列分為直列式、V形排列。

2.柴油機節油技術

2.1 柴油機預溫措施

柴油預溫措施可為拖拉機節省5%～10%的柴油。有許多種預溫措施，包括：（1）加強發動機的整體隔熱。發動機整體發動應根據具體情況進行，不僅要根據水溫表上顯示的溫度，還要便于電機其他機構的協調及操作。（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動機），也可連接到燃油細濾器和高壓燃油泵間的低壓系統。（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。為了在發動機曲軸箱中保持一定的負壓，節省機油，降低油耗，提高發動機功率。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）發動機上部（如氣門室蓋或齒輪箱蓋）設帶濾網的通風口，以便曲軸箱中壓力等于大氣壓力，使用時應經常檢查清洗。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。活塞上升時，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，并且發動機系統內形成一個封閉循環，徹底解決了曲軸箱排氣問題，保證其呼吸要求，節油效果好。

2.3 磁化節油技術

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極間循環磁化。磁化可通過車輛直流電源產生強磁場或永磁體。

2.4 慣性增壓節油技術

增壓是通過增加發動機的進氣壓力和充氣系數來提高混合料燃燒和氣缸容積效率，是提高發動機能效和經濟性的有效措施。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動機，需要一定的排氣阻力，結構復雜，通常需集成到整個發動機設計中。（2）運用進氣慣性增壓。即用發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，有時會發出黑煙、白煙、藍煙等不同顏色煙霧。這一現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動機在燃燒機油

原因是：首先，活塞環“走對口”（當同一方向上的每個環重疊時，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“走對口”，使其開口以120°或180°角度偏移，環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形槽的高度，則油位下降到環形槽的高度以下；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.柴油機節能減排新技術措施

4.1 優化改進燃油噴射系統

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，減少環境污染。柴油磁化技術是近年來發展起來的一項新技術，先對柴油進行磁化，再經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能減排，它們是現代科技發展的結晶。

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 優化柴油機進氣系統

進氣系統與缸套燃燒有關，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]。