內燃機綜合節能與污染治理研究

張 軍，賈淑霞，王東來

（1.鄂爾多斯市云新技術研究有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017000；2.西安航天動力技術研究所，陜西西安 710025；3.金堆城鉬業股份有限公司，陜西渭南 714102）

0 引言

燃油和潤滑是保障內燃機運行的兩大必要條件。內燃機的燃油燃燒排放，廢棄潤滑油和機油濾清器嚴重污染環境，危害人體健康。針對內燃機燃油節省和潤滑油污染治理以及CO 排放治理，設計用于內燃機潤滑和燃油節省的復合固體潤滑材料、油路綠色優化裝置。內燃機復合固體潤滑材料可以提高爆燃瞬間的氣密性，提高燃油效能，同時復合固體潤滑材料的潤滑有效性是普通潤滑油的5 倍，燃油和潤滑的綜合節能可以雙向實現。油路綠色優化裝置可以促進燃油霧化，提升過程中空氣的利用效率，使燃燒室的混合氣體燃燒更充分，節省燃油可達10%。在綜合5 年工業實驗的基礎上，從尾氣CO 的排放參數與油耗參數的權重分析，證明內燃機CO 的排放減少與燃油節省成正比，既是復合固體潤滑材料和油路綠色優化裝置應用在內燃機效果認識的突破口，也是內燃機綜合節能與污染治理評價參考。

1 解決方案

內燃機綜合節能和排放治理的相關技術，是燃油發動機綠色排放集成技術的拓展應用，采用了燃油發動機油路綠色優化裝置和燃油發動機專用復合固體潤滑劑。該集成技術可以提高燃油效率、降低振動，最大優化混合氣體的空氣油氣比例，提高了混合氣體的爆燃率，增加了燃燒室的氣密性，使燃燒室精度維持時間大大延長。燃燒時不產生膠質、灰分、積碳，在燃燒室爆燃過程中，最大限度保持了氣門、排氣進氣支管、壓力傳感器、噴油嘴、火花塞的潔凈，捍衛了三元催化的基礎功能，使發動機綠色燃燒效率最大化。

該技術分為煤礦大型支架搬運車、物料運輸車、人員運輸車、井下裝載機、井下挖掘機、單軌吊牽引機等單相技術，大型汽油機運輸車輛、大型柴油機運輸車輛和柴油機工程車輛多項復合技術。

2 內燃機綜合節能和污染治理技術運輸應用驗證

2.1 天津交運集團道路運輸車輛綜合應用驗證

2.1.1 驗證概述

燃油發動機動力裝備綜合節能和污染治理技術項目是天津市第一運輸有限公司與天津中科富圖工業集成技術研究院的合作項目。天津市第一運輸有限公司采用天津中科富圖工業集成技術研究院有限公司自主研發的燃油發動機排放綠色集成技術，對天津市第一運輸有限公司的柴油運輸車（貨運車輛和客運車輛）進行綜合節能和污染治理技術改造，實現車輛節本增效。

2.1.2 燃油發動機綜合節能和污染治理內容

對貨運車輛、客運車隊的10 臺客車進行改造，內容包括加裝油路綠色優化裝置、加注潤滑劑（24 L）。其中1～3 號車輛車齡2 年，4～10 號車輛車齡1 個月。

2.1.3 具體應用情況

車輛改造前換油公里數5000～10 000 km，同時更換機濾；改造前后燃油定量均為百公里30 L，具體應用況見表1。

表1 具體應用情況

2.1.4 數據分析

（1）車輛改造前發動機潤滑劑換油周期5000～10 000 km，同時更換機濾。車輛改造后發動機潤滑劑換油周期50 000 km，同時更換機濾。改造后換油周期延長5～10 倍，機油、機濾的用量僅為改造前的10%～20%，減少機油危廢80%～90%、機濾固廢80%～90%。

（2）車輛改造前發動機潤滑劑為YC-800 通用發動機油，一次添加24 L，每升約20 元，如按5000 km 換一次，則50 000 km需換10 次，240 L，折合人民幣4800 元；如果按10 000 km 換1次，則50 000 km 需換5 次，120 L，折合人民幣2400 元。改造后發動機潤滑劑為GR 柴油發動機專用復合固體潤滑劑，50 000 km只需換1 次，24 L，折合人民幣2880 元；機油濾清器少用4～9只，折合人民幣400～900 元；少保養4～9 次，折合工時費800～1800元，減少前往維修站4～9 次，折合人民幣240～540 元。綜合比較，改造后每臺車輛50 000 km 可以減少費用960～2760元。

2.1.5 應用效果和效益

該技術使用于實驗的10 臺車輛減少了機油危廢80%～90%、機濾固廢80%～90%，大大降低了給城市帶來的環保壓力。用于實驗的10 臺車輛止2019 年10 月30 日最多的行駛104 211 km，最少的行駛56 389 km，車輛運行正常。

燃油發動機排放綠色集成技術還可以改善發動機的動力性能，如果替代尿素裝置還可以每車每月節省尿素費用約1300元。燃油發動機排放綠色集成技術在貨車上的實驗證明可以節省燃油10%，則每臺車輛50 000 km 可節省燃油1500 L。

2.2 榆林環衛垃圾清運車輛內燃機綜合應用驗證

通過對17 臺燃油車輛采用內燃機專用50 000 km 長效復合固體潤滑劑、油路綠色優化裝置，驗證了GR 集成技術的潤滑長效性、機油濾清器的5 倍壽命延長、油路綠色優化裝置的節油減排增動力。

2.2.1 驗證概述

車輛改造前發動機潤滑劑為昆侖CK-4 發動機油，潤滑油為18 L 包裝，平均5000 km 更換機油，同時需更換機濾。現使用GR（API CI-4）柴油發動機專用復合固體潤滑劑，18 L 包裝。車輛改造后至今最多里程已運行27 667 km，所有車況良好，未更換機油及機濾，仍在正常運行中。

2.2.2 油路綠色優化裝置節油實驗情況

實驗方法：在相同路段，選取2 臺壓縮車作為實驗平臺，斷開原油箱供回油管路，加裝外掛式油箱（容積為20 L），連接供回油管路，以相同車速（80 km/h）進行未加裝油路綠色優化裝置和加裝油路綠色優化裝置的兩次燃油消耗量的對比實驗。

實驗平臺：壓縮車1（#國Ⅶ）、壓縮車2（#國Ⅲ）。

實驗路徑：環城北路（榆林市第十二中學）—機場—環城北路（榆林市第十二中學），總里程25 km。

兩次車輛運行中，嚴格控制變量，一臺車輛要求同一名司機，保持一致的換擋操作、停車次數等，實驗數據見表2。

表2 實驗數據 kg

實驗結論：加裝油路綠色優化裝置后，1#車輛節約燃油8.81%，2#車輛節約燃油12.53%。

2.2.3 18 輛清運車輛尾氣排放降低情況

（1）國Ⅲ車輛共15 輛：碳氫化合物（HC）總體降低58%；一氧化碳（CO）總體降低50%；氮氧化合物（NO）x總體降低38%。

（2）國Ⅶ車輛共5 輛：碳氫化合物（HC）總體降低55%；一氧化碳（CO）總體降低42%；氮氧化合物（NO）x總體降低33%。

2.2.4 結論

使用GR 綠色技術后，換油周期明顯延長，尾氣排放治理效果明顯，節省燃油效果顯著。

3 內燃機綜合節能和污染治理技術煤礦應用驗證

內燃機綜合節能和污染治理技術在陜煤集團神南產業公司、榆林神樹畔煤礦的裝載機內燃機、鄂爾多斯市大唐國源礦業的龍王溝煤礦無軌膠輪車內燃機，進行內燃機綜合節能和污染治理的實際應用驗證。

3.1 陜煤神南產業使用的應用驗證。

2018 年8 月24 日，21 支架搬運車（WC55Y-2#）的發動機潤滑油更換為神木相和綠色燃油發動機技術有限公司提供的GR-XW09 井下燃油發動機專用復合固體潤滑劑，首次加注量36 L，到正常液位，2018 年10 月2 日補加5 L 恢復到正常液位。截止2018 年11 月28 日，該支架搬運車共運行1000 h，GR-XW09 井下燃油發動機專用復合固體潤滑劑使用正常，且未發現發動機高溫現象。實驗證明：GR-XW09 井下燃油發動機專用復合固體潤滑劑延長車輛換油周期4 倍，節省潤滑油75%，大大降低發動機潤滑油的使用量，并且實現了發動機有效潤滑，避免發動機高溫現象。

3.2 榆林神樹畔煤礦的應用驗證

神樹畔煤礦的井下挖掘機，應用內燃機綜合節能和污染治理技術后，排放減少，尤其是CO 排放減少80%以上，同時潤滑油更換周期從原來的300 h，延長到1000 h，燃油節省達到6.7%，且內燃機動力沒有下降。現場數據統計表明，CO 排放減少25%，燃油節省5%，燃油節省數值與CO 排放減少數值成正比（圖1）。

圖1 內燃機綜合節能和污染治理前后數據對比

3.3 鄂爾多斯大唐國源礦業龍王溝煤礦的應用驗證

針對龍王溝煤礦7 號和8 號裝載機進行內燃機綜合節能和污染治理改造。裝載機型號為ZL20EFB（B），符合國Ⅲ標準。改造應用內燃機專用復合固體潤滑劑技術、內燃機油路綠色優化裝置技術。加載油路綠色優化裝置、復合固體潤滑劑后的測試數據低于加裝前測試數據。

2022 年06 月22 日在發動機供油管路上增加了前處理設備（油路綠色優化裝置），并于當日進行尾氣檢測，獲取技改前后車輛CO 排放數據。

（1）7 號裝載機，在怠速狀態、最大油門狀態、恢復怠速狀態的穩定工作狀態下檢測尾氣中CO 濃度，加裝油濾綠色優化裝置前后數據及分析如圖2 所示。

圖2 7 號裝載機數據對比

（2）8 號裝載機，在怠速狀態、最大油門狀態、恢復怠速狀態的穩定工作狀態下檢測尾氣中CO 濃度，加裝油濾綠色優化裝置前后數據及分析如圖3 所示。

圖3 8 號裝載機數據對比

加載CO 治理技術前處理單元，7 號、8 號裝載機CO 濃度綜合降低39.23%、35.13%。

4 研究結果

實驗證明內燃機綜合節能與污染治理的復合固體潤滑材料、內燃機油路綠色優化裝置技術應用，節省潤滑油80%以上、燃油5%～10%，潤滑油的流體污染治理達80%以上，內燃機機油濾清器的固廢污染治理達90%。