新聞主題	最新康明斯柴發(fā)機組的技術(shù)改進(jìn)措施

 

導讀：隨著(zhù)柴油發(fā)電機在現實(shí)生活中的使用越來(lái)越廣泛，柴油發(fā)電機的排放對大氣污染的負面影響也越來(lái)越明顯，為了緩解柴油發(fā)電機排放的尾氣對大氣污染，康明斯公司堅定的認為需要從技術(shù)上入手，必須加強對柴油發(fā)電機的技術(shù)研究。本文對柴油機排放控制技術(shù)的現狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后詳細闡述了針對柴油機排放技術(shù)的各種改進(jìn)措施。其中，重點(diǎn)方向就是關(guān)于燃油系統和尾氣后處理最新提升方法，但求對康明斯用戶(hù)帶來(lái)更多的新技術(shù)的了解。

 

一、柴油機排放控制現狀

 

      我國柴油發(fā)電機的數量日益增多，但是柴油發(fā)電機的技術(shù)非常薄弱。國內現有的柴油發(fā)電機技術(shù)裝備及相關(guān)工藝與國外柴油發(fā)電機技術(shù)相比有很大的差距，發(fā)電機組的開(kāi)發(fā)創(chuàng )新及技術(shù)儲備明顯落后于很多國家，高排放、高油耗是我國柴油發(fā)電機存在的明顯不足。作為中美合資品牌康明斯柴油發(fā)電機組擁有業(yè)界最為寬廣的發(fā)電機產(chǎn)品線(xiàn)，康明斯也是唯一擁有所有關(guān)鍵子系統集成能力的柴油發(fā)電機制造商，從進(jìn)氣到后處理系統，為客戶(hù)提供全方位的“一站式”動(dòng)力解決方案，從而確?？得魉乖?ldquo;排放大戰”中的國際領(lǐng)先地位，吸引了眾多主機廠(chǎng)與康明斯進(jìn)行戰略合作。

1、使用范圍大且數量多

      我國的柴油發(fā)電機所覆蓋的行業(yè)非常廣泛，且存在著(zhù)流動(dòng)作業(yè)、跨地區作業(yè)的特點(diǎn)。

      很多企業(yè)或個(gè)人購買(mǎi)柴油發(fā)電機時(shí)，不會(huì )去相關(guān)的管理部門(mén)辦理登記手續，且沒(méi)有相關(guān)的政策要求對柴油發(fā)電機進(jìn)行強制登記，就使得柴油發(fā)電機的購買(mǎi)與使用只是購買(mǎi)者的個(gè)人行為。由于缺乏對我國柴油發(fā)電機的尾氣排放監督與處罰的相關(guān)規定，柴油發(fā)電機的環(huán)保性能只能依靠使用者的環(huán)保意識來(lái)保證。同時(shí)，由于流動(dòng)性強，覆蓋范圍廣，對于地區性的柴油發(fā)電機的數量統計十分困難，現階段擁有的數據與實(shí)際的使用量也存在較大的差距，參考意義不強。

2、相關(guān)標準及制度缺乏

      針對于柴油發(fā)電機尾氣排放的相關(guān)標準，我國頒布的可供使用的標準僅有《非道路移動(dòng)機械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機排氣污染物排放限值與測量方法》及部分地方性準則。而對于柴油發(fā)電機的相關(guān)監督與處罰規定仍然缺乏，這就導致了相關(guān)管理與執法人員在對柴油發(fā)電機進(jìn)行檢查時(shí)，只能對其進(jìn)行尾氣的檢測與評定，然后通過(guò)告知的方式通知使用者，但卻無(wú)法對排放不合格的柴油發(fā)電機進(jìn)行處罰或限期整改，這在一定程度上減弱了柴油發(fā)電機管理的職能發(fā)揮。

3、監督與管理工作不規范

      現階段我國監督管理部門(mén)對于柴油發(fā)電機尾氣排放問(wèn)題的管理還比較薄弱，盡管監督部門(mén)對于柴油發(fā)電機的使用和質(zhì)量有明確要求，但是，由于柴油發(fā)電機在實(shí)際使用時(shí)租賃數量多、使用人員復雜、機械流動(dòng)性大，所以監督管理實(shí)施的過(guò)程難度很大。同時(shí)，監督管理人員在進(jìn)行監管的過(guò)程中，往往更加重視機械的安全性和可靠性檢查，而對于排放質(zhì)量的檢查并不重視。一些對柴油發(fā)電機的尾氣檢測，也多用于判斷機械性能的好壞，而對于排放過(guò)程中的環(huán)境污染是否合格并不做判斷。

4、排放污染問(wèn)題嚴重

      在柴油發(fā)電機工作的過(guò)程中，其尾氣排放中的顆粒物量遠高于普通機動(dòng)車(chē)，根據美國的數據統計，柴油發(fā)電機排放中的一氧化碳、氮氧化物總量遠高于普通道路行駛的機動(dòng)車(chē)，且尾氣排放中的顆粒物超過(guò)60%以上來(lái)自于柴油發(fā)電機。這說(shuō)明使用量相對較小的柴油發(fā)電機已逐漸成為動(dòng)力機械污染的主要來(lái)源之一，對其尾氣排放的控制以及環(huán)保性能的檢測必須要不斷加強。

二、改進(jìn)柴油機排放技術(shù)的措施

 

      為了滿(mǎn)足未來(lái)排放法規的要求，我國很多柴油發(fā)電機制造商開(kāi)始重視對非道路柴油發(fā)電機的尾氣排放控制的研究，并提出了滿(mǎn)足柴油發(fā)電機尾氣排放技術(shù)控制，但是根據目前我國柴油發(fā)電機尾氣排放量過(guò)大的現狀，技術(shù)創(chuàng )新與投入使用需要一定的過(guò)程，所以要實(shí)現非道路柴油發(fā)電機排放的有效控制還需要經(jīng)過(guò)研究與實(shí)踐。以下主要分析康明斯在這種局勢下針對排放標準是如何進(jìn)行改進(jìn)的。

1、優(yōu)化機體部件

      柴油機機體是發(fā)電機組的骨架，它的受力情況及結構非常復雜，對剛度、強度、尺寸及重量進(jìn)行優(yōu)化是實(shí)現柴油發(fā)電機設計與制造技術(shù)優(yōu)化的重要一步，也是實(shí)現機體部件優(yōu)化的核心。柴油發(fā)電機部件的優(yōu)化包括對機體的改進(jìn)設計、提高機體鑄件質(zhì)量水平及采用壓板珩磨等新技術(shù)，對機體進(jìn)行改進(jìn)后能有效降低竄氣量及機油耗量。

2、燃油系統的設計

     由于我國的柴油機的基礎技術(shù)及結構設計都相對落后，污染及油耗水平偏低。開(kāi)展柴油機節能減排技術(shù)研究不容忽視，柴油發(fā)電機的整體性能及質(zhì)量水平的提高最重要的步驟是對燃燒過(guò)程進(jìn)行有效改進(jìn)；而燃油噴射系統是柴油機的中心部分，對柴油發(fā)電機性能、油耗及污染物排放有很大的影響。

      最新國三電控燃油系統結構組成如圖1所示。其中，電子控制部分由各種傳感器、ECM和執行器等組成。電控系統的功能是根據各種傳感器輸入的信號，由ECM經(jīng)過(guò)比較，運算、處理后得出最佳噴油時(shí)刻和噴油量，向噴油器發(fā)出開(kāi)啟或關(guān)閉電磁閥的指令，從而精確控制與發(fā)動(dòng)機負荷相適應的噴油量。

      高壓共軌系統為蓄壓器共軌系統，該系統由油箱、柴油濾清器、軸油泵、VP分配式高壓油泵、高壓/低壓燃油管、蓄壓器(油軌)、噴油器和回油管等組成。燃油供給系統又分為低壓部分和高壓部分，如圖2所示。

 

圖1  柴油機電控高壓共軌系統組成示意圖

圖2  柴油機電控高壓共軌系統油路流動(dòng)圖

 

3、進(jìn)氣系統的設計

      改進(jìn)渦流式燃燒系統對進(jìn)氣渦流的要求不是很高，因此可以采用切向起到來(lái)降低節流損失，從而增大氣量。由于渦流式燃燒系統可以實(shí)現更大程度地偏離氣缸中心，所以氣門(mén)會(huì )有較大的空間，可以對原有的燃燒室及氣門(mén)進(jìn)行重新的設計，可以適當增大進(jìn)氣門(mén)直徑。

4、配氣相位的調整

      配氣相位的可靠性及準確性對發(fā)電機組的壽命和工作的經(jīng)濟性及動(dòng)力性能有很大影響。發(fā)電機組的相位會(huì )收到運轉磨損、維修質(zhì)量、動(dòng)態(tài)變形以及使用條件變更等原因的影響而發(fā)生變化，所以根據不同的原因及需求來(lái)采取不同的調整措施。合理的配氣相位能有效地提高柴油發(fā)電機的性能，對柴油發(fā)電機的尾氣排放也有很大的影響。進(jìn)氣采用較小的晚關(guān)角，使氣缸內留有適量的參與廢棄，從而改善NOx的排放。

5、提高排放性能

      對于柴油發(fā)電機的尾氣處理，主要應從三方面進(jìn)行考慮，即燃油噴射系統的改進(jìn)，空氣系統的優(yōu)化以及增加尾氣后處理系統來(lái)實(shí)現，其中常用的技術(shù)方法如下。

（1）廢氣再利用技術(shù)。

      主要是將產(chǎn)生的廢氣循環(huán)回發(fā)動(dòng)機的汽缸，能夠在一定程度上降低氮氧化合物的排放。通過(guò)對循環(huán)廢氣進(jìn)行降溫處理，能夠有效降低汽缸燃燒室的溫度，使氮氧化物的排放量減少近40%，但是也可能會(huì )因為汽缸溫度降低而產(chǎn)生過(guò)多的顆粒物，導致柴油機的效率降低，再生次數增加，油耗增加，發(fā)動(dòng)機后處理設備的壽命減少，同時(shí)發(fā)動(dòng)機操作性降低，使用和維護成本升高。

（2）降低排量與轉速。

      在保證發(fā)動(dòng)機輸出功率不變的情況下，通過(guò)降低發(fā)動(dòng)機的排量能夠實(shí)現優(yōu)化排氣的效果，當柴油機的排氣量下降10%左右，燃油效率則能夠提高1%～4%，這種做法較適用于柴油發(fā)電機使用。同時(shí)，對于某些柴油發(fā)電機的柴油機，在滿(mǎn)足實(shí)際工作要求的前提下，對其進(jìn)行降速控制也能夠提高發(fā)動(dòng)機的工作效率，當柴油機的轉速下降200轉時(shí)，其燃油經(jīng)濟性能夠提高1%～3%。

（3）提升燃燒效率。

      柴油機的燃燒效率直接影響到排氣的環(huán)保程度，通過(guò)增加缸內壓力，能夠有效提升汽缸的最大壓縮比，從而增強柴油機汽缸內燃料燃燒的程度，減少有害物質(zhì)的排出，柴油機缸內壓力的增加要求汽缸的強度也必須同時(shí)滿(mǎn)足要求，否則容易對汽缸造成一定程度的損壞。要提升燃燒效率，還可以考慮通過(guò)改善空氣與燃料的混合程度來(lái)優(yōu)化燃料的疏松與燃燒效果，以提高柴油機性能并減少污染物質(zhì)的排放。

（4）顆粒物的催化與過(guò)濾。

      通過(guò)催化器處理燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的顆粒物，其裝置如圖3所示。主要是利用鉑、鈀等貴金屬作為催化劑，通過(guò)氧化收集表面顆粒物及氣態(tài)污染物，能夠有效降低一氧化碳和碳氫化合物以及顆粒物質(zhì)的排放。通過(guò)過(guò)濾器對顆粒物及污染物進(jìn)行過(guò)濾，也能夠有效降低顆粒物質(zhì)對空氣的污染，改善排氣質(zhì)量。

（5）碳煙水噴淋處理

      黑煙凈化器屬于“濕式”的復合式火煙（灰塵）凈化設備，整個(gè)設備主要架構采用耐腐蝕不銹鋼材料制作，如圖4所示。該產(chǎn)品運用獨創(chuàng )的先進(jìn)技術(shù)，采用波紋狀斜板填料，風(fēng)機和凈化器是連為一體的，運用空氣動(dòng)力學(xué)，在精密設計的一體化結構內，由于風(fēng)機的作用力，凈化器內會(huì )產(chǎn)生攪動(dòng)的、沸騰的水層和多層水膜。綜合利用水氣反向沖擊、洗滌、水膜過(guò)濾、泡沫吸收、富集、多次機械碰撞、截流、降、冷凝、高效吸附等原理，使黑煙（灰塵）得到三次水凈化處理和三次機械凈化處理后，從而讓柴油發(fā)電機得到徹底的凈化。

6、改進(jìn)冷起動(dòng)性能

      由于有些柴油機采用的是渦流式燃燒系統，所以它的起動(dòng)性并沒(méi)有新型柴油機那么強，可以在進(jìn)氣管上安裝電磁火焰加熱裝置來(lái)改善冷起動(dòng)性能，并在-30℃的氣溫環(huán)境下進(jìn)行冷起動(dòng)，經(jīng)過(guò)反復試驗來(lái)不斷改進(jìn)冷起動(dòng)性能。

圖3  柴油機選擇性催化還原裝置SCR

圖4  柴油發(fā)電機黑煙凈化箱結構設計

 

總結：

      康明斯非道路柴油發(fā)電機可滿(mǎn)足中國國三排放標準。從二階段到三階段的升級簡(jiǎn)單易行，發(fā)電機外觀(guān)尺寸無(wú)明顯變化，安裝無(wú)影響；通過(guò)康明斯先進(jìn)的缸內燃燒技術(shù)和電子控制系統，精確控制多次燃油噴射，在大幅降低氮氧化物和顆粒物排放的同時(shí)，保持了發(fā)電機的高可靠性和耐久性；電子控制器和傳感器升級后，發(fā)電機自我診斷和故障排除的能力顯著(zhù)增強；通過(guò)采用可鍛鑄鐵活塞、先進(jìn)的氣門(mén)技術(shù)、簡(jiǎn)化氣門(mén)室等措施，發(fā)電機性能更加穩定可靠，應對高負載、高海拔的能力更強，保證了設備的高出勤率；采用高壓共軌燃油系統，使動(dòng)力性能顯著(zhù)提升，怠速更穩定，起動(dòng)更迅速，負載響應性更好，而且升級后噪音、振動(dòng)大幅降低，操作更加簡(jiǎn)便。

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