新聞主題	最新康明斯柴發(fā)機(jī)組的技術(shù)改進(jìn)措施

 

導(dǎo)讀：隨著柴油發(fā)電機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中的使用越來越廣泛，柴油發(fā)電機(jī)的排放對大氣污染的負(fù)面影響也越來越明顯，為了緩解柴油發(fā)電機(jī)排放的尾氣對大氣污染，康明斯公司堅(jiān)定的認(rèn)為需要從技術(shù)上入手，必須加強(qiáng)對柴油發(fā)電機(jī)的技術(shù)研究。本文對柴油機(jī)排放控制技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要介紹，然后詳細(xì)闡述了針對柴油機(jī)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(tǒng)和尾氣后處理最新提升方法，但求對康明斯用戶帶來更多的新技術(shù)的了解。

 

一、柴油機(jī)排放控制現(xiàn)狀

 

      我國柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量日益增多，但是柴油發(fā)電機(jī)的技術(shù)非常薄弱。國內(nèi)現(xiàn)有的柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)裝備及相關(guān)工藝與國外柴油發(fā)電機(jī)技術(shù)相比有很大的差距，發(fā)電機(jī)組的開發(fā)創(chuàng)新及技術(shù)儲(chǔ)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(jī)存在的明顯不足。作為中美合資品牌康明斯柴油發(fā)電機(jī)組擁有業(yè)界最為寬廣的發(fā)電機(jī)產(chǎn)品線，康明斯也是唯一擁有所有關(guān)鍵子系統(tǒng)集成能力的柴油發(fā)電機(jī)制造商，從進(jìn)氣到后處理系統(tǒng)，為客戶提供全方位的“一站式”動(dòng)力解決方案，從而確?？得魉乖?ldquo;排放大戰(zhàn)”中的國際領(lǐng)先地位，吸引了眾多主機(jī)廠與康明斯進(jìn)行戰(zhàn)略合作。

1、使用范圍大且數(shù)量多

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

      很多企業(yè)或個(gè)人購買柴油發(fā)電機(jī)時(shí)，不會(huì)去相關(guān)的管理部門辦理登記手續(xù)，且沒有相關(guān)的政策要求對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制登記，就使得柴油發(fā)電機(jī)的購買與使用只是購買者的個(gè)人行為。由于缺乏對我國柴油發(fā)電機(jī)的尾氣排放監(jiān)督與處罰的相關(guān)規(guī)定，柴油發(fā)電機(jī)的環(huán)保性能只能依靠使用者的環(huán)保意識(shí)來保證。同時(shí)，由于流動(dòng)性強(qiáng)，覆蓋范圍廣，對于地區(qū)性的柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量統(tǒng)計(jì)十分困難，現(xiàn)階段擁有的數(shù)據(jù)與實(shí)際的使用量也存在較大的差距，參考意義不強(qiáng)。

2、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及制度缺乏

      針對于柴油發(fā)電機(jī)尾氣排放的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國頒布的可供使用的標(biāo)準(zhǔn)僅有《非道路移動(dòng)機(jī)械用小型點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)排氣污染物排放限值與測量方法》及部分地方性準(zhǔn)則。而對于柴油發(fā)電機(jī)的相關(guān)監(jiān)督與處罰規(guī)定仍然缺乏，這就導(dǎo)致了相關(guān)管理與執(zhí)法人員在對柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)，只能對其進(jìn)行尾氣的檢測與評(píng)定，然后通過告知的方式通知使用者，但卻無法對排放不合格的柴油發(fā)電機(jī)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(jī)管理的職能發(fā)揮。

3、監(jiān)督與管理工作不規(guī)范

      現(xiàn)階段我國監(jiān)督管理部門對于柴油發(fā)電機(jī)尾氣排放問題的管理還比較薄弱，盡管監(jiān)督部門對于柴油發(fā)電機(jī)的使用和質(zhì)量有明確要求，但是，由于柴油發(fā)電機(jī)在實(shí)際使用時(shí)租賃數(shù)量多、使用人員復(fù)雜、機(jī)械流動(dòng)性大，所以監(jiān)督管理實(shí)施的過程難度很大。同時(shí)，監(jiān)督管理人員在進(jìn)行監(jiān)管的過程中，往往更加重視機(jī)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(jī)的尾氣檢測，也多用于判斷機(jī)械性能的好壞，而對于排放過程中的環(huán)境污染是否合格并不做判斷。

4、排放污染問題嚴(yán)重

      在柴油發(fā)電機(jī)工作的過程中，其尾氣排放中的顆粒物量遠(yuǎn)高于普通機(jī)動(dòng)車，根據(jù)美國的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，柴油發(fā)電機(jī)排放中的一氧化碳、氮氧化物總量遠(yuǎn)高于普通道路行駛的機(jī)動(dòng)車，且尾氣排放中的顆粒物超過60%以上來自于柴油發(fā)電機(jī)。這說明使用量相對較小的柴油發(fā)電機(jī)已逐漸成為動(dòng)力機(jī)械污染的主要來源之一，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(qiáng)。

二、改進(jìn)柴油機(jī)排放技術(shù)的措施

 

      為了滿足未來排放法規(guī)的要求，我國很多柴油發(fā)電機(jī)制造商開始重視對非道路柴油發(fā)電機(jī)的尾氣排放控制的研究，并提出了滿足柴油發(fā)電機(jī)尾氣排放技術(shù)控制，但是根據(jù)目前我國柴油發(fā)電機(jī)尾氣排放量過大的現(xiàn)狀，技術(shù)創(chuàng)新與投入使用需要一定的過程，所以要實(shí)現(xiàn)非道路柴油發(fā)電機(jī)排放的有效控制還需要經(jīng)過研究與實(shí)踐。以下主要分析康明斯在這種局勢下針對排放標(biāo)準(zhǔn)是如何進(jìn)行改進(jìn)的。

1、優(yōu)化機(jī)體部件

      柴油機(jī)機(jī)體是發(fā)電機(jī)組的骨架，它的受力情況及結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，對剛度、強(qiáng)度、尺寸及重量進(jìn)行優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)柴油發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)優(yōu)化的重要一步，也是實(shí)現(xiàn)機(jī)體部件優(yōu)化的核心。柴油發(fā)電機(jī)部件的優(yōu)化包括對機(jī)體的改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高機(jī)體鑄件質(zhì)量水平及采用壓板珩磨等新技術(shù)，對機(jī)體進(jìn)行改進(jìn)后能有效降低竄氣量及機(jī)油耗量。

2、燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

     由于我國的柴油機(jī)的基礎(chǔ)技術(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都相對落后，污染及油耗水平偏低。開展柴油機(jī)節(jié)能減排技術(shù)研究不容忽視，柴油發(fā)電機(jī)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程進(jìn)行有效改進(jìn)；而燃油噴射系統(tǒng)是柴油機(jī)的中心部分，對柴油發(fā)電機(jī)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(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。其中，電子控制部分由各種傳感器、ECM和執(zhí)行器等組成。電控系統(tǒng)的功能是根據(jù)各種傳感器輸入的信號(hào)，由ECM經(jīng)過比較，運(yùn)算、處理后得出最佳噴油時(shí)刻和噴油量，向噴油器發(fā)出開啟或關(guān)閉電磁閥的指令，從而精確控制與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷相適應(yīng)的噴油量。

      高壓共軌系統(tǒng)為蓄壓器共軌系統(tǒng)，該系統(tǒng)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(tǒng)又分為低壓部分和高壓部分，如圖2所示。

 

圖1  柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)組成示意圖

圖2  柴油機(jī)電控高壓共軌系統(tǒng)油路流動(dòng)圖

 

3、進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

      改進(jìn)渦流式燃燒系統(tǒng)對進(jìn)氣渦流的要求不是很高，因此可以采用切向起到來降低節(jié)流損失，從而增大氣量。由于渦流式燃燒系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)更大程度地偏離氣缸中心，所以氣門會(huì)有較大的空間，可以對原有的燃燒室及氣門進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)增大進(jìn)氣門直徑。

4、配氣相位的調(diào)整

      配氣相位的可靠性及準(zhǔn)確性對發(fā)電機(jī)組的壽命和工作的經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性能有很大影響。發(fā)電機(jī)組的相位會(huì)收到運(yùn)轉(zhuǎn)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(jù)不同的原因及需求來采取不同的調(diào)整措施。合理的配氣相位能有效地提高柴油發(fā)電機(jī)的性能，對柴油發(fā)電機(jī)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(nèi)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(jī)的尾氣處理，主要應(yīng)從三方面進(jìn)行考慮，即燃油噴射系統(tǒng)的改進(jìn)，空氣系統(tǒng)的優(yōu)化以及增加尾氣后處理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，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(jī)的汽缸，能夠在一定程度上降低氮氧化合物的排放。通過對循環(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?yàn)槠诇囟冉档投a(chǎn)生過多的顆粒物，導(dǎo)致柴油機(jī)的效率降低，再生次數(shù)增加，油耗增加，發(fā)動(dòng)機(jī)后處理設(shè)備的壽命減少，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)操作性降低，使用和維護(hù)成本升高。

（2）降低排量與轉(zhuǎn)速。

      在保證發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不變的情況下，通過降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排量能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化排氣的效果，當(dāng)柴油機(jī)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(jī)使用。同時(shí)，對于某些柴油發(fā)電機(jī)的柴油機(jī)，在滿足實(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(jī)的工作效率，當(dāng)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速下降200轉(zhuǎn)時(shí)，其燃油經(jīng)濟(jì)性能夠提高1%～3%。

（3）提升燃燒效率。

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

（4）顆粒物的催化與過濾。

      通過催化器處理燃燒過程中產(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。通過過濾器對顆粒物及污染物進(jìn)行過濾，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(fù)合式火煙（灰塵）凈化設(shè)備，整個(gè)設(shè)備主要架構(gòu)采用耐腐蝕不銹鋼材料制作，如圖4所示。該產(chǎn)品運(yùn)用獨(dú)創(chuàng)的先進(jìn)技術(shù)，采用波紋狀斜板填料，風(fēng)機(jī)和凈化器是連為一體的，運(yùn)用空氣動(dòng)力學(xué)，在精密設(shè)計(jì)的一體化結(jié)構(gòu)內(nèi)，由于風(fēng)機(jī)的作用力，凈化器內(nèi)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、水膜過濾、泡沫吸收、富集、多次機(jī)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(jī)械凈化處理后，從而讓柴油發(fā)電機(jī)得到徹底的凈化。

6、改進(jìn)冷起動(dòng)性能

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

圖3  柴油機(jī)選擇性催化還原裝置SCR

圖4  柴油發(fā)電機(jī)黑煙凈化箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

 

總結(jié)：

      康明斯非道路柴油發(fā)電機(jī)可滿足中國國三排放標(biāo)準(zhǔn)。從二階段到三階段的升級(jí)簡單易行，發(fā)電機(jī)外觀尺寸無明顯變化，安裝無影響；通過康明斯先進(jìn)的缸內(nèi)燃燒技術(shù)和電子控制系統(tǒng)，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(jī)的高可靠性和耐久性；電子控制器和傳感器升級(jí)后，發(fā)電機(jī)自我診斷和故障排除的能力顯著增強(qiáng)；通過采用可鍛鑄鐵活塞、先進(jìn)的氣門技術(shù)、簡化氣門室等措施，發(fā)電機(jī)性能更加穩(wěn)定可靠，應(yīng)對高負(fù)載、高海拔的能力更強(qiáng)，保證了設(shè)備的高出勤率；采用高壓共軌燃油系統(tǒng)，使動(dòng)力性能顯著提升，怠速更穩(wěn)定，起動(dòng)更迅速，負(fù)載響應(yīng)性更好，而且升級(jí)后噪音、振動(dòng)大幅降低，操作更加簡便。

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