柴油机节能减排的措施分析

黄澒

（玉柴联合动力股份有限公司，安徽芜湖 241000）

0.引言

随着能源短缺和环境污染问题日益严重，当前国内外法规对柴油机节能减排提出了越来越高的要求，柴油机节能减排技术的发展面临着新的挑战。因此，研究柴油机节能减排措施具有重要的意义。

1.柴油机概述

柴油机是柴油驱动的内燃机，是压燃式发动机。柴油机工作时，由于活塞的运动，柴油机气缸内空气在500℃～700℃被吸入并强烈压缩，再以雾的形式吸入高温空气，与高温空气混合形成可燃混合物，从而自燃。燃烧释放的能量作用于活塞的上表面，推动活塞，并通过连杆和曲轴将其转化为旋转机械功。

1.1 优点

（1）高扭矩。相同排量下，柴油机具有更大力气与扭矩。（2）省油。柴油机能量密度高于汽油机。柴油机热效率高，其耗油量比汽油机低30%～40%。（3）环保。由于富氧燃烧，柴油机的CO、HC、CO2排放量低于汽油机。

1.2 分类

（1）按工作循环分四、二冲程柴油机；（2）按冷却方式分水冷、风冷柴油机；（3）按进气方式为增压、非增压柴油机；（4）按转速分高、中、低速柴油机；（5）根据燃烧室的不同，分为直喷式、涡流室式、预燃室式柴油机；（6）按气体压力分为单作用式、双作用式、对置活塞式等；（7）按气缸数分为单缸、多缸柴油机；（8）按用途分为船用、机车、车用、农用机械、工程机械、发电、固定功率柴油机；（9）按供油方式分为高压油泵供油、高压共轨电子控制喷射供油；（10）根据气缸排列分为直列式、V形排列。

2.柴油机节油技术

2.1 柴油机预温措施

柴油预温措施可为拖拉机节省5%～10%的柴油。有许多种预温措施，包括：（1）加强发动机的整体隔热。发动机整体发动应根据具体情况进行，不仅要根据水温表上显示的温度，还要便于电机其他机构的协调及操作。（2）用废气加热燃料混合物。该方法与用废气加热汽油机可燃混合气方法相同。对大中功率和多缸发动机，在排气管横向钻孔后安装加热管；加热管可缠绕在排气管外侧（最适用于单缸和低功率发动机），也可连接到燃油细滤器和高压燃油泵间的低压系统。（3）采用电加热。与废气加热一样，仅使用电能加热。此时设电加热器，安装的位置和注意事项基本上与废气加热相同[1]。

2.2 负压节油措施

（1）保持曲轴箱内一定负压。保持曲轴箱一定负压。为了在发动机曲轴箱中保持一定的负压，节省机油，降低油耗，提高发动机功率。单缸排到曲轴箱废气一般可达5L/min～6L/min。若曲轴箱积聚废气未及时排出，曲轴箱中压力将升高，迫使机油在燃烧室中燃烧或从松动的密封件中泄漏，从而增加燃油消耗。同时，曲轴箱压力的增加迫使发动机在吸入和工作时消耗更多的能量。（2）提供有效的通风装置。常见通风装置包括：1）发动机上部（如气门室盖或齿轮箱盖）设带滤网的通风口，以便曲轴箱中压力等于大气压力，使用时应经常检查清洗。2）曲轴箱顶部设负压阀。负压阀本质上是一个单向阀，当曲轴箱中气压高于外部时，废气从箱体中排出。活塞上升时，负压阀阀片被吸入，排气口被堵塞，使外部大气无法进入曲轴箱，致使箱内保持一定负压。3）曲轴箱通过管路与进气管连接。这一措施结构简单，并且发动机系统内形成一个封闭循环，彻底解决了曲轴箱排气问题，保证其呼吸要求，节油效果好。

2.3 磁化节油技术

其物理机理显而易见，所以燃油可通过强磁场，磁场作用下的燃油磁化能改善燃油性能，提高雾化效率和热值，提高发动机功率，降低油耗，减少烟气排放。磁化装置安装在高压泵内柴油机细滤器油路上，柴油在N-S极间循环磁化。磁化可通过车辆直流电源产生强磁场或永磁体。

2.4 惯性增压节油技术

增压是通过增加发动机的进气压力和充气系数来提高混合料燃烧和气缸容积效率，是提高发动机能效和经济性的有效措施。增压方法有：（1）设增压器。例如，排气涡轮增压器多用于多缸发动机，需要一定的排气阻力，结构复杂，通常需集成到整个发动机设计中。（2）运用进气惯性增压。即用发动机进气管压力波动效应增加气缸充气量，提高效率，降低油耗。惯性增压是小型高速柴油机的一种简易增压方法。不同结构空气滤清器和进气管不易代用。

3.柴油机排烟技术

柴油机正常工作时，有时会发出黑烟、白烟、蓝烟等不同颜色烟雾。这一现象说明柴油机存在内部故障，必须采取有效措施及时排除[2]。

3.1 柴油机冒黑烟

是指柴油机某些雾化颗粒在缸内未燃烧时被排放。原因是：首先，供油量大，柴油机超载；其次，喷油压力低，柴油雾化不良；最后，供油太晚，发动机温度低。处理方法：供油过量柴油机，需适当降低供油量，控制在正常负荷下工作；低压喷油柴油机，需及时修复或更换喷油器，提高喷油压力；供油过晚柴油机，调整供油提前角。调整时，先拧下将键盘固定到齿轮上的两颗螺钉，顺时针转动键盘，使供油提前角为16°～19°，相对振幅22.50mm～28.50mm，发动机温度维持在80℃～90℃。

3.2 柴油机冒白烟

意味着入气缸雾化柴油未完全燃烧已排放。原因是：首先，喷油嘴卡滞，压力不足，柴油雾化不良；其次，油中空气和柴油中水较多；最后，燃油供应延迟是黑烟的原因之一。故障排除：检查、调整或修理喷嘴，并在适当情况下更换喷嘴；检查油路，排除空气，使用标准柴油；检查供应提前角，并根据黑烟排出时供应提前角进行调整。

3.3 柴油机冒蓝烟表明发动机在燃烧机油

原因是：首先，活塞环“走对口”（当同一方向上的每个环重叠时，称为“走对口”），油进入缸筒；其次，空气滤清器壳体底部的油位高于环形槽的高度；最后，导管和阀杆间间隙过大。故障排除：调整活塞环“走对口”，使其开口以120°或180°角度偏移，环开口要远离活塞销孔和高压侧；若空气滤清器壳体底部的油位超过环形槽的高度，则油位下降到环形槽的高度以下；若导管和阀杆间的间隙过大，则更换零件，重新并减小间隙，使其为0.05mm～0.12mm。

4.柴油机节能减排新技术措施

4.1 优化改进燃油喷射系统

提高燃油喷压能改善柴油雾化，喷射压力可提高20%以上，与空气中氧融合，提高柴油燃烧效率，减少碳排放。柴油燃烧越好，单位质量释放热量越高，提高柴油利用率，降低能耗。此外，柴油燃烧越好，NOx排放越少，减少环境污染。柴油磁化技术是近年来发展起来的一项新技术，先对柴油进行磁化，再经磁化装置将柴油吸入气缸。该技术有效提高了柴油机燃烧效率，降低油耗，减少废气污染物排放。雾化理论、磁滞伸缩理论、量子理论主要用于柴油机的节能减排，它们是现代科技发展的结晶。

4.2 控制燃油质量

柴油十六烷值对燃料质量影响大。柴油中亚硝酸盐、硝酸盐和过氧化氢含量不同时，十六烷值加量也不同，若加量不正确，这可能导致延迟点火、过早燃烧等。加量过大，燃烧温度会升高，对柴油机润滑及散热性影响大。加量太小，会排放大量未完全燃烧的碳粒，并从排气管排放大量黑烟。因此，为保护柴油机，提高柴油利用率，减少碳粒排放，必须根据不同油品适当控制十六烷值。此外，应定期检查润滑油质量和油位，若油品变质，应及时更换润滑油。若液位明显下降，应立即加注润滑油。

4.3 优化柴油机进气系统

进气系统与缸套燃烧有关，其质量直接影响柴油机工作效率和污染物排放。若进气压力大，柴油机过剩系数会增加，从而提高其燃烧效率，但若压力过高，进气压缩能耗将增加，NOx排放也将增加。进气压力必须通过实验调整到合适的值。进气温度对柴油机系统有重要影响，当进气温度低时，有效降低了柴油机工作温度，延长发动机寿命，然而，低温会降低柴油机燃烧效率，增加碳粒排放，所以必须适当控制进气温度。柴油机进气时间通常较短，但换风效果直接影响柴油机运行。改进进气结构设计，增加涡流效应，可有效提高火焰的燃烧传播。改进进气系统结构，在喷油嘴和活塞坑间设置气门，增大气门面积，通过巧妙控制发动机转速涡流比，可有效控制其最高工作温度，提高柴油机燃烧率及效率，降低气体污染物排放[3]。