用于非道路国三柴油机的排放控制策略研究

刘德昌

摘 要：随着社会经济的发展，我国对生态文明建设、环境保护等相关工作日益重视。柴油机作为我国主要内燃机类型，处在节能减排的“风口浪尖之上”，虽然我国柴油机已经由国二阶段发展到国三型，排放量控制上有了较大的进步，但是在日益严峻的环境形势下，如何实现对非道路国三柴油机的进一步排放控制依然是社会关注的重点问题。

关键词：柴油机；排放控制；污染物

在节能减排的大环境下，国家不仅对汽车排放标准日益严苛，对非道路移动机械车辆的排放也提出了更高的要求。

首先，所谓非道路移动机械指的是以内燃机为动力的各种移动式机械设备，如工程机械、农业机械、叉车等，与道路车辆同属移动污染源范畴。简单来说，非道路柴油机器械排放控制主要针对农用柴油机器械、其他功能性柴油机器械。

国二柴油机和国三柴油机最大的区别在于柴油机使用污染物的排放上，国三柴油机对污染物排放的控制标准更加严格。其中国三标准的概念：又称国家第三阶段排放标准，与欧洲三号排放标准在排放控制程度上相同，即对柴油机排放出来的尾气进行严格监管和控制，将NOx、PM、HC等主要大气污染物的排放量控制在较低水平，这是国三柴油机排放控制的中心环节。

一、非道路国三柴油机排放控制的难点

1）柴油机是以柴油为主要能源供给，这就意味着其排放控制就相对困难。一般的汽油机都可以以混合燃料为动力供给，或者在汽油中混合乙醇作为燃料添加材料来实现排放量的降低和控制，但是柴油机不能通过上述两种途径解决。柴油机的活塞运动机理、喷油控制机理与汽油机不同。尾气中因柴油燃烧产生PM、CH、NOx等大气污染物，这也是国三排放标准中要严格控制的污染物，柴油机的排放控制不能做到严格意义上的无排放，只能尽可能地想办法降低排放。

2）柴油作为能源物质本身也是存在问题的，但是又不可避免地将其作为主要能源物质之一，非道路柴油机大多作业环境比较恶劣，机械需要具備较强的推动力、扭矩，提供更强、更充足持久的机械动力，而这些机械动力是无法通过汽油机达成的条件，因此必须要使用柴油作为主要能量供给材料。柴油分子量较大，在原油中处于中下层位置，其成分中含有大量碳分子，能够通过内燃机实现大量内能-机械能的转化，碳分子量大意味着能量充足，但是也意味着无法充分燃烧，碳分子无法充分燃烧时就会形成污染物质，并且还会有少量碳元素以分子形式漂浮在空气中，这是农用机械“冒黑烟”的实质。但是这一问题以现阶段的内燃机技术无法解决，柴油的不充分燃烧是柴油机排放控制中的难点问题。

3）非道路柴油机排放控制本身存在较大难度，首先非道路柴油机器械具备其自身较强的功能性，在一般驾驶功能的同时还承载着其他功能，因此在其工作时必然需要持续稳定的发动机供能，因此柴油机需要经常处于高功率状态，这期间燃料供给较大，燃烧程度较为剧烈，柴油机结构处在高负荷工作状态，极容易出现过热现象，当结构过热时机械对喷油量、进气量的控制精确度就会降低，燃料就难以达到最佳燃烧状态，因此排放量就更加难以控制。

二、非道路柴油机排放控制建议

（一）选用适当的柴油机类型

柴油有多种牌号，其有不同的适合的工作环境，选用合适牌号的柴油的决定了其热机时间、在不同环境下柴油的燃烧程度不同，排放量也不相同，尽可能使柴油机处于最佳工作环境，达到最佳燃烧程度，以减少排放量。下面列举几种柴油机的适用环境根据GB 252-2000标准：

1）10号轻柴油适用于有预热设备的柴油机；

2）5号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在8℃以上的地区使用；

3）0号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在4℃以上的地区使用；

4）-10号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-5℃以上的地区使用；

5）-20号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-14℃以上的地区使用；

6）-35号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-29℃以上的地区使用；

7）-50号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在-44℃以上的地区使用；

（二）重视柴油养护工作

非道路用柴油机器械由于长期处于高负荷状态，机械零件老化速度较快，其中有些零件直接关乎柴油机排放问题，例如喷油嘴、配气机构、润滑系、冷却系等，这些部件直接影响柴油机的工作效率，因此有必要对非道路柴油机器械进行定期的部件检查和养护，保持各个机构处于最佳作业待机状态，保证柴油的燃烧效率，进而降低不充分燃烧造成的污染物排放程度，以及对出现问题的部件进行及时的更新和修复等。

（三）改进制动系统

柴油机没有被完全取缔的一个原因是由于其可以提供更加强大的扭矩、驱动力。因此在柴油机排放控制上可以在机械传动系统上下功夫，进一步将柴油机的特点扩大，以提高柴油机工作效率的方式降低排放情况。

改进机械传动系统，可以提高柴油机工作过程中对外输出功率，柴油机将燃料的热能转化为机械能，通过传动系统的优化避免做功过程中的机械能流失。

（四）建立EGR系统

通过建立EGR（柴油机废气再循环）系统，对柴油机排放气体在对外输出之前进行再利用和循环，一方面能够将尾气中的污染物实现循环再利用，符合环保理念，其次能够通过循环再利用系统将排放中的CH及NOx在内燃机供气燃烧过程中实现进一步转化，使有害污染物转化为对环境影响较小的氧化物，进而排放到大气中，从而对环境的损害程度也相应较低。

三、结语

非道路柴油机器械在很多作业中仍具备不可替代的作用，但是对其排放的控制工作不能放松，还有许多研究需要更加深入细致的工作。未来的发展趋势是尽可能使用其他类型内燃机替代柴油机，开发更清洁的柴油替代能源等。

参考文献：

[1] 酒建刚，李志丹，杨卫平.用于非道路国三柴油机的排放控制系统，2015.

[2] 张庆，刘志华，陈希颖.满足非道路国三排放单缸柴油机燃油喷射系统优化.现代车用动力，2016.

[3] 靳豫成.探讨非道路国三柴油机的服务模式.农机市场，2015.