我国工程机械节能减排研究现状与发展趋势

尹 超，徐林勋，孙兴玉

（山东京博石油化工有限公司，山东 滨州256500）

我国早在上世纪五六十年代就已开始设计和制造一些工程机械，经过六七十年的发展，取得了不错的成绩，在这期间涌现出一批像徐工集团、三一重工、中联重科等工程机械领头企业，2017年全球工程机械制造商50强名单中，中国企业占据九席，其中徐工集团排名最高，位列全球第八。

中国工程机械行业积极贯彻创新、协调、绿色、开放、共享五大发展理念，行业面临的国内外环境依然复杂，困难与希望同在，挑战与机遇并存。2017年，是中国工程机械行业实施“十三五”规划的至关重要的一年，在“中国制造2025”发展战略下，工程机械要继续坚持“创新驱动、绿色发展、节能减排、质量效益”的发展模式，积极推动工程机械全面健康发展。

十八大以来，习近平主席反复强调“绿水青山就是金山银山”，这也充分体现出国家对节能减排的重视程度，工程机械同样面临着此类问题。

目前，工程机械技术在不断升级，但仍不能解决其节能减排根本问题，探索工程机械油品与发动机匹配将成为未来工程机械节能减排的重要手段。

1 工程机械领域节能减排研究现状

面对日趋紧张的能源短缺以及环境污染问题，如何将高能耗、高污染的经济增长方式转变成低能耗、低排放为标准的可持续性发展低碳经济，目前来看依然不容乐观。

一直以来，工程机械就以能耗高、排放差的形象存在于大家心中，这也是不争的事实，工程机械油耗较大，类型不同油耗也有所不同，调研信息显示，工程机械油耗一般在20～70 L/h不等，排放方面如一台20 t挖掘机废气排放量相当于二三十辆小型汽车的废气排放量。对于2015年1月后，未达到第四阶段排放标准的非道路动力机械[1]，依法禁止在京销售和使用。因此，如何解决工程机械能耗高、排放差等问题，将会成为工程机械行业节能减排重要任务[2]。

针对目前工程机械存在的能耗、排放等问题，各大工程机械制造厂商以及工程机械科研机构纷纷对此进行研究。一般对工程机械节能减排的研究大都集中在提高相关元件的性能、改善液压系统以及提高动力系统与液压系统的功率匹配等方向。现阶段，各大型工程机械厂家已经将节能减排研究方向转移至如元件级技术、系统级技术、新能源以及混合动力技术上，并取得的良好的节能减排的效果[3]。其中新能源以及混合动力技术的改进在工程机械节能减排方面效果较为明显，但我国混合动力工程机械目前基本上都处于试验样机阶段，混合动力技术不够成熟，许多核心的关键的技术还未掌握，而且混合动力一旦出现蓄电不足，尤其在矿山这种环境，很难及时解决。

纵观以往工程机械节能减排研究发现，研究大都集中在提高工程机械工作元件（柴油机和液压元件）性能、改进液压系统等方向，然而这些对于解决工程机械节能减排等问题依然不够全面。对于一台价值千万级别的进口工程机械，各种机械、系统设计都很先进的前提下，依然会出现在国外使用良好，而在国内使用时经常出现发动机故障、大修期提前、使用寿命缩短等问题，这将引起对此问题的认真思考。

2 对工程机械节能减排研究出现问题的思考与认识

追溯历史，从1924年第一台柴油机直接驱动开始用于单斗挖掘机到现在，已经走过了九十多个春秋，工程机械在此期间发生了数次翻天覆地的变化。在工程机械作业场所，作为工程机械动力源泉的柴油内燃机被大量使用，柴油质量的优劣直接影响其工作性能、工作效率及使用寿命[4]，然而目前对于工程机械油品与发动机匹配的研究可谓是少之又少。

为了更好地认识工程机械油品与发动机匹配问题，通过文献调研及市场了解到，目前工程机械油品市场没有太多的规范，油品指标比较笼统，没有专门的工程机械专用油品来匹配工程机械发动机。

关于油品与发动机匹配，美国、日本和欧盟早在20世纪90年代已开展“汽油-油品”项目来探讨油机匹配问题，如欧盟的EPEFE项目[5]、美国的AQIRP项目[6]和日本的JCAP项目[7]等，其中美国 AQIRP项目是由美国国内3个汽车公司和14个石油公司联合进行的。其中美国AQIRP项目使用近百种燃料在100辆不同的汽油机汽车上，共进行了五千余次排放测试试验。通过诸多测试获得了大量燃料性质和发动机相关技术对发动机排放数据，并建立了对应的数据库。由于汽油车在当时美国市场占主导地位，与柴油相关的汽车并没有在AQIRP项目中。二十世纪末，美国市场出现大量柴油车，又相继开展了如DECSE和APBF-DEC项目[8]关于柴油排放的相关研究。

随着环保节能形势日趋严峻，我国各大炼油厂以及科研院校陆续展开对汽车-油品-排放研究。2002年，中国石油依据我国汽油发展现状以及汽车制造技术，在欧Ⅱ排放标准下针对汽油烃类组成对发动机排放性能展开研究。2005年，在汽油国Ⅲ标准基础上，中国石化在发动机台架和清净性试验上研究了不同硫含量以及烯烃含量对油品性能的影响。

通过资料显示，我国对于油品与发动机之间的匹配研究不是很多，工程机械领域基本属于空白状态，分析原因可能是工程机械一直以来就以一种“粗线条”的形象出现在人们面前，高油耗高排放是一种常态，“冒黑烟”成为家常便饭，所以研究人员没有把过多的精力放在工程机械油品与发动机匹配方向上。当然，随着工程机械制造技术的进步与发展，以及油品升级，工程机械排放也已进入到第三阶段排放标准时期，油耗也相应的有所改善，但是面对日益严峻的环保要求，北京地区从2015年1月起就已做出新增非道路动力机械必须达到第四阶段排放标准才能在京销售和使用的严厉要求，这些充分说明工程机械依然面对着严峻的节能减排形势。

3 关于未来工程机械节能减排研究的建议

工程机械作为国民经济发展的重要作业机械，加之我国实行的“一带一路”发展理念，此时正是我国工程机械发展黄金时期。但是也要深刻认识到工程机械自身存在的“高能耗、高排放”的弊端，环保事业是全社会的共同责任，政府、行业协会和工程机械企业应共同推进环保工作；同时这也是工程机械行业人的义务，工程机械行业人应爱护和保护好所服务的企业和用户，以“蓝天白云、绿水青山”为工程机械行业人的重要任务。

通过前期工程机械领域相关资料的查阅以及工作经验，未来对于工程机械节能减排，在进一步优化工程机械油品加注、储存环境，将一切影响工程机械能耗、排放等因素影响降到最低的同时，研究人员要把多一点的精力放在工程机械油品与发动机研究方向上来，根据工程机械作业特点以及对应发动机作业工况特征，有针对性的研发出与工程机械发动机相匹配的工程机械专用油品，充分发挥每一点油的价值，将工程机械燃油消耗率、发动机排放等指标降到最低，最终实现工程机械油品与发动机匹配，早日实现工程机械“蓝天白云、绿水青山”节能减排任务。

[1]李 辽.减排，倒计时[J].今日工程机械，2015（3）：39-47.

[2]张大庆.工程机械节能环保研究趋势[J].建筑机械化，2015（6）：27-30，57.

[3]李浩语.刍议工程机械节能环保研发趋势[J].建筑工程技术与设计，2016（5）：1832.

[4]柳耀丽，杜海燕.使用燃油存在的问题及解决方法[J].黑龙江交通科技，2008（10）：83.

[5]M Signer，P Heinze，R Mercogliano，H-J Stein.“European programme on Emissions，Fuels and Engine Technologies（EPEFE）-Heavy Duty Diesel Study”.SAE 2000-01-1997[Z].

[6]Wendy Clark，George M.Sverdrup J.Goguen，“Overview of DieselControl-Sulfur Effects Program，”SAE 2000-01-1879[Z].

[7]K.Oyama，T.Kakegawa“Japan Clean Air Program Step I Study of Diesel Vehicle and Fuel influence on Emissions.”SAE 2000-1-1973[Z].

[8]U.S.Department of Energy.“Sulfur（DECSE）Program Final Report：Diesel Oxidation Catalysts and Lean-NOx Cata lysts.”June 2001[Z].