叉车柴油机的废气排放控制装置

袁立春 俞锋雷 傅黎烽

摘要：柴油叉车在使用过程中会产生很多的有害气体、颗粒物以及硫化物。本文会介绍废气的影响因素以及怎么进行控制和排气后处理。

關键词：柴油叉车;废气排放;排放处理

0  引言

柴油叉车使用过程中产生的有害成分不仅会污染环境，还会严重危害人体健康，所以，必须进行废气的排放控制。

1  柴油机发展和排放法规

1.1 市场需求发展

柴油机在大型车辆中应用广泛，此外非道路车辆中也有柴油机应用的身影。近年来，汽油价格上涨明显，这使得较多消费者改用柴油，以柴油作为动力燃料的客车和卡车数量增多，这导致市场对柴油机的需求增加。

1.2 排放政策法规

为降低柴油机排放污染，国家对柴油机排放的颗粒物进行限值管理，要求在柴油机中使用颗粒物过滤器，确保废气排放满足此限制标准。

2  影响柴油机废气污染的主要因素

2.1 进气系统

进气系统对于柴油机污染具有较大影响，当进气系统空气滤清器堵塞或进气管污染时，不仅会降低气缸进气压力，而且会使得涡流强度降低;在连锁反应作用下，其会造成严重的进气不足问题;同时受混合气过浓、燃油喷注心部缺氧等问题的影响，柴油机燃烧会处于不完全燃烧状态，而这会导致HC和CO的排量增加;此外，当混合气不完全燃烧时，会进一步凝聚变大，并转化为碳烟排出，由此形成柴油机废气污染。需注意的是，在进气系统运作中，配气机构的排气门关闭过早、进气门开启过迟等因素也会使得气缸废气增加，这些废气会制约混合其着火，极易形成CO和碳烟等污染物。

2.2 燃油系统

柴油机燃油系统管理中，不仅要注重喷油定时管理，而且需要对喷油压力和雾化质量等因素进行全面控制，以此来确保系统运行的稳定性。需注意的是，当供油提前角过大或者过小时，都会使得气缸的压力和温度受到影响，影响燃油效率和质量，并形成一定的燃油废气污染。

2.3 曲柄连杆机构

曲柄连杆机构故障造成柴油机混合气体泄漏，从而间接生成HC，引发空气污染。实践中，活塞磨损过度、活塞环结胶卡死是曲柄连杆机构故障的两种形态。当该装置故障时会产生以下影响：其一，受曲柄连杆机构故障影响，缸体压力降低，这使得熄火区范围加宽;其二，该故障会导致曲轴箱通风不畅，而废气在缸内内部的聚集，会使得机油变质，同时在一定程度上，其会使得机油窜进燃烧室，并燃烧产生蓝烟，这些蓝烟不仅影响气缸使用寿命，而且对空气造成较大污染。

2.4 冷却系统

柴油机废气污染还受冷却系统的直接影响，当冷却系统降温不符设备操作控制标准是，会使得进气温度升高，当气体温度升高时，自身的密度会有所降低，这会造成缸内燃油不完全燃烧，进而产生HC和碳烟污染。

2.5 转速与负荷

为满足动力控制需要，柴油机在运作时处于高速旋转状态，然后的燃烧具有一定滞后性，这会导致排气温度升高，并造成热气损失，最终形成黑烟污染。此外，柴油机的负荷决定了实际的供油量，当车辆负荷增加时，其给油量会相应的增多，较大规模的给油会形成燃料不完全燃烧问题，并造成黑烟污染。

3  柴油机废气污染的控制策略

3.1 改进进气系统

进气系统优化中，废气涡轮增压和多气门技术的应用较为普遍。就废气涡轮增压而言，其能显著提升空气供给量，确保柴油完全燃烧，并减少燃气后的CO和HC排量;而在多气门技术应用中，柴油机进排气门总通流面积会有所增加，这大大提升了系统的充气效率，随后通过多孔油束平均分部管理，所形成混合气的质量会更加突出，碳烟颗粒数目也会急剧减少，从而达到了废气污染控制的目的。

3.2 改进燃烧方式

混合燃烧以及扩散燃烧是柴油机燃烧的两种基本形态;而废气污染问题多和柴油机扩散燃烧有关。具体而言，扩散燃烧的温度较高，这使得NO的生成量较大，实际处理中，需通过均匀混合气的方式实现燃烧方式的不断优化。以往的试验证明，采用均匀混合气体的燃烧方式消除了扩散燃烧，使它比一般柴油机NO排放降低了98%。

3.3 改进燃油喷射

3.3.1 推迟喷油并提高喷油压力

动力性和经济性是柴油机燃油喷射控制所需要考虑的两个基本要素。实践中，应尽可能的将喷油时刻推迟，这样能是平衡初期喷油与上止点关系，达到控制NOx排量的目的。所不足之处在于该方式会使得CO和HO排量有所增加，同时燃油消耗大。对此，使用高压喷射的方式进行技术优化，该技术能提升喷油压力，保证喷油速度，这对于PM排量控制和燃油消耗控制具有突出作用。

3.3.2 先导喷射和多次喷射

采用先导喷射和多次喷射两种方式，能有效降低NOx排量，控制噪音污染。这两种方法应用中，应就主喷射过程进行控制，进入主喷射之前，应注意先导喷射的技术要点，减少燃油喷量，而在进入主喷射后，构建先导喷射+多次喷射的主喷射方式，提升喷油速率和压力，保证柴油机使用的紧急性和动力性良好。

4  柴油机废气过滤解决方案

4.1 柴油机排放后废气去除系统

4.1.1 去除NO和NOx

柴油机使用中，增设选择性催化系统，并在柴油机喷射烟气中增加尿素或者氨水，则NOx的排量会下降60～90%。需注意的是，这种方法对储存空间要求高，在大型发动机上的应用较为广泛。此外，采用细长的NOx催化器时，其在废气中喷射的主要成分是柴油。

4.1.2 碳氢化合物与CO的去除

柴油机催化氧化转化器具有强大的污染气体氧化降解作用，其能将NOx和有毒有害气体纳入进气系统，最终通过再次燃烧的方式减少废气中的污染物，实现大气环境的有效保护。

4.2 柴油机废气过滤设备

4.2.1 柴油机颗粒物过滤

柴油机颗粒物排放控制中，不仅可以使用微粒过滤器，同时还可以为设备配置异型性过滤元件，这些设备可以物理捕获和氧化颗粒物，然后通过加热再生连续或者定期的从过滤器中移走。需注意的是，出于经济效益考虑，发动机制造商在生产中会不断的提升发动机运作效率，这使得设备本身过滤颗粒物的性能提升，故而采用一次性过滤器，其保证设备使用的经济效益。

4.2.2 过滤器使用的滤材现状

柴油机微粒过滤器中的过滤材料具有多样性的特点，除陶瓷块、陶瓷泡沫材料为，合成纤维、金属网等金属纤维材料也可应用于微粒过滤器。从材料特定来看，这些材料的使用不均具有耐高温、耐热应变、耐热收缩能力，而且在过滤、烟尘容纳方面效果突出，此外，其能和再生工艺进行融合，有效地保证了过滤器的使用效率。目前，陶瓷过滤器和一次性纸质过滤器是过滤器使用的两种常见形态，应结合过滤器材质特点和数量微粒情况，合理的选择过滤器使用类型。

4.2.3 陶瓷过滤器

就柴油机陶瓷过滤器而言，壁流式蜂窝陶瓷微粒捕集器的应用较为广泛。有研究表明，在柴油汽车中，超过70%的车辆使用此类过滤器。在实际过滤中，其采用堇青石或者金刚砂材料，按照交替分布的形式堵在陶瓷过滤器两端，然后将其设置在废气经过的位置，则废气就会被迫通过多孔的墙壁，进而达到废气净化的目的。从应用效果来看，堇青石或者金刚砂本身具有较高的耐温性和机械强度，使用时间较长，同时其能有效减少废气中的颗粒物，过滤性能突出。此外，为此类功率器配置催化剂，还可实现实现烟气再生利用的目的。需注意的是，此类过滤器具有较大的热膨胀系数，在实际应用还需进行过滤器使用工艺的进一步优化。

4.2.4 一次性纸质过滤器

大多数一次性纸质过滤器都是折成褶状的滤筒，其过滤效果突出，过滤有效率可达到100%，需注意的是，一次性纸质过滤器使用时，其最高温度应控制在120℃以内，为满足实际应用需要，采用一次性紙质过滤器的车辆还应随着配置冷却器。通常，一次性纸质过滤器的设计寿命最多三次。这种纸质过滤器中还存在可以回收的产品，它的材料一般使用合成纤维和陶瓷纤维混合，最高使用温度可以达到200℃。

5  结语

叉车柴油气废气污染受多种因素影响，实际运作中，应考虑叉车使用条件和方法等因素，然后结合柴油机运作原理和废气产生影响因素，进行各单元的全面优化和管理，才能在保证柴油机动力控制需要的同时，确保其废气排放满足国家的环保规定。

参考文献：

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