内燃机综合节能与污染治理研究

张 军，贾淑霞，王东来

（1.鄂尔多斯市云新技术研究有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017000；2.西安航天动力技术研究所，陕西西安 710025；3.金堆城钼业股份有限公司，陕西渭南 714102）

0 引言

燃油和润滑是保障内燃机运行的两大必要条件。内燃机的燃油燃烧排放，废弃润滑油和机油滤清器严重污染环境，危害人体健康。针对内燃机燃油节省和润滑油污染治理以及CO 排放治理，设计用于内燃机润滑和燃油节省的复合固体润滑材料、油路绿色优化装置。内燃机复合固体润滑材料可以提高爆燃瞬间的气密性，提高燃油效能，同时复合固体润滑材料的润滑有效性是普通润滑油的5 倍，燃油和润滑的综合节能可以双向实现。油路绿色优化装置可以促进燃油雾化，提升过程中空气的利用效率，使燃烧室的混合气体燃烧更充分，节省燃油可达10%。在综合5 年工业实验的基础上，从尾气CO 的排放参数与油耗参数的权重分析，证明内燃机CO 的排放减少与燃油节省成正比，既是复合固体润滑材料和油路绿色优化装置应用在内燃机效果认识的突破口，也是内燃机综合节能与污染治理评价参考。

1 解决方案

内燃机综合节能和排放治理的相关技术，是燃油发动机绿色排放集成技术的拓展应用，采用了燃油发动机油路绿色优化装置和燃油发动机专用复合固体润滑剂。该集成技术可以提高燃油效率、降低振动，最大优化混合气体的空气油气比例，提高了混合气体的爆燃率，增加了燃烧室的气密性，使燃烧室精度维持时间大大延长。燃烧时不产生胶质、灰分、积碳，在燃烧室爆燃过程中，最大限度保持了气门、排气进气支管、压力传感器、喷油嘴、火花塞的洁净，捍卫了三元催化的基础功能，使发动机绿色燃烧效率最大化。

该技术分为煤矿大型支架搬运车、物料运输车、人员运输车、井下装载机、井下挖掘机、单轨吊牵引机等单相技术，大型汽油机运输车辆、大型柴油机运输车辆和柴油机工程车辆多项复合技术。

2 内燃机综合节能和污染治理技术运输应用验证

2.1 天津交运集团道路运输车辆综合应用验证

2.1.1 验证概述

燃油发动机动力装备综合节能和污染治理技术项目是天津市第一运输有限公司与天津中科富图工业集成技术研究院的合作项目。天津市第一运输有限公司采用天津中科富图工业集成技术研究院有限公司自主研发的燃油发动机排放绿色集成技术，对天津市第一运输有限公司的柴油运输车（货运车辆和客运车辆）进行综合节能和污染治理技术改造，实现车辆节本增效。

2.1.2 燃油发动机综合节能和污染治理内容

对货运车辆、客运车队的10 台客车进行改造，内容包括加装油路绿色优化装置、加注润滑剂（24 L）。其中1～3 号车辆车龄2 年，4～10 号车辆车龄1 个月。

2.1.3 具体应用情况

车辆改造前换油公里数5000～10 000 km，同时更换机滤；改造前后燃油定量均为百公里30 L，具体应用况见表1。

表1 具体应用情况

2.1.4 数据分析

（1）车辆改造前发动机润滑剂换油周期5000～10 000 km，同时更换机滤。车辆改造后发动机润滑剂换油周期50 000 km，同时更换机滤。改造后换油周期延长5～10 倍，机油、机滤的用量仅为改造前的10%～20%，减少机油危废80%～90%、机滤固废80%～90%。

（2）车辆改造前发动机润滑剂为YC-800 通用发动机油，一次添加24 L，每升约20 元，如按5000 km 换一次，则50 000 km需换10 次，240 L，折合人民币4800 元；如果按10 000 km 换1次，则50 000 km 需换5 次，120 L，折合人民币2400 元。改造后发动机润滑剂为GR 柴油发动机专用复合固体润滑剂，50 000 km只需换1 次，24 L，折合人民币2880 元；机油滤清器少用4～9只，折合人民币400～900 元；少保养4～9 次，折合工时费800～1800元，减少前往维修站4～9 次，折合人民币240～540 元。综合比较，改造后每台车辆50 000 km 可以减少费用960～2760元。

2.1.5 应用效果和效益

该技术使用于实验的10 台车辆减少了机油危废80%～90%、机滤固废80%～90%，大大降低了给城市带来的环保压力。用于实验的10 台车辆止2019 年10 月30 日最多的行驶104 211 km，最少的行驶56 389 km，车辆运行正常。

燃油发动机排放绿色集成技术还可以改善发动机的动力性能，如果替代尿素装置还可以每车每月节省尿素费用约1300元。燃油发动机排放绿色集成技术在货车上的实验证明可以节省燃油10%，则每台车辆50 000 km 可节省燃油1500 L。

2.2 榆林环卫垃圾清运车辆内燃机综合应用验证

通过对17 台燃油车辆采用内燃机专用50 000 km 长效复合固体润滑剂、油路绿色优化装置，验证了GR 集成技术的润滑长效性、机油滤清器的5 倍寿命延长、油路绿色优化装置的节油减排增动力。

2.2.1 验证概述

车辆改造前发动机润滑剂为昆仑CK-4 发动机油，润滑油为18 L 包装，平均5000 km 更换机油，同时需更换机滤。现使用GR（API CI-4）柴油发动机专用复合固体润滑剂，18 L 包装。车辆改造后至今最多里程已运行27 667 km，所有车况良好，未更换机油及机滤，仍在正常运行中。

2.2.2 油路绿色优化装置节油实验情况

实验方法：在相同路段，选取2 台压缩车作为实验平台，断开原油箱供回油管路，加装外挂式油箱（容积为20 L），连接供回油管路，以相同车速（80 km/h）进行未加装油路绿色优化装置和加装油路绿色优化装置的两次燃油消耗量的对比实验。

实验平台：压缩车1（#国Ⅶ）、压缩车2（#国Ⅲ）。

实验路径：环城北路（榆林市第十二中学）—机场—环城北路（榆林市第十二中学），总里程25 km。

两次车辆运行中，严格控制变量，一台车辆要求同一名司机，保持一致的换挡操作、停车次数等，实验数据见表2。

表2 实验数据 kg

实验结论：加装油路绿色优化装置后，1#车辆节约燃油8.81%，2#车辆节约燃油12.53%。

2.2.3 18 辆清运车辆尾气排放降低情况

（1）国Ⅲ车辆共15 辆：碳氢化合物（HC）总体降低58%；一氧化碳（CO）总体降低50%；氮氧化合物（NO）x总体降低38%。

（2）国Ⅶ车辆共5 辆：碳氢化合物（HC）总体降低55%；一氧化碳（CO）总体降低42%；氮氧化合物（NO）x总体降低33%。

2.2.4 结论

使用GR 绿色技术后，换油周期明显延长，尾气排放治理效果明显，节省燃油效果显著。

3 内燃机综合节能和污染治理技术煤矿应用验证

内燃机综合节能和污染治理技术在陕煤集团神南产业公司、榆林神树畔煤矿的装载机内燃机、鄂尔多斯市大唐国源矿业的龙王沟煤矿无轨胶轮车内燃机，进行内燃机综合节能和污染治理的实际应用验证。

3.1 陕煤神南产业使用的应用验证。

2018 年8 月24 日，21 支架搬运车（WC55Y-2#）的发动机润滑油更换为神木相和绿色燃油发动机技术有限公司提供的GR-XW09 井下燃油发动机专用复合固体润滑剂，首次加注量36 L，到正常液位，2018 年10 月2 日补加5 L 恢复到正常液位。截止2018 年11 月28 日，该支架搬运车共运行1000 h，GR-XW09 井下燃油发动机专用复合固体润滑剂使用正常，且未发现发动机高温现象。实验证明：GR-XW09 井下燃油发动机专用复合固体润滑剂延长车辆换油周期4 倍，节省润滑油75%，大大降低发动机润滑油的使用量，并且实现了发动机有效润滑，避免发动机高温现象。

3.2 榆林神树畔煤矿的应用验证

神树畔煤矿的井下挖掘机，应用内燃机综合节能和污染治理技术后，排放减少，尤其是CO 排放减少80%以上，同时润滑油更换周期从原来的300 h，延长到1000 h，燃油节省达到6.7%，且内燃机动力没有下降。现场数据统计表明，CO 排放减少25%，燃油节省5%，燃油节省数值与CO 排放减少数值成正比（图1）。

图1 内燃机综合节能和污染治理前后数据对比

3.3 鄂尔多斯大唐国源矿业龙王沟煤矿的应用验证

针对龙王沟煤矿7 号和8 号装载机进行内燃机综合节能和污染治理改造。装载机型号为ZL20EFB（B），符合国Ⅲ标准。改造应用内燃机专用复合固体润滑剂技术、内燃机油路绿色优化装置技术。加载油路绿色优化装置、复合固体润滑剂后的测试数据低于加装前测试数据。

2022 年06 月22 日在发动机供油管路上增加了前处理设备（油路绿色优化装置），并于当日进行尾气检测，获取技改前后车辆CO 排放数据。

（1）7 号装载机，在怠速状态、最大油门状态、恢复怠速状态的稳定工作状态下检测尾气中CO 浓度，加装油滤绿色优化装置前后数据及分析如图2 所示。

图2 7 号装载机数据对比

（2）8 号装载机，在怠速状态、最大油门状态、恢复怠速状态的稳定工作状态下检测尾气中CO 浓度，加装油滤绿色优化装置前后数据及分析如图3 所示。

图3 8 号装载机数据对比

加载CO 治理技术前处理单元，7 号、8 号装载机CO 浓度综合降低39.23%、35.13%。

4 研究结果

实验证明内燃机综合节能与污染治理的复合固体润滑材料、内燃机油路绿色优化装置技术应用，节省润滑油80%以上、燃油5%～10%，润滑油的流体污染治理达80%以上，内燃机机油滤清器的固废污染治理达90%。