新聞主題	最新康明斯柴發機組的技術改進措施

 

導讀：隨著柴油發電機在現實生活中的使用越來越廣泛，柴油發電機的排放對大氣污染的負面影響也越來越明顯，為了緩解柴油發電機排放的尾氣對大氣污染，康明斯公司堅定的認為需要從技術上入手，必須加強對柴油發電機的技術研究。本文對柴油機排放控制技術的現狀進行了簡要介紹，然后詳細闡述了針對柴油機排放技術的各種改進措施。其中，重點方向就是關于燃油系統和尾氣后處理最新提升方法，但求對康明斯用戶帶來更多的新技術的了解。

 

一、柴油機排放控制現狀

 

      我國柴油發電機的數量日益增多，但是柴油發電機的技術非常薄弱。國內現有的柴油發電機技術裝備及相關工藝與國外柴油發電機技術相比有很大的差距，發電機組的開發創新及技術儲備明顯落后于很多國家，高排放、高油耗是我國柴油發電機存在的明顯不足。作為中美合資品牌康明斯柴油發電機組擁有業界最為寬廣的發電機產品線，康明斯也是唯一擁有所有關鍵子系統集成能力的柴油發電機制造商，從進氣到后處理系統，為客戶提供全方位的“一站式”動力解決方案，從而確保康明斯在“排放大戰”中的國際領先地位，吸引了眾多主機廠與康明斯進行戰略合作。

1、使用范圍大且數量多

      我國的柴油發電機所覆蓋的行業非常廣泛，且存在著流動作業、跨地區作業的特點。

      很多企業或個人購買柴油發電機時，不會去相關的管理部門辦理登記手續，且沒有相關的政策要求對柴油發電機進行強制登記，就使得柴油發電機的購買與使用只是購買者的個人行為。由于缺乏對我國柴油發電機的尾氣排放監督與處罰的相關規定，柴油發電機的環保性能只能依靠使用者的環保意識來保證。同時，由于流動性強，覆蓋范圍廣，對于地區性的柴油發電機的數量統計十分困難，現階段擁有的數據與實際的使用量也存在較大的差距，參考意義不強。

2、相關標準及制度缺乏

      針對于柴油發電機尾氣排放的相關標準，我國頒布的可供使用的標準僅有《非道路移動機械用小型點燃式發動機排氣污染物排放限值與測量方法》及部分地方性準則。而對于柴油發電機的相關監督與處罰規定仍然缺乏，這就導致了相關管理與執法人員在對柴油發電機進行檢查時，只能對其進行尾氣的檢測與評定，然后通過告知的方式通知使用者，但卻無法對排放不合格的柴油發電機進行處罰或限期整改，這在一定程度上減弱了柴油發電機管理的職能發揮。

3、監督與管理工作不規范

      現階段我國監督管理部門對于柴油發電機尾氣排放問題的管理還比較薄弱，盡管監督部門對于柴油發電機的使用和質量有明確要求，但是，由于柴油發電機在實際使用時租賃數量多、使用人員復雜、機械流動性大，所以監督管理實施的過程難度很大。同時，監督管理人員在進行監管的過程中，往往更加重視機械的安全性和可靠性檢查，而對于排放質量的檢查并不重視。一些對柴油發電機的尾氣檢測，也多用于判斷機械性能的好壞，而對于排放過程中的環境污染是否合格并不做判斷。

4、排放污染問題嚴重

      在柴油發電機工作的過程中，其尾氣排放中的顆粒物量遠高于普通機動車，根據美國的數據統計，柴油發電機排放中的一氧化碳、氮氧化物總量遠高于普通道路行駛的機動車，且尾氣排放中的顆粒物超過60%以上來自于柴油發電機。這說明使用量相對較小的柴油發電機已逐漸成為動力機械污染的主要來源之一，對其尾氣排放的控制以及環保性能的檢測必須要不斷加強。

二、改進柴油機排放技術的措施

 

      為了滿足未來排放法規的要求，我國很多柴油發電機制造商開始重視對非道路柴油發電機的尾氣排放控制的研究，并提出了滿足柴油發電機尾氣排放技術控制，但是根據目前我國柴油發電機尾氣排放量過大的現狀，技術創新與投入使用需要一定的過程，所以要實現非道路柴油發電機排放的有效控制還需要經過研究與實踐。以下主要分析康明斯在這種局勢下針對排放標準是如何進行改進的。

1、優化機體部件

      柴油機機體是發電機組的骨架，它的受力情況及結構非常復雜，對剛度、強度、尺寸及重量進行優化是實現柴油發電機設計與制造技術優化的重要一步，也是實現機體部件優化的核心。柴油發電機部件的優化包括對機體的改進設計、提高機體鑄件質量水平及采用壓板珩磨等新技術，對機體進行改進后能有效降低竄氣量及機油耗量。

2、燃油系統的設計

     由于我國的柴油機的基礎技術及結構設計都相對落后，污染及油耗水平偏低。開展柴油機節能減排技術研究不容忽視，柴油發電機的整體性能及質量水平的提高最重要的步驟是對燃燒過程進行有效改進；而燃油噴射系統是柴油機的中心部分，對柴油發電機性能、油耗及污染物排放有很大的影響。

      最新國三電控燃油系統結構組成如圖1所示。其中，電子控制部分由各種傳感器、ECM和執行器等組成。電控系統的功能是根據各種傳感器輸入的信號，由ECM經過比較，運算、處理后得出最佳噴油時刻和噴油量，向噴油器發出開啟或關閉電磁閥的指令，從而精確控制與發動機負荷相適應的噴油量。

      高壓共軌系統為蓄壓器共軌系統，該系統由油箱、柴油濾清器、軸油泵、VP分配式高壓油泵、高壓/低壓燃油管、蓄壓器(油軌)、噴油器和回油管等組成。燃油供給系統又分為低壓部分和高壓部分，如圖2所示。

 

圖1  柴油機電控高壓共軌系統組成示意圖

圖2  柴油機電控高壓共軌系統油路流動圖

 

3、進氣系統的設計

      改進渦流式燃燒系統對進氣渦流的要求不是很高，因此可以采用切向起到來降低節流損失，從而增大氣量。由于渦流式燃燒系統可以實現更大程度地偏離氣缸中心，所以氣門會有較大的空間，可以對原有的燃燒室及氣門進行重新的設計，可以適當增大進氣門直徑。

4、配氣相位的調整

      配氣相位的可靠性及準確性對發電機組的壽命和工作的經濟性及動力性能有很大影響。發電機組的相位會收到運轉磨損、維修質量、動態變形以及使用條件變更等原因的影響而發生變化，所以根據不同的原因及需求來采取不同的調整措施。合理的配氣相位能有效地提高柴油發電機的性能，對柴油發電機的尾氣排放也有很大的影響。進氣采用較小的晚關角，使氣缸內留有適量的參與廢棄，從而改善NOx的排放。

5、提高排放性能

      對于柴油發電機的尾氣處理，主要應從三方面進行考慮，即燃油噴射系統的改進，空氣系統的優化以及增加尾氣后處理系統來實現，其中常用的技術方法如下。

（1）廢氣再利用技術。

      主要是將產生的廢氣循環回發動機的汽缸，能夠在一定程度上降低氮氧化合物的排放。通過對循環廢氣進行降溫處理，能夠有效降低汽缸燃燒室的溫度，使氮氧化物的排放量減少近40%，但是也可能會因為汽缸溫度降低而產生過多的顆粒物，導致柴油機的效率降低，再生次數增加，油耗增加，發動機后處理設備的壽命減少，同時發動機操作性降低，使用和維護成本升高。

（2）降低排量與轉速。

      在保證發動機輸出功率不變的情況下，通過降低發動機的排量能夠實現優化排氣的效果，當柴油機的排氣量下降10%左右，燃油效率則能夠提高1%～4%，這種做法較適用于柴油發電機使用。同時，對于某些柴油發電機的柴油機，在滿足實際工作要求的前提下，對其進行降速控制也能夠提高發動機的工作效率，當柴油機的轉速下降200轉時，其燃油經濟性能夠提高1%～3%。

（3）提升燃燒效率。

      柴油機的燃燒效率直接影響到排氣的環保程度，通過增加缸內壓力，能夠有效提升汽缸的最大壓縮比，從而增強柴油機汽缸內燃料燃燒的程度，減少有害物質的排出，柴油機缸內壓力的增加要求汽缸的強度也必須同時滿足要求，否則容易對汽缸造成一定程度的損壞。要提升燃燒效率，還可以考慮通過改善空氣與燃料的混合程度來優化燃料的疏松與燃燒效果，以提高柴油機性能并減少污染物質的排放。

（4）顆粒物的催化與過濾。

      通過催化器處理燃燒過程中產生的顆粒物，其裝置如圖3所示。主要是利用鉑、鈀等貴金屬作為催化劑，通過氧化收集表面顆粒物及氣態污染物，能夠有效降低一氧化碳和碳氫化合物以及顆粒物質的排放。通過過濾器對顆粒物及污染物進行過濾，也能夠有效降低顆粒物質對空氣的污染，改善排氣質量。

（5）碳煙水噴淋處理

      黑煙凈化器屬于“濕式”的復合式火煙（灰塵）凈化設備，整個設備主要架構采用耐腐蝕不銹鋼材料制作，如圖4所示。該產品運用獨創的先進技術，采用波紋狀斜板填料，風機和凈化器是連為一體的，運用空氣動力學，在精密設計的一體化結構內，由于風機的作用力，凈化器內會產生攪動的、沸騰的水層和多層水膜。綜合利用水氣反向沖擊、洗滌、水膜過濾、泡沫吸收、富集、多次機械碰撞、截流、降、冷凝、高效吸附等原理，使黑煙（灰塵）得到三次水凈化處理和三次機械凈化處理后，從而讓柴油發電機得到徹底的凈化。

6、改進冷起動性能

      由于有些柴油機采用的是渦流式燃燒系統，所以它的起動性并沒有新型柴油機那么強，可以在進氣管上安裝電磁火焰加熱裝置來改善冷起動性能，并在-30℃的氣溫環境下進行冷起動，經過反復試驗來不斷改進冷起動性能。

圖3  柴油機選擇性催化還原裝置SCR

圖4  柴油發電機黑煙凈化箱結構設計

 

總結：

      康明斯非道路柴油發電機可滿足中國國三排放標準。從二階段到三階段的升級簡單易行，發電機外觀尺寸無明顯變化，安裝無影響；通過康明斯先進的缸內燃燒技術和電子控制系統，精確控制多次燃油噴射，在大幅降低氮氧化物和顆粒物排放的同時，保持了發電機的高可靠性和耐久性；電子控制器和傳感器升級后，發電機自我診斷和故障排除的能力顯著增強；通過采用可鍛鑄鐵活塞、先進的氣門技術、簡化氣門室等措施，發電機性能更加穩定可靠，應對高負載、高海拔的能力更強，保證了設備的高出勤率；采用高壓共軌燃油系統，使動力性能顯著提升，怠速更穩定，起動更迅速，負載響應性更好，而且升級后噪音、振動大幅降低，操作更加簡便。

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