柴油叉车排气污染控制论文

柴油叉车的排气污染分析与控制

【摘要】柴油叉车使用过程中会产生多种有害气体、颗粒物及硫化物，其排放量与进气系统、燃油系统、曲柄连杆机构、冷却系统、柴油的品质、柴油机的转速与负荷等有关。为防止污染，应采取技术措施对其进行严格控制。

【关键词】柴油叉车；排气污梁；控制

柴油叉车使用过程中产生的排气污染物的有害成分主要有nox、co、hc及各种颗粒物（如碳烟、油雾、润滑油和油料添加剂粒）和少量硫化物，这些有害成分不仅污染环境，而且严重危害人体健康，因此，应对柴油叉车排气中的有害气体进行严格控制。

1.排气污梁的影响因素

柴油叉车使用过程中产生的多种有害气体、颗粒物及硫化物，其排放量与进气系统、燃油系统、曲柄连杆机构、冷却系统、柴油的品质、柴油机的转速与负荷等密切相关。

1.1进气系统

进气系统的空气滤清器阻塞、进气管和进气道严重污染、气门泄漏、涡轮增压器转子转速过低，都会使气缸进气压力和涡流强度降低，导致空气进气量不足，混合气过浓，燃油喷注心部因局部缺氧，燃烧不完全生成hc和co；另外，气缸内空气进气量不足，混合过程缓慢，会使缸内温度下降，燃油碰到冷的缸壁温度降低，混合气燃烧不完全并凝聚变大成为碳烟排出；配气机构的排气门关闭过早、进气门开启过迟、涡轮增压器排气阻力大，会导致气缸内残

余废气量增多，造成进气门开启时废气倒流入进气管，使气缸内新鲜空气补充量减少，影响混合气的着火并生成大量co和碳烟。

1.2燃油系统

燃油系统的喷射特征包括喷油定时、喷油压力和雾化质量等。供油提前角过大，在气缸压力和温度都还不够时就喷入燃油，会使着火延迟期加长，稀熄火区加宽，积聚在缸壁的燃油增多而使排放量增加；喷油提前角太小，大部分燃料在上止点后才喷入气缸，部分燃油在排气管中燃烧，会导致严重后燃且排气烟色不正常；喷油压力过高，易造成喷油器二次喷射和喷油嘴渗油，形成后喷现象而生成较多co、hc和碳油；喷油压力过低，会使喷入气缸的燃油增多，燃油燃烧不完全而产生黑烟，另外，喷油压力低将导致喷入燃烧室燃油过多，在低温启动时，燃料着火不良，会导致混合气不均匀和喷入气缸内燃油过多，燃油燃烧不完全产生黑烟。

1.3曲柄连杆机构

活塞磨损过度、活塞环结胶卡死，导致缸内混合气泄漏严重，压力降低，稀熄火区加宽，hc生成量增加；机油易窜入燃烧室燃烧，排气冒蓝烟，并造成气缸严重积炭；曲轴箱通风不畅，缸内废气窜入曲轴箱无法及时排出，会使机油劣化变质蒸发，析出有害气体；机油变质黏度降低会使机油窜入燃烧室燃烧而产生蓝烟。

1.4冷却系统

冷却系统水温过高，废气涡轮增压系统中冷效果不良，会造成进气温度高，新鲜空气受热影响密度减少，不利于充气，引起缸内

燃油燃烧不完全而生成hc、co和碳烟。

1.5柴油品质

柴油叉车使用的柴油的成分、添加剂等会对排放污染产生很大的影响。研究表明：柴油中十六烷值从50增加到58会导致hc和co下降26%，微粒下降20%左右，低负荷情况下nox的下降量可达9%；芳香烃的含量由10%增加到35%时，微粒排放由8.1%增加到12.9%，醇、醚和酯等含氧物质能够减少排放，特别是减少碳烟及pm排放。此外，柴油密度、黏度等理化指标也影响排气污染物的生成量。柴油的密度从840kg/m3减少到800kg/m3，pm排放物将减少13%。柴油中的硫经燃烧后生成so2和粒状硫化物（98%的硫以so2的形式排出）。试验证明燃油中含硫量的减少与颗粒物排放的减少成近似线性关系。研究表明，若将硫含量从0.50%降低至0.03%，可使颗粒排放降低7%。

1.6转速与负荷

柴油叉车上使用的柴油机在高速运转时，由于燃油滞后燃烧会使排气温度提高，热气损失增加，容易冒黑烟。柴油机供油量是根据负荷来调节的，负荷增大，供油量相应加大，烟度也随之增加，负荷减小，发动机热状态和雾化质量会降低。因此长期高速空转或怠速也会微微冒黑烟。发动机超负荷时会使燃料燃烧不完全而冒黑烟。

2.排气污染的控制

2.1柴油机本体的排放控制

2.1.1改进进气系统

改进进气系统通常采用废气涡轮增压、增压中和多气门技术。采用废气涡轮增压系统，可以提高进气终了压力、增加空气供给量，提高充气系数和整个循环的平均温度，使柴油燃烧完全，柴油机颗粒排放物降低50%左右，co和hc排放也有所减少；采用增压中冷技术可以加大循环进气量，提高输出功率，同时，混合气可以适当变稀，使碳烟、no排放下降；采用多气门技术可以扩大进排气门的总通流面积，提高充气效率，实现喷油嘴居中布置，保证多孔油束均匀分布，使喷注分布和混合气形成更加合理，大大提高混合气的形成质量，有效降低碳烟颗粒、hc和nox排放量，提高热效率，同时还可以改善活塞和喷油器的冷却条件，在不同转速下实现可变涡流比，优化燃烧方式，降低低转速区的排放。实践证明；增压空气温度每降低10℃，柴油机的工作循环平均温度可降低25-30℃；采用废气涡轮增压与中冷技术是降低nox和微粒pm，改善柴油机经济性和提高动力性的有效措施。

2.1.2改进燃烧方式

传统的柴油机燃烧分为改混合燃烧和扩散燃烧两个部分，主要燃烧是扩散燃烧，其火焰温度高，极易产生no，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题。实践证明：采用预混稀薄燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，使no的排放比一般柴油机降低98%。由于气缸内混合气均匀，无局部过浓混合气，可使pm排放比一般柴油机降低27%。

2.1.3改进燃油喷射系统

（1）推迟喷油、提高喷油压力，柴油叉车上使用的柴油机的最佳喷油机的最佳喷油提前角是从动力性、经济性角度考虑的。推迟喷油时刻，使初期喷油更接近上止点，此时缸内压力、温度较高，滞燃期缩短，可大大减少nox的排放量。推迟喷油带来的副作用是燃油消耗率和烟度都会恶化，对co及hc也有不利影响。为了弥补不足，可采用高压喷射措施提高喷油压力即加大喷油速率，它直接产生两方面的效果：一是降低pm的排放量；二是降低燃油消耗率。高压喷射降低pm和油耗的优点，可弥补推迟喷油所带来的缺点；反过来，高压喷射不可避免地使燃烧加速，温度上升，从而nox的排放必然有所增加，这一缺点又会被推迟喷油降低nox的功效所弥补。两种措施同时应用，进行合理调配后，nox和pm排放会同时降低。

（2）先导喷射及多次喷射；在主喷射之前喷入少量的燃油，以降低nox和噪声，主喷射要求喷油速率快、喷油压力高，以促进混合气形成，缩短缓燃期，形成先导喷射（预喷射）+主喷射的模式，保证良好的经济性和动力性。

（3）电控高压共轨喷射系统，电控高压共轨喷射系统可通过电子控制方式寻求最优化的喷油正时。柴油叉车的柴油机采用电控技术后，由于其控制精度高，控制自由度大，控制功能齐全，可以实现整个运行范围内参数优化。

2.1.4采用废气再循环

废气再循环（egr）是在进气管上安装egr阀，控制阀的开启度，