丰台区南三环中路70号Z170F柴油机说明书

  我国在这一领域尚无国家标准。国家环保总局于2003年安排由济南汽车检测中心负责编制国家标准,目前正在进行中。现有的标准有两种,即原机械工业局发布的机械行业标准和北京市发布的北京市地方标准。现将该二种标准及其与美国法规的对比介绍如下:
  (1)机械行业标准JB
  日,原国家机械工业局颁布了机械行业标准JB
《中小功率柴油机排气污染物排放限值》,适用于缸径≤160mm的中小功率柴油机,主要包括:农用运输车、拖拉机、联合收购机、工程机械、叉车、林业机械、建筑机械和工业钻井等用途的柴油机;船用主机;植保机械用柴油机;不包括为道路运输设计的车用柴油机。排放限值和实施日期如下:
CO(g/kWh)
HC(g/kWh)
NOX(g/kWh)
PM(g/kWh)
0.7(只作为检查项目)
  JB 《中小功率柴油机排气污染物排放限值》试验方法按照GB/T 9(等同采用ISO
)中的有关试验循环,如下所示:
  C1循环(8工况)——用于农用运输车、拖拉机、联合收购机、工程机械、叉车、农业机械、建筑机械和工业钻井等用途。
  D1循环(3工况)——用于发电、排灌等连续负荷恒速柴油机。
  D2循环(4工况)——用于发电、压气机、冷冻机、风凿、除雪设备等间歇负荷恒速柴油机。
  E1循环(5工况)或E5循环(5工况)——用于船用柴油机。
  G1循环(6工况)、G2循环(6工况)或G3循环(2工况)——用于植保机械柴油机。
  试验用燃油含硫量要求:1000ppm(经各有关方同意也可采用欧洲CEC RF-03-A-84基准燃油,其含硫量最大值为3000ppm)。
  标准中没有对生产一致性、使用寿命等方面作出规定,对烟度也未提出不同的要求,仍按照GB 标准执行。
  GB 《柴油机稳态排气烟度及测定方法》。该方法适用于汽车(后已另有标准)及其他道路车辆、工程机械、船舶、发电及固定式用柴油机。
  限值:多缸机4.5-3.1BSU(根据不同的名义排气流量而定),单缸固定用柴油机4.0BSU。
  实施日期:。
  试验方法:在全负荷速度特性范围内以均匀间隔测定若干稳定转速下的排气烟度(车用及其他道路车辆用为6点,从标定转速至45%标定转速或1000r/min;工程机械用为4点,从标定转速至最大扭矩转速;船舶、发电、固定用为标定转速)。
  我国机械行业标准JB 与美国EPA和CARB的小型柴油机排放法规相比,有以下几点差异:
在序号1和2阶段(通称第1阶段、第2阶段)无PM限值规定,只有CO、HC和NOX限值。序号3阶段虽规定了PM限值,但只作检查用,不作考核。另一方面,序号3阶段实施时间至今未定,也即至今尚未实施。因此可以认为至今尚未要求检测。实际上也是至今尚无根据此标准得出的PM正式检测结果。美国EPA/CARB的限值中有PM限值规定。因此在比较时,无法做出全面的比较。如仅从CO、NMHC+NOX两项指标相比(按:我国是对HC和NOX分别作规定的,且未对NMHC作规定,但大体上可比),我国序号2阶段比美国现行的第1阶段略严,比美国明年开始实施的第2阶段宽,但美国在8kW以下和≥8kW有不同限值规定,而我国则不加区别,此外,更重要的是我国未对PM同时进行考核,因此总的来说是比美国规定宽松。不过,对于固定式柴油机美国无排放规定,而我国则与移动式同样要求。我国JB
的限值与美国的对比图表见(3)部分“我国排放标准与美国对比图表”。
  ★JB 未按功率分档规定不同限值,而美国是分档规定的。
对生产一致性、使用寿命无规定,而美国要求在3000小时或5年使用寿命内要保持排放不超过限值,认证要按照DF值折算考核,另外还有召回试验期(2250小时或4年)和保证期(1500小时或2年)的要求,生产中还要求接受SEA抽查。
  ★JB 未对烟度作出单独规定,这就意味着烟度仍按照GB
标准执行。对单缸固定用柴油机的规定是4.0BSU,只要柴油机上加装限油器一般均可达到。美国对非道路用柴油机有烟度限值的规定,但对单缸机则不作考核。
  ★美国有平均、储蓄、交易计划的规定,还有小批量照顾等条款,而我国没有。
  ★美国EPA/CARB法规除技术标准外,还包括有完整的实施管理办法,而我国标准中无。
  由于以上诸多的差异,因此我国JB 无法与美国EPA/CARB法规作严格的对比(虽然从总的方面来说,要比美国宽松得多)。同时,按照JB
检测合格的小型柴油机也不能据以判断是否符合美国限值要求。以下是我国Z170F和R180B两种单缸小柴油机的排放实测值及其与美国排放限值的对照:
CO(g/kWh)
NMHC+ NOx(g/kWh)
PM(g/kWh)
美国EPA第1阶段(2000年开始)P<8kW
我国2004年实测值
Z170F(3.12kW/2600r/min)
R180B(5.23kW/2600r/min)
美国EPA第2阶段(2005年开始)P<8kW
我国2004年实测值
Z170F(3.12kW/2600r/min)
R180B(5.23kW/2600r/min)
  注:①由于中国标准对HC和NOX只有各自单独的限值要求,没有这两项的综合值要求,此处数值为仅将实测的这两项单项值算术求和所得值。对于非天然气燃料,HC排放值与NMHC排放值相差无几,可以不考虑HC中的甲烷成份。
    ②+ 代表比美国EPA排放限值低,+ 号后面的值为低于(优于)EPA限值的裕度。
    ③-代表比美国EPA排放限值高,-号后面的值为高于(超过)EPA限值的差额。
    ④通常对柴油机采用PM与NOX(或HC+NOX)坐标进行排放水平的对比或对照。但由于我国的单缸小柴油机缺少正式的PM实测结果,只能用CO与NMHC+NOX坐标代替进行排放水平对照。
  (2)北京市地方标准DB 11/185-2003
  北京市环保局和北京市技术监督局于日颁布了地方标准DB11/185-2003《非道路用柴油机排气污染物限值及测量方法》,适用范围为:工程机械、农业机械(包括林业机械、渔业机械、场院机械、农副产品加工机械)等非道路用柴油机。
  其第1阶段对19kW以下发动机的排放限值没有作出规定,只有第2阶段有规定。具体如下:
净功率P(kW)
CO(g/kWh)
HC(g/kWh)
NOX(g/kWh)
PM(g/kWh)
  试验循环采用C1循环(8工况),试验用燃油含硫量规定用3000ppm。
  这一标准与美国EPA/CARB法规相比,也存在若干差异:
  ★在发动机类别方面,37kW以下不分功率档次类别,而美国则在37kW以下还分为19 kW≤P<37 kW,8 kW≤P<19 kW和P<8
kW三个类别,功率愈小者限值愈宽。北京市地方标准第2阶段37 kW以下限值与EPA的第一阶段8 kW≤P<19
kW限值相比,HC+NOX和PM与EPA相同,但CO则严于EPA,与EPA的第2阶段相比则PM与EPA相同,HC+NOX较EPA宽而CO较EPA严。更多的比较见(3)部分“我国排放标准与美国对比图表”。
  ★无耐久性或使用寿命的规定,也不使用劣化系数DF,而美国则有规定(见上述JB
的对比说明)。关于对生产一致性的考核,北京市地标有规定,但抽样方法、合格判定方法等均与美国所使用的SEA不同。
  ★对烟度未单独作出规定,美国对烟度是有规定的,但不适用于单缸小柴油机。
  ★美国有平均、储蓄、交易计划的规定,还有小批量照顾等条款,而本地方标准没有。
  ★美国EPA/CARB法规除技术标准外,还包括有完整的实施管理办法,而北京市地方标准中则没有。这也是该标准至今未能在有效实施方面取得进展的原因。目前,尚未开展按这一标准进行测试认证的工作。
  (3)上述中国两种标准排放限值与美国EPA/CARB法规排放限值的对比(CARB法规采用与EPA相同的限值)
我国排放标准与美国对比图表
  注:①由于中国标准对HC和NOX只有各自单独的限值要求,没有这两项的综合值要求,此处数值为标准中的这两项单项值算术求和所得值。对于非天然气燃料,HC排放值与NMHC排放值相差无几,可以不考虑HC中的甲烷成份。
  ②+代表比美国EPA排放限值低,+号后面的值为低于(优于)限值的裕度。
  ③-代表比美国EPA排放限值高,-号后面的值为高于(超过)限值的差额。
  我国非道路用小型汽油机目前尚无排放法规或标准。天津内燃机研究所现正根据国家环保总局于2003年下达的任务编制国家标准。因此,现在尚无可对比。以下为我国小型通用汽油机排放实测值与美国法规限值的对比情况(均考虑了排放劣化)。
我国I类小型通用汽油机排放实测值与美国法规限值的对比图
  可以看出,在所测试的国产I类发动机中,约有2/3发动机的排放不能满足美国I类发动机第二阶段限值的要求,其中绝大多数排放未达标发动机是HC+NOX指标超标。
我国II类小型通用汽油机排放实测值与美国法规第2阶段限值的对比图
  国产II类发动机排放的达标情况要好于I类发动机,在所测试的国产II类发动机中,约有1/2发动机的排放不能满足美国II类发动机第二阶段限值的要求,基本是由于HC+NOX指标超标造成发动机排放的不达标。
我国Ⅳ类小型通用汽油机排放实测值与美国法规第2阶段限值的对比图
  国产IV类发动机排放的达标情况最差(该类发动机主要是二冲程发动机),在所测试的国产IV类发动机中,只有两台发动机(四冲程)可以满足相应排放限值的要求,并且发动机排放未达标全部是由于HC+NOX超标。
  我国小型柴油机排放法规已如3.1a节所述。但欧洲的柴油机排放法规至今尚未覆盖19kW以下的范围,因此无可对比。
  在小型汽油机方面,欧洲已有排放法规。但我国尚无排放法规或标准。目前,天津内燃机研究所根据国家环保总局于2003年下达的任务正在编制国家标准。因此,目前也无可对比。
  我国已发布的产品质量法、商检法、安全生产法,都是从不同的角度规定了生产、销售和使用的产品要保证安全的原则要求,但在一些产品或行业领域里则缺少安全方面的具体技术法规,例如机械产品至今未颁布安全技术法规。虽然标准化部门已经发布和实施过不少机械产品方面的强制性或推荐性标准,但复盖面不够全面,而且我国使用的“标准”和“技术法规”的表述与《TBT》协定中的定义不一致,标准中缺少实施办法和措施,致使有的标准不能得到有效的贯彻实施。机械科学研究院根据机械工业联合会的安排,于日提出了《机械产品安全规范(建议草案)》,这是出于安全法规走向国际协调和规范化的考虑,目前尚在协调、送审、报批阶段。这一《规范》草案是基于欧盟98/37/EC《关于统一欧洲各成员国机械法律的指令》并结合我国国情编制的,对机械产品进入市场的条件及如何实施均有明确规定,对产品的基本安全与卫生要求、产品安全合格声明、加施安全合格标志、危险机械的划定、产品的安全认证、注册认证机构(相当于欧洲的指定机构)的最低标准等内容也均有具体的规定。至于属于安全与人体健康范畴的单项标准,我国已发布了一批,其中有的等同或技术内容等效采用国际标准,主要有:
  ★GB/T
5《机械安全 基本概念与设计通则 第1部分:基本术语、方法学》,根据ISO的2类技术报告ISO/TR92(名称相同)制定,在标准技术要素上与之等效。
  ★GB/T 5《机械安全 基本概念与设计通则第2部分:技术原
则与规范》,根据ISO的2类技术报告ISO/TR92(名称相同)制定,在标准要素上与之等效。
  ★GB 《车辆、机动船和由火花点火发动机驱动的装置的无线
  电骚扰特性的限值和测量方法》,等同采用国际无线电干扰特别委员会出版物CISPR12;1997(第4版),名称相同。
  ★JB 《往复式内燃机 安全要求》。
  ★GB 《往复式内燃机 防火》,技术内容与ISO相同。
  ★GB 3836.1 – 2000《爆炸性气体环境用电气设备 第一部分:通用要求》,技术内容上与IEC 60079-0 :1998等效。
  ★JB/T 《中小功率柴油机 通用技术条件》。
  ★GB/T /ISO 95《中小功率柴油机 振动评级》,等同采用ISO 95(E)《机械振动
利用对非旋转零件的测量以评定机械振动 第六部分:功率大于100kW的往复机械》。
  上述的JB 《往复式内燃机 安全要求》适用于缸径﹤250
mm的中小功率压燃式发动机,对点燃式和双燃料发动机可提出特殊要求。标准中列出了发动机的危险因素一览表,将危险因素分为机械危险、电气危险、噪声危险、排放危险和振动危险五个方面,其中机械危险方面又分列了14项危险因素。对于每项危险因素,标准中分别列出相应的安全要求和判定条款,如下表所示:
不稳定危险
磕碰伤危险
5.3.1.3;5.3.1.6
6.3.1.3;6.3.1.6
信号和报警失效危险
控制失效危险
5.3.2.2;5.3.2.4;5.3.2.5
6.3.2.2;6.3.2.4;6.3.2.5
起动失效危险
急停失效危险
5.2.3.6;5.4
6.2.3.6;6.4
5.2.3.6;5.3.2.8;5.5
6.2.3.6;6.3.2.8;6.5
5.3.2.5;5.3.2.7;5.4
6.3.2.5;6.3.2.7;6.4
5.8;5.3.1.5
6.8;5.3.1.5
  另一方面,我国也还有些涉及安全与人体健康的标准与国外不同,例如噪声方面,我国对于非道路用柴油机和小型汽油机均有标准,但对由其驱动的成套机组和配套主机一般无规定。而在美国,没有专门针对噪声的标准,无论对内燃机单机而言还是对成套机组或配套的主机而言均无专门的噪声标准,只在某些内燃机驱动的主机标准内包含噪声内容,如UL1602《汽油机驱动的采用刚性切割部件的修边机》等;欧洲则对户外作业设备有专门的噪声指令2000/14/EC。美国UL标准和欧洲噪声指令均无对内燃机单机的噪声规定,因此与我国的噪声标准无直接的可比性。现将我国非道路用柴油机、小汽油机的噪声标准,以及欧盟对发电机组规定的噪声限值与我国小柴油机单机实侧值的对比分列如下:
  ★GB 《中小功率柴油机噪声限值》
  我国于日发布了非道路用中小功率柴油机噪声限值国家标准
GBn259-1986,自日起实施,于日修订为GB,自日起实施,又于日修订为GB,自日起实施,适用范围为气缸直径≤160㎜的往复活塞式柴油机,也可参照用于气缸直径>160㎜而≤200㎜的柴油机。该标准对各种不同类型柴油机的噪声限值(标定工况下的噪声声功率级)规定如下:
  (1)多缸水冷柴油机限值为下表所列数值。
  (2)单缸水冷柴油机限值为下表所列数值加2dB(A)
  (3)多缸风冷柴油机限值为下表所列数值加3dB(A)
  (4)单缸风冷柴油机限值为下表所列数值加6dB(A)
GB 中小功率柴油机噪声限值
单位:dB(A)
标定功率(kW)
标定转速(r/min)
>2.5-3.2
>8.0-10.0
>10.0-12.5
>12.5-16.0
>16.0-20.0
>20.0-25.0
>25.0-31.5
>800-1000
  注:直喷式柴油机噪声声功率级限值相应加ldB(A)
  测量方法按GB/T 的规定(准工程法),测量结果的判定方法按GB/T 的规定(修约值比较法)。
  ★GB 《通用小型汽油机噪声限值》
  我国于1986年12月发布了通用小型汽油机的噪声限值国家标GBn 264-86,
于1995年修订为GB
,自日起实施,又于2001年提出了新的修订稿,正报国家技术监督局审批中。修订稿的适用范围为≤30kW的往复活塞式通用小型汽油机,不包括摩托车用发动机、舷外机等专门用途的发动机。对各类型通用小型汽油机的噪声限值规定如下:
  (1)单缸风冷四冲程汽油机噪声声功率级限值为下表所列数值。
  (2)如为二冲程汽油机,则其限值应在下表列数值的基础上加2 dB(A)
  (3)如为水冷汽油机,则其限值应在以上基础之上减2 dB(A)
  (4)如为多缸汽油机,则其限值应在以上基础之上再减3 dB(A)
通用小型汽油机噪声限值
单位:dB(A)
标定功率(kW)
标定转速(r/min)
  注:1、2000年以前鉴定生产的机型至2002年底前考核指标允许增加2dB(A)
    2、有两种以上标定功率的机型各种标定工况均需考核。
  测量方法按GB/T的规定(准工况法),测量结果的判定方法按GB/T的规定。
  我国单缸柴油机噪声实测值与欧盟2000/14/EC指令值比较:
实测值dB(A)
2000/14/EC指令第1阶段对发电机组的限值dB
2000/14/EC指令第2阶段对发电机组的值dB
5.23(配套机组出力约4kW)
98+1g4=98.602
5.398-6.398
96+1g4=96.602
7.398-8.398
3.12(配套机组出力约2kW)
97+1g2=97.301
4.699-6.699
95+1g2=95.301
6.699-8.699
  注:差距值表示未达到标准的差额。
  在先行一步的车用柴油发动机领域,已有许多成熟的降低发动机排放的技术措施可供非道路用柴油机采用或借鉴,如电控技术、高压燃油喷射系统、EGR(废气再循环)、废气催化氧化、颗粒捕集、增压中冷等,但同时也应看到,这两种用途情况还不完全相同,车用技术直接应用于非道路用途时效果可能会有不同程度的差异,或存在某些不足。首先,这是由于非道路用途与车用相比,柴油机的工作条件相对较差,主要是无迎面风,冷却较差,而且工作环境相对更严酷(如冲击、振动、尘土、负荷等),维修服务条件相对较差,用油质量的保证也较难等;另一方面,非道路用柴油机功率范围较车用柴油机更宽,有些功率档次车用柴油机很少涉及到(例如37kW以下,特别是19kW以下),缺少足够的降低排放现成技术可供直接应用。一般来说,柴油机排量越小,降低排放的难度也越大,加以2缸及以下的柴油机难以采用涡轮增压技术,而且加大容量的冷却系统对于较小机型来说布置也有困难。再者,小型柴油机的成本/价格是较低的,同样的新技术或同类的附加装置应用于小型机上时对其成本/价格的影响会大于较大机型。这些因素都给较小功率档次的柴油机降低排放带来较多的困难。美国非道路用柴油机19~8kW档次比37~19kW档次排放限值要宽,8kW以下档次限值更宽,欧洲和日本则至今尚未对8kW以下机型提出排放限值要求。现阶段首选的方法,是从柴油机本身进行结构和参数的优化组合,以达到最佳的排放结果。以下为内燃机各参数变化对排放的影响列表,应当注意的是各种参数变化产生的影响还取决于其他一些因素,而且在综合使用时还有相互影响的总体效果,因此下表仅能供参考。
内燃机参数变化对排气排放物的影响
与空燃比↑的影响有一致关系
怠速转速↑
喷油压力↑
充气效率↑
进气涡流↑
进气管压力↑
排气背压↑
冷却水温度↑
气门重叠角↑
燃烧室沉积物↑
燃烧室狭缝长度↑
每缸排量↑
针阀压力室容积↑
喷孔直径↑
  柴油机的主要净化措施有以下几方面:
  (1)进气、供油、燃烧室匹配
  合理优化进气系统和供油系统,设计出与油、气最佳匹配的燃烧室,合理组织燃烧过程。直喷式与分开式燃烧系统各有利弊,前者经济性较好,CO2排放较低,而后者HC、CO、NOX排放较低。如何通过优化匹配以提高直喷式燃烧系统的净化性能,已成为人们关注的一个热点。
  (2)改进供油系统
  采用高压喷射,缩小喷孔孔径,增加孔数,提高喷雾质量。高压喷射能在缩小喷油嘴孔径的同时使缩小喷油持续角成为可能,这是推迟喷油始点、改善NOX排放而又不明显影响燃油经济性的技术基础。如喷油结束及时,还可大大降低烟度、PM与CO排放。若能实现喷油始点电控,使喷油提前角随转速与负荷变化而自动改变,则能使燃烧过程的组织最优化,进一步改善燃油经济性与排放。
  (3)合理组织气流运动
  在所有采取常规喷油压力的直喷式柴油机上,均需组织一定强度的进气涡流和紊流,以利于混合气形成。螺旋进气道在气门开度不大时能产生较高的涡流强度,且气道阻力也较小,对充气效率影响不大,特别在采用延迟喷油方法以减少NOX时,烟度增加也比切向进气道少,故中小型直喷式柴油机大多采用螺旋进气道。
  采用可变进气涡流系统是发展趋势之一。它可为直喷式柴油机在不同工况时提供不同的进气涡流强度,而不使流量系数因涡流变化受到影响。如在低速大负荷时为强涡流,使燃油消耗率和烟度下降;在高转速部分负荷时降低涡流,使之不至太强,使混合燃烧仍然处于优化状态。
  另一发展趋势是尽量发展紊流和适当降低涡流强度。目前,有相当多的直喷式机型采用了结构各异的微涡流、强紊流的燃烧室,由于对混合气形成和燃烧的良好作用,故NOX、CO及烟度排放均较一般ω型燃烧室要低得多。
  (4)选定优化的常用工况,合理解决矛盾
  内燃机的综合使用工况与排放性能密切相关。应选择有害排放较低,而动力、经济性又较好的工况为常用工况。
  在众多的净化措施中,降低HC、CO、PM排放与降低NOX所采用的措施往往互相矛盾;某些净化措施又常与发动机的动力、经济性指标发生矛盾。因而要求针对不同机型的主要问题提出能为矛盾各方面都能接受的治理措施。
  (5)避免窜机油、减少机油燃烧
  机油燃烧将使PM恶化和烟度增加。我国单缸小柴油机由于考虑成本问题较多,在活塞材质和构造上多不选用低膨胀设计,加以机体和缸套设计刚性较差,变形较大,致使配缸间隙较大,高达0.1㎜以上甚至0.16㎜,还有活塞环的配置和质量不理想都是造成容易发生窜机油现象的因素。应当针对存在的问题,采取措施将窜机油减至最少。
  (6)后处理
  现已有柴油机氧化催化转换器在使用,但其作用主要是降低CO和HC,并非是解决NOX和PM排放的有效措施,而降低NOX和PM才是柴油机的关键问题。如果存在CO和HC问题而用机内措施难以解决,也可考虑采用氧化催化转换器,但会增加一定成本。
  以上措施可以基本上解决目前阶段的小型柴油机出口美国排放达标问题,对于下一步更严的排放要求,则还需要进一步试验研究,及时制定不至于过高影响成本的应对对策。
  (1)化油器
  国产绝大部分小汽油机使用化油器供油,为解决排放问题应首先进行化油器的综合流量设定。
  以往的综合流量设定工作原则是确保发动机的动力性和经济性指标。由于主机厂和化油器厂在排放方面信息和技术力量方面的不足,导致化油器设定并没有考虑排放。天津内燃机所做过的大量试验表明,我国小汽油机排放测试循环各工况点的化油器的空燃比设定过分偏浓,过量空气系数大部分处于0.7至0.9之间。在如此浓度之下,CO排放较差。在化油器重新设定过程中,也曾经出现矫枉过正的现象,化油器设定由偏浓跳跃到严重偏稀的状态,导致NOX的排放急剧上升、发动机功率不足甚至工作不稳定。可见当前化油器应尽快摸索适当的设定,兼顾CO和NOX的排放。
  化油器各组件如主量孔、泡沫管、喉管直径以及主空气量孔等对发动机排放的影响规律比较复杂,因此在进行化油器排放优化匹配以及排放改进方面还要结合具体产品进行开发工作;化油器生产企业在对影响排放的关键组件如主量孔的加工精度以及公差要求方面还有一定的不足;化油器的清洁度性能还有待提高。
  (2)润滑油消耗控制
  润滑油对排放也有一定的影响,特别是对HC排放的影响较大。润滑油消耗率过高的现象时有发现,机油残留或窜入燃烧室,参与燃烧后被排出。在加热型THC排放分析系统面前,这些液态的油滴将变成气态物质而被检测到。
  四冲程发动机润滑油消耗过大的原因主要有:
  ★气门导管油封失效,导致机油进入气缸燃烧;
  ★活塞油环效果不佳;
  ★配缸间隙偏大,或汽缸孔变形过大;
  ★发动机磨损过快等
  对于那些HC排放超标的产品,特别要注意机油消耗问题。应针对当前产品机油消耗的现状,分析并提出改进方案。
  对于大量存在的二冲程发动机,HC一直是一个难以解决的问题。为了降低HC排放,可以采用提高汽油机油混合比的方式,从源头减少机油的消耗。为此,需要提高二冲程专用汽油机油的品质要求。目前,汽油机油混合比为50∶1的比例在二冲程摩托车发动机领域已经使用得比较普遍。适用于100∶1混合比的新型机油正在推广过程中。而当前我国二冲程小型通用汽油机的混合比有的甚至要求20∶1。此外,机油的参与燃烧将会导致PM的产生,虽然现阶段对汽油机一般不考核PM,但对燃用混合油的二冲程汽油机来说是一个值得关注的问题,而且美国加州对于66cc以下的二冲程小汽油机是规定了PM限值的。因此,发动机制造厂应关注二冲程汽油机油的发展和变化,探讨提高汽油机油混合比的途径和可行性。
  (3)后处理
  面对当前的排放法规,排气后处理技术应当定位于“最后防线”的角色。首选应当考虑的是改动较少、成本也较低的发动机机内净化方案。机内净化与机外净化的合理分担是做技术解决方案决策的关键所在。工作周期、投资和产品种类以及排放控制效果是决定因素。当进一步机内净化工作进入耗费的时间和经费激增的阶段时,则可以考虑转向后处理技术。
  应用于小汽油机领域的后处理技术主要有催化净化技术和二次空气补给技术(补气技术本身并非后处理,但可以和催化后处理结合使用。补气对于经常在全负荷或大负荷下工作的发动机作用是有限的)。
  催化净化技术在汽车领域已经得到了广泛应用,摩托车领域也将在近期得到广泛推广,众多企业对此技术并不陌生。催化转换器应用于非道路小汽油机需要注意下列技术要点:
  ★催化转换器的转换率要适度控制。汽车领域由于采用闭环电喷技术来控制空燃比,使得催化净化器能在一个既有利于氧化也有利于还原的环境气氛中工作,转化率可以高达90%以上,但是小汽油机使用机械式化油器供油,空燃比无法较精确地控制在当量空燃比的水平,因而转化率低。
  ★对于二冲程发动机,由于未燃HC排放很高,如果催化转换器的转换率很高则将引发新的问题,即排气温度大幅度提高,甚至出现喷火的情况发生,安全问题将暴露出来。所以小汽油机催化转换器的转换率还要有一定的限制。
  ★小汽油机排气消声器的空间非常紧张,传统蜂窝催化转换器型式在小汽油机排气消声器中难以布置,应当积极考虑采用灵活的催化转换器型式,如在催化转换器内腔壁面上载催化剂或采用其他几何表面小的方案。这样作既解决催化转换器布置的空间问题,又可有效控制转换率。
  对于二次空气补给装置的选用有两种倾向:
  ★如果原机排放较好,已接近达到排放要求,可以考虑安装二次空气补给装置,使排放有限降低而达标;
  ★对于排放很差,仅仅安装催化转换器难以达标的情况下,也可以考虑加装二次空气补给装置来进一步提高催化转换器的转化效率。
  二次空气补给装置可以考虑直接安装在发动机缸头,使废气一出排气门就可以接触到空气而使CO和HC得到一定程度的氧化。这样做还可以解决小汽油机空间紧张的问题。
  二次空气的工作原理是提供一个更适于氧化的环境气氛,所以对NOX的控制没有什么效果。
  (4)二冲程换气过程
  尽管出于排放净化的考虑,越来越多的二冲程小汽油机被四冲程发动机所取代。但是有些场合二冲程发动机还是有其存在的必要性,如手持式设备,由于对重量和360度任意位置使用的要求,二冲程发动机还是有相当大的优势的。
  为解决二冲程发动机的排放问题,还可以改变其传统的换气过程。例如“空头扫气”和分层燃烧等机内净化技术路线等。
  所谓“空头扫气”是:改变原来的油气混合气扫气的方式,设法让空气先期进入气缸实现将废气扫除的目的,随后才是油气混合气跟进。这样做可以在扫气初期即新鲜充量容易伴随废气逃逸的阶段,将原来的油气混合气逃逸改变为空气逃逸,这样可以大幅度降低排放。日本某公司的相关产品已经大量采用这种方法,并且已经可以用此法达到2007年美国EPA的排放要求。
  分层扫气是比较复杂的,要对原机燃烧室进行重新设计,改变燃油的供应方式,实现火花塞附近偏浓,保证稳定点火,远离火花塞的部位浓度降低。此法对于经常处于部分负荷工作的发动机是很有潜力的,但对于长期处于全负荷工作的发动机,分层燃烧的适用性将变差。
  (5)振动的影响
  发动机振动过大有时会导致化油器供油规律发生严重偏移。在振动严重的发动机上,浮子室内部的油面会出现剧烈波动,影响空燃比,导致排放急剧恶化。因此,在控制排放的过程中,应充分考虑振动控制问题。
  (1)改善燃烧过程,降低燃烧噪声。
  (2)改善机体和相关零件的刚性,降低振动,改善噪声。
  (3)提高有关零件加工精度(特别是齿轮加工精度)和装配质量,并减小配缸间隙,降低机械噪声。
  (4)采用消声效果较大的消声器。
  (5)配套主机或机组上采用合理的减振和隔声措施,包括使用罩壳屏蔽、弹性连接、吸声/隔声材料等措施。
  3.4 我国小型通用内燃机产品出口的其他有关事项
  在第二章所述各种法规或要求中,申请认证或取得许可的渠道和办法不尽相同,而且还各有其一些注意事项。现分别介绍如下:
  3.4.1a 美国EPA和CARB排放认证
  EPA和CARB的排放法规属同一体系,很大程度上是相同的,在申请认证和认证以后的后续工作也大体相同,申请时只在少部分技术要求(如部分限值、部分试验项目和试验用燃油等)和少部分申报文件方面有些不同,因此在申报时可以使用一次试验结果分头办理,可以大为减少工作量。当然也可只申请EPA认证。
  按美国规定,试验是由生产商按照EPA/CARB的规定自行进行,然后将试验结果连同所要求的文件材料上报EPA/CARB。试验可以由生产商自己进行,也可以委托第三方进行,但要符合法规规定的要求,包括:
试验设备:必须具备各种必要的设备,设备的精度和标定、校验的频度均要符合法规中规定的要求。为了减少不必要的争议,即使有些设备原规定的标定周期较长,但在进行此项试验前最好也按EPA的规定周期标定。
试验用燃油:必须使用法规中要求的规格,并要有供应商或计量部门的分析报告。为试验进口少量特定的燃油手续较难办理,目前在国内可以由炼油厂单独配制,另据了解也已经有经销商能直接供应所要求的进口油品。
  ★试验用标准气:必须用符合EPA/CARB规定的标准气,并带有分析报告。其中,CO,CO2,NOX,C3H8四种气体要求可追踪至美国NIST或其他经批准的气体标准,国内尚难以找到符合这一要求者,因此目前还需由美国进口。
试验程序应按照法规规定的要求进行,按不同的使用用途选择试验循环。例如19kW以下的小型柴油机如选用C1(8工况)或G2(6工况)循环,则产品可供变速用途,如选用D2(5工况)循环,试验可以较易通过,但产品只能供恒速用途,违规用于变速用途将受重罚。附带指出,固定用途发动机在美国是无排放限制的,因而也无需申请认证,但使用上有严格规定,如违规用于移动用途也是要受重罚的。
某些试验方法可以向EPA/CARB提出采用替代方案,但须提出充分理由,如EPA/CARB同意则可改变。例如:为求出劣化系数需要进行耐久试验,对小型柴油机来说需试验3000小时,如有充分理由表明较短时间试验即能说明问题(例如已有先例,或不到3000小时按规定的维护即需要更换有关排放的重要零部件等),则可以申请缩短耐久试验时间。又例如出口发电机组,可申请用发电机组进行试验代替测功机试验等。
  ★ 有些情况下可以使用EPA/CARB法规中的某些豁免或灵活条款。例如对小批量生产商可以免做耐久试验直接选用规定的劣化系数等。
可以使用平均、储蓄、交易(ABT)计划,例如购买排放积分以向美国出口不达标的发动机,在出口较具规模时也可采用平均和储蓄办法。不过目前我国企业尚无这方面的经验。如参与这一计划,必须对发动机划分系族并定出系族排放限值(FEL),还须按年报告分系族销售实绩和排放积分累计数。
  ★ 注意发动机的可调参数,按规定,EPA/CARB可以要求将可调参数调整至任一设定值来进行试验考核。因此,我国的小型柴油机必须装设不可拆除的油量限制器。
发动机的认证需每年进行一次,如果发动机未进行影响排放的改动,则可不重做试验,利用上年试验结果进行结转认证。在该年(年型)内,认证的产品还需要接受SEA检查(柴油机和汽油机)和自己进行PLT检查并上报EPA/CARB(汽油机),其中的数量按照销往美国/加州的数量计。
  ★ 我国内燃机企业在进入美国市场时,可以是由经销商(进口商)代理,也可以直接向配套主机厂供货,或直接以成套机组的方式或单机的方式进入市场。在现阶段尚未形成规模时,主要是通过经销商方式,连同售后服务也交由经销商代理;办理海关手续也由经销商办理。为帮助企业了解进入美国海关申报的有关要求,现附上美国海关的报关单样本译文(见附件十七),以供有关工作中参考。
  ★ 以上的排放认证申报工作可以由企业自己进行,但现阶段在经验不足的情况下,寻求国内外代理公司的协助、代办或咨询是较好的办法。
  3.4.1b 美国UL认证
  该项认证是非强制性的,由UL公司(民间机构)进行,包括产品检查和首次工厂检查。由于内燃机产品很难查清所需要的全部标准要求,必须将产品交由UL公司进行检查,如有尚不符合要求之处再进行改进;如合格,可被授权使用其标志,但须接受其不定期的跟踪服务检查(大多数产品每年四次)。在我国已有UL公司的合资公司(UL美华公司)和其他办事处受理认证业务,但产品检查仍需在美国进行。我国现已经有企业开始进行此类认证。在其认证中无专门的噪声要求,分散的要求只散见于某些配套主机产品的UL标准中。
  3.4.1c 欧盟国家排放认证
  欧盟排放认证执行是由各成员国按欧盟指令分别自定法规来实施的,各成员国均有自己的主管机构,受理认证事宜,试验则由其指定的技术服务中心(Technical
Service)来进行,而不由生产商自己进行。各成员国之间认证结果是通用的。同时,欧盟也不实行ABT计划。在产品完成认证以后,并不要求每年再认证一次,但产品设计如有影响排放的改动时应申报,且每年要申报拟生产的发动机机型/系族。对于生产商在生产中的质量保证体系认证有要求(在认证时即需确认),主管部门还可随时抽查生产商的生产一致性控制方法,必要时抽机进行排放测试。
  由于欧洲在19kW以下非道路用小型柴油机领域内至今尚无排放规定的要求,因而无需认证。在非道路用小型汽油机领域内也只是自今年8月11日才开始排放认证,我国产品在这方面的认证工作也刚在开始。
  3.4.1d 欧盟国家CE标志
  欧盟国家CE标志属强制性法规要求,有多种合格评定模式,有的须经“指定机构”认证,有的只须生产商自我评定。欧盟各成员国均有自己的主管部门和负责CE认证的“指定机构”。在目前情况下,我国出口欧盟国家的非道路用小型内燃机均须具有“指定机构”的认证。鉴于内燃机产品的全部安全要求散见于众多的“协调标准”中,须将产品及技术文件提交对口的指定机构并与其商定适用的标准和进行检查认证。
  3.4.1e 东南亚国家认证
  东南亚国家现阶段尚无排放和安全方面的强制性法规要求,因此通常不需进行认证。但如客户提出要求时,则应按其要求对口办理。例如如要求产品具有UL或CE的标志时,应分别按UL或CE标志的申请程序向前述的受理单位申请办理。
  我国小型柴油机出口时有两项特定的要求,规定如下:
  (1)根据原国家商检局、机械电子工业部关于柴油机产品出口有关文件规定,按照《柴油机出口质量许可证实施细则》,我国柴油机出口产品应符合《中小功率柴油机产品质量分等》标准中一等品的要求,这是在出口对象国家和客户无其他强制性要求时所必须达到的最低标准。这一《分等》标准后来修订为JB/T
《中小功率柴油机 产品质量分等》,其中,对排放要求符合JB 8891的规定,对排气烟度要求符合GB 9486 的规定,对噪声要求符合GB
14097的规定,对安全要求符合JB 8890
的规定,此外还有其他对性能和质量的要求。这一办法至今仍在实行。据此,我国小型柴油机在办理出口业务时须先经由国家内燃机产品质量监督检验检测中心进行检测,合格并取得出口许可证后,商检局才予受理。向商检局报送出境货物报检单时,须附有出口柴油机检验原始记录表格。商检局审查核准后,发给出境货物换证凭单和凭条。
  (2)根据我国商务部、海关总署公告2003年第36号,为维护良好的对外贸易秩序,营造公平贸易环境,自日起,中国机电产品进出口商会受政府委托对单缸柴油机试行出口预核签章管理。为此,中国机电产品进出口商会工程农机分会召集单缸柴油机行业组织制定了单缸柴油机出口同行协议价、出口预核签章管理办法、实施细则和违规处罚条例并对出口企业公布实施。出口企业在具备生产许可证、注册商标和出口合同条件下,按照上述规定到中国机电进出口商会办理。
以上两项规定仅适用于柴油机,其第(2)项规定的适用范围只限于单缸柴油机。按此要求,单缸柴油机办理出口手续的程序应按照以下的流程:
  至于小汽油机,在出口报关时则不须按上述两项规定办,其他流程相同。
  ★ 提高产品技术水平和质量
  欧美发达国家市场对产品的质量和技术水平要求高于东南亚、非洲等发展中国家。由于总体来说我国小型内燃机产品技术水平和质量与国际先进水平相比尚有相当差距,除排放等强制性法规要求的性能外,还包括能耗、舒适性、可靠性等方面,这些均会影响其市场的开拓及扩大,提高产品技术水平和质量是开拓及扩大我国产品在欧美发达国家市场的基础。
  ★ 注意知识产权问题
  我国小型通用内燃机产品多有借鉴国外样机之处,容易产生知识产权纠纷,在欧美等发达国家就更需注意这一问题,如何在产品开发和改进中充分掌握专利情况、避免侵权现象发生应引起企业的重视。此外,在与国外进口商或代理商进行商务合同谈判中也应注意相关知识产权问题。
  ★ 重视售前、售后服务,适时建立售后服务体系
目前我国出口的小型内燃机产品的售后服务往往是依靠当地经销商或代理商进行,大多只在发货时提供一定比例的配件。鉴于国外用户对售前、售后服务的质量非常重视,尤以欧美发达国家为最,企业在条件具备时自己来做售前售后服务工作可以开展得更好,从而将会有助于我国产品在当地市场份额的扩大。另外,售前、售后服务也可以直接了解掌握用户对产品的需求和意见,以指导产品开发和改进,更好地满足用户需求,从而扩大市场。}

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