工程機械對環(huán)境的影響主要有三:一是柴油機的廢氣排放物對大氣的污染;二是噪聲對人居環(huán)境的污染;三是廢油、廢水對土壤或地表水的污染。其中,尤以廢氣排放對人類健康的危害最大。
1、廢氣中的污染物及其危害
柴油機排放的廢氣中包含有氣態(tài)、液態(tài)及固態(tài)的污染物。氣態(tài)污染物中含有CO2、CO、H2、NOx、SO2、HC、氧化物,有機氮化物及含硫混合物等;液態(tài)污染物中含有H2SO4、HC、氧化物等;固態(tài)污染物有碳、金屬、無機氧化物、硫酸鹽,以及多環(huán)芳烴(PAH)和醛等碳氫化合物。
上述污染物中,最主要的是CO、HC、NOx以及固體微粒(PM)。CO是柴油不完全燃燒產(chǎn)生的無色無味氣體;HC也是柴油不完全燃燒和氣缸壁淬冷的產(chǎn)物;NOx是NO2與NO的總稱,它們都是在燃燒時空氣過量、溫度過高而生成的氮氣燃燒產(chǎn)物,NO在空氣中即被氧化成NO2,NO2呈紅褐色并有強烈氣味;PM是所排氣體中可見污染物,它是由柴油燃燒中裂解的碳(干煙灰)、未燃碳氫化合物、機油與柴油在燃燒時生成的硫酸鹽等組成的微粒,也就是我們常見的由排氣管冒出的黑煙。相對汽油機而言,柴油機的CO和HC排放量較少,主要排放的污染物是NOx和PM。
CO通過呼吸道進入人體后,會同血紅蛋白結合,破壞血液中的氧交換機制,使人缺氧而損害中樞神經(jīng),引起頭痛、嘔吐、昏迷和癡呆等后果,嚴重時會造成CO中毒。
HC中含有許多致癌物質,長期接觸會誘發(fā)肺癌、胃癌和皮膚癌。
NO2刺激人眼黏膜,引起結膜炎、角膜炎,吸入肺臟還會引起肺炎和肺水腫。
HC和NOx在陽光強烈時的紫外線照射下,會產(chǎn)生光化學煙霧,使人呼吸困難、植物枯黃落葉、加速橡膠制品與建筑物的老化。
PM被吸入人體后會引起氣喘、支氣管炎及肺氣腫等慢性?。辉谔紵熚⒘I衔降腜AH等有機物,更是極有害的致癌物。
2、柴油機的排放標準
為了控制廢棄污染,許多國家都制訂了相應的環(huán)保法規(guī)和排放污染物防治的技術政策,以及控制排放污染物限制的技術監(jiān)督標準。歐盟柴油機穩(wěn)態(tài)試驗(試驗程序ESC)時的排放標準如附表所示。
我國已于2000年實施了“壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機的車輛排氣污染物限值及測試方法(GB17691-1999)”、“壓燃式發(fā)動機和裝用壓燃式發(fā)動機的車輛可見污染物限制及測試方法(GB3847-1999)”等排放標準。這些強制性的國家標準等效采用了聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(ECE)有關汽車排放控制的全部技術內容,這意味著我國對新車的排放要求已達到歐洲90年代初期水平,比舊有的國家標準更加嚴格了。
在執(zhí)行新標準中,主要問題是可見污染物排放的測試根據(jù)GB3897-1999要求采用取樣式不透光度儀,測定連續(xù)通過氣樣管的一部分排氣的不透光度,測量單位為m-1(光吸收系數(shù))。這種全負荷煙度排放值的測量儀器,是一種部分流不透光的煙度計(如AVL415型、AVL438型及AVL439型),目前還是依賴于進口;因此,國內仍在沿用舊標準“汽車油機全負荷煙度(GB14761.1993)”、“汽車柴油機全負荷煙度測量法(HB3847-1993)”、“柴油車自如加速排放標準(GB14761.6-1993)”及“柴油車自如加速煙度的測量濾紙煙度法(GB/T3846-1993)”,利用濾紙測定煙度Rb,單位為FSN(濾紙煙度指數(shù))。
3、機內凈化技術
車用柴油及改善混合氣質量和燃燒狀況的措施有:采用可變進氣流量裝置;優(yōu)化噴油器設計;采用可變噴油正時系統(tǒng);采用HEUI、EUI、LDCR等先進的電噴技術;優(yōu)化燃燒室設計,強化紊流,減小縫隙容積等。
康明斯公司在ISR、ISC、ISM系列發(fā)動機中,采用垂直中央噴射和更高的噴射壓力,使排放污染物減少了1/5。
蓋瑞特公司在渦輪增壓器上采用液壓變噴嘴渦輪技術,使發(fā)動機在怠速至全速的工作范圍內都降低了NOx的排放。
廢氣再循環(huán)技術可有效地控制NOx的排放;但是,要想不增加HC的排放,還得采用電控廢氣再循環(huán)技術,利用調整裝置來優(yōu)化不同負荷時的廢氣再循環(huán)。
在工程機械柴油機上采用電子噴射系統(tǒng)是重大的技術進步。新三菱?卡特彼勒公司的HEUI共軌液壓式噴油系統(tǒng),由高壓油泵、共軌油道、調壓閥、控制單元(電磁閥)、電控液壓噴嘴等組成。在液壓共軌中保持4~23MPa油壓,通過噴油器的增壓活塞使燃油壓力增至30~140MPa;噴油計量由噴由時段與噴油壓力決定,而噴油時段則取決于電磁閥通電時間的長短;電磁閥按負荷情況與轉速的變化自動地調節(jié)噴油正時。EUI高壓共軌電子噴油系統(tǒng)則能夠進行預噴射與后噴射,還可實現(xiàn)△型噴油規(guī)律的多段噴射。LICR電液控制噴油系統(tǒng)則可根據(jù)發(fā)動機工況,更好地實現(xiàn)預噴壓力的調節(jié)。電噴技術由于可根據(jù)負荷與轉速的變化自動地按柴油噴射曲線噴油,使柴油更好的霧化、充分燃燒,凈化了廢氣,也減少了可見污染物(黑煙)的排放。
4、機外后處理技術
采用后處理技術,是對現(xiàn)有車型進行技改、控制排放的最有效措施;對于新車,采用機外后處理措施也比采用機內凈化措施容易得多。機外后處理裝置主要是催化凈化器的微粒捕集器。
國內最常用的催化器是三元催化轉化器,它是由金屬殼體、隔溫襯墊和催
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