康明斯发电机组符合环保排放法规并进行了有效的传承与更新

导读：长期以来国内非道路用柴油发电机出口到欧美等地区，都会受到当地排放法规的严重制约，2007年我国也制定了《非道路柴油发电机的排放限值及测量方法》标准。国内非道路用柴油发电机的排放要求将逐步与国际接轨。要满足未来严格的排放法规，我们现有非道路用柴油发电机必须进行技术改造升级。本文以康明斯柴油发电机的开发为例，介绍一种适合中国市场的非道路用中小功率柴油发电机综合技术改进措施，通过这些改进措施，在基本不增加成本的基础上，可以使我们的非道路用柴油发电机满足未来欧美及中国国内的排放法规的要求，同时在某种程度上对中国国内使用条件的适应性更强。
有“世界王牌动力”之称的美国康明斯公司作为全球著名的柴油发电机制造商，早在1968年就领先所有柴油发电机厂商，投资2300万美元在公司总部所在地—美国印第安纳州哥伦布市正式组建了自己的首家大型技术中心，为公司迎接从上世纪七十年代初开始日益严格的环保排放法规的挑战打了坚实基础，也使得康明斯能够从一开始就进行相应的技术规划，并进行有效的传承与更新。
据了解，康明斯今天采用的排放解决方案是1990年代早期着手实施的一个技术规划的直接结果，该规划将贯穿至2010年乃至未来。此规划的核心是一个战略性的决策，即不要将康明斯自身局限于任何单一的方法，而是要针对每一种应用和每一个服务市场开发合适的技术。不同的运行条件和经济因素将影响到最适合每个市场的技术路线。虽然开发多种排放解决方案需要康明斯在研发上进行更广泛更深入的投资，但这可以向客户保证康明斯发电机将以最低的运行成本提供最佳的性能和可靠性。

柴油发电机的排放控制是一项综合系统工程。康明斯满足排放法规的技术方案早期规划有效传承与更新，通过进行大量试验和深入研究，我们能够发现以下规律和改进途径：(1)改进机体的结构，提高刚性减少变形是有效改善柴油发电机排放的基础。(2)采用涡流式燃烧系统并合理优化燃烧室、镶块、高压油管的设计参数可以在低成本的基础上开发出满足严格排放法规的非道路用柴油发电机。(3)采用涡流式燃烧系统可以有效改善柴油发电机的噪声。(4)采用火焰预热装置可以改善涡流室柴油发电机的冷起动性能。(5)采用氧化型催化剂可以进一步改善柴油发电机的排放性能。
在缸内燃烧研究、燃油系统、进气处理系统、排放控制和后处理等方面的领先地位，使得康明斯能够通过为其服务的每个市场提供最合适的排放控制方案，从而坚持为客户实现价值最大化的目标。在欧洲，为应对2005年4月推出的欧IV排放标准，康明斯使用了选择性催化还原（SCR）后处理方式。SCR是针对这个市场的最佳客户方案，因为柴油价格在欧洲很高（与尿素相比），用尿素来减少燃料消耗量就显得很经济。对于美国的重卡市场，康明斯已成为废气再循环（EGR）应用的领导者。2002年10月，康明斯推出了首批经美国环保署（EPA）认证的满足2.5克氮氧化物和非甲烷烃/马力小时排放标准的全系列发电机。这些发电机以先进的燃烧技术、灵活的燃料系统和控制、基本的发电机性能、可变几何截面涡轮增压器（VGT）和集成冷却式废气再循环为特征，并且成功地为客户提供了领先业界的节约燃料、高性能和可靠性的产品。这些发电机直接延期至2004年的认证，并作为2007年及以后的基础。

康明斯的一站式排放解决方案康明斯是全球柴油发电机企业中唯一一家能够将柴油发电机的五大关键系统—进气处理系统、滤清和排放后处理系统、燃油系统、电控系统和缸内燃烧优化系统全部自行开发的跨国企业，能够为客户提供全方位的“一站式”排放解决方案，从而确保了康明斯在新一轮排放大战中处于国际领先地位。在中国，康明斯涡轮增压技术系统（霍尔塞特）、滤清系统（弗列加（Fleetguard） ）、燃油系统和排放处理系统后先进行本地化生产。康明斯成为第一家将滤清系统、进气处理系统、燃油系统和排放后处理等关键子系统技术和产品全部引入中国本地化生产的外国柴油发电机制造商。通过采用不同的技术方案或组合，康明斯能够同时满足欧美两大排放法规。

满足EPA2007排放法规的技术面对更加严格的EPA2007排放法规，康明斯通过之前的技术方案轻松应对。冷却式废气再循环（CEGR）有效地控制氮氧化物排放。CEGR通过使用冷却的废气稀释来自外部的空气增加热容并降低燃烧室的氧气浓度。在燃烧期间，废气再循环可以有效降低火焰温度，进而减少氮氧化物的产生，因为氮氧化物的产生与火焰温度成正比。这就可以使发电机在更低的氮氧化物水平下调整到最佳的燃料经济性和性能。为了精确控制氮氧化物和颗粒两者的排放，进入发电机的再循环废气和空气的量必须在所有运行条件下都经过精确计量。这已经推动了能不断改变送入发电机的空气量的先进的可变截面涡轮增压器（VGT）的使用。
由康明斯涡轮增压技术有限公司生产的霍尔塞特VGT有一个独家专利的整体滑动喷嘴，可以不断移动来改变涡轮的动力和送入发电机的空气量，它被证明是世界上最可靠的可变截面涡轮增压器。VGT与废气再循环控制阀一起精确计量进入进气系统的废气，从而提高了发电机的性能和燃料经济性，客户的收益自然也得到提高。除了采用冷却式废气再循环技术在发电机内部减少氮氧化物的“缸内”技术外，康明斯还采用若干种后处理方案，通过处理排出发电机的废气获得降低的氮氧化物水平，包括选择性催化还原法（SCR）和氮氧化物吸附法。SCR是欧洲重型机动设备柴油发电机排放的解决方案，它使用了一种化学还原剂——尿素，能在废气流中转换成氨，并在一种催化剂的作用下与氮氧化物起反应形成无害的氮气和水。尿素是一种良性物质，通常来自自然中的气体并广泛用于工农业中。在选择性催化还原系统中，尿素喷射比例必须被严密控制。如果喷射比例过高，那么会有部分氨不与氮氧化物反应，而从催化剂中“溜走”；如果喷射比例过低，会达不到希望的氮氧化物还原量。两者均非理想状态，都必须避免。尿素选择性催化还原系统主要由三个要素组成：催化剂、尿素和尿素喷射控制系统。氮氧化物吸附催化剂（NAC）是1990年代开发的一项新技术。氮氧化物吸附催化剂采用一种以基层金属氧化物的复合物和贵金属涂层来有效控制氮氧化物。基层金属成分（例如氧化钡）与氮氧化物反应形成硝酸钡——有效地将氮氧化物储存在催化剂的表面。在可用的储存室被占满时，催化剂暂时在“富氧”废气条件下工作（即调整空气与燃料的比率以排除废气中的氧）。这样就从基层金属储存室释放出氮氧化物，并允许其在贵金属层上被转变成氮气和水蒸气。
截至目前，康明斯已经在全球8个国家建立了19家研发机构。历经数十年的发展，康明斯已成为拥有强大技术实力和研发资源的跨国企业，能够选择最适合的技术解决方案，为各类应用市场开发出最为合适的产品，使柴油发电机在越来越严格的排放法规要求下变得越来越环保，还世界一片蓝天的梦想也不再遥远。