工程机械液压控制技术的研究进展与展望

第一篇：工程机械液压控制技术的研究进展与展望

工程机械液压控制技术的研究进展与展望

摘 要：近年来，随着科学技术的不断发展，对工程机械液压的控制性能要求也越来越高，因此，在现代工程机械中液压传动和控制技术也扮演着越来越重要的角色。对于液压控制技术，如何能更有效的提高工程机械整机的控制性能以及可靠性等问题，成为当今工程机械液压控制领域的研究热点之一。本文以液压控制技术的概念和特点为切入点，对液压控制技术的发展前景和发展趋势进行简要分析。

关键词：工程机械；液压传动及控制技术；发展趋势；展望

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.102

0 前言

现如今，睡着科学技术的不断提高以及经济的飞速发展，液压传动控制技术对工业发展的影响也越来越大，在一定程度上它对工程机械的发展趋势起了决定性的作用。在实际工程控制过程中，如何充分发挥液压传动控制技术从而提高工程机械的性能，成为当今工程控制领域急需解决的重要问题之一，对此我们需要对工程机械液压传动控制技术进行全面的了解，进而对其做深入的研究。只有我们对该技术做了深入的了解之后才能更好的将液压控制技术应用于实际工程机械液压控制过程当中。下面就以下几个方面对其作前要分析。工程机械液压控制技术的概念及特点

在现代工程机械的发展过程中，液压传动及控制技术作为最重要的组成部分，发挥着重要的作用。

（1）液压控制技术的涵义。目前，液压控制技术是工程机械领域最为常见的控制系统，包括液压传动技术和控制技术，在技术研究过程中，作为液压控制系统的核心技术，两者彼此协调、促进及影响，从而保证了工程安全性可可靠性。所谓的液压控制技术就是在实际工程控制过程中通过电子机械，利用液压泵将机械能转化为压力，从而促使液压油工作，并且通过控制阀门来对液压油进行更加协调合理的控制，从而使液压缸通过不同的路径和动作来完成液压控制过程中的各项任务。

（2）液压控制技术的特点。在实际工程应用中，液压控制技术的特点可概括为如下四点：1）在狭窄的空间内，液压控制技术能实现大功率以及满足多方位执行器集中操作的性能要求；2）液压控制以发动机作为原动力时，岁系统中各种能源的利用率较好，从而也更好的实现了对能源的综合利用；3）在实际应用中，液压控制技术不受地形以及地理位置的影响，无论环境多么恶劣，他都能顺利的进行工作；4）液压控制系统属于环境友好型系统，即在生产过程中，不会对外界的生态环境造成破坏，实现了经济、环境等的协调发展。液压控制技术的发展趋势

（1）电子控制自动化。目前，常见的液压机械工作时均以电子控制系统为核心，首要目标就是提高它的性能、效能以及安全性能，其次就是更大程度的加大对各种能源的利用率。面对多路阀，实际工作中最为常见的控制方式就是利用电液比例来控制。该方式不仅提高了机械的工作效率及性能，还能完成远程操作这一要求。电子控制自动化还体现在电子泵技术上，工作原理就是将变量泵的压力、流动参数和流量通过电子控制系统实现控制，并且利用过程中检测到的流量、压力信号来进行负荷控制，最终提高变量泵的工作性能。

（2）智能化。整体上来看，尽管目前我国对液压控制技术的智能化研究还处于初级阶段，但该技术对工程机械的发展起了推动作用，对其工作性能也产生了极为重要的影响。在实际的工程应用中，智能控制系统能够较大幅度的提高工程机械的控制效率。例如无人挖掘机，由先进的液压控制、通信以及图像处理等技术，在很大程度上改善了现场人员的工作环境。在工作过程中无人挖掘机能够利用高级的控制方法，稳定性这一问题能得到有效的解决，在启动和停止时的振动现象也会大大地减弱，避免了机械因此而受到损坏的问题。

（3）节能。现如今，能源不断减少，可用资源对人类来说更加可贵，节能已经成为全球共同关注的话题之一，当然，在工程机械领域，机械节能已经成为该领域相关人员主要研究的核心内容，机械节能包括液压系统的节能和从发动机到液压系统的整体功率适应两部分。展望

在以后的机械控制研究领域内，主要针对液压控制技术在电子控制、节能、可靠性以及安全性等方面的研究，应进行更深一步的探究和开发。

电子控制方面，由于电子控制自动化是提高工程机械权值的重要方面，所以，设计者应该从用户者的角度进行设计，从而满足用户多方面的需求。

在节能上，研究者仍需进一步提高元器件的单体效率，随着研究的深入，提高元器件单体效率的难度变得越来越大，因此，我们须将研究重点转移到如何提高发动机和液压系统整体最佳效率的匹配上。最为重要的是研发新的实用性的节能液压元件，如二次调节系统和相关野鸭变压器、自由活塞发动机等。与此同时，还应注重能源和能量回收技术的开发。目前，动力混合系统在汽车上已得到广泛应用，同时也将逐渐应用于工程机械上。

在工程机械领域内，对机械的可靠性和安全性要求不断提高，因此，如何让提高机械的耐振性、耐热性、耐水性和相关元器件的可靠性，将成为今后的一大研究热点。同时，对环境适应性的研究也应当重视起来，其中包括对机械启动和停止时刻的产生的振动和噪声的控制，以及针对液压油如何将其可生物分解得技术的探究等。

在机械振动控制上，液压主动悬架技术逐渐应用于工程机械，事实证明，在实际的工程中也渐渐得到广泛应用。然而对于机械噪声的控制，实际工程中大多数仍然利用液压元件的某些特性来实现降低噪声这一要求。随着对流体动力学仿真、噪声数值的模拟和试验的分析设计方法的不断涌出，建立起一套液压元件的低噪声的结构和参数设计准则，从而使得液压元件上午噪声评价能在设计阶段进行，这将成为工程机械领域又一重点研究方向。结束语

近年来，国内工程机械得到迅猛发展，应用领域也不断拓展，本文主要针对工程机械液压控制技术的研究进展与展望进行了浅要分析，对于当前的研究进展，主要从电子控制自动化、智能化、节能和环保等方面做了前要分析，然后在此基础上对工程机械液压控制技术的未来发展方向进行展望。

参考文献：

[1]李秀兰，韩顺杰.工程车辆节能技术研究[J].长春大学学报，2007（04）.[2]柏红专.工程机械液压传动系统的污染及控制措施[J].凿岩机械气动工具，1994（03）.[3]王庆丰，魏建华，吴根茂，张彦廷.工程机械液压控制技术的研究进展与展望[J].机械工程学报，2004（01）.

第二篇：工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望

工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望

柴油机具有高热效率、大功率等特点，有着良好的经济性和可靠性，在工程机械领域得到了广泛的应用，如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。虽然柴油机具有许多优点，但是其所排放的尾气中有害成分较多，主要有HC、CO、SO、NO和PM（微粒）。尤其是在施工现场，由于工程机械和运输车辆来往比较频繁，加之通风条件的限制，这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面，极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行，因此，对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。1 燃料方面的控制措施 1.1 代用燃料

采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。目前，代用燃料主要有天然气、压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚（DEM），碳酸二甲酯（DMC）及生物柴油等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。

甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。利用醇类燃料发动机的动力性和经济性可接近或超过柴油机和汽油机，排气的有害成分少，是一种很有发展前景的燃料。但是，甲醇和乙醇燃烧时会放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。

二甲醚（DEM）是近年来倍受关注的柴油机代用燃料，它可从煤、天然气和生物物质废料中制得。DEM的自燃性很好，可作为单燃料直接代替柴油；能够实现发动机高效、柔和压缩燃烧，具有与柴油机相同或略高的动力性和经济性能；最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放，NOx排放比柴油机低30%以上，若同时采用废气再循环时，可将NO排放进一步降低到一般柴油机的50%达到PM和NO的同时降低。

碳酸二甲酯（DMC）中含有53.3%的氧，燃烧所产生的碳烟和颗粒比纯柴油低；据报道，保加利亚生物燃料和再生能源协会通过加工使用过的食用油，来生产生物柴油，年产量可达300吨。它实际上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生产原料为向日葵、大豆等等。市场售价每升为0.5美元的这种生物柴油，可以替代柴油，也可与柴油混合使用。而且，它完全由可再生原料提炼而成，在燃烧过程中产生的二氧化碳量大大低于普通柴油，对环境的污染比普通柴油小得多。目前，已有美国、德国、巴西、阿根廷等投入生产。

另外也有一种生物柴油，是以废餐饮油等为原料制成的液体燃料。其基本制作过程为：垃圾油加入反应罐后，通过一种微酸性催化剂技术，使得其醇解和酯化可同时进行，反应速度也明显加快。另外，通过一种金属盐处理剂，解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本，使得生物柴油从实验室走进了生产车间。1.2 燃油的改性

1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高，着火延迟期越短，点火质量越好；各种污染物的排放一般随柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，着火延迟期缩短，点火质量差，预混合燃烧量过多，运转粗暴，噪声加大，黑烟和NO排放增加。增加柴油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NO的排放。（十六烷值不能太高，太高，柴油燃烧时易裂解）

1.2.2降低芳香烃在燃油中的含量。芳香烃的密度比较大，着火性比较差，燃烧过程中会产生更多的碳黑，使尾气中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。因此，降低芳香烃的含量可以有效地控制有害污染物的排放。1.2.3降低燃油中的含S量。在燃烧过程中柴油中的S有1%~3%转化为硫酸盐排出；其余的主要转化为SO，Van Beckhoven研究发现：在直喷柴油机中，燃油中S份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低10%~30%。Bartlett报道说在所有轻型柴油机中，燃油中硫份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低大约7%。

1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指标，它们将影响柴油的喷雾质量，进而影响柴油机的排放情况。降低柴油的密度，可使HC和排放中的颗粒物减少。燃料密度从840kg/m3减少到800kg/m3，微粒排放物将减少13%。1.2.5利用燃油添加剂。经常使用的有十六烷值改进添加剂、消除积炭添加剂和消烟剂等，但是这些添加剂使用后的作用并不理想，有的还有负面影响。比如应用较多的消烟添加剂，将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，加入少量后可显著降低柴油机的排气烟度，但微粒的排放量反而增加，且这些金属对人体有害，现在已不推荐使用。

通过以上分析可以看出，柴油机燃料方面的控制措施主要有以下几种：采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；选择适当的柴油粘度，降低柴油的表面张力；降低密度；减少柴油中的含硫量和芳香烃含量。这些技术措施都有助丁降低柴油机尾气有害排放物。柴油机机内净化技术

柴油机机内净化技术主要是改善油气混合气，防止局部过量空气系数超过0.9（这有利于NO的生产）和低于0.6（这有利于碳烟的生产）。降低微粒和碳烟的排放与改善燃烧过程是一致的，使柴油机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。但是这些减少措施往往会增加NO的排放，这为柴油机的排放控制造成了特殊的困难。因此在确定尾气净化措施时，需要从目前先进的净化技术出发，根据机器性能，采取多种措施综合使用，才能达到净化的目的。

2.1采用新的燃烧方式

传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。主要燃烧是λ≈l处的扩散燃烧，火焰温度高，极易产生NOx，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题。美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统（HCCI）和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程（PREDIC）等均是采用这种思路。采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度，可大幅度降低NOx，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%，预混稀薄燃烧方式目前还处于研究阶段，离实用还有一定距离，但是前景非常可观。2.2喷油系统的改进 2.2.1喷油规律改进

合理的喷油规律应该是：初期喷油速率不宜过高，以抑制NOx生成；中期应急速喷油，提高喷油速率和喷油压力，以加速扩散燃烧速度，防止PM升高和热效率的恶化；后期要迅速结束喷射，避免燃烧不完全及PM增加。在没有电控燃油喷射条件下，通过改变油泵凸轮形状，对喷油规律加以改进，传统凸轮为切线凸轮，改进凸轮为凹弧型凸轮，其供油规律具有初期低、中期急速及补燃期不拖长的特征。通过在某6105柴油机上验证试验，发现改进后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油经济性略有恶化

为了实现先缓后急的喷油规律，也可使用双弹簧喷油器即为双开启压力喷油器，在油压上升时首先克服第一级较软的弹簧压力，使针阀略微顶起，由于流通面积很小，燃油喷射的速率较低；当油压升高到克服第二级弹簧压力时开始主喷射。

2.2.2提高喷油压力和减小喷孔直径

提高喷油压力和减少喷孔直径可以使燃油的喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油和空气接触的表面积，加速燃油和空气的混合，明显地降低颗粒PM中碳的排放。高压喷射会导致NOx的增加，如采用推迟喷油时间和EGR等方法，以达到控制颗粒PM和NOx排放的目的。高压喷射系统需要和燃烧室良好匹配，以避免过多的燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和颗粒PM中有机可溶物SOF排放；高压喷射技术对喷油系统提出了十分苛刻的要求。要求整个系统有极高的强度、刚度和密封性。此种措施也必须和其他改进方法相结合才能达到更好的效果。

提高喷油压力可以有效地降低柴油机的微粒排放；减少燃油平均滴径，促进混合气形成；降低发动机最大压力升高率、降低燃烧噪声。2.2.3喷油正时与喷油速率的配合

控制柴油机的喷油正时是控制柴油机排放的重要手段，推迟喷油正时是降低柴油机排放中NOx浓度的简单而有效的措施之一。NOx对喷油正时的影响非常敏感，当喷油正时与设定值相差1℃A时，NOx将提高15%左右。为了减少NOx的排放，喷油正时正在逐步推迟，向上止点方向靠近。目前采用电控喷射的喷油正时已减少到上止点前5℃A左右。喷油速率对有害气体的排放有较大的影响，在实用中，常把推迟喷油正时与提高喷油速率同时使用，使单独使用推迟喷油正时引起的CO升高受到抑制，从而使CO和NOx排放均得到降低。

2.2.4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，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性，形成先导喷射（预喷射）＋主喷射的模式。为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。采用过后喷射会加大HC排放和耗油增加。在不同工况下要获得良好的效果，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这对于机械式喷油系统是很难想象的，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。2.3进气系统的改进

目前，柴油机的发展趋势是，提高喷油压力、降低涡流强度，以减少进气的压力损失，配合多气门小孔径喷油器来获得良好的混合气。2.3.1采用增压中冷技术

废气涡轮增压可提高进气压力、增大空气的供给量，提高了气缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，使燃油燃烧完全，可使柴油机颗粒状物质的排放量降低50%左右，并减少了CO和HC的排放。增压后，燃油消耗率下降，CO和HC也会进一步降低。同时使进气温度提高而使燃烧温度增加，致使增压后NOx比非增压要高。对此可采用增压中冷的方法使进气温度降低，以控制NOx的恶化。据资料介绍，进气温度降低0~5℃，最高燃烧温度和排气温度可降低1~3℃利用中冷技术，NOx的排放量可降低60%/-70%。所以采用增压中冷是降低车用柴油机排气排放物的有效措施之一。2.3.2多气门设计

采用多气门设计主要是为了扩大进排气门的总流通总面积，提高进气充量，使柴油的燃烧更彻底；实现进气涡流比可变。在实现这些目标时，它对柴油机排放亦产生较大影响。该影响来自两个方面，一是采用4气门技术时有利于喷油器布置在气缸轴线附近，使油气混合均匀，燃烧及早结束，有利于降低NOx、另外，4气门使燃烧室凹坑内产生较大涡流，减少涡流死区，有利于降低PM。二是可关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气涡流强度。变涡流比影响，研究人员对某6108柴油机进行了涡流比变化对NOx，PM的影响试验，该机为4气门结构，与双进气门配合的双进气道为长螺旋气道和短切向气道，切向气道涡流近于零，并可节流，以此实现涡流比可变。在低转速时，关闭切向气道，即可获高涡流比，从而提高低速时的混合气质量，改善柴油机的经济性、动力性和排放。2.4优化燃烧系统

优化燃烧系统指的是供油系统、进气流动和燃烧室的形状的最佳匹配。单独看来，采用何种强度的涡流、何种程度的高压喷油、何种形式的燃烧室，没有最佳方案。但三者的最佳配合就是最优组合。例如，当喷油压力较低需要借助高强度气流运动来加速油气混合，在重型车用柴油机上，采用较高的喷油压力和较多的喷孔数，可以使进气涡流降低。中央带凸起的燃烧室气流运动较强，且可维持较长的时间，这对加速扩散燃烧有利。中央带凸起的燃烧室燃烧过程急速，主燃期较短，适当延迟供油定时可在油耗率和烟度变化不大的前提下大幅度降低NOx排放。

目前，直喷式柴油机的发展趋势是，提高喷油压力；增加喷油器的喷孔数，减少孔径；根据柴油机工况优化喷油定时，使喷油正时不仅随转速而且能随负荷的变化自动调节。采用分隔式燃烧室，由于火焰高峰温度较低，不利于NOx的生成；碳烟大部分在副燃烧室中产生，进入主燃烧室后，大部分被氧化，有效地减少颗粒和HC排放，分隔式燃烧室比同规格的直喷式燃烧室NOx的排放量低1/3－1/2。新开发的燃烧系统采用强烈持续的后期扰动，可有效降低碳烟和微粒的排放，几近似于无烟。这又为进一步采用废气再循环或推迟喷油提前角来降低NOx排放创造了条件。2.5应用柴油机电控技术

采用电子控制不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且在EGR、放气阀或可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应是能使燃油经济性和废气排放均获得优化。

电子控制柴油机高压喷射技术（如电控高压共轨喷射）的应用可使柴油机通过最佳喷油正时、最佳喷油率和预喷射，与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，采用先导喷射及多次喷射技术，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这些显然只有在电控高压共轨系统中才能良好地实现。大大降低了颗粒排放，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。电控高压喷射控制对喷油规律进行控制，能根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，可同时降低有害排放和控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。共轨式电控喷射技术是目前最先进的柴油机电控喷射技术，共轨系统的开发、应用与研究工作在国外报道较多，然而在国内，这方面的研究还处于起步阶段。2.6采用废气再循环（EGR）

废气再循环（EGR）是再保证内燃机动力性不降低的前提下，将一部分排气导入进气系统中，和新鲜混合气混合后再进入气缸参加燃烧，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低NOx的排放。利用废气再循环（EGR）来降低NOx，的排放，需要与电子控制结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对EGR率和EGR时机进行控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低尾气中NOx的排放。

目前，EGR在汽油机上的应用比较成功，而在柴油机上却不尽人意。主要原因在于，柴油机排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入气缸会增加活塞环和缸套的磨损，还会稀释润滑油并加速其变质。柴油机采用EGR相当于将一定数量的CO和水蒸气添加到进气空气中而成为一种稀释剂，EGR率增大还使进气工质的密度和O浓度下降，致使缸内可燃混合气的燃烧速度和燃烧温度均有所降低，最终导致发动机的动力性和经济性下降，HC，CO和PM排放增加。发动机处于中小负荷工况时，采用EGR的效果十分显著。当EGR率为30%左右时，发动机的排放及综合性能较好：采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显，且发动机经济性的下降并不突出。发动机在大负荷工况时，若采用EGR，则会导致发动机的经济性和动力性明显下降，另外，还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质。因此大负荷工况时不宜采用EGR。

涡轮增压柴油机在30%~50%负荷以上的工况下.平均排气压力低于平均进气压力。故排气再循环难以实现。为此，各国学者提出了多种在增压柴油机上实现排气再循环的方案。主要有：通过调整正时实现内部EGR；在进气管或排气管内装节流阀，通过节流来降低进气压力或提高排气压力；通过辅助装置或活塞本身的压力将废气压入进气管；通过在进气管加装文曲利管（Venturi Pipe），降低EGR接头处的进气压力；利用压力波动等。其中采用文曲利管EGR系统能较方便地在高工况下实现排气再循环.并且附加泵气损失少、成本不高、有很大的优越性。

2.7防止机油的泄漏

柴油机尾气排放中PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。PM可分为可溶性有机物（SOF）和不可溶有机物（IOF）两部分，两者所占的比例大约为39%和61%。在SOF中，由机油产生的PM占绝大部分，约占PM总量的29%；机油除产生SOF外也产生IOF，来自机油的PM总计占PM总量34%。同时，窜入燃烧室中不完全燃烧的机油随尾气排出，是形成柴油机排放的蓝烟的重要组成部分。因此，必须尽量防止和减少机油窜入燃烧室，这应通过改进润滑油系统设计，减少裙部间隙，优化活塞、活塞环和气缸表面的设计，提高气缸套圆度及改进进气门挺杆的密封等措施，减少从气门推杆泄漏的机油等措施来实现。2.8加水燃烧

在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃烧时液态水受热变为汽态时，吸收汽化潜热，使燃烧温度和压力下降，以致在提高燃油蒸发速度的同时，减少了热裂反应，从而抑制NOx的生成，同时，由于液态水受热变为汽态会形成“爆炸”，具有进一步雾化的作用，使燃料和空气进一步混合，减少PM的排放。

实验证明：当喷水量等于燃油量时，NOx＋HC的排放将降低50%左右，而功率仅仅降低4%，降低排放效果较好。但是，进气管喷水会造成进气管、气缸腐蚀增加，油底壳易积水，并要求喷水量能随发动机负荷的改变而调节，这在设计和l结构上存在一定的困难。3 柴油机尾气后处理技术

柴油机尾气中氧含量较高，HC和CO的含量比汽油机低的多，其主要有害物是NOx和碳烟，因此柴油机尾气净化的重点是降低NOx和减少碳烟。措施为用选择性还原催化转化器在富氧条件下还原NOx，用氧化催化转化器降低HC和CO的排放量和颗粒PM状物质中的有机成分；用微粒过滤装置收集柴油机排气中的颗粒状物质等。

3.1 NOx的后处理措施

去除NOx的最理想的方法是将NO催化分解为N和O，但是在O和SO作用下催化剂很快失活，因而这种方法的实用前景渺茫。目前，柴油机尾气NOX净化研究主要从选择性催化还原和吸附一催化还原两条技术路线入手，碳素纤维还原技术。

选择性催化还原最重要的是确定还原剂和催化剂。研究者对NH3选择性催化还原柴油机排气NOX也进行过尝试，结果表明其净化率可达65%以上.但是，这种方法只适合于固定式柴油机排气的净化处理，对于运行工况多变的柴油车，因存在NH3泄漏问题而不适用。1990年，1wamoto和Held分别报道在Cu/ZSM一5催化剂上，HC能选择性催化还原NOx，到目前为止，研究过的催化剂可分为负载型贵金属、负载型金属氧化物和离子交换的沸石三大类。拓宽催化剂或催化剂一还原剂组合的活性温度范围，提高催化剂在S02和水热环境中的稳定性是今后的努力方向。

吸附一催化还原NO是在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属（或稀土金属），影响吸附一还原催化剂性能的主要因素是吸附剂在柴油机尾气温度下吸附NO的容量及其抗SO2和CO2毒害能力，提高这两方面的性能是今后的努力目标。吸附一催化还原已被日本汽车生产厂家证明适用于部分新车型的NOX净化，但这种方法在一定程度上牺牲了燃料的经济性，还要求燃料含S量非常低。对于超低S燃料，现有吸附一催化还原技术可将NOX降低90%。适用于S高含量燃料的吸附一催化技术目前尚在开发之中。

对于同时净化PM和NO的技术，部分研究结果表明，在钙钛和贵金属催化剂上碳粒能还原NOx。最近，日本丰田公司开发出一种连续式同时催化净化PM和NOX并对NO和HC也具有较好的净化作用，所以有望在同一种催化剂上同时净化PM，NO，CO和HC，即开发出所谓的“四效催化剂”，其开发成功无疑将极大地推动柴油机尾气控制技术的进步。

采用碳素纤维加载低电压技术，可有效减少NOx的排放。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOX排放明显降低。目前，该技术正处于研究阶段，尚未取得突破性进展，同时该技术净化效果的发挥必须以微粒的有效消除为基础。对不同基材的活性碳素纤维采用硝酸浸渍，并以此作为直接还原剂，以达到脱除NO的目的。如采用硝酸浸渍的沥青基、粘胶基、聚丙稀晴基等为原材料制成的活性碳素纤维。不过，这些研究仍处于试验室阶段。3.2 PM的后处理技术

3.2.1加装氧化催化转化器 柴油机PM后处理技术包括催化氧化和过滤。柴油机加装氧化催化转换器是一种有效的机外净化排气中的可燃气体和可溶性SOF有机组分的常用措施。采取此措施（以铂Pt、钯Pd贵重金属作为催化剂）能使HC、CO减少50%，颗粒PM减少50%~70%，其中的多环芳烃和硝基多环芳烃也有明显减少。

但是，氧化催化器的缺点是会将排气中的SO2氧化为SO，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，额外增加颗粒物质排放量。美国最近针对新型柴油机进行的一项示范研究表明，当使用S的质量分数为368×10－6的柴油时，催化氧化可使瞬态工况条件下的PM排放降低23%~29%，HC降低52%~58%若改用S的质量分数为54×10－6的柴油，PM可降低13%。所以，柴油机氧化催化器一般适用于含硫量较低的柴油燃料；并要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特性、废气的流速和催化转换器的大小以及废气流入转换器的进口温度等正常，使净化效果达到最佳。

3.2.2采用微粒捕集器

微粒捕集器由微粒过滤器和再生装置组成。微粒捕集器通过其中有极小孔隙的过滤介质（滤芯）捕集柴油机排气中的固态碳粒和吸附可溶性有机成分的碳烟。

微粒捕集器的工作主体是滤芯，目前常用的过滤材料有：金属丝网、陶瓷纤维、泡沫陶瓷和壁流式蜂窝陶瓷等。滤芯决定过滤器的过滤效率、工作可靠性、使用寿命以及再生技术的使用和再生效果。滤芯应满足较高的性能指标：具有较高的过滤效率，具有大的过滤面积耐热冲击性好，具有较强的机械性能指标，热稳定性好，能承受较高的热负荷具有较小的热膨胀系数通过性好，流通阻力小在外形尺寸相同的情况下，背压小，背压增长率低，适应再生能力强质量轻。目前，最常使用的过滤材料为堇青石（其主要成分为MgO.AlO.SiO）和碳化硅晶体SiC。

微粒捕集器对碳的过滤效率较高，可达到60%。在过滤过程中，会导致柴油机排气背压升高，当排气背压达到16~20kPa时，柴油机性能开始恶化，因此必须定期地除去颗粒，使过滤器恢复到原来的工作状态，即过滤器再生。微粒捕集器的再生方式可分为“被动”再生和“主动”再生：“被动”方式即为催化再生，是在过滤器载体上浸渍催化剂或在燃油中加入添加剂来降低颗粒的氧化反应的活化能，降低碳粒的起燃温度来实现颗粒过滤器的再生；“主动”再生方式又称为“热再生”，即外加能量（热能）的再生方式，利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤器内的微粒PM。根据外加能量的形式可分为：全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生和微波再生等。随后又开发出CRT（连续再生捕集器）系统、节流再生、逆向喷气再生、振动再生等几种非加热再生方式。

就目前而言，在再生过滤器的研究中需进一步解决的问题有：降低再生温度，进一步降低再生所需要的能量。在柴油机的排气温度下使其能有效地再生，达到减少能量损耗和简化机构的目的：对于使用气压制动的车辆，逆向喷气再生技术是今后的一个发展方向。但其结构和能量的来源以及可靠性都有待于进一步深入研究。连续再生将是以后一个重要的发展方向，但就中国而言，由于受柴油中的硫含量太高的影响（要求为50×10），国内在相当长的时间内受化工技术的影响不能使用。

在各种柴油机微粒捕捉器再生技术中，除连续再生外，都要对再生时机进行判断，即进行再生控制，再生控制系统是微粒捕捉器不可缺少的部分。现代自动捕集器系统已经具备在线诊断系统形式的电子监测，并同时控制再生过程，除了简单地监测背压，还用复杂的运算来确定烟尘装载量。最新开发的烟尘传感器（如测电导率）可连续监控排气的清洁度，保证了捕集器在正确的时机进行再生。3.2.3静电式微粒收集器

柴油机排气微粒中有70%~80%呈带电状态，每个带电微粒约带1~5个基本正电荷或负电荷，整体呈电中性。目前利用附加强电场对呈带电特性的碳烟微粒进行静电吸附，并取得了一定的试验成果。但目前的问题是设备体积过大，成本太高，在车辆上使用最困难的是高压电的供给及收集中防止二次分散及反电晕等问题。但是随着技术的发展也是极有前景的。3.2.4电压捕集技术

在柴油机排气管的上下游分别装金属网，网间加约50V直流电压。一般上游的金属网网格较大，加负电压；下游的金属网网格较密，加正电压。当微粒经过上游金属网时带上负电，经过下游带正电的金属网时被吸附，从而达到微粒净化的目的，这种方法装置简单且过滤效率高。3.2.5脉冲电晕等离子体化学处理技术

此种技术利用5－20eV的高能电子轰击反应器中的气体分子NOx，SO，O，HO等。经过激活、分解、电离等过程产生很强的自由基COH，HO，原子氧（O）和臭氧等，强氧化物迅速氧化掉碳粒、NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入适当的添加剂（NH等）则生成相应的铵盐，可通过滤清器和静电除尘收集产物，从而达到减少污染的目的。但由于本过程产生了新的盐类和其它化学成份，有可能形成二次污染，目前尚处于理论研究和实验室内的应用。3.2.6静电旋风技术

研究人员对静电旋风技术捕集去除柴油机PM的效果进行了探索性研究。结果表明，借助高压脉冲静电作用不仅能较好地捕集柴油机排气PM，而且尾气中的HC和NOx也有一定的去除作用。静电旋风捕集器具有排气阻力小、清灰简单等优势。4 结束语 4.1燃料方面

目前的发展方向是采用代用燃料，提高石油冶炼技术，研制新型柴油添加剂，消除柴油中的硫，减少燃油中的芳烃成分，降低柴油中不饱和烃的含量，提高柴油的品质，从源头上解决尾气排放的问题。

4.2机内净化技术

柴油机尾气排放控制的发展方向将是采用多种措施综合应用。运用电子控制技术，通过对柴油机优化设计，采用增压中冷、EGR来达到最优配合。4.3尾气后处理技术

催化剂、氧化剂和还原剂是发展的方向，此外微粒捕集器的再生技术以及去除微粒的非过滤技术也有待于发展。

第三篇：工程机械柴油机尾气控制技术现状与展望

柴油机具有高热效率、大功率等特点，有着良好的经济性和可靠性，在工程机械领域得到了广泛的应用，如压路机、装载机、挖掘机、推土机等都是以柴油机作为动力。虽然柴油机具有许多优点，但是其所排放的尾气中有害成分较多，主要有HC、CO、SO、NO和PM(微粒)。尤其是在施工现场，由于工程机械和运输车辆来往比较频繁，加之通风条件的限制，这些工程机械排放的有害气体严重超标且会弥漫于整个上作面，极大地危害了施工人员的身体健康和施工的正常进行，因此，对柴油机排放的尾气进行控制和净化具有十分重要的意义。

1燃料方面的控制措施

1.1代用燃料

采用代用燃料将是控制柴油机和汽油机排放的重要方法之一，并且由于化石燃料有限，寻找代用燃料更成为当前内燃机研究的热门话题。目前，代用燃料主要有天然气、压缩天然气(CNG)、液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、氢气、甲醇、乙醇、二甲醚(DEM)，碳酸二甲酯(DMC)及生物柴油等，其中甲醇、天然气、液化石油气被认为是最有前途的清洁能源的代用燃料。其中CNG，LPG，甲醇一汽油汽车在我国得到了政府的大力支持并得到迅速发展。

甲醇可从天然气、煤及生物质等原料中提取；乙醇主要是含糖和淀粉的农作物发酵后制得。利用醇类燃料发动机的动力性和经济性可接近或超过柴油机和汽油机，排气的有害成分少，是一种很有发展前景的燃料。但是，甲醇和乙醇燃烧时会放出甲醛和乙醛等有害成分，因而在使用上受到限制。

二甲醚(DEM)是近年来倍受关注的柴油机代用燃料，它可从煤、天然气和生物物质废料中制得。DEM的自燃性很好，可作为单燃料直接代替柴油；能够实现发动机高效、柔和压缩燃烧，具有与柴油机相同或略高的动力性和经济性能；最突出的优点是DEM能够彻底消除排烟和实现超低排放，NOx排放比柴油机低30%以上，若同时采用废气再循环时，可将NO排放进一步降低到一般柴油机的50%达到PM和NO的同时降低。

碳酸二甲酯(DMC)中含有53.3%的氧，燃烧所产生的碳烟和颗粒比纯柴油低；据报道，保加利亚生物燃料和再生能源协会通过加工使用过的食用油，来生产生物柴油，年产量可达300吨。它实际上是甲基酯菜籽油或甲基酯植物油，生产原料为向日葵、大豆等等。市场售价每升为0.5美元的这种生物柴油，可以替代柴油，也可与柴油混合使用。而且，它完全由可再生原料提炼而成，在燃烧过程中产生的二氧化碳量大大低于普通柴油，对环境的污染比普通柴油小得多。目前，已有美国、德国、巴西、阿根廷等投入生产。

另外也有一种生物柴油，是以废餐饮油等为原料制成的液体燃料。其基本制作过程为：垃圾油加入反应罐后，通过一种微酸性催化剂技术，使得其醇解和酯化可同时进行，反应速度也明显加快。另外，通过一种金属盐处理剂，解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本，使得生物柴油从实验室走进了生产车间。1.2燃油的改性

1.2.1提高十六烷值。柴油的十六烷值越高，着火延迟期越短，点火质量越好；各种污染物的排放一般随柴油十六烷的增加而下降，十六烷值不足，着火延迟期缩短，点火质量差，预混合燃烧量过多，运转粗暴，噪声加大，黑烟和NO排放增加。增加柴油的十六烷值，能有效地降低发动机尾气颗粒PM、CO和NO的排放。

1.2.2降低芳香烃在燃油中的含量。芳香烃的密度比较大，着火性比较差，燃烧过程中会产生更多的碳黑，使尾气中的CO，HC，NO以及PM都有所增加。因此，降低芳香烃的含量可以有效地控制有害污染物的排放。

1.2.3降低燃油中的含S量。在燃烧过程中柴油中的S有1%~3%转化为硫酸盐排出；其余的主要转化为SO，Van Beckhoven研究发现：在直喷柴油机中，燃油中S份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低10%~30%。Bartlett报道说在所有轻型柴油机中，燃油中硫份从0.30降低0.05wt%，微粒排放量将降低大约7%。

1.2.4降低密度。柴油密度、粘度是柴油重要的理化指标，它们将影响柴油的喷雾质量，进而影响柴油机的排放情况。降低柴油的密度，可使HC和排放中的颗粒物减少。燃料密度从840kg/m3减少到800kg/m3，微粒排放物将减少13%。

1.2.5利用燃油添加剂。经常使用的有十六烷值改进添加剂、消除积炭添加剂和消烟剂等，但是这些添加剂使用后的作用并不理想，有的还有负面影响。比如应用较多的消烟添加剂，将金属钡、镁、锌等可溶性碱化盐或中性盐作为消烟添加剂，加入少量后可显著降低柴油机的排气烟度，但微粒的排放量反而增加，且这些金属对人体有害，现在已不推荐使用。

通过以上分析可以看出，柴油机燃料方面的控制措施主要有以下几种：采用代用燃料；提高燃料的十六烷值；选择适当的柴油粘度，降低柴油的表面张力；降低密度；减少柴油中的含硫量和芳香烃含量。这些技术措施都有助丁降低柴油机尾气有害排放物。

2柴油机机内净化技术

柴油机机内净化技术主要是改善油气混合气，防止局部过量空气系数超过0.9(这有利于NO的生产)和低于0.6(这有利于碳烟的生产)。降低微粒和碳烟的排放与改善燃烧过程是一致的，使柴油机达到混合均匀、燃烧充分、工作柔和、启动可靠、排放较少的要求。但是这些减少措施往往会增加NO的排放，这为柴油机的排放控制造成了特殊的困难。因此在确定尾气净化措施时，需要从目前先进的净化技术出发，根据机器性能，采取多种措施综合使用，才能达到净化的目的。

2.1采用新的燃烧方式

传统的柴油机燃烧分为预混合燃烧和扩散燃烧两个部分。主要燃烧是λ≈l处的扩散燃烧，火焰温度高，极易产生NOx，采用稀薄的均匀混合气可解决这一问题。美国西南研究院提出的均匀充量压缩燃烧系统(HCCI)和日本ACE研究所的预混稀薄燃燃烧过程(PREDIC)等均是采用这种思路。采用预混稀薄燃燃烧方式减少或消除了扩散燃烧，稀混合气可降低燃烧温度，可大幅度降低NOx，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%，预混稀薄燃烧方式目前还处于研究阶段，离实用还有一定距离，但是前景非常可观。

2.2喷油系统的改进

2.2.1喷油规律改进

合理的喷油规律应该是：初期喷油速率不宜过高，以抑制NOx生成；中期应急速喷油，提高喷油速率和喷油压力，以加速扩散燃烧速度，防止PM升高和热效率的恶化；后期要迅速结束喷射，避免燃烧不完全及PM增加。

在没有电控燃油喷射条件下，通过改变油泵凸轮形状，对喷油规律加以改进，传统凸轮为切线凸轮，改进凸轮为凹弧型凸轮，其供油规律具有初期低、中期急速及补燃期不拖长的特征。通过在某6105柴油机上验证试验，发现改进后，NOx降低6%~13%，PM降低80/15%，但燃油经济性略有恶化

为了实现先缓后急的喷油规律，也可使用双弹簧喷油器即为双开启压力喷油器，在油压上升时首先克服第一级较软的弹簧压力，使针阀略微顶起，由于流通面积很小，燃油喷射的速率较低；当油压升高到克服第二级弹簧压力时开始主喷射。

2.2.2提高喷油压力和减小喷孔直径

提高喷油压力和减少喷孔直径可以使燃油的喷雾颗粒进一步细化，以增大燃油和空气接触的表面积，加速燃油和空气的混合，明显地降低颗粒PM中碳的排放。高压喷射会导致NOx的增加，如采用推迟喷油时间和EGR等方法，以达到控制颗粒PM和NOx排放的目的。高压喷射系统需要和燃烧室良好匹配，以避免过多的燃油喷射到气缸的冷表面上，减少HC和颗粒PM中有机可溶物SOF排放；高压喷射技术对喷油系统提出了十分苛刻的要求。要求整个系统有极高的强度、刚度和密封性。此种措施也必须和其他改进方法相结合才能达到更好的效果。

提高喷油压力可以有效地降低柴油机的微粒排放；减少燃油平均滴径，促进混合气形成；降低发动机最大压力升高率、降低燃烧噪声。

2.2.3喷油正时与喷油速率的配合

控制柴油机的喷油正时是控制柴油机排放的重要手段，推迟喷油正时是降低柴油机排放中NOx浓度的简单而有效的措施之一。NOx对喷油正时的影响非常敏感，当喷油正时与设定值相差1℃A时，NOx将提高15%左右。为了减少NOx的排放，喷油正时正在逐步推迟，向上止点方向靠近。目前采用电控喷射的喷油正时已减少到上止点前5℃A左右。喷油速率对有害气体的排放有较大的影响，在实用中，常把推迟喷油正时与提高喷油速率同时使用，使单独使用推迟喷油正时引起的CO升高受到抑制，从而使CO和NOx排放均得到降低。

2.2.4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，促进混合气形成，以缩短缓燃期，保证良好的经济性和动力性，形成先导喷射(预喷射)＋主喷射的模式。为了同时降低NOx和PM的排放也可采用多次喷射的方法，即先导喷射和主喷射结束后再喷入少量的燃油形成过后喷射，过后喷射可促进碳烟的氧化，降低PM的排放。采用过后喷射会加大HC排放和耗油增加。在不同工况下要获得良好的效果，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这对于机械式喷油系统是很难想象的，只有电控高压共轨喷油系统才能胜任。

2.3进气系统的改进

目前，柴油机的发展趋势是，提高喷油压力、降低涡流强度，以减少进气的压力损失，配合多气门小孔径喷油器来获得良好的混合气。

2.3.1采用增压中冷技术

废气涡轮增压可提高进气压力、增大空气的供给量，提高了气缸内平均有效压力、过量空气系数和整个循环的平均温度，使燃油燃烧完全，可使柴油机颗粒状物质的排放量降低50%左右，并减少了CO和HC的排放。增压后，燃油消耗率下降，CO和HC也会进一步降低。同时使进气温度提高而使燃烧温度增加，致使增压后NOx比非增压要高。对此可采用增压中冷的方法使进气温度降低，以控制NOx的恶化。据资料介绍，进气温度降低0~5℃，最高燃烧温度和排气温度可降低1~3℃利用中冷技术，NOx的排放量可降低60%/-70%。所以采用增压中冷是降低车用柴油机排气排放物的有效措施之一。

2.3.2多气门设计

采用多气门设计主要是为了扩大进排气门的总流通总面积，提高进气充量，使柴油的燃烧更彻底；实现进气涡流比可变。在实现这些目标时，它对柴油机排放亦产生较大影响。该影响来自两个方面，一是采用4气门技术时有利于喷油器布置在气缸轴线附近，使油气混合均匀，燃烧及早结束，有利于降低NOx、另外，4气门使燃烧室凹坑内产生较大涡流，减少涡流死区，有利于降低PM。二是可关闭部分通道，形成与柴油机转速相适应的进气涡流强度。变涡流比影响，研究人员对某6108柴油机进行了涡流比变化对NOx，PM的影响试验，该机为4气门结构，与双进气门配合的双进气道为长螺旋气道和短切向气道，切向气道涡流近于零，并可节流，以此实现涡流比可变。在低转速时，关闭切向气道，即可获高涡流比，从而提高低速时的混合气质量，改善柴油机的经济性、动力性和排放。

2.4优化燃烧系统

优化燃烧系统指的是供油系统、进气流动和燃烧室的形状的最佳匹配。单独看来，采用何种强度的涡流、何种程度的高压喷油、何种形式的燃烧室，没有最佳方案。但三者的最佳配合就是最优组合。例如，当喷油压力较低需要借助高强度气流运动来加速油气混合，在重型车用柴油机上，采用较高的喷油压力和较多的喷孔数，可以使进气涡流降低。中央带凸起的燃烧室气流运动较强，且可维持较长的时间，这对加速扩散燃烧有利。中央带凸起的燃烧室燃烧过程急速，主燃期较短，适当延迟供油定时可在油耗率和烟度变化不大的前提下大幅度降低NOx排放。

目前，直喷式柴油机的发展趋势是，提高喷油压力；增加喷油器的喷孔数，减少孔径；根据柴油机工况优化喷油定时，使喷油正时不仅随转速而且能随负荷的变化自动调节。采用分隔式燃烧室，由于火焰高峰温度较低，不利于NOx的生成；碳烟大部分在副燃烧室中产生，进入主燃烧室后，大部分被氧化，有效地减少颗粒和HC排放，分隔式燃烧室比同规格的直喷式燃烧室NOx的排放量低1/3-1/2。新开发的燃烧系统采用强烈持续的后期扰动，可有效降低碳烟和微粒的排放，几近似于无烟。这又为进一步采用废气再循环或推迟喷油提前角来降低NOx排放创造了条件。

2.5应用柴油机电控技术

采用电子控制不仅可以提高喷油定时和喷油量的控制精度，而且在EGR、放气阀或可变几何涡轮增压等空气控制部件也可以用电子控制技术进行柔性或精确控制。控制系统最理想的方案应是能使燃油经济性和废气排放均获得优化。

电子控制柴油机高压喷射技术(如电控高压共轨喷射)的应用可使柴油机通过最佳喷油正时、最佳喷油率和预喷射，与发动机转速、负荷之间的关系进行连续调节，采用先导喷射及多次喷射技术，先导喷射油量、过后喷射油量以及各次喷射的间隔角度和时刻的控制精度都有严格的要求，这些显然只有在电控高压共轨系统中才能良好地实现。大大降低了颗粒排放，并且发动机过渡工况的排放性能也可得到显著改善。电控高压喷射控制对喷油规律进行控制，能根据发动机运行工况实现最佳喷油，同时通过控制预混合燃烧与扩散燃烧的比例，可同时降低有害排放和控制发动机的空燃比，有利于实现有效的机外净化措施。共轨式电控喷射技术是目前最先进的柴油机电控喷射技术，共轨系统的开发、应用与研究工作在国外报道较多，然而在国内，这方面的研究还处于起步阶段。

2.6采用废气再循环(EGR)

废气再循环(EGR)是再保证内燃机动力性不降低的前提下，将一部分排气导入进气系统中，和新鲜混合气混合后再进入气缸参加燃烧，通过降低燃烧室燃烧的最高温度来降低NOx的排放。利用废气再循环(EGR)来降低NOx，的排放，需要与电子控制结合，根据柴油机负荷、转速、冷却水温度传感器及启动开关信号，由ECU对EGR率和EGR时机进行控制，保证在对柴油机性能影响不大的条件下，降低尾气中NOx的排放。

目前，EGR在汽油机上的应用比较成功，而在柴油机上却不尽人意。主要原因在于，柴油机排放中大量的PM和其他有害排放物直接引入气缸会增加活塞环和缸套的磨损，还会稀释润滑油并加速其变质。柴油机采用EGR相当于将一定数量的CO和水蒸气添加到进气空气中而成为一种稀释剂，EGR率增大还使进气工质的密度和O浓度下降，致使缸内可燃混合气的燃烧速度和燃烧温度均有所降低，最终导致发动机的动力性和经济性下降，HC，CO和PM排放增加。发动机处于中小负荷工况时，采用EGR的效果十分显著。当EGR率为30%左右时，发动机的排放及综合性能较好：采用较大的EGR率降低NOx排放效果更加明显，且发动机经济性的下降并不突出。发动机在大负荷工况时，若采用EGR，则会导致发动机的经济性和动力性明显下降，另外，还会增加活塞环和缸套的磨损及加速润滑油的变质。因此大负荷工况时不宜采用EGR。

涡轮增压柴油机在30%~50%负荷以上的工况下.平均排气压力低于平均进气压力。故排气再循环难以实现。为此，各国学者提出了多种在增压柴油机上实现排气再循环的方案。主要有：通过调整正时实现内部EGR；在进气管或排气管内装节流阀，通过节流来降低进气压力或提高排气压力；通过辅助装置或活塞本身的压力将废气压入进气管；通过在进气管加装文曲利管(Venturi Pipe)，降低EGR接头处的进气压力；利用压力波动等。其中采用文曲利管EGR系统能较方便地在高工况下实现排气再循环.并且附加泵气损失少、成本不高、有很大的优越性。

2.7防止机油的泄漏

柴油机尾气排放中PM除了燃油燃烧生成外，机油产生的PM也占相当部分。PM可分为可溶性有机物(SOF)和不可溶有机物(IOF)两部分，两者所占的比例大约为39%和61%。在SOF中，由机油产生的PM占绝大部分，约占PM总量的29%；机油除产生SOF外也产生IOF，来自机油的PM总计占PM总量34%。同时，窜入燃烧室中不完全燃烧的机油随尾气排出，是形成柴油机排放的蓝烟的重要组成部分。因此，必须尽量防止和减少机油窜入燃烧室，这应通过改进润滑油系统设计，减少裙部间隙，优化活塞、活塞环和气缸表面的设计，提高气缸套圆度及改进进气门挺杆的密封等措施，减少从气门推杆泄漏的机油等措施来实现。

2.8加水燃烧

在柴油中加入少量的水，形成“油包水”形式的乳化燃料，燃烧时液态水受热变为汽态时，吸收汽化潜热，使燃烧温度和压力下降，以致在提高燃油蒸发速度的同时，减少了热裂反应，从而抑制NOx的生成，同时，由于液态水受热变为汽态会形成“爆炸”，具有进一步雾化的作用，使燃料和空气进一步混合，减少PM的排放。

实验证明：当喷水量等于燃油量时，NOx＋HC的排放将降低50%左右，而功率仅仅降低4%，降低排放效果较好。但是，进气管喷水会造成进气管、气缸腐蚀增加，油底壳易积水，并要求喷水量能随发动机负荷的改变而调节，这在设计和l结构上存在一定的困难。

3柴油机尾气后处理技术

柴油机尾气中氧含量较高，HC和CO的含量比汽油机低的多，其主要有害物是NOx和碳烟，因此柴油机尾气净化的重点是降低NOx和减少碳烟。措施为用选择性还原催化转化器在富氧条件下还原NOx，用氧化催化转化器降低HC和CO的排放量和颗粒PM状物质中的有机成分；用微粒过滤装置收集柴油机排气中的颗粒状物质等。

3.1 NOx的后处理措施

去除NOx的最理想的方法是将NO催化分解为N和O，但是在O和SO作用下催化剂很快失活，因而这种方法的实用前景渺茫。目前，柴油机尾气NOX净化研究主要从选择性催化还原和吸附一催化还原两条技术路线入手，碳素纤维还原技术。

选择性催化还原最重要的是确定还原剂和催化剂。研究者对NH3选择性催化还原柴油机排气NOX也进行过尝试，结果表明其净化率可达65%以上.但是，这种方法只适合于固定式柴油机排气的净化处理，对于运行工况多变的柴油车，因存在NH3泄漏问题而不适用。1990年，1wamoto和Held分别报道在Cu/ZSM一5催化剂上，HC能选择性催化还原NOx，到目前为止，研究过的催化剂可分为负载型贵金属、负载型金属氧化物和离子交换的沸石三大类。拓宽催化剂或催化剂一还原剂组合的活性温度范围，提高催化剂在S02和水热环境中的稳定性是今后的努力方向。

吸附一催化还原NO是在稀燃阶段将NOx吸附储存起来，而在短暂的富燃阶段，NOx释放并被排气中的HC还原。吸附还原型三元催化剂的活性成分是贵金属和碱土金属(或稀土金属)，影响吸附一还原催化剂性能的主要因素是吸附剂在柴油机尾气温度下吸附NO的容量及其抗SO2和CO2毒害能力，提高这两方面的性能是今后的努力目标。吸附一催化还原已被日本汽车生产厂家证明适用于部分新车型的NOX净化，但这种方法在一定程度上牺牲了燃料的经济性，还要求燃料含S量非常低。对于超低S燃料，现有吸附一催化还原技术可将NOX降低90%。适用于S高含量燃料的吸附一催化技术目前尚在开发之中。对于同时净化PM和NO的技术，部分研究结果表明，在钙钛和贵金属催化剂上碳粒能还原NOx。最近，日本丰田公司开发出一种连续式同时催化净化PM和NOX并对NO和HC也具有较好的净化作用，所以有望在同一种催化剂上同时净化PM，NO，CO和HC，即开发出所谓的“四效催化剂”，其开发成功无疑将极大地推动柴油机尾气控制技术的进步。

采用碳素纤维加载低电压技术，可有效减少NOx的排放。碳素纤维具有催化活性，能促进废气中的NO与C或HC进行氧化还原反应，随着电压的升高，可使NOX排放明显降低。目前，该技术正处于研究阶段，尚未取得突破性进展，同时该技术净化效果的发挥必须以微粒的有效消除为基础。对不同基材的活性碳素纤维采用硝酸浸渍，并以此作为直接还原剂，以达到脱除NO的目的。如采用硝酸浸渍的沥青基、粘胶基、聚丙稀晴基等为原材料制成的活性碳素纤维。不过，这些研究仍处于试验室阶段。

3.2 PM的后处理技术

3.2.1加装氧化催化转化器

柴油机PM后处理技术包括催化氧化和过滤。柴油机加装氧化催化转换器是一种有效的机外净化排气中的可燃气体和可溶性SOF有机组分的常用措施。采取此措施(以铂Pt、钯Pd贵重金属作为催化剂)能使HC、CO减少50%，颗粒PM减少50%~70%，其中的多环芳烃和硝基多环芳烃也有明显减少。

但是，氧化催化器的缺点是会将排气中的SO2氧化为SO，生成硫酸雾或固态硫酸盐颗粒，额外增加颗粒物质排放量。美国最近针对新型柴油机进行的一项示范研究表明，当使用S的质量分数为368×10-6的柴油时，催化氧化可使瞬态工况条件下的PM排放降低23%~29%，HC降低52%~58%?若改用S的质量分数为54×10-6的柴油，PM可降低13%。所以，柴油机氧化催化器一般适用于含硫量较低的柴油燃料；并要保证催化剂及载体、发动机运行工况、发动机特性、废气的流速和催化转换器的大小以及废气流入转换器的进口温度等正常，使净化效果达到最佳。

3.2.2采用微粒捕集器

微粒捕集器由微粒过滤器和再生装置组成。微粒捕集器通过其中有极小孔隙的过滤介质(滤芯)捕集柴油机排气中的固态碳粒和吸附可溶性有机成分的碳烟。

微粒捕集器的工作主体是滤芯，目前常用的过滤材料有：金属丝网、陶瓷纤维、泡沫陶瓷和壁流式蜂窝陶瓷等。滤芯决定过滤器的过滤效率、工作可靠性、使用寿命以及再生技术的使用和再生效果。滤芯应满足较高的性能指标：具有较高的过滤效率，具有大的过滤面积?耐热冲击性好，具有较强的机械性能指标，热稳定性好，能承受较高的热负荷?具有较小的热膨胀系数?通过性好，流通阻力小?在外形尺寸相同的情况下，背压小，背压增长率低，适应再生能力强?质量轻。目前，最常使用的过滤材料为堇青石(其主要成分为MgO.AlO.SiO)和碳化硅晶体SiC。

微粒捕集器对碳的过滤效率较高，可达到60%。在过滤过程中，会导致柴油机排气背压升高，当排气背压达到16~20kPa时，柴油机性能开始恶化，因此必须定期地除去颗粒，使过滤器恢复到原来的工作状态，即过滤器再生。微粒捕集器的再生方式可分为“被动”再生和“主动”再生：“被动”方式即为催化再生，是在过滤器载体上浸渍催化剂或在燃油中加入添加剂来降低颗粒的氧化反应的活化能，降低碳粒的起燃温度来实现颗粒过滤器的再生；“主动”再生方式又称为“热再生”，即外加能量(热能)的再生方式，利用外部热源使积存在过滤体内的微粒升温、自燃，以减少过滤器内的微粒PM。根据外加能量的形式可分为：全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生和微波再生等。随后又开发出CRT(连续再生捕集器)系统、节流再生、逆向喷气再生、振动再生等几种非加热再生方式。

就目前而言，在再生过滤器的研究中需进一步解决的问题有：降低再生温度，进一步降低再生所需要的能量。在柴油机的排气温度下使其能有效地再生，达到减少能量损耗和简化机构的目的：对于使用气压制动的车辆，逆向喷气再生技术是今后的一个发展方向。但其结构和能量的来源以及可靠性都有待于进一步深入研究。连续再生将是以后一个重要的发展方向，但就中国而言，由于受柴油中的硫含量太高的影响(要求为50×10)，国内在相当长的时间内受化工技术的影响不能使用。

在各种柴油机微粒捕捉器再生技术中，除连续再生外，都要对再生时机进行判断，即进行再生控制，再生控制系统是微粒捕捉器不可缺少的部分。现代自动捕集器系统已经具备在线诊断系统形式的电子监测，并同时控制再生过程，除了简单地监测背压，还用复杂的运算来确定烟尘装载量。最新开发的烟尘传感器(如测电导率)可连续监控排气的清洁度，保证了捕集器在正确的时机进行再生。

3.2.3静电式微粒收集器

柴油机排气微粒中有70%~80%呈带电状态，每个带电微粒约带1~5个基本正电荷或负电荷，整体呈电中性。目前利用附加强电场对呈带电特性的碳烟微粒进行静电吸附，并取得了一定的试验成果。但目前的问题是设备体积过大，成本太高，在车辆上使用最困难的是高压电的供给及收集中防止二次分散及反电晕等问题。但是随着技术的发展也是极有前景的。

3.2.4电压捕集技术

在柴油机排气管的上下游分别装金属网，网间加约50V直流电压。一般上游的金属网网格较大，加负电压；下游的金属网网格较密，加正电压。当微粒经过上游金属网时带上负电，经过下游带正电的金属网时被吸附，从而达到微粒净化的目的，这种方法装置简单且过滤效率高。

3.2.5脉冲电晕等离子体化学处理技术

此种技术利用5-20eV的高能电子轰击反应器中的气体分子NOx，SO，O，HO等。经过激活、分解、电离等过程产生很强的自由基COH，HO，原子氧(O)和臭氧等，强氧化物迅速氧化掉碳粒、NOx和SO在水的作用下生成硝酸和硫酸，加入适当的添加剂(NH等)则生成相应的铵盐，可通过滤清器和静电除尘收集产物，从而达到减少污染的目的。但由于本过程产生了新的盐类和其它化学成份，有可能形成二次污染，目前尚处于理论研究和实验室内的应用。

3.2.6静电旋风技术

研究人员对静电旋风技术捕集去除柴油机PM的效果进行了探索性研究。结果表明，借助高压脉冲静电作用不仅能较好地捕集柴油机排气PM，而且尾气中的HC和NOx也有一定的去除作用。静电旋风捕集器具有排气阻力小、清灰简单等优势。

4结束语

4.1燃料方面

目前的发展方向是采用代用燃料，提高石油冶炼技术，研制新型柴油添加剂，消除柴油中的硫，减少燃油中的芳烃成分，降低柴油中不饱和烃的含量，提高柴油的品质，从源头上解决尾气排放的问题。

4.2机内净化技术

柴油机尾气排放控制的发展方向将是采用多种措施综合应用。运用电子控制技术，通过对柴油机优化设计，采用增压中冷、EGR来达到最优配合。

4.3尾气后处理技术

催化剂、氧化剂和还原剂是发展的方向，此外微粒捕集器的再生技术以及去除微粒的非过滤技术也有待于发展。

第四篇：我国农药研究进展与展望

我国植物源农药研究进展与展望

2011-2012 学年第 1 学期

检疫性有害生物防除药剂学

班级：09级植物检疫2班

学号：0907102047

学生姓名：刘国松 摘要 界农药市场发展平缓，竞争加剧，非农用农药稳定增长，杀虫剂面临较大的发展机遇。世界农药市场的特点表明，化学农药仍将是世界农药市场的主角。各类杂环农药新品种，如烟碱类、恶二嗪类杀虫荆、甲氧基丙烯酸酯类杀菌荆和三唑并嘧啶磺酰胺类除草剂等，成为研究开发的热．最，农药品种结构的变化加快。我国农药工业的发展要顺应世界潮流，以品种结构调整为中o，强化技术创新，大力发展高效安全的农药新品种厦其配套的中间体、助剂和应用技术，继续推进新农药创制研究，关注新方法和新技术的开拓应用，加速我国农药研究开发的现代化进程。

关键词

农药 农药毒理学 剂型 研究开发 植物源农药

农药是防治农业有害生物不可或缺的重要生产资料，早已是各国政府和联合国粮农组织的共识。尽管是在世界环境保护主义者的一片贬斥声中，联合国粮农组织农业技术服务部(AGSE)在1996年的一份报告中仍明确指出：“化学合成农药仍将保持其在世界有害生物防治中的重要地位。叽”农药科学的发展是建立在人类社会进步和农业生产发展的需求之上而并非化学家对化学合成农药情有独钟的刻意追求口。我国建国之初，基本上没有农药工业，但是严重的农业病虫害、草害、鼠害、仓库害虫所造成的损失，对年轻共和国的稳定和发展造成巨大威胁，也对国家的安全造成严重威胁。中央政府参照发达国家的成功经验，决定采用高效的化学防治策略，因此得以迅速控制住自然灾害肆虐，保证了国家得以雄踞于世界。我国的农药生产起点很低。建国之初全国只有从旧社会保留下来的生产能力为0．1万t0．2万t以无机农药为主的几家小型农药生产厂，而国际发达国家则早已进入合成农药的大批量工业化生产时期。

目前实际生产能力已近100万t。1998年以来我国农药的快速增长同农药出口量的快速增长有关，农药总产量中约有1／2供出口换汇，产值达7亿～8亿美元。世界农药生产一直保持着旺盛的发展势头。1953年世界农药销售额仅为1．6亿美元，在《寂静的春天》一书1962年出炉后，反对农药之声甚嚣尘上，然而1970年世界农药销售额反而升高到30亿美元。1980年更高达116亿美元，1990年又飚升到264亿美元，2006年则已超过300亿美元。发人深思的是高效和超高效农药的不断大量上市，本应降低农药的实际需求量，然而国际农药销售市场却继续强劲发展，个中原委耐人寻味。

值得注意的是，在评估农药对于世界农业生产作出的巨大贡献时，农药理所当然地得到了高度评价，各国政府和联合国组织皆然。但是当食物安全同胚、农产品安全问题、环境安全问题提上日程时，农药又成为舆论中的头号替罪羊。尤其是在绿色和平组织的炒作之下，农药的生产被认为不仅无功而且有过，被列入必须禁止的化工产品之列，我国舆沧界也疾速作出响应[5]。Beckerman通过他的专著对这种错误的舆论导向进行了严厉的系统的批驳[6]。

农药在世界上已经有大约150年的漫长发展历史，近代农药是在以电和化学的发展为特征的第二次技术革命时期(19世纪80年代至20世纪30年代)发展起来的，农药已进入了化学合成的新时代，即所谓“第二代农药．[7-8]。合成农药的重要特点和意义是：人类能够采取有机合成的方法制造出人类所需要的包括农药在内的各种新化合物，极大地改变了世界的面貌和人类的生存空间和生活面貌。因为19世纪初期以后100多年里，化学家已经系统地研究确立了100多种经典有机合成反应。Surrey在他1954年所编撰的《Name Reactions》--书中共收编了120多种人名反应，1961年又增补为127种[9]。有机合成基本反应的确立使新有机化合物的研究开发速度大大加快，这是有机合成农药在20世纪中叶以后得以快速大量涌现的根本原因。农药结构毒理学方面的重大进步如三维结构活性定量相关性，计算机模拟分子设计，组合化学及相关的高通量筛选等现代研究方法和技术，更为有机合成农药开拓了无限广阔的道路[10-12]。我国的有机化学和有机合成化学水平很高，所以在建国以后很快就追赶上国际先进水平，迅速跻身于农药生产大国之列，并已成为发展中国家的农药出口大国，虽然出口的农药目前仍然是国际上的过专利期产品。近十多年来我国已经有20多种属于自主知识产权的新农药投产，不过产量还比较小，还未能形成龙头产品。原因很多，重要原因之一是对于新化合物的开发深度不够，特别是对于新化合物的毒理学研究严重不足。国际上各大公司的新农药研发，在毒理学方面的投资远超过农药的化学研究投资。在著名的各家大公司的研究开发部，毒理学研究的规模很大，技术力量很强，设施和设备先进。研究的深度达到分子生物学和分子毒理学以及有害生物行为学的水平。皿内、盆内和田间的药效测定结果并非新化合物的毒理学表达。只有在毒理学问题完全查明之后，才可能开发出真正的农药新产品。农药与农药毒理学

在毒理学未明之前，合成的新化合物只是一种新化学物质，可能有多种用途，但并不一定适合于用作农药。一些典型案例足以说明。早年Shrader合成的有机磷化合物对氧磷(E600)是威力很强的杀虫剂，因为毒性太高并未用于农业害虫防治，却成为著名的眼药水“沃古林”的有效成分。著名杀菌剂多菌灵的基本分子构架是苯并咪唑，苯并咪唑可以有许多衍生物，有的衍生物成为著名的胃酸抑制剂(医药兰索拉唑等)，而著名抑酸剂奥美拉唑的有效残基是甲氧基苯并咪唑。抗凝血剂“华法林”(warfare)早在20世纪50年代就是著名的强力抗凝血型灭鼠剂，其有效残基是香豆素(coumarone)，用香豆素开发出的其他灭鼠剂还有多种。而日本则从中草药草木樨中发现了香豆素并开发成为抑制人体水肿药物“消脱止一M”的有效成分。另外一个突出的案例，如农药中两个最常用的有机化学残基二氯苯胺和苯乙酸，组合在一起竟成为诺华公司当今著名的特效消炎止痛药扶他林(通用名：双氯芬酸钠)，其化学名称为二氯苯胺基苯乙酸钠。一个著名药物的分子结构竞如此简单。如果不是基于深度的毒理学研究，这样成功的研究开发是不可想象的。

类似的案例极多，说明任何一种新化合物是否能够作为农药使用，决定于其毒理学性质和使用时的条件及使用方法。足见农药学与毒理学密不可分。

尤其发人深省的是，早在1874年DDT已由Zeidler合成，BHC更早在1825年就已由Faraday合成，却均未注意到它们强大的杀虫作用，这正是由于毒理学研究未能同步发展所留下的历史遗憾，否则农药科学的历史必将改写口“。在杀菌剂中也有同样的历史遗憾，例如早在1800年法国化学家Proust就已制备成功硫酸铜与石灰乳的胶态悬浮液，却由于不了解其杀菌作用毒理而未能开发成为杀菌剂，把重大的历史机遇留给了100年后的植物病理学家Millardet，他通过毒理学研究把它开发成为重要的世界通用的无机杀菌剂波尔多液““，后人在波尔多市为他竖立了纪念铜像。另外值得注意者，国际许多大农药公司的新农药研究开发，往往是建立在公司本身的化学化工资源基础之上，所以很容易迅速做大做强。例如前CI—BA—GEIGY公司的一个重要医药和染料中间体均三氮苯，被开发成为一系列重要的均三氮苯类除草剂，在很长时期内占据了世界除草剂市场的半边天。DOW氏公司的重要化学化工中间体吡啶，也是该公司研发的一系列重要农药的原料中间体。日本则走了另外一条特殊的新农药开发道路，也是以毒理学研究开发为基础，此不赘述。这些重要经验对我国的新农药研发应具有重要的参考价值。2植物源农药的发展现状与趋势

（1）植物源农药的发展现状

国内的土壤、气候、农作物的多样性，使中国在植物农药方面具有得天独厚的优势。我国植物农药资源十分丰富(表1)，全国各地荒山、荒地均可种植，云南已大面积引种植印楝。如建设2座年产1万t植物农药的工厂，约需各种中草药7万一8万t，可使20万左右的农民脱贫，社会效益十分显著。特别是近年来我国高新技术的开发和创新方面，不断取得突破性进展，从国外引进的农药植物形成产业化，为进一步发展植物农药创造了良好的条件。

近年来，国内出现了植物农药加工利用的热潮心]，所涉及的植物及有效成分包括印楝、川楝、除虫菊、烟碱、鱼藤酮、苦参、银杏、苦皮藤、百部、青蒿素、辣椒素、茶皂素、石蒜素、巴豆毒素等20余种，生产厂家近百家，仅印楝开发的产品就有印楝乳油制剂、悬浮剂、可湿性粉剂和印楝原油等。从而看出植物农药已成为一类重要的农药，对促进农业生产，保护生态环境将发挥重要的作用。（2）植物农药今后发展趋势近年来，美国和日本着重研究植物源农药的化学成分如印楝素的分离、提纯、分子结构的鉴定，从而找到新的杀虫品种。因此，植物源农药有效化学成分的提纯、结构鉴定和理化性质的研究，将是一个主要的发展趋势。只有搞清楚结构与杀虫作用的关系，才能更好地开发和利用植物源农药。植物源农药相互复配是今后发展的另一个趋势。如印楝素与除虫菊酯、苦参素、青蒿素、烟油、藤黄、蒜精、涩草等复配，比较成功的例子是印楝素与除虫菊酯或与合成除虫菊酯的复配。除虫菊酯是比较好的生物农药，有较宽的杀虫谱，二者结合，不仅可以提高药效，而且对除虫菊酯有抗性的害虫特别有效；同时二者的结合不仅可以杀死植物害虫，还可用来防治动物体外寄生虫。第三个发展趋势是提高植物源农药的稳定性。植物源农药的稳定性控制是目前世界上公认的难题。由于天然物的不稳定，在紫外光、阳光和高温下极易分解。因此，除了避免强光、高温、强酸碱和酶外，在配制制剂过程中，可以加入一种或多种环氧化植物油稳定剂和对氨基苯甲酸抗光剂，来抑制天然物的热分解与光降解旧J。另外，还可以通过选择适宜乳化剂来实现其乳化稳定性。第四个发展趋势是在植物中寻找具有农药生物活性的化合物，通过结构上的修饰，获得新型的农药。最成功的例子当属菊酯类杀虫剂，它来源于菊科植物中的除虫菊素。其他还有源于植物中乙烯的乙烯利，源于豆科植物毒扁豆种子中毒扁豆碱的氨基甲酸苯酯，源于大蒜中大蒜素的抗菌素402，源于水稻恶苗病原的赤霉素等。加强植物农药开发与推广工作

为了可持续发展的需要以及有利于我国农产品的出口，我国应加大高效低毒植物农药的开发力度。目前，开发高效低毒植物农药的工作已经有计划有步骤地展开，一些农药企业已经把开发高效低毒植物农药作为企业的重大决策。值得一提的是，近年来国内一些非农业行业的上市公司及许多科研院所和高等学校已加人到开发高效低毒植物农药的行列，为我国高效低毒植物农药的超常规发展创造了有利的条件。还应加强政策引导，加大宣传力度，特别是应加强对农民的宣传工作。农民既是生产者，又是农业操作、病虫草防治活动的决策者，即可持续发展的管理者。因此，必须提高农民的科技素质，重视对农民的培训，使其掌握科学、合理的农药使用方法，充分认识植物农药在农业可持续发展中的地位和作用。提高农民的生态环境意识和植保水平，使植物农药能够在农业生产中广泛使用，生产出无公害绿色食品，增加经济效益。

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第五篇：常用工程机械液压系统维护方法与措施

常用工程机械液压系统维护方法与措施

对机械化施工企业来说，工程机械技术状况的良好与否是企业能否正常生产的直接因素。就液压传动的工程机械而言，液压系统的正常运行是其良好技术状况的一个主要标志。合格的液压油是液压系统可靠运行的保障，正确的维护是液压系统可靠运行的根本。为此，本人根据工作实践，就一般作业环境中工程机械液压系统的维护作一粗略的探讨。

１ 选择适合的液压油

液压油在液压系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用，液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。应按随机《使用说明书》中规定的牌号选择液压油，特殊情况需要使用代用油时，应力求其性能与原牌号性能相同。不同牌号的液压油不能混合使用，以防液压油产生化学反应、性能发生变化。深褐色、乳白色、有异味的液压油是变质油，不能使用。防止固体杂质混入液压系统

清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件，有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有：液压油不洁；加油工具不洁；加油和维修、保养不慎；液压元件脱屑等。可以从以下几个方面防止固体杂质入侵系统：

2.1 加油时

液压油必须过滤加注，加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用干净的手套和工作服，以防固体杂质和纤维杂质掉入油中。

2.2 保养时

拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位，造成系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。如拆卸液压油箱加油盖时，先除去油箱盖四周的泥土，拧松油箱盖后，清除残留在接合部位的杂物（不能用水冲洗以免水渗入油箱），确认清洁后才能打开油箱盖。如需使用擦拭材料和铁锤时，应选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。液压元件、液压胶管要认真清洗，用高压风吹干后组装。选用包装完好的正品滤芯（内包装损坏，虽然滤芯完好，也可能不洁）。换油时同时清洗滤清器，安装滤芯前应用擦拭材料认真清洁滤清器壳内底部污物。

2.3 液压系统的清洗

清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油，油温在45～80℃之间，用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上，每次清洗完后，趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器、更换新滤芯后加注新油。防止空气和水入侵液压系统

3.1 防止空气入侵液压系统

在常压常温下液压油中含有容积比为6～8%的空气，当压力降低时空气会从油中游离出来，气泡破裂使液压元件“气蚀”，产生噪声。大量的空气进入油中将使“气蚀”现象加剧，液压油压缩性增大，工作不稳定，降低工作效率，执行元件出现工作“爬行”等不良后果。另外，空气还会使液压油氧化，加速油的变质。防止空气入侵应注意以下几点：

1、维修和换油后要按随机《使用说明书》规定排除系统中的空气，才能正常作业。

2、液压油泵的吸油管口不得露出油面，吸油管路必须密封良好。

3、油泵驱动轴的密封应良好，要注意更换该处油封时应使用“双唇”正品油封，不能用“单唇”油封代替，因为“单唇”油封只能单向封油，不具备封气的功能。本单位曾有一台柳工ZL50装载机大修后，液压油泵出现连续“气蚀”噪声、油箱油位自动升高等故障，经查询液压油泵修理过程，发现即为液压油泵驱动轴的油封误用“单唇”油封所致。

3.2 防止水入侵液压系统

油中含有过量水分，会使液压元件锈蚀、油液乳化变质、润滑油膜强度降低，加速机械磨损。

除了维修保养时要防止水分入侵外，还要注意储油桶不用时，要拧紧盖子，最好倒置放置；含水量大的油要经多次过滤，每过滤一次要更换一次烘干的滤纸，在没有专用仪器检测时，可将油滴到烧热的铁板上，没有蒸气冒出并立即燃烧方能加注。作业中注意事项

4.1 机械作业要柔和平顺

机械作业应避免粗暴，否则必然产生冲击负荷，使机械故障频发，大大缩短使用寿命。作业时产生的冲击负荷，一方面使机械结构件早期磨损、断裂、破碎，一方面使液压系统中产生冲击压力，冲击压力又会使液压元件损坏、油封和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀频繁动作油温上升。我单位曾新购一台UH171正铲挖掘机，作业中每隔4～6天斗门油管就要漏油或爆裂，油管是随机进口的纯正品，经检测没有质量问题。通过现场观察，发现为斗门开、闭时强烈撞击限位块、门框所致。要有效地避免产生冲击负荷：必须严格执行操作规程；液压阀开、闭不能过猛过快；避免使工作装置构件运动到极限位置产生强烈撞击 ； 没有冲击功能的液压设备不能用工作装置（如挖掘机的铲斗）猛烈冲击作业对象以达到破碎的目的。还有一个值得注意的问题 ：操作手要保持稳定。因为每台设备操纵系统的自由间隙都有一定差异，连接部位的磨损程度不同因而其间隙也不同，发动机及液压系统出力的大小也不尽相同，这些因素赋予了设备的个性。只有使用该设备的操作手认真摸索，修正自己的操纵动作以适应设备的个性，经过长期作业后，才能养成符合设备个性的良好操作习惯。一般机械行业坚持定人定机制度，这也是因素之一。

4.2 要注意气蚀和溢流噪声

作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现“气蚀”噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才能使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢，并伴有溢流阀溢流声响，应立即停机检修。

4.3 严格执行交接班制度

交班司机停放机械时，要保证接班司机检查时的安全和检查到准确的油位。系统是否渗漏、连接是否松动、活塞杆和液压胶管是否撞伤、液压泵的低压进油管连接是否可靠、油箱油位是否正确等，是接班司机对液压系统检查的重点。常压式油箱还要检查并清洁油箱通气孔，保持其畅通，以防气孔堵塞造成油箱真空，致使液压油泵吸油困难而损坏。4.4 保持适宜的油温

液压系统的工作温度一般控制在30～80℃之间为宜（危险温度≥100℃）。液压系统的油温过高会导致：油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降；润滑油膜强度降低，加速机械的磨损；生成碳化物和淤碴；油液氧化加速油质恶化；油封、高压胶管过早老化等。为了避免温度过高：不要长期过载；注意散热器散热片不要被油污染，以防尘土附着影响散热效果；保持足够的油量以利于油的循环散热；炎热的夏季不要全天作业，要避开中午高温时间。油温过低时，油的粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低；当油温低于20℃时，急转弯易损坏液压马达、阀、管道等。此时需要进行暖机运转，起动发动机，空载怠速运转3～5min后，以中速油门提高发动机转速，操纵手柄使工作装置的任何一个动作（如挖掘机张斗）至极限位置，保持3～5min使液压油通过溢流升温。如果油温更低则需要适当增加暖机运转时间。

4.5 液压油箱气压和油量的控制

压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压，其压力必须保持在随机《使用说明书》规定的范围内。压力过低，油泵吸油不足易损坏，压力过高，会使液压系统漏油，容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备，排尽系统中的空气后，要按随机《使用说明书》规定的检查油位状态，将机器停在平整的地方，发动机熄火15min后重新检查油位，必要时予以补充。

4.6 其他注意事项

作业中要防止飞落石块打击液压油缸、活塞杆、液压油管等部件。活塞杆上如果有小点击伤，要及时用油石将小点周围棱边磨去，以防破坏活塞杆的密封装置，在不漏油的情况下可继续使用。连续停机在24h以上的设备，在启动前，要向液压泵中注油，以防液压泵干磨而损坏。定期保养注意事项

目前有的工程机械液压系统设置了智能装置，该装置对液压系统某些隐患有警示功能，但其监测范围和程度有一定的局限性，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。

5.1 250h检查保养

检查滤清器滤网上的附着物，如金属粉末过多，往往标志着油泵磨损或油缸拉缸，对此，必须确诊并采取相应措施后才能开机。如发现滤网损坏、污垢积聚，要及时更换，必要时同时换油。

5.2 500h检查保养

不管滤芯状况如何均应更换，因为凭肉眼难以察觉滤芯的细小损坏情况，如果长时间高温作业还应适当提前更换滤芯。

5.3 1000h检查保养

清洗滤清器，更换滤芯，清洗液压油箱，更换液压油。长期高温作业换油时间要适当提前。当然，如能通过油质检测分析来指导换油是最经济的，但要注意延长使用的油，每隔100h应检测一次，以便及时发现并更换变质油。

5.4 7000h和10000h检查维护

液压系统需由专业人员检测，进行必要的调整和维修。根据实践，进口液压泵、液压马达工作10000h后必须大修，否则液压泵、马达因失修可能损坏，对液压系统是至命性的破坏。