消除柴油機加油冒黑煙問題的構想

張志勇

摘 要：柴油機之所以常出現加油冒黑煙，其主要原因是在于供給系統本身的結構特點所引起的，當氣缸內進氣不足時，加油門過程中就會出現瞬間燃油過多或空氣過少，導致燃燒不充分，排氣管冒黑煙。因此，為了保證柴油機能夠經常處于良好的工作狀態，作者遵循柴油機工作原理，以微粒排放控制技術作支撐，設計出一套助氣安燃裝置，來解決以上問題。

關鍵詞：柴油機供給系；助氣安燃裝置；進氣不足；冒黑煙

中圖分類號： 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.011

1 助氣安燃裝置結構組成

為解決柴油機加油冒黑煙的問題，保證柴油機經常處于良好的工作狀態，我設計了助氣安燃裝置安裝于配氣機構，該裝置的結構簡圖如圖1所示，主要的零部件如圖所示。

2 主要零部件與功用

（1）主進氣管與支進氣管道交匯處。由柴油機（主）與裝置（次）兩條進氣管構成，為柴油機與裝置共同使用的進氣管道，吸進經過濾清器過濾的空氣。

（2）空氣壓縮機。由活塞式壓氣機、配套驅動系統（或皮帶輪機）等一些零配件組成。功用：承接柴油機的傳動，吸進過濾性的空氣進行壓縮；供應帶有一定高壓強度的空氣，以滿足裝置需要。

（3）高壓空氣儲存瓶罐。由瓶罐殼體、進氣端孔口、出氣端孔口、出氣閥、氣體自動穩壓（減壓）閥等機件組成。功用：積蓄空氣，氣壓超標時自動減壓；為裝置的工作提供帶有一定壓強的空氣量。輸出的空氣量以柴油機在額定轉速時，不大于氣缸內配氣量的25%，應避免過量。

（4）節氣汽化器。由進氣口、節氣門、阻氣門、通氣孔、主噴管喉管、主量孔、針閥、浮子、浮了室、器殼等零部件組成。功用：按照規定的時間和數量供給空氣。之所以采用節氣汽化器，是因它在構造上還設置著另一個進入口；可添加輸入諸如液化氧氣或燃燒添加劑等。

（5）全程機械離心式調速器（調速操縱手柄）。由齒輪轉動軸、調速套筒、飛球座、飛球、撥叉、調速軸、拉桿、調速操縱手柄、調速器彈簧、緊固螺釘、調整螺母、鎖緊螺母等組成。功用：根據柴油機負荷的變化，自動改變節氣汽化器節氣門開度的大小，并根據柴油機噴油泵供油量的大小自動改變供氣（或其他的物質）量，并與柴油機的配氣量，一起供給燃燒室；保持工作轉速的穩定。

（6）高壓空氣輸出管道與柴油機（氣缸蓋前）進氣管道交匯處。由該裝置高壓空氣輸出管道與柴油機氣缸蓋前方的進氣管道，內部貫通外表采用密封性的焊縫補隙構成。功用：將裝置的空氣對柴油機氣缸蓋至進氣門進氣管道內的輸出；以提高氣缸內20%～25%的進氣量。

（7）齒輪聯軸器。由齒輪聯軸器齒輪半軸（以鋸掉柴油機起動電機轉軸構成）、器殼等機件組成。功用：將柴油機曲軸飛輪的轉數傳遞給裝置調速器轉軸（節氣汽化器），保存柴油機起動電機的原始功能。

（8）氣門控制器（開關）。屬于人機工程的一零部件，也為柴油機油門控制器（開關）；機車上的機型一般分有腳踏式和手動式兩種。

3 裝配與工作

3.1 裝配方案

（1）柴油機的噴油泵與起動電機，一個在機身的左側另一個在右側；當柴油機安裝了這套助氣裝置，機身的左側與右側顯然都會有著一個調速器；因此為了使得這兩個調速器的工作步調一致，柴油發動機車輛可以制造一個復合型氣門油門控制器（開關）（如圖2），以保證在發動機兩側的這兩個調速器（調速手柄）實現聯動。

（2）采用齒輪聯軸器以齒輪半軸對柴油機飛輪嚙合承接轉速，以聯軸器的凸緣齒輪對調速器齒輪轉動軸嚙合承接轉速，以聯軸器使齒輪半軸對起動電機轉軸作鋼性連接；但要保證起動電機對柴油機飛輪的啟動工作可靠性。聯軸器凸緣齒輪的齒數，需要制作出符合供氣角度所要求的齒數；所謂的供氣角度當依據柴油機氣缸工作順序中的第一個工作缸，以缸內的活塞處于進氣沖程的上止點時位置為衡量基準。

（3）柴油機的空氣過濾器，使用時或作擴容或為滿足助氣裝置的進氣量而另設的一個裝置。

（4）兩個交匯處的氣流管道配對連接，助氣裝置的進氣管口端面，盡量對準空氣過濾器出氣孔口端面；高壓空氣輸出管口端面，盡量對準柴油機氣缸蓋進氣孔口端面；交匯處管道與管道的連接，當以管道的外表面進行焊縫補隙；要求牢固、密封性好且內管道貫通無阻，以不防礙柴油機的進氣為佳。

（5）空氣機械壓縮機，它由柴油機的一個皮帶輪來帶動工作。在安裝過程中它對懸點位置會產生一定的靜載荷，工作時則轉化成為微震性質的動載荷；應做好防止松脫或墜落問題發生的預期妥善處理方案。柴油機車輛己配置作為道路交通（制動）使用的空氣壓縮機；便可以利用。

3.2 工作原理

（1）工作過程。當空氣機械壓縮機基于承接著柴油機的傳動，它的內部（氣缸）吸進過濾性空氣，并將原動的機械能轉換成對空氣的壓力；也為后續的高壓氣體儲蓄瓶罐積蓄空氣與穩定氣壓被動而又輸出空氣，保證空氣供給。當負載著一定壓強度的空氣體以一定流量進入節氣式汽化器腔內時，在擁有調速器（調速操縱手柄）的作用下，空氣則按照規定的時間與需要量，以節氣門作半轉弧長尺度（開門幅度）的大小為調控，讓高壓空氣流通過去的供應。這一種節氣汽化器可作為對空氣供應量大小的調控；也可作為添加其它的可燃物品數量，以促成柴油機的低碳運行和提高功率。

助氣裝置調速器的工作，當操縱手柄位置一定時，柴油機在一定負荷狀態下，以一定轉速運轉；這時飛球的離心力與調速器彈簧拉力及整套機構的摩擦力得到平衡。當柴油機負荷減輕時，轉速增高，飛錘離心力增大，當大于調速器彈簧壓力時，推動調速套筒移動，通過調速杠桿機構把節氣汽化器的節氣門關小，于是輸出的空氣（或其它氣化了的工作氣）減少，直到飛錘的離心力與彈簧的力量再次得到平衡時，拉桿就不再擺動，阻（節）氣門開度不再變化，以致輸出的空氣與油料能呈現合理性的調配等，這時柴油機也回到規定轉速范圍內。反之亦然，彈簧拉力可以通過操縱手柄改變，操縱手柄放在不同位置，能得到不同的彈簧拉力，獲得不同的穩定轉速，以及空氣（其它工作氣）的供應。

（2）空氣流程。空氣濾清器內的空氣→支氣管道內→空氣機械壓縮機腔道內→高壓空氣儲蓄瓶罐內→節氣式汽化器腔道內→高壓空氣輸出管道內→柴油機氣缸蓋（進氣腔道→進氣門→氣缸內）。

4 可行性分析

（1）柴油機是一種把燃料直接送到機器內部（氣缸）去混合燃燒產生動力的發動機。它的供給系統本身就使得機器氣缸內的進氣減少約20%～30%；這對主要依靠空氣在氣缸內有合理的壓縮比、合理濃度值的燃料，以保證柴油機完全燃燒。顯然就是造成氣缸內往往瞬間出現燃油的過多、或空氣過少，燃料燃燒不夠充分，整個過程不完全；廢氣經排氣管的排放，常呈現出以主要成份為碳黑粉狀黑煙狀態問題的原因。為了消除柴油機這一個客觀存在的問題，本文制造出該助氣安燃裝置；它能夠支撐柴油機配氣機構在進氣過程，消掉空氣于流行中之阻力的影響而提高氣缸進氣量；能為氣缸的進氣增加出約20%～25%的空氣，相當于增加了（20%～25%）×21%（空氣含氧系數）≈4.2%～5.25%的氧氣；從而消除柴油機因存在進氣不足，工作中氣缸內燃料燃燒易形成燃燒不充分的情況，引發出所謂的常見加油門冒黑煙問題；成為了一套使柴油機經常處于良好工作狀態的環保裝置。

（2）一旦柴油機裝配了這一套采用微粒排放控制技術的裝置，則配氣機構明顯得到實質性的擴容；整個燃料供給系統的兩條配送線路，因此也就成為了供氣供油配送勢能的相互平衡與協調機制；配氣機構擁有空氣壓縮機、空氣儲蓄瓶罐、節氣汽化器（調速器）等，油路擁有油料箱、輸油泵、噴油泵（調速器）等；而建立起這兩條配送線路，擁有相互平衡與協調機制是相當的重要。當柴油機在規定的轉速范圍內以一定轉速轉動時，在突遇前端載荷量遞增而需要加油門時，配氣機構就無需再等待油路噴油泵供油的增加，之加量通過燃燒將燃料蘊藏的化學能轉化為機械能，由傳動箱中隋輪去提高配氣凸輪軸的轉速方才增加供應空氣；而且是它能夠依據油路供油的增加即增加供應空氣，從而節省這兩條線路在瞬時按氣缸內燃燒要求充分需要的時間，及時與氣缸內的燃油與空氣合理調配，保證燃料燃燒充分；解決柴油機常見的加油冒黑煙問題，使之在經常的使用過程中低碳運行。

（3）本裝置主要的零部件皆為市場化商品，具有結構緊湊、重量輕、性能好、使用可靠、操作維修方便的特點。可以使用一些機器的回收零部件與再生材料，減少資源消耗與降低成本。它不僅能夠為柴油機氣缸內的燃燒，增加約4.2%～5.25%的氧氣；所配制的節氣汽化器有一個可燃物料輸入孔口，可以單獨添加進去某些促進柴油機節能減排的可燃物（諸如液態氧氣與生物柴油）；也為長期工作在高原地區的內燃機，尤其是農用柴油發電機，解決氣缸內極為容易發生缺氧燃燒的不良狀態問題。該裝置是一項內燃機配氣機構再制造的綠色設計產品，它對柴油機的工作意義重大，權威試驗數據的顯示：只要為柴油機的配氣添加4.5%～6%的氧氣，則它所排放的廢氣和通常采用的不含氧質石化柴油相比：有毒有機物排放量僅為10%，顆粒物為20%，二氧化碳和一氧化碳的排放量僅為10%，排放尾氣指標可達到歐Ⅱ和歐Ⅲ排放標準的要求；將現代的柴油機產品設計與環境保護融為一體，為解決我國日益突出的、區域性的、空氣霧霾具有一定的意義。