柴油機復合型供給系統與環保融合的構想

張志勇

摘 要：柴油機供給系統分成配氣系與油料系，功用是將空氣和油料按時按量送進氣缸內燃燒而產生動力，廢氣經排氣管排入空氣中。由于柴油機使用柴油作燃油，而配氣機構又會減少20%～30%的進氣量；所以經常導致廢氣的排放呈現出冒黑煙的狀態。為解決問題，保證柴油機經常處于良好的工作狀態，本著對柴油機的生物柴油使用與再制造，需要這部動力機油料供應系做相應的改進，以便氣缸內按照石化柴油與生物柴油的比例關系，把兩種油料直接送入氣缸內燃燒；以生物柴油含氧量高的特點，促進燃燒過程徹底完全；并與經過專項擴建的配氣機構融合，形成復合型供給系統，達到環保的目的。

關鍵詞：柴油機；雙線供給系；石化柴油；生物柴油；綠色型

中圖分類號：TK421 文獻標識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.006

本構想對柴油機的配氣機構進行了重新設計，為了實現柴油機擁有復合型燃料供給系統，造就油料以雙線供給，實現運行平臺與環境保護融為一體，該項目的設計方案如下。

1 雙線供給系的組成（功用）

該供應系的構造（如圖所示）由兩個油料箱、兩個沉淀杯、兩個燃油濾清器、兩對輸油泵、一軸雙對凸輪與雙對柱塞偶件式噴油泵（帶調速器）、一噴孔雙出油閥式噴油器、高壓輸油管與低壓輸油管等零配件組成。

功用：貯存、濾清和分別輸送石化柴油與生物柴油，并按照柴油機各工況的要求，按照兩種燃油各自的燃燒閃點將燃油增壓，定時通過噴油器噴入燃燒室與空氣混合燃燒；并將廢氣經過排氣管道排入空氣中。

（1）兩個油料箱由薄鋼板制成，有各自的加油口并裝濾網；在油箱蓋上鉆有通氣孔與空氣接通，使燃油蒸氣和空氣能夠自由進出，以保持油液流動暢通。出油口在油箱下面。功用：分開儲存兩種不同的燃油。

（2）兩個沉淀杯（玻璃杯）由燃油開關、濾網、密封墊、卡箍等一些的零配件組成。功用：對兩種油料分別起粗濾作用。

（3）兩對輸油泵都為柱塞單作用式，由一個殼體內分有兩道輸油路線、兩個同樣的進油閥、活塞、泄油道、推桿、挺柱、出油閥、鋼球、手壓油泵等零配件組成。功用：輸送兩種油料，并保證這兩種油料在兩條低壓油路中循環時，克服管路及濾清器的阻力，有足夠壓力穩定的油料供給柱塞雙道式噴油泵。此泵還配備手動泵，以方便排除燃油供給系中的氣體。手動泵安裝在柱塞雙道式噴油泵的外殼上，也由其凸輪軸上兩個偏心輪分別驅動。

（4）兩對油料濾清器有四個殼體，里面分別裝有燃油粗濾器（進油口、濾網、密封圈）、燃油細濾器（濾芯、放氣閥、出油口）、放油螺塞等零配件組成。功用：使兩種油料中的水分與雜質得到沉淀過濾。

（5）一軸雙對凸輪與雙對柱塞偶件式噴油泵（調速器）由噴油泵體、原裝調速器等組成。柱塞泵體由上、下泵體（由鋁合金鑄成，兩者靠平面貼合來密封）、一根凸輪軸（上有兩倍氣缸數目的凸輪與兩個偏心輪）、兩倍氣缸數目的柱塞偶件、兩倍氣缸數目的出油閥偶件、兩倍氣缸數目的挺柱體等組成。下泵體內裝有凸輪軸、兩倍氣缸數目的挺柱體、拉桿、撥叉等零部件。上體裝有兩倍氣缸數目的柱塞偶件、兩倍氣缸數目的出油閥偶件、兩倍氣缸數目的高壓油管接頭等零件。功用：為兩種燃油提供足夠的壓力，分別按照規定的時間和需要的數量送到噴油器。

（6）一噴孔雙道雙出油閥式噴油器，它由一個噴孔、一個器殼體內分有雙條輸油路線，路線中各自裝有油嘴偶件、油嘴墊圈、緊帽、圓柱銷、頂桿、彈簧（座）、調整螺釘、墊圈、螺母、噴油器帽、接頭螺釘、防護圈、進油接頭、防護帽等零件的組成。功用：將一軸雙對凸輪與雙對柱塞偶件式噴油泵（調速器）送來的兩種高壓油料，變成霧狀統一噴入氣缸；與壓縮空氣均勻混合與燃燒。

（7）輸油管由兩線低壓輸油管、雙倍氣缸數目的高壓輸油管、接頭處一些密封件與緊固件等零件組成。功用：保持兩種油料分別流通。

2 雙線供給系的工作過程

當兩種油料從各自的油箱流入各自沉淀杯，油中的水和污染物就沉在杯底，上部較干凈的油料則通過濾網流出進入各自的油液濾清器。當噴油泵的凸輪軸轉動，兩個偏心輪將輸油泵的兩個活塞頂開，雙燃油道中的兩個進油閥分別關閉，兩個出油閥分別被打開；兩種油料在一定的壓力下被輸送出去；當兩彈簧使活塞彈回時，雙道中的兩個進油閥分別被吸開，兩種油料分別通過各自的濾網進入各自的輸油泵油腔。當這兩種油料都承受到一軸雙對凸輪與雙對柱塞偶件式噴油泵對它們的壓力，從各自的油路進入各自的油料濾清器時，油液中的雜質便會得到進一步過濾，并為噴油泵供油。當噴油泵凸輪軸轉動時，在一定時刻兩組凸輪，推動挺柱體，挺柱體再推動柱塞，柱塞在柱塞套內作往復運動；當柱塞在彈簧的作用下，向下移動將進油孔打開時，從兩輸油泵壓送來的兩種油料，便進入柱塞項部的空間；當上述的這兩個柱塞向上運動，兩個進油孔完全被關閉，兩柱塞頂部空間的燃油受到壓縮產生很高的壓力，因而這兩種油料克服了各自的出油閥彈簧壓力，使兩出油閥打開并經各自的高壓油管和噴油器噴出；當兩個柱塞上行至柱塞斜槽上邊緣與各自的出油孔相通時，兩柱塞上方的管道中的高壓燃油，自各自出油孔回到各自的油道中去；此時這兩種油料油壓驟然下降，出油閥回落，因而使得這兩種油料停止供給。當從噴油泵壓來的兩種高壓燃油，經各自進油接頭到各自的噴油嘴針閥體環形盛油槽，這兩種高壓油會分別克服各自的噴油器彈簧，通過頂桿給予針閥提供壓力，針閥即跳動，于是這兩種高壓油就分別從各自的油嘴噴孔中噴出與空氣混合作燃燒。

3 兩種燃油

（1）石化柴油（輕柴油）主要是由烷烴、烯烴、環烷烴、芳香烴、多環芳烴與少量硫（2～60 g/kg）、氮（<1 g/kg）及添加劑合成的混合物。其相對密度0.85，熔點-29.56 ℃，沸點180～370 ℃，閃點40 ℃，蒸氣密度4，蒸氣壓4.0 kPa，蒸氣與空氣混合物可燃限0.7%～5.0% ，不溶于水。目前，國內輕柴油標準規定有50、35、20、10、0號輕柴油，20號農用柴油；各地根據不同季節和氣溫情況選用具體的牌號，選擇的原則是柴油的凝固點較氣溫低10 ℃；一般春、夏、秋季用0號輕柴油，冬季用20號輕柴油。

（2）生物柴油是利用熱裂解等技術將生物質轉化成一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，由動植物油脂（脂肪酸甘油三酯）與醇（甲醇或乙醇）、經酯交換反應得到的脂肪酸單烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯，是一種含氧量極高的復雜有機成分的混合物；它完全可以以油料作物諸如大豆、油菜、棉、棕櫚等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂，以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料，通過酯交換工藝而制作成品。2005年6月4日，《中國環境報》報道：清華大學生物酶法制生物柴油中試成功，采用新工藝在中試裝置上生物柴油產率達90%以上；中試產品技術指標符合美國及德國的生物柴油標準，并滿足中國0號優等柴油標準。

（3）柴油機是一種直接把燃料送到機器內部（氣缸）去燃燒的發動機。石化柴油與生物柴油完全可以單獨的、直接的按比例送入氣缸內燃燒；無需生產出復合型柴油使用。我國目前的復合型柴油產品為由80 kg輕柴油摻入20 kg生物柴油調制而成。

4 復合型燃料供給系統的環保效果

生物柴油是一種可代替石化柴油的再生性燃料，生物柴油和石化柴油相比含硫量低，把它送到柴油機氣缸內燃燒后，所排放廢氣含二氧化硫和硫化物會大大減少，二氧化碳遠低于植物生長過程中所吸收的二氧化碳；從而改善由于二氧化碳的排放，導致全球變暖這一重大環境問題。權威數據顯示：二氧化硫和硫化物的排放量可降低約30%，這是因為生物柴油不含對環境造成污染的芳香族化合物，燃燒尾氣對人體的損害也就低于石化柴油，同時具有良好的生物降解特性。以生物柴油和石化柴油相比，柴油機工作時所排放的廢氣、有毒有機物的排放量僅為10%，顆粒物僅為20%，二氧化碳和一氧化碳的排放量僅為10%，排放廢氣的環保指標可達到歐Ⅱ和歐Ⅲ排放標準。中試產品的發動機臺架對比試驗結果為：采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料，柴油機排放廢氣中的一氧化碳、碳氫化合物、煙度等主要有毒成分的濃度都顯著下降，發動機的動力特性基本不變。因此，復合型燃料供給系統，既滿足發動機的動力要求，又達到了節能環保的目的。