消除柴油機(jī)加油冒黑煙問題的構(gòu)想

張志勇

摘 要：柴油機(jī)之所以常出現(xiàn)加油冒黑煙，其主要原因是在于供給系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)特點所引起的，當(dāng)氣缸內(nèi)進(jìn)氣不足時，加油門過程中就會出現(xiàn)瞬間燃油過多或空氣過少，導(dǎo)致燃燒不充分，排氣管冒黑煙。因此，為了保證柴油機(jī)能夠經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)，作者遵循柴油機(jī)工作原理，以微粒排放控制技術(shù)作支撐，設(shè)計出一套助氣安燃裝置，來解決以上問題。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)供給系；助氣安燃裝置；進(jìn)氣不足；冒黑煙

中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.011

1 助氣安燃裝置結(jié)構(gòu)組成

為解決柴油機(jī)加油冒黑煙的問題，保證柴油機(jī)經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)，我設(shè)計了助氣安燃裝置安裝于配氣機(jī)構(gòu)，該裝置的結(jié)構(gòu)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(jìn)氣管與支進(jìn)氣管道交匯處。由柴油機(jī)（主）與裝置（次）兩條進(jìn)氣管構(gòu)成，為柴油機(jī)與裝置共同使用的進(jìn)氣管道，吸進(jìn)經(jīng)過濾清器過濾的空氣。

（2）空氣壓縮機(jī)。由活塞式壓氣機(jī)、配套驅(qū)動系統(tǒng)（或皮帶輪機(jī)）等一些零配件組成。功用：承接柴油機(jī)的傳動，吸進(jìn)過濾性的空氣進(jìn)行壓縮；供應(yīng)帶有一定高壓強(qiáng)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(jìn)氣端孔口、出氣端孔口、出氣閥、氣體自動穩(wěn)壓（減壓）閥等機(jī)件組成。功用：積蓄空氣，氣壓超標(biāo)時自動減壓；為裝置的工作提供帶有一定壓強(qiáng)的空氣量。輸出的空氣量以柴油機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時，不大于氣缸內(nèi)配氣量的25%，應(yīng)避免過量。

（4）節(jié)氣汽化器。由進(jìn)氣口、節(jié)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(guī)定的時間和數(shù)量供給空氣。之所以采用節(jié)氣汽化器，是因它在構(gòu)造上還設(shè)置著另一個進(jìn)入口；可添加輸入諸如液化氧氣或燃燒添加劑等。

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

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

（7）齒輪聯(lián)軸器。由齒輪聯(lián)軸器齒輪半軸（以鋸掉柴油機(jī)起動電機(jī)轉(zhuǎn)軸構(gòu)成）、器殼等機(jī)件組成。功用：將柴油機(jī)曲軸飛輪的轉(zhuǎn)數(shù)傳遞給裝置調(diào)速器轉(zhuǎn)軸（節(jié)氣汽化器），保存柴油機(jī)起動電機(jī)的原始功能。

（8）氣門控制器（開關(guān)）。屬于人機(jī)工程的一零部件，也為柴油機(jī)油門控制器（開關(guān)）；機(jī)車上的機(jī)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(jī)的噴油泵與起動電機(jī)，一個在機(jī)身的左側(cè)另一個在右側(cè)；當(dāng)柴油機(jī)安裝了這套助氣裝置，機(jī)身的左側(cè)與右側(cè)顯然都會有著一個調(diào)速器；因此為了使得這兩個調(diào)速器的工作步調(diào)一致，柴油發(fā)動機(jī)車輛可以制造一個復(fù)合型氣門油門控制器（開關(guān)）（如圖2），以保證在發(fā)動機(jī)兩側(cè)的這兩個調(diào)速器（調(diào)速手柄）實現(xiàn)聯(lián)動。

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

（3）柴油機(jī)的空氣過濾器，使用時或作擴(kuò)容或為滿足助氣裝置的進(jìn)氣量而另設(shè)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(jìn)氣管口端面，盡量對準(zhǔn)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(zhǔn)柴油機(jī)氣缸蓋進(jìn)氣孔口端面；交匯處管道與管道的連接，當(dāng)以管道的外表面進(jìn)行焊縫補(bǔ)隙；要求牢固、密封性好且內(nèi)管道貫通無阻，以不防礙柴油機(jī)的進(jìn)氣為佳。

（5）空氣機(jī)械壓縮機(jī)，它由柴油機(jī)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(chǎn)生一定的靜載荷，工作時則轉(zhuǎn)化成為微震性質(zhì)的動載荷；應(yīng)做好防止松脫或墜落問題發(fā)生的預(yù)期妥善處理方案。柴油機(jī)車輛己配置作為道路交通（制動）使用的空氣壓縮機(jī)；便可以利用。

3.2 工作原理

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

助氣裝置調(diào)速器的工作，當(dāng)操縱手柄位置一定時，柴油機(jī)在一定負(fù)荷狀態(tài)下，以一定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)；這時飛球的離心力與調(diào)速器彈簧拉力及整套機(jī)構(gòu)的摩擦力得到平衡。當(dāng)柴油機(jī)負(fù)荷減輕時，轉(zhuǎn)速增高，飛錘離心力增大，當(dāng)大于調(diào)速器彈簧壓力時，推動調(diào)速套筒移動，通過調(diào)速杠桿機(jī)構(gòu)把節(jié)氣汽化器的節(jié)氣門關(guān)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(jié)）氣門開度不再變化，以致輸出的空氣與油料能呈現(xiàn)合理性的調(diào)配等，這時柴油機(jī)也回到規(guī)定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。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(wěn)定轉(zhuǎn)速，以及空氣（其它工作氣）的供應(yīng)。

（2）空氣流程。空氣濾清器內(nèi)的空氣→支氣管道內(nèi)→空氣機(jī)械壓縮機(jī)腔道內(nèi)→高壓空氣儲蓄瓶罐內(nèi)→節(jié)氣式汽化器腔道內(nèi)→高壓空氣輸出管道內(nèi)→柴油機(jī)氣缸蓋（進(jìn)氣腔道→進(jìn)氣門→氣缸內(nèi)）。

4 可行性分析

（1）柴油機(jī)是一種把燃料直接送到機(jī)器內(nèi)部（氣缸）去混合燃燒產(chǎn)生動力的發(fā)動機(jī)。它的供給系統(tǒng)本身就使得機(jī)器氣缸內(nèi)的進(jìn)氣減少約20%～30%；這對主要依靠空氣在氣缸內(nèi)有合理的壓縮比、合理濃度值的燃料，以保證柴油機(jī)完全燃燒。顯然就是造成氣缸內(nèi)往往瞬間出現(xiàn)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(jīng)排氣管的排放，常呈現(xiàn)出以主要成份為碳黑粉狀黑煙狀態(tài)問題的原因。為了消除柴油機(jī)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(jī)配氣機(jī)構(gòu)在進(jìn)氣過程，消掉空氣于流行中之阻力的影響而提高氣缸進(jìn)氣量；能為氣缸的進(jìn)氣增加出約20%～25%的空氣，相當(dāng)于增加了（20%～25%）×21%（空氣含氧系數(shù)）≈4.2%～5.25%的氧氣；從而消除柴油機(jī)因存在進(jìn)氣不足，工作中氣缸內(nèi)燃料燃燒易形成燃燒不充分的情況，引發(fā)出所謂的常見加油門冒黑煙問題；成為了一套使柴油機(jī)經(jīng)常處于良好工作狀態(tài)的環(huán)保裝置。

（2）一旦柴油機(jī)裝配了這一套采用微粒排放控制技術(shù)的裝置，則配氣機(jī)構(gòu)明顯得到實質(zhì)性的擴(kuò)容；整個燃料供給系統(tǒng)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(xié)調(diào)機(jī)制；配氣機(jī)構(gòu)擁有空氣壓縮機(jī)、空氣儲蓄瓶罐、節(jié)氣汽化器（調(diào)速器）等，油路擁有油料箱、輸油泵、噴油泵（調(diào)速器）等；而建立起這兩條配送線路，擁有相互平衡與協(xié)調(diào)機(jī)制是相當(dāng)?shù)闹匾．?dāng)柴油機(jī)在規(guī)定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動時，在突遇前端載荷量遞增而需要加油門時，配氣機(jī)構(gòu)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(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由傳動箱中隋輪去提高配氣凸輪軸的轉(zhuǎn)速方才增加供應(yīng)空氣；而且是它能夠依據(jù)油路供油的增加即增加供應(yīng)空氣，從而節(jié)省這兩條線路在瞬時按氣缸內(nèi)燃燒要求充分需要的時間，及時與氣缸內(nèi)的燃油與空氣合理調(diào)配，保證燃料燃燒充分；解決柴油機(jī)常見的加油冒黑煙問題，使之在經(jīng)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(jié)構(gòu)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(jī)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(jī)氣缸內(nèi)的燃燒，增加約4.2%～5.25%的氧氣；所配制的節(jié)氣汽化器有一個可燃物料輸入孔口，可以單獨添加進(jìn)去某些促進(jìn)柴油機(jī)節(jié)能減排的可燃物（諸如液態(tài)氧氣與生物柴油）；也為長期工作在高原地區(qū)的內(nèi)燃機(jī)，尤其是農(nóng)用柴油發(fā)電機(jī)，解決氣缸內(nèi)極為容易發(fā)生缺氧燃燒的不良狀態(tài)問題。該裝置是一項內(nèi)燃機(jī)配氣機(jī)構(gòu)再制造的綠色設(shè)計產(chǎn)品，它對柴油機(jī)的工作意義重大，權(quán)威試驗數(shù)據(jù)的顯示：只要為柴油機(jī)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(zhì)石化柴油相比：有毒有機(jī)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(biāo)可達(dá)到歐Ⅱ和歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)的要求；將現(xiàn)代的柴油機(jī)產(chǎn)品設(shè)計與環(huán)境保護(hù)融為一體，為解決我國日益突出的、區(qū)域性的、空氣霧霾具有一定的意義。