柴油機(jī)復(fù)合型供給系統(tǒng)與環(huán)保融合的構(gòu)想

張志勇

摘 要：柴油機(jī)供給系統(tǒng)分成配氣系與油料系，功用是將空氣和油料按時(shí)按量送進(jìn)氣缸內(nèi)燃燒而產(chǎn)生動(dòng)力，廢氣經(jīng)排氣管排入空氣中。由于柴油機(jī)使用柴油作燃油，而配氣機(jī)構(gòu)又會(huì)減少20%～30%的進(jìn)氣量；所以經(jīng)常導(dǎo)致廢氣的排放呈現(xiàn)出冒黑煙的狀態(tài)。為解決問題，保證柴油機(jī)經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)，本著對(duì)柴油機(jī)的生物柴油使用與再制造，需要這部動(dòng)力機(jī)油料供應(yīng)系做相應(yīng)的改進(jìn)，以便氣缸內(nèi)按照石化柴油與生物柴油的比例關(guān)系，把兩種油料直接送入氣缸內(nèi)燃燒；以生物柴油含氧量高的特點(diǎn)，促進(jìn)燃燒過程徹底完全；并與經(jīng)過專項(xiàng)擴(kuò)建的配氣機(jī)構(gòu)融合，形成復(fù)合型供給系統(tǒng)，達(dá)到環(huán)保的目的。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；雙線供給系；石化柴油；生物柴油；綠色型

中圖分類號(hào)：TK421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.006

本構(gòu)想對(duì)柴油機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)擁有復(fù)合型燃料供給系統(tǒng)，造就油料以雙線供給，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行平臺(tái)與環(huán)境保護(hù)融為一體，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案如下。

1 雙線供給系的組成（功用）

該供應(yīng)系的構(gòu)造（如圖所示）由兩個(gè)油料箱、兩個(gè)沉淀杯、兩個(gè)燃油濾清器、兩對(duì)輸油泵、一軸雙對(duì)凸輪與雙對(duì)柱塞偶件式噴油泵（帶調(diào)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(jī)各工況的要求，按照兩種燃油各自的燃燒閃點(diǎn)將燃油增壓，定時(shí)通過噴油器噴入燃燒室與空氣混合燃燒；并將廢氣經(jīng)過排氣管道排入空氣中。

（1）兩個(gè)油料箱由薄鋼板制成，有各自的加油口并裝濾網(wǎng)；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(jìn)出，以保持油液流動(dòng)暢通。出油口在油箱下面。功用：分開儲(chǔ)存兩種不同的燃油。

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

（3）兩對(duì)輸油泵都為柱塞單作用式，由一個(gè)殼體內(nèi)分有兩道輸油路線、兩個(gè)同樣的進(jìn)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(huán)時(shí)，克服管路及濾清器的阻力，有足夠壓力穩(wěn)定的油料供給柱塞雙道式噴油泵。此泵還配備手動(dòng)泵，以方便排除燃油供給系中的氣體。手動(dòng)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(gè)偏心輪分別驅(qū)動(dòng)。

（4）兩對(duì)油料濾清器有四個(gè)殼體，里面分別裝有燃油粗濾器（進(jìn)油口、濾網(wǎng)、密封圈）、燃油細(xì)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(zhì)得到沉淀過濾。

（5）一軸雙對(duì)凸輪與雙對(duì)柱塞偶件式噴油泵（調(diào)速器）由噴油泵體、原裝調(diào)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(shù)目的凸輪與兩個(gè)偏心輪）、兩倍氣缸數(shù)目的柱塞偶件、兩倍氣缸數(shù)目的出油閥偶件、兩倍氣缸數(shù)目的挺柱體等組成。下泵體內(nèi)裝有凸輪軸、兩倍氣缸數(shù)目的挺柱體、拉桿、撥叉等零部件。上體裝有兩倍氣缸數(shù)目的柱塞偶件、兩倍氣缸數(shù)目的出油閥偶件、兩倍氣缸數(shù)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(guī)定的時(shí)間和需要的數(shù)量送到噴油器。

（6）一噴孔雙道雙出油閥式噴油器，它由一個(gè)噴孔、一個(gè)器殼體內(nèi)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(diào)整螺釘、墊圈、螺母、噴油器帽、接頭螺釘、防護(hù)圈、進(jìn)油接頭、防護(hù)帽等零件的組成。功用：將一軸雙對(duì)凸輪與雙對(duì)柱塞偶件式噴油泵（調(diào)速器）送來的兩種高壓油料，變成霧狀統(tǒng)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(shù)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(dāng)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(wǎng)流出進(jìn)入各自的油液濾清器。當(dāng)噴油泵的凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)偏心輪將輸油泵的兩個(gè)活塞頂開，雙燃油道中的兩個(gè)進(jìn)油閥分別關(guān)閉，兩個(gè)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(dāng)兩彈簧使活塞彈回時(shí)，雙道中的兩個(gè)進(jìn)油閥分別被吸開，兩種油料分別通過各自的濾網(wǎng)進(jìn)入各自的輸油泵油腔。當(dāng)這兩種油料都承受到一軸雙對(duì)凸輪與雙對(duì)柱塞偶件式噴油泵對(duì)它們的壓力，從各自的油路進(jìn)入各自的油料濾清器時(shí)，油液中的雜質(zhì)便會(huì)得到進(jìn)一步過濾，并為噴油泵供油。當(dāng)噴油泵凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在一定時(shí)刻兩組凸輪，推動(dòng)挺柱體，挺柱體再推動(dòng)柱塞，柱塞在柱塞套內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)；當(dāng)柱塞在彈簧的作用下，向下移動(dòng)將進(jìn)油孔打開時(shí)，從兩輸油泵壓送來的兩種油料，便進(jìn)入柱塞項(xiàng)部的空間；當(dāng)上述的這兩個(gè)柱塞向上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)進(jìn)油孔完全被關(guān)閉，兩柱塞頂部空間的燃油受到壓縮產(chǎn)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(jīng)各自的高壓油管和噴油器噴出；當(dāng)兩個(gè)柱塞上行至柱塞斜槽上邊緣與各自的出油孔相通時(shí)，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(shí)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(dāng)從噴油泵壓來的兩種高壓燃油，經(jīng)各自進(jìn)油接頭到各自的噴油嘴針閥體環(huán)形盛油槽，這兩種高壓油會(huì)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(dòng)，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(huán)烷烴、芳香烴、多環(huán)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(duì)密度0.85，熔點(diǎn)-29.56 ℃，沸點(diǎn)180～370 ℃，閃點(diǎn)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(nèi)輕柴油標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有50、35、20、10、0號(hào)輕柴油，20號(hào)農(nóng)用柴油；各地根據(jù)不同季節(jié)和氣溫情況選用具體的牌號(hào)，選擇的原則是柴油的凝固點(diǎn)較氣溫低10 ℃；一般春、夏、秋季用0號(hào)輕柴油，冬季用20號(hào)輕柴油。

（2）生物柴油是利用熱裂解等技術(shù)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一種長鏈脂肪酸的單烷基酯，由動(dòng)植物油脂（脂肪酸甘油三酯）與醇（甲醇或乙醇）、經(jīng)酯交換反應(yīng)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(fù)雜有機(jī)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(dòng)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(huán)境報(bào)》報(bào)道：清華大學(xué)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(chǎn)率達(dá)90%以上；中試產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)符合美國及德國的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)，并滿足中國0號(hào)優(yōu)等柴油標(biāo)準(zhǔn)。

（3）柴油機(jī)是一種直接把燃料送到機(jī)器內(nèi)部（氣缸）去燃燒的發(fā)動(dòng)機(jī)。石化柴油與生物柴油完全可以單獨(dú)的、直接的按比例送入氣缸內(nèi)燃燒；無需生產(chǎn)出復(fù)合型柴油使用。我國目前的復(fù)合型柴油產(chǎn)品為由80 kg輕柴油摻入20 kg生物柴油調(diào)制而成。

4 復(fù)合型燃料供給系統(tǒng)的環(huán)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(jī)氣缸內(nèi)燃燒后，所排放廢氣含二氧化硫和硫化物會(huì)大大減少，二氧化碳遠(yuǎn)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(dǎo)致全球變暖這一重大環(huán)境問題。權(quán)威數(shù)據(jù)顯示：二氧化硫和硫化物的排放量可降低約30%，這是因?yàn)樯锊裼筒缓瑢?duì)環(huán)境造成污染的芳香族化合物，燃燒尾氣對(duì)人體的損害也就低于石化柴油，同時(shí)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(jī)工作時(shí)所排放的廢氣、有毒有機(jī)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(huán)保指標(biāo)可達(dá)到歐Ⅱ和歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)。中試產(chǎn)品的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果為：采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料，柴油機(jī)排放廢氣中的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、煙度等主要有毒成分的濃度都顯著下降，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力特性基本不變。因此，復(fù)合型燃料供給系統(tǒng)，既滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力要求，又達(dá)到了節(jié)能環(huán)保的目的。