柴油机复合型供给系统与环保融合的构想

张志勇

摘 要：柴油机供给系统分成配气系与油料系，功用是将空气和油料按时按量送进气缸内燃烧而产生动力，废气经排气管排入空气中。由于柴油机使用柴油作燃油，而配气机构又会减少20%～30%的进气量；所以经常导致废气的排放呈现出冒黑烟的状态。为解决问题，保证柴油机经常处于良好的工作状态，本着对柴油机的生物柴油使用与再制造，需要这部动力机油料供应系做相应的改进，以便气缸内按照石化柴油与生物柴油的比例关系，把两种油料直接送入气缸内燃烧；以生物柴油含氧量高的特点，促进燃烧过程彻底完全；并与经过专项扩建的配气机构融合，形成复合型供给系统，达到环保的目的。

关键词：柴油机；双线供给系；石化柴油；生物柴油；绿色型

中图分类号：TK421 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.07.006

本构想对柴油机的配气机构进行了重新设计，为了实现柴油机拥有复合型燃料供给系统，造就油料以双线供给，实现运行平台与环境保护融为一体，该项目的设计方案如下。

1 双线供给系的组成（功用）

该供应系的构造（如图所示）由两个油料箱、两个沉淀杯、两个燃油滤清器、两对输油泵、一轴双对凸轮与双对柱塞偶件式喷油泵（带调速器）、一喷孔双出油阀式喷油器、高压输油管与低压输油管等零配件组成。

功用：贮存、滤清和分别输送石化柴油与生物柴油，并按照柴油机各工况的要求，按照两种燃油各自的燃烧闪点将燃油增压，定时通过喷油器喷入燃烧室与空气混合燃烧；并将废气经过排气管道排入空气中。

（1）两个油料箱由薄钢板制成，有各自的加油口并装滤网；在油箱盖上钻有通气孔与空气接通，使燃油蒸气和空气能够自由进出，以保持油液流动畅通。出油口在油箱下面。功用：分开储存两种不同的燃油。

（2）两个沉淀杯（玻璃杯）由燃油开关、滤网、密封垫、卡箍等一些的零配件组成。功用：对两种油料分别起粗滤作用。

（3）两对输油泵都为柱塞单作用式，由一个壳体内分有两道输油路线、两个同样的进油阀、活塞、泄油道、推杆、挺柱、出油阀、钢球、手压油泵等零配件组成。功用：输送两种油料，并保证这两种油料在两条低压油路中循环时，克服管路及滤清器的阻力，有足够压力稳定的油料供给柱塞双道式喷油泵。此泵还配备手动泵，以方便排除燃油供给系中的气体。手动泵安装在柱塞双道式喷油泵的外壳上，也由其凸轮轴上两个偏心轮分别驱动。

（4）两对油料滤清器有四个壳体，里面分别装有燃油粗滤器（进油口、滤网、密封圈）、燃油细滤器（滤芯、放气阀、出油口）、放油螺塞等零配件组成。功用：使两种油料中的水分与杂质得到沉淀过滤。

（5）一轴双对凸轮与双对柱塞偶件式喷油泵（调速器）由喷油泵体、原装调速器等组成。柱塞泵体由上、下泵体（由铝合金铸成，两者靠平面贴合来密封）、一根凸轮轴（上有两倍气缸数目的凸轮与两个偏心轮）、两倍气缸数目的柱塞偶件、两倍气缸数目的出油阀偶件、两倍气缸数目的挺柱体等组成。下泵体内装有凸轮轴、两倍气缸数目的挺柱体、拉杆、拨叉等零部件。上体装有两倍气缸数目的柱塞偶件、两倍气缸数目的出油阀偶件、两倍气缸数目的高压油管接头等零件。功用：为两种燃油提供足够的压力，分别按照规定的时间和需要的数量送到喷油器。

（6）一喷孔双道双出油阀式喷油器，它由一个喷孔、一个器壳体内分有双条输油路线，路线中各自装有油嘴偶件、油嘴垫圈、紧帽、圆柱销、顶杆、弹簧（座）、调整螺钉、垫圈、螺母、喷油器帽、接头螺钉、防护圈、进油接头、防护帽等零件的组成。功用：将一轴双对凸轮与双对柱塞偶件式喷油泵（调速器）送来的两种高压油料，变成雾状统一喷入气缸；与压缩空气均匀混合与燃烧。

（7）输油管由两线低压输油管、双倍气缸数目的高压输油管、接头处一些密封件与紧固件等零件组成。功用：保持两种油料分别流通。

2 双线供给系的工作过程

当两种油料从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，上部较干净的油料则通过滤网流出进入各自的油液滤清器。当喷油泵的凸轮轴转动，两个偏心轮将输油泵的两个活塞顶开，双燃油道中的两个进油阀分别关闭，两个出油阀分别被打开；两种油料在一定的压力下被输送出去；当两弹簧使活塞弹回时，双道中的两个进油阀分别被吸开，两种油料分别通过各自的滤网进入各自的输油泵油腔。当这两种油料都承受到一轴双对凸轮与双对柱塞偶件式喷油泵对它们的压力，从各自的油路进入各自的油料滤清器时，油液中的杂质便会得到进一步过滤，并为喷油泵供油。当喷油泵凸轮轴转动时，在一定时刻两组凸轮，推动挺柱体，挺柱体再推动柱塞，柱塞在柱塞套内作往复运动；当柱塞在弹簧的作用下，向下移动将进油孔打开时，从两输油泵压送来的两种油料，便进入柱塞项部的空间；当上述的这两个柱塞向上运动，两个进油孔完全被关闭，两柱塞顶部空间的燃油受到压缩产生很高的压力，因而这两种油料克服了各自的出油阀弹簧压力，使两出油阀打开并经各自的高压油管和喷油器喷出；当两个柱塞上行至柱塞斜槽上边缘与各自的出油孔相通时，两柱塞上方的管道中的高压燃油，自各自出油孔回到各自的油道中去；此时这两种油料油压骤然下降，出油阀回落，因而使得这两种油料停止供给。当从喷油泵压来的两种高压燃油，经各自进油接头到各自的喷油嘴针阀体环形盛油槽，这两种高压油会分别克服各自的喷油器弹簧，通过顶杆给予针阀提供压力，针阀即跳动，于是这两种高压油就分别从各自的油嘴喷孔中喷出与空气混合作燃烧。

3 两种燃油

（1）石化柴油（轻柴油）主要是由烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃与少量硫（2～60 g/kg）、氮（<1 g/kg）及添加剂合成的混合物。其相对密度0.85，熔点-29.56 ℃，沸点180～370 ℃，闪点40 ℃，蒸气密度4，蒸气压4.0 kPa，蒸气与空气混合物可燃限0.7%～5.0% ，不溶于水。目前，国内轻柴油标准规定有50、35、20、10、0号轻柴油，20号农用柴油；各地根据不同季节和气温情况选用具体的牌号，选择的原则是柴油的凝固点较气温低10 ℃；一般春、夏、秋季用0号轻柴油，冬季用20号轻柴油。

（2）生物柴油是利用热裂解等技术将生物质转化成一种长链脂肪酸的单烷基酯，由动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与醇（甲醇或乙醇）、经酯交换反应得到的脂肪酸单烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯，是一种含氧量极高的复杂有机成分的混合物；它完全可以以油料作物诸如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂，以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料，通过酯交换工艺而制作成品。2005年6月4日，《中国环境报》报道：清华大学生物酶法制生物柴油中试成功，采用新工艺在中试装置上生物柴油产率达90%以上；中试产品技术指标符合美国及德国的生物柴油标准，并满足中国0号优等柴油标准。

（3）柴油机是一种直接把燃料送到机器内部（气缸）去燃烧的发动机。石化柴油与生物柴油完全可以单独的、直接的按比例送入气缸内燃烧；无需生产出复合型柴油使用。我国目前的复合型柴油产品为由80 kg轻柴油掺入20 kg生物柴油调制而成。

4 复合型燃料供给系统的环保效果

生物柴油是一种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，把它送到柴油机气缸内燃烧后，所排放废气含二氧化硫和硫化物会大大减少，二氧化碳远低于植物生长过程中所吸收的二氧化碳；从而改善由于二氧化碳的排放，导致全球变暖这一重大环境问题。权威数据显示：二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%，这是因为生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损害也就低于石化柴油，同时具有良好的生物降解特性。以生物柴油和石化柴油相比，柴油机工作时所排放的废气、有毒有机物的排放量仅为10%，颗粒物仅为20%，二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%，排放废气的环保指标可达到欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准。中试产品的发动机台架对比试验结果为：采用含20%生物柴油的混配柴油作燃料，柴油机排放废气中的一氧化碳、碳氢化合物、烟度等主要有毒成分的浓度都显著下降，发动机的动力特性基本不变。因此，复合型燃料供给系统，既满足发动机的动力要求，又达到了节能环保的目的。