张志勇

摘 要：柴油机之所以常出现加油冒黑烟，其主要原因是在于供给系统本身的结构特点所引起的，当气缸内进气不足时，加油门过程中就会出现瞬间燃油过多或空气过少，导致燃烧不充分，排气管冒黑烟。因此，为了保证柴油机能够经常处于良好的工作状态，作者遵循柴油机工作原理，以微粒排放控制技术作支撑，设计出一套助气安燃装置，来解决以上问题。

关键词：柴油机供给系；助气安燃装置；进气不足；冒黑烟

中图分类号： 文献标识码：A doi：10.14031/j.cnki.njwx.2016.06.011

1 助气安燃装置结构组成

为解决柴油机加油冒黑烟的问题，保证柴油机经常处于良好的工作状态，我设计了助气安燃装置安装于配气机构，该装置的结构简图如图1所示，主要的零部件如图所示。

2 主要零部件与功用

（1）主进气管与支进气管道交汇处。由柴油机（主）与装置（次）两条进气管构成，为柴油机与装置共同使用的进气管道，吸进经过滤清器过滤的空气。

（2）空气压缩机。由活塞式压气机、配套驱动系统（或皮带轮机）等一些零配件组成。功用：承接柴油机的传动，吸进过滤性的空气进行压缩；供应带有一定高压强度的空气，以满足装置需要。

（3）高压空气储存瓶罐。由瓶罐壳体、进气端孔口、出气端孔口、出气阀、气体自动稳压（减压）阀等机件组成。功用：积蓄空气，气压超标时自动减压；为装置的工作提供带有一定压强的空气量。输出的空气量以柴油机在额定转速时，不大于气缸内配气量的25%，应避免过量。

（4）节气汽化器。由进气口、节气门、阻气门、通气孔、主喷管喉管、主量孔、针阀、浮子、浮了室、器壳等零部件组成。功用：按照规定的时间和数量供给空气。之所以采用节气汽化器，是因它在构造上还设置着另一个进入口；可添加输入诸如液化氧气或燃烧添加剂等。

（5）全程机械离心式调速器（调速操纵手柄）。由齿轮转动轴、调速套筒、飞球座、飞球、拨叉、调速轴、拉杆、调速操纵手柄、调速器弹簧、紧固螺钉、调整螺母、锁紧螺母等组成。功用：根据柴油机负荷的变化，自动改变节气汽化器节气门开度的大小，并根据柴油机喷油泵供油量的大小自动改变供气（或其他的物质）量，并与柴油机的配气量，一起供给燃烧室；保持工作转速的稳定。

（6）高压空气输出管道与柴油机（气缸盖前）进气管道交汇处。由该装置高压空气输出管道与柴油机气缸盖前方的进气管道，内部贯通外表采用密封性的焊缝补隙构成。功用：将装置的空气对柴油机气缸盖至进气门进气管道内的输出；以提高气缸内20%～25%的进气量。

（7）齿轮联轴器。由齿轮联轴器齿轮半轴（以锯掉柴油机起动电机转轴构成）、器壳等机件组成。功用：将柴油机曲轴飞轮的转数传递给装置调速器转轴（节气汽化器），保存柴油机起动电机的原始功能。

（8）气门控制器（开关）。属于人机工程的一零部件，也为柴油机油门控制器（开关）；机车上的机型一般分有脚踏式和手动式两种。

3 装配与工作

3.1 装配方案

（1）柴油机的喷油泵与起动电机，一个在机身的左侧另一个在右侧；当柴油机安装了这套助气装置，机身的左侧与右侧显然都会有着一个调速器；因此为了使得这两个调速器的工作步调一致，柴油发动机车辆可以制造一个复合型气门油门控制器（开关）（如图2），以保证在发动机两侧的这两个调速器（调速手柄）实现联动。

（2）采用齿轮联轴器以齿轮半轴对柴油机飞轮啮合承接转速，以联轴器的凸缘齿轮对调速器齿轮转动轴啮合承接转速，以联轴器使齿轮半轴对起动电机转轴作钢性连接；但要保证起动电机对柴油机飞轮的启动工作可靠性。联轴器凸缘齿轮的齿数，需要制作出符合供气角度所要求的齿数；所谓的供气角度当依据柴油机气缸工作顺序中的第一个工作缸，以缸内的活塞处于进气冲程的上止点时位置为衡量基准。

（3）柴油机的空气过滤器，使用时或作扩容或为满足助气装置的进气量而另设的一个装置。

（4）两个交汇处的气流管道配对连接，助气装置的进气管口端面，尽量对准空气过滤器出气孔口端面；高压空气输出管口端面，尽量对准柴油机气缸盖进气孔口端面；交汇处管道与管道的连接，当以管道的外表面进行焊缝补隙；要求牢固、密封性好且内管道贯通无阻，以不防碍柴油机的进气为佳。

（5）空气机械压缩机，它由柴油机的一个皮带轮来带动工作。在安装过程中它对悬点位置会产生一定的静载荷，工作时则转化成为微震性质的动载荷；应做好防止松脱或坠落问题发生的预期妥善处理方案。柴油机车辆己配置作为道路交通（制动）使用的空气压缩机；便可以利用。

3.2 工作原理

（1）工作过程。当空气机械压缩机基于承接着柴油机的传动，它的内部（气缸）吸进过滤性空气，并将原动的机械能转换成对空气的压力；也为后续的高压气体储蓄瓶罐积蓄空气与稳定气压被动而又输出空气，保证空气供给。当负载着一定压强度的空气体以一定流量进入节气式汽化器腔内时，在拥有调速器（调速操纵手柄）的作用下，空气则按照规定的时间与需要量，以节气门作半转弧长尺度（开门幅度）的大小为调控，让高压空气流通过去的供应。这一种节气汽化器可作为对空气供应量大小的调控；也可作为添加其它的可燃物品数量，以促成柴油机的低碳运行和提高功率。

助气装置调速器的工作，当操纵手柄位置一定时，柴油机在一定负荷状态下，以一定转速运转；这时飞球的离心力与调速器弹簧拉力及整套机构的摩擦力得到平衡。当柴油机负荷减轻时，转速增高，飞锤离心力增大，当大于调速器弹簧压力时，推动调速套筒移动，通过调速杠杆机构把节气汽化器的节气门关小，于是输出的空气（或其它气化了的工作气）减少，直到飞锤的离心力与弹簧的力量再次得到平衡时，拉杆就不再摆动，阻（节）气门开度不再变化，以致输出的空气与油料能呈现合理性的调配等，这时柴油机也回到规定转速范围内。反之亦然，弹簧拉力可以通过操纵手柄改变，操纵手柄放在不同位置，能得到不同的弹簧拉力，获得不同的稳定转速，以及空气（其它工作气）的供应。

（2）空气流程。空气滤清器内的空气→支气管道内→空气机械压缩机腔道内→高压空气储蓄瓶罐内→节气式汽化器腔道内→高压空气输出管道内→柴油机气缸盖（进气腔道→进气门→气缸内）。

4 可行性分析

（1）柴油机是一种把燃料直接送到机器内部（气缸）去混合燃烧产生动力的发动机。它的供给系统本身就使得机器气缸内的进气减少约20%～30%；这对主要依靠空气在气缸内有合理的压缩比、合理浓度值的燃料，以保证柴油机完全燃烧。显然就是造成气缸内往往瞬间出现燃油的过多、或空气过少，燃料燃烧不够充分，整个过程不完全；废气经排气管的排放，常呈现出以主要成份为碳黑粉状黑烟状态问题的原因。为了消除柴油机这一个客观存在的问题，本文制造出该助气安燃装置；它能够支撑柴油机配气机构在进气过程，消掉空气于流行中之阻力的影响而提高气缸进气量；能为气缸的进气增加出约20%～25%的空气，相当于增加了（20%～25%）×21%（空气含氧系数）≈4.2%～5.25%的氧气；从而消除柴油机因存在进气不足，工作中气缸内燃料燃烧易形成燃烧不充分的情况，引发出所谓的常见加油门冒黑烟问题；成为了一套使柴油机经常处于良好工作状态的环保装置。

（2）一旦柴油机装配了这一套采用微粒排放控制技术的装置，则配气机构明显得到实质性的扩容；整个燃料供给系统的两条配送线路，因此也就成为了供气供油配送势能的相互平衡与协调机制；配气机构拥有空气压缩机、空气储蓄瓶罐、节气汽化器（调速器）等，油路拥有油料箱、输油泵、喷油泵（调速器）等；而建立起这两条配送线路，拥有相互平衡与协调机制是相当的重要。当柴油机在规定的转速范围内以一定转速转动时，在突遇前端载荷量递增而需要加油门时，配气机构就无需再等待油路喷油泵供油的增加，之加量通过燃烧将燃料蕴藏的化学能转化为机械能，由传动箱中隋轮去提高配气凸轮轴的转速方才增加供应空气；而且是它能够依据油路供油的增加即增加供应空气，从而节省这两条线路在瞬时按气缸内燃烧要求充分需要的时间，及时与气缸内的燃油与空气合理调配，保证燃料燃烧充分；解决柴油机常见的加油冒黑烟问题，使之在经常的使用过程中低碳运行。

（3）本装置主要的零部件皆为市场化商品，具有结构紧凑、重量轻、性能好、使用可靠、操作维修方便的特点。可以使用一些机器的回收零部件与再生材料，减少资源消耗与降低成本。它不仅能够为柴油机气缸内的燃烧，增加约4.2%～5.25%的氧气；所配制的节气汽化器有一个可燃物料输入孔口，可以单独添加进去某些促进柴油机节能减排的可燃物（诸如液态氧气与生物柴油）；也为长期工作在高原地区的内燃机，尤其是农用柴油发电机，解决气缸内极为容易发生缺氧燃烧的不良状态问题。该装置是一项内燃机配气机构再制造的绿色设计产品，它对柴油机的工作意义重大，权威试验数据的显示：只要为柴油机的配气添加4.5%～6%的氧气，则它所排放的废气和通常采用的不含氧质石化柴油相比：有毒有机物排放量仅为10%，颗粒物为20%，二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%，排放尾气指标可达到欧Ⅱ和欧Ⅲ排放标准的要求；将现代的柴油机产品设计与环境保护融为一体，为解决我国日益突出的、区域性的、空气雾霾具有一定的意义。