1、防爆柴油機基本性能和改造方法總體目標防爆性能必須絕對保證！動力性能滿足使用要求排放性能符合相關法規(guī)第一部分：防爆性能國家防爆規(guī)程的規(guī)定： 1）防爆柴油機任一部位表面溫度不得超過1502）柴油機最終排氣溫度不得超過703）任何通氣部位不得有明火噴出普通柴油車存在的防爆隱患1.熱表面：排氣系統(tǒng)熱表面300-500；其他元件表面溫度也超過了起燃溫度2.火焰火星和熱氣體：排氣溫度高達650；火焰可能通過進氣系統(tǒng)高速回流至大氣；柴油機零部件結合面泄露的熱氣體和火焰、火星3.機械火花：摩擦、碰撞產生4.靜電：非金屬材料產生5.電火花：電氣元件工作過程中產生的電弧和電火花1.2 消除各防爆隱患的對策隱患1：

2、熱表面對策：對于零部件表面溫度過高，應采用適當?shù)母魺岷退浞绞绞贡砻鏈囟认陆?1.2 消除各防爆隱患的對策隱患2：火焰火星和熱氣體對策：設置進排氣口的阻火裝置（如阻火器，又稱防爆柵欄）設置火焰消除裝置（如廢氣凈化水箱）設置防爆結合面 關于防爆結合面柴油機成為潛在的引燃源,其中燃燒室是源頭。燃燒室并不是一個獨立的、完全密閉的空間,它是由缸蓋和缸體通過螺栓聯(lián)結構成燃燒室固定元件,再與運動的活塞頂部包圍構成,而且氣缸蓋上還有進氣門、排氣門、噴油器孔與燃燒室相通。在柴油機的工作過程中,燃燒室內產生的火焰火星和熱氣體，均有可能從這些結合面泄露到大氣中，所以必須對這些結合面的尺寸、配合進行特殊的設計，來抑

3、制火焰火星和熱氣體泄漏到大氣中。通常這種特殊的設計就稱為防爆結合面，需要設置防爆結合面的部位有：缸蓋與機體之間進排氣管與缸蓋之間冷卻水道通孔噴油器與缸頭之間1.2 消除各防爆隱患的對策隱患3：機械火花對策：由于金屬材料的摩擦、碰撞可能產生機械火花，因此對其有如下要求：1.外露金屬零件為避免碰撞產生電火花應盡量不用輕金屬。表面噴涂不小于的防護層或設置鋼質防護罩；2.含輕金屬外殼的材料,按質量百分比,鋁、鈦和鎂的總含量不允許大于15%,并且鎂和鈦的總含量不允許大于6%；1.2 消除各防爆隱患的對策隱患4：靜電對策：由于非金屬材料可能產生的靜電，因此對這類零部件材料的要求如下：1. 外露的非金屬零件

4、為避免靜電與燃燒，應該采用不燃或阻燃材料，電阻值小于10億2. 用于密封的襯墊,應使用帶有金屬骨架或金屬包封的不燃材料制造1.2 消除各防爆隱患的對策隱患5：電火花對策：所有電氣元件必須符合GB3836.2爆炸性氣體環(huán)境用電器設備第2部分:隔爆型“d”或GB3836.4爆炸性氣體環(huán)境用電器設備第4部分:本質安全型“i”的有關規(guī)定,并取得煤礦安全標志準用證。并且做到以下幾點 1）采用隔爆型電氣元件 2）采用本質安全型電氣元件 3）盡量使用非電氣元件替代 4）連接電氣設備的電纜,除應符合MT818的有關規(guī)定外,還應具有耐油性能,并應可靠固定和保護 第二部分：動力性能防爆柴油的防爆性能是關乎生產安全

5、的硬性指標，為了滿足防爆性能必須對發(fā)動機會進行一系列的改造，這些改造會影響到柴油車自身的動力性能，為了使防爆改造對柴油車性能的影響降至最低，因而需要在此基礎上對柴油車進行進一步的改造和調整，總體而言，會涉及到以下幾個方面：1. 進氣系統(tǒng)2. 供油系統(tǒng)3. 配氣相位2.1 進氣系統(tǒng)對進氣、排氣系統(tǒng)主要部件的改造和供油量的調整可以改善發(fā)動機的動力性能和尾氣的排放性能,但是這種改造始終無法擺脫其改造后柴油機進氣、排氣系統(tǒng)的阻力大于原柴油機的進氣、排氣系統(tǒng)的阻力,也就是無法接近或達到原柴油機的性能,因此可利用強制進氣來代替自然吸氣的形式。措施：自然吸氣柴油機：增加掃氣泵增壓柴油機：提高增壓比2.2 供

6、油系統(tǒng)對柴油機進行防爆改造（增加進排氣柵欄）后，無論是進氣阻力還是排氣阻力都顯著增加，如此便使得氣缸的進氣壓力下降，每次進入氣缸的新鮮空氣量較改造前將會明顯減少，即使加裝了掃氣泵或渦輪增壓裝置，仍然不能彌補這部分進氣量的損失，因此，為了使得柴油機燃燒更加充分，需要對供油量和供油提前角進行調整。措施：防爆發(fā)動機的供油量需適當減小（具體實驗確定）供油提前角的調整須由實驗確定。2.3 配氣相位為了改善柴油機的性能，應從增加柴油機的充量系數(shù)入手，即對其進排氣系統(tǒng)進行適當?shù)母脑?，配氣相位的改變就是其中重要的一部分。前已述及，發(fā)動機的防爆改造會造成其進氣阻力的增加，進氣流速會下降，為了使柴油機更好的發(fā)揮其

7、動力性能，因此需對進排氣門的開閉時間進行適當?shù)恼{整。措施：排氣門晚關，即排氣門的遲閉角適當推遲一個角度進氣門早開：即進氣門提前角相應提前一個角度，如此，進排氣門的重疊角度增加可使廢氣的排出量增加，減少燃燒室中殘余廢氣量，同時增加了新鮮空氣的進入量，有效地提高充量系數(shù)。第三部分：排放性能煤炭行業(yè)標準中對防爆柴油的排放性能有如下規(guī)定：在防爆柴油機在標定輸出功率范圍內：未經稀釋排氣中CO的排放濃度不得超過1000pm未經稀釋排氣中NOx的排放濃度不得超過800pm對發(fā)動機排放性能的改造一般從以下三個方面入手：1.機前處理凈化技術2.機內處理凈化技術（改善燃燒）3.機外后處理凈化技術（DOC、廢氣處理

8、箱、EGR）3.1 機前處理凈化技術-清潔燃料燃油的品質對柴油機有害物的排放有著重要的影響，減少燃油中氮、硫的含量，提高燃油十六烷值等措施均能降低柴油機有害物的排放。其次在燃料中加入添加劑，能有效地降低炭煙。燃油添加劑實際上是一種助燃劑，它促進燃燒過程中炭分子的氧化。目前使用的消煙劑中以含錳的化合物最為有效，含鐵、鎳、鈷、銅等過渡類金屬元素的有機物也能有效地降低炭煙。還有乳化油技術，即在柴油中摻入一定量的水，使柴油變?yōu)槿榛停材芙档筒裼蜋C有害物的排放。3.2 機內處理凈化技術（改善燃燒）防爆柴油機改善燃燒圍繞著一個核心展開，那就是針對防爆改造后帶來的進排氣阻力增加，如何提高進氣量，并使噴油系

9、統(tǒng)和目前的進氣量，進氣壓力及流速匹配。如此，便能很好的起到改善燃燒，降低排放的作用。1.使用掃氣泵以增加進氣量，提高進氣壓力和充量系數(shù)2.使用渦輪增壓中冷技術可以增加進入柴油機汽缸內的空氣密度和將壓縮后的空氣溫度降低,可以增加進氣量、縮短滯燃期，在稀烯火焰熄滅區(qū)內積壓的燃油量較少，從而減少排氣中有害成分碳氫化合物(HC)和氮氧化物(NOx)的生成3.適當減少供油量，使噴入缸內的柴油充分燃燒以降低排放污染4.將供油提前角適當提前，可以明顯降低NOx的排放5.提高噴油壓力和噴油速率，降低NOx和顆粒6.合理設置配氣相位3.3 機外后處理裝置DOC和普通柴油車上使用的DOC沒有區(qū)別。3.3 機外后處

10、理裝置EGR廢氣再循環(huán)（EGR）作為控制柴油機排氣污染的一種有效措施，已越來越受到人們的高度重視。由于它使預混合燃燒峰值降低，滯燃期縮短，氧氣濃度下降，火焰溫度下降，因而它能顯著地降低NOx。該系統(tǒng)可使NOx排放量降低20%，對NOx的控制優(yōu)于延遲噴油效果3.3 機外后處理裝置廢氣處理箱國內防爆柴油機尾氣控制主要是水洗法,是一種尾氣后處理方法。就是尾氣排放到大氣前要經過廢氣處理箱,處理箱內有一定高度的水,廢氣經過水以后排入到大氣中,因氮氧化物易溶于水,水洗法主要用來凈化氮氧化物,其次對CH化合物也起凈化作用（由于這些物質溶于水后會產生酸性物質，因此適當在水中添加堿性溶劑會有利于增強其凈化作用）

11、，還可以洗去油煙、碳粒及易溶于水的其它有害物質及去掉排氣中的氣味。這種方法結構簡單、零件少,可以起到廢氣凈化效果廢氣處理箱的形式廢氣處理箱的形式第四部分：防爆柴油機各系統(tǒng)結構為了滿足防爆性能、動力性能和排放性能的要求，一臺防爆柴油機所需包含的各基本系統(tǒng)結構如下：第五部分：改造一款普通柴油機如果需要用作防爆發(fā)動機，通常將會涉及到改變的部分有：1. 啟動裝置2. 進氣系統(tǒng)3. 冷卻系統(tǒng)4. 排氣系統(tǒng)5 .報警控制系統(tǒng)6. 燃油系統(tǒng)7. 各零部件所用到的材料啟動裝置的改造煤礦用防爆柴油機技術檢驗規(guī)范中規(guī)定：柴油機的起動方式可采用1.彈簧起動;2.液壓起動;3.壓縮空氣起動等方式。壓縮空氣起動方式具有

12、防爆性好、安全可靠、起動力矩大、可過載保護及動力清潔等優(yōu)點?；蛘卟捎梅辣妴訖C，這兩者都是目前應用較多的啟動方式。5.2 進氣系統(tǒng)的改造綜合考慮防爆性、動力性和排放性能三個條件對柴油機的約束，對進氣系統(tǒng)的改造將會涉及到以下部分：1. 空氣濾清器2. 進氣防火柵欄3. 空氣關斷閥4. 掃氣泵5. 渦輪增壓器5.2.1 空氣濾清器的改造一般柴油車上所采用的濾清器均為油潤式的濕式濾清器，由于其不符合防爆要求，一般不予采用，如有特殊情況需要采用的，必須配備防火液。通常為了使柴油機在煤塵較大的環(huán)境中工作時，進入氣缸的空氣清潔，最好采用雙級干式濾清器這樣可以延長柴油機使用壽命。5.2.2 進氣防火柵欄燃

13、燒室高溫引起進氣道中可燃混合空氣著火迅速反撲向空氣濾清器，進而竄向外界有可燃氣體的環(huán)境，增加進氣柵欄可以起到迅速阻熄此部分氣體燃燒的作用。由于增加進氣柵欄后會增加進氣阻力，為了使這一影響降到最低，進氣柵欄滅火片進口端磨成橢圓或削成尖角以減小進氣阻力。并且在滿足阻火器阻火功能的前提下，盡可能減小柵欄片的厚度和長度，這些改造可以有效減小尾氣中有害氣體的含量、提高柴油機動力性能。疊片寬不少于50mm（增加熱傳導面積）疊片厚不低于（保證必要的換熱能力）兩疊片間的間隙不大于（利用狹隙效應迅速降溫）疊片間隙不能因為彎曲而使得間隙擴大（保證有效結構）5.2.3 空氣關斷閥空氣關斷閥是為了安全而設置的，它安裝

14、在前喇叭口上。當柴油機關斷柴油后還停不下車時（柴油機在切斷供油后進氣中的瓦斯能使其繼續(xù)運轉），則關閉此閥，斷絕柴油機氣缸進入空氣，迫使柴油機停車?？諝怅P斷閥的安裝位置一般是在進氣柵欄之前。該閥的安裝和密封應能在柴油機超過額定轉速的20%（有的也設計成10%）時保證自動干脆地切斷空氣的供給，使柴油機立即停車。5.2.4 掃氣泵原因：對進、排氣系統(tǒng)主要部件改造始終無法使改造后柴油機進排氣系統(tǒng)的阻力大于原柴油機的進、排氣系統(tǒng)的阻力,也就是無法接近或達到原柴油機的性能。因此要想達到原柴油機的性能必須增大柴油機的進氣量 。效果：對于自然吸氣式柴油機通過增加掃氣泵增加進氣的動力，克服進氣道、進氣柵欄所產生

15、的阻力,使進氣歧管內新鮮氣體的壓力大于排氣后期氣缸內廢氣的壓力,將氣缸內的廢氣充分排出氣缸，提高充量系數(shù)。同時通過改變配氣相位使進排氣門的重疊角度增加,如此就會有少量的新鮮空氣隨廢氣一起排出,這樣不僅使氣缸內的殘余廢氣盡可能減少,而且可以帶走氣缸內的部分熱量,改善燃燒室內的燃燒情況 。掃氣泵5.2.5 渦輪增壓器原因：同上效果：增加進氣量，提高進氣壓力和充量系數(shù)，降低進氣溫度，改善燃燒，增加動力，減少排放。注意：若增加增壓器，則需對其表面溫度加以控制，最可靠的方式是用發(fā)動機冷卻水對增壓器進行冷卻,但這樣涉及到對增壓器構造的改變，會增加增壓器的制造難度。整體而言，如果是自然吸氣式柴油機，增加渦輪

16、增壓器對柴油機造成較大改動5.3 冷卻系統(tǒng)的改造柴油機氣缸內燃料燃燒散出的能量約有30%作為熱量通過氣缸套、缸蓋等傳遞給冷卻介質，約有30%的熱量被排氣帶走，柴油機的冷卻系統(tǒng)主要對以上2部分熱量進行冷卻，包括氣缸冷卻、機油冷卻、排氣冷卻等 5.3 冷卻系統(tǒng)的改造綜合考慮防爆性、動力性和排放性能三個條件對柴油機的約束，對冷卻系統(tǒng)的改造將會涉及到以下部分：排氣歧管和排氣管的水套冷卻水箱風扇和熱交換器（散熱器）噴水裝置渦輪增壓器的水套排氣歧管和排氣管的水套原因：柴油機排氣溫度高達650 ，排氣歧管和排氣管的溫度300-500 ，超過了很多物質的著火點，不能滿足防爆性能的要求，因此需對排氣管歧及排氣管

17、內的氣體進行降溫，保證柴油機表面溫度低于150形式：在排氣歧管和排氣管外面設計冷卻水套夾層的水與柴油機冷卻系統(tǒng)連通，采取封閉強制冷卻，因此這部分水套的增加涉及到整個發(fā)動機水循環(huán)系統(tǒng)的改造5.3.2 冷卻水箱普通柴油機氣缸內燃料燃燒散出的能量約有30%作為熱量傳遞給冷卻系統(tǒng)，另外30%的熱量被排氣帶走。防爆柴油機需要同時對上述兩部分進行冷卻，換熱量的增加帶來了冷卻介質的增加，所以，對水箱的改造集中在通過計算確定換熱量，進而計算出需要的水箱體積。風扇和熱交換器（散熱器）前已述及，防爆柴油機由于防爆特性的要求需要通過冷卻系統(tǒng)帶走大量的熱量，如何及時的將冷卻水中存儲熱量交換到外界去是冷卻系統(tǒng)需要面對的

18、一個重要問題，其主要的方法就是通過加強換熱，如增加換熱面積，加強熱對流與熱傳導等。應用于發(fā)動機上主要通過以下方法：1. 強化風扇的功率，達到加強熱對流的目的2. 對散熱器結構進行優(yōu)化以增加換熱效率3. 增加散熱器的體積以增加換熱面積4. 再加一個散熱器5.3.4 噴水裝置噴水裝置主要由噴水泵、噴水嘴和水箱等組成。其作用是用來冷卻和凈化廢氣。水嘴安裝在排氣彎管上，噴霧方向應對著廢氣流方向噴水裝置具有有結構緊湊、排氣阻力小、燃油消耗低、廢氣凈化較好等特點由于此裝置與散熱器+廢氣處理箱的功能比較接近，所以在功能上比較“雞肋”。如果對散熱器進行了改進，則這一裝置沒有必要增加。5.3.5 渦輪增壓器的水

19、套防爆柴油機如果配備渦輪增壓器，則需對其表面溫度加以控制，最可靠的方式是用發(fā)動機冷卻水對增壓器進行冷卻,但這樣涉及到對增壓器構造的改變，會增加增壓器的制造難度5.3.6 冷卻系統(tǒng)示意圖5.4 排氣系統(tǒng)改造綜合考慮防爆性、動力性和排放性能三個條件對柴油機的約束，對排氣系統(tǒng)的改造將會涉及到以下部分：排氣管路廢氣處理箱排氣防爆柵欄5.4.1 排氣管路為了降低柴油車排氣溫度與排氣系統(tǒng)熱表面溫度，需要對柴油車排氣系統(tǒng)進行冷卻，但由于排氣流速快、溫度高。如果排氣管路的長度不作改變，那么排氣所攜帶的熱量將來不及與冷卻液進行充分的換熱，達不到需要的冷卻效果。因此，考慮到換熱的充分性，需要對原柴油機的排氣管路與

20、冷卻系統(tǒng)綜合考慮進行重新設計，而不是簡單的在排氣歧管和排氣管外包裹水套。5.4.2 廢氣處理箱在前面排放性能的部分已經對廢氣處理箱的凈化功能進行了一部分的介紹，下面介紹其冷卻功能如圖所示，當排氣通過A口（通常為了增加換熱面積A口會被設計成許多分隔的小口）進入廢氣處理箱之后，為了使氣體與水接觸時間足夠長，通常進氣管會伸入水箱靠底部的位置，由于密度和壓力的差異，氣體將逐漸浮出水面，這時，為了增加氣體在水中的時間和接觸面積，可采取設置隔網和隔板的方式，將氣泡打碎。最后，冷卻后的氣體隨著水蒸氣一同排出凈化水箱，這時氣體的溫度已經只有100左右了。再通過后面管段以及排氣防爆柵欄的冷卻，便能達到排溫不超過70的要求。5.4.3 排氣防爆柵欄來自排氣系統(tǒng)的火焰和熾熱粒子的熱輻射可使環(huán)境可燃氣體爆燃，排氣防爆柵欄可以起到迅速阻熄此部分火焰和使熱粒子迅速降溫的作用。排氣防爆柵欄一般安裝在廢氣處理箱后面，進一步對已經冷卻至100左右的排氣再次降溫。增加排氣柵欄后會增加排氣背壓，排氣背壓增加所帶來的影響在此不再贅述5.5 報警控制系統(tǒng)與普通柴油車相比，防爆柴油車還