新聞主題	康明斯柴油發電機進排氣系統的結構和工作原理

 

概述：柴油發電機進、排氣系統向氣缸提供清潔的充足的新鮮空氣，排除作功后的廢氣。增壓型柴油機還有進一步利用排出氣缸的燃氣能量，使進入氣缸的空氣預先增壓和冷卻，從而增加氣缸的進氣密度，達到提高柴油機動力性能和經濟性的目的。因此，柴油發電機的進排氣是衡量柴油發電機工作狀況和性能的一個指示。為了更好的維護康明斯發電機組的進排氣系統，我們應首先要先了解其系統結構和工作原理。

 

一、進排氣系統的工作原理

 

      進排氣系統是柴油機工作過程所涉及的重要系統之一，它是由進氣和排氣歧管、空氣過濾器、中冷器、渦輪增壓器、消聲器等主要部件組成，如圖1所示。工作過程是空氣通過過空氣濾清器過濾后進入渦輪增壓器的壓氣機，經過壓縮后的空氣再通過中冷器，經過冷卻后的空氣再進一步的壓縮后進入發動機的氣缸，在經過柴油機后，將廢氣排除，廢氣進入渦輪增壓器的渦輪端作功，完成一個循環，如圖2所示。

1、進氣過程

      柴油發動機的進氣過程主要通過空氣濾清器、進氣歧管和氣缸蓋等部件。空氣經過空氣濾清器過濾后，通過進氣歧管進入氣缸。在進氣歧管中，空氣受到節流和減速的作用，使得空氣溫度和壓力降低，有利于柴油的蒸發和混合。

2、排氣過程

      柴油發動機的排氣過程主要通過排氣歧管、消聲器和排氣尾管等部件。燃燒后的廢氣經過排氣歧管進入消聲器，消聲器可以降低廢氣的噪音，最后廢氣通過排氣尾管排出。

      進排氣系統是柴油機中非常重要的一個部分，它起到了排放廢氣和保證發動機正常運轉的作用。了解進排氣系統的工作原理，能夠幫助我們更好地理解柴油機的工作過程。
 

圖1  柴油發電機進排氣系統結構圖

圖2  柴油機進排氣循環工作原理

 

二、進氣系統結構組成

 

      進氣系統的結構包括空氣濾清器、進氣管、增壓器和進氣歧管等，如圖3所示。進氣系統的作用包括提供清潔空氣，并保證進氣量滿足柴油發電機實際需要；將新鮮空氣均勻充分地分配到各氣缸中。

進氣通路∶大氣→空氣過濾器→增壓器的壓氣機→擴散彎管→中冷器→收斂彎管→進氣穩壓箱→進氣歧管→氣缸蓋進氣道→進氣門→氣缸

1、進氣管

      柴油機進氣管的主要作用是為柴油機氣缸提供充足的新鮮空氣，這些空氣對于柴油機的燃燒過程至關重要，外觀示意圖如圖4所示。進氣管的設計和構造直接影響著進氣效率和發動機的性能。以下是進氣管的具體作用：

（1）提供新鮮空氣：

      進氣管按照柴油機的工作次序，為各個氣缸提供足夠的新鮮空氣，這是燃燒過程的基本需求。

（2）增壓和冷卻：

      在增壓型柴油機中，進氣管利用排氣系統排出的熱量，對進入氣缸的空氣進行預增壓和冷卻，這樣可以增加氣缸內空氣的密度，從而提高燃燒效率和發動機的動力與經濟性。

（3）減少空氣流通阻力：

      為了減小空氣流通的阻力，進氣管的內壁通常設計得比較平整和光滑。

2、空氣濾清器總成

      空氣濾清器的作用是濾除空氣中的雜質和灰塵，保證進入氣缸的空氣清潔；降低進氣噪聲。設計中濾清器總成主要技術參數為二級干式帶安全濾芯式，粗濾效率不小于80%，二級干式濾清器，既可水平放置也可垂直放置，利于整機布置；葉片環旋流干式空濾器，產生強烈的旋流，使空氣中較大的灰塵粒子在離心力的作用下被甩入濾清器端蓋積灰盤內。粗濾后空氣，再經主濾芯濾清，然后穿過安全濾芯進入柴油機。主濾芯由經過樹脂處理的微孔濾紙排列成圓柱形加上內外金屬網罩組成，網罩能防止濾紙意外損壞，主濾芯的濾清效率應在99.5%以上。

（1）安全濾芯

安全濾芯為濾紙，加內外金屬網罩。金屬網的作用是防止濾芯意外損壞和防止使用中濾芯被吸扁或局部被碰扁。一旦主濾芯破損，可暫時起濾清作用，以免帶灰塵的空氣進入，保護柴油機免受異常磨損。在國外的柴油發電機上，一般不裝安全濾芯，由于我國空氣濾清器的制造水平和濾紙材料質量的限制，以及康明斯柴油機沒有氣缸套的特殊性，增加安全濾芯裝置，以便增加一道空氣的安全過濾系統，保證進入柴油機氣缸內空氣的潔凈性。

（2）空氣濾清器的保養及更換

      50小時保養時，旋松端蓋上的緊固螺母，拆下端蓋，消除里面（積灰盤內）的灰塵。300小時保養時，要取出濾芯，在平板上輕拍濾芯端面，并用壓縮空氣由濾芯里面向外吹，以清除濾芯上的灰塵，不能用汽油或水洗刷。清潔濾芯時，注意檢查密封圈是否完好地粘在濾芯的端面上，脫膠或密封不好，應重粘結或更換新濾芯。當每運行300小時的維護保養中，應更換濾芯和濾芯密封圈。當空濾堵塞報警器指示燈發亮時，應馬上保養或更換濾芯。端蓋往外殼上安裝時，不要漏裝密封圈，排塵袋應垂直指向下方位置，端蓋上的緊固螺母必須擰緊。

      柴油發電機起動運行及運行期間，嚴禁拆除空氣濾清器，否則將加速柴油機氣缸的磨損。空氣濾清器對振動比較敏感，使用時注意空濾器是否牢牢地固定在空濾器支架上，若有松動，應及時緊固。

3、空濾堵塞報警器

      空濾堵塞報警器已廣泛應用在近代柴油發電機上，其作用是提示操作員及時對空濾器濾芯進行保養或更換。在國外，該裝置已被強制要求安裝在柴油機進氣系統中。本系統使用的堵塞報警器是真空感應式的，當進氣真空度達到（5±0.5）kPa時，空濾堵塞報警器指示燈就會發亮，提示操作員保養或更換濾芯。

4、 中冷器

      中冷器是個熱交換器，它為壓縮后溫度較高的空氣降溫，提高進氣密度和充氣量。由于冷卻方式不同，中冷器分為空一空中冷器和水冷型中冷器兩種。目前重型柴油發電機普遍應用的空一空中冷器，它以空氣作為傳熱介質，實現增壓后的空氣與周圍空氣的熱交換。

5、增壓器

      將空氣預先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進氣量，從而提高柴油發電機功率和燃油經濟性。增壓器結構如下：

（1）廢氣驅動渦輪旋轉，渦輪帶動同軸安裝的壓氣機葉輪一起旋轉，新鮮空氣從壓氣機入口吸入，加壓后的空氣通過葉輪外圓周的出口流出并進歧管。廢氣旁通閥用于增壓控制，增高后的壓力作用于氣膜的右側。當壓氣機壓力較低時，膜片左側的彈簧力大于膜片右側的壓力，膜片處于右位，排氣旁通閥關閉。

（2）增壓器上有進油管，來自主油道的機油潤滑冷卻增壓器軸和軸承。增壓器回油管再將機油送回油底殼。當增壓壓力大于彈簧力時，膜片左移，排氣旁通閥打開，部分廢氣直接排入排氣管，這便實現了增壓壓力和渦輪機轉速的控制。廢氣旁通閥使進氣壓力不至于過高。

 

圖3  柴油機進氣系統布置圖

圖4  柴油機進氣歧管外形示意圖

 

三、排氣系統結構組成

 

      排氣系統結構包括排氣歧管、排氣總管、消聲器及排氣煙道等如圖5所示，排氣系統的作用是減小阻力和降低噪聲，將廢氣排入大氣。一些柴油發電機的排氣管上設有蝶閥。排氣制動打開時，蝶閥關閉，增大柴油發電機的制動力。國三排放的柴油發電機，排氣系統中加裝有后處理器、顆粒捕捉器DPF/DOC/POC等，負責對污染物進行處理。

排氣通路∶氣缸→排氣門→氣缸蓋排氣管→排氣歧管→排氣總管→增壓器渦輪機→消聲器→排氣煙道→大氣

1、排氣歧管

      排氣歧管是連接每個氣缸的，最后排氣歧管會匯集成一根管子，排氣歧管可以讓汽缸內排出的廢氣進入排氣管，外觀示意圖如圖6所示。柴油機都是有排氣歧管的，如果發動機有四個氣缸，就有四根排氣歧管。

2、消聲器

      降低排氣噪聲。在排氣管出口處裝有消聲器，使廢氣經過消聲后進入大氣，一般采取2個消聲器。一級消聲器是阻性消聲器，用于吸收高頻噪聲；二級消聲器（主消聲器）是抗性消聲器，用于減弱低頻噪聲。

3、排煙管

      排煙管是柴油發電機排氣系統中的重要組成部分，柴油機排氣口與管道之間的連接應采用彈性軟管，可減輕柴油發電機的振動。它的主要作用有以下幾個方面：

（1）排放廢氣：

      排煙管通過管道將發動機燃燒產生的廢氣引導到室外，減少對環境的污染。

（2）降低噪音：

      排煙管室外連接處設置二級消音裝置，能有效減少發動機排氣時產生的噪音，保持柴油發電機組的運行安靜。

（3）調節排氣壓力：

      排煙管內部的設計可以幫助調節排氣壓力，確保發動機排氣系統的正常工作。

 

圖5  排氣系統布置圖

圖6  柴油機排氣歧管外觀示意圖

 

總結：

      進排氣系統是柴油機中不可或缺的一部分，它通過控制進氣和排氣過程，保證柴油機的正常工作。進氣過程中，進氣門打開，新鮮空氣進入氣缸并與燃油混合，通過壓縮和爆炸燃燒產生動力。排氣過程中，廢氣被排出，經過凈化后減少對環境的污染。進氣與排氣工作原理是發動機正常工作的基礎，對于柴油發電機的性能和環保都有著重要的影響。因此，保養和維護進氣排氣系統是保證柴油發電機正常工作和延長使用壽命的重要措施。

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