新聞主題	分別簡述發動機進排氣系統組成和工作過程

 

摘要：柴油發電機進氣和排氣系統通常被認為是相互關聯的系統。首先，氣體以新鮮空氣體和廢氣的形式通過整個系統；另一方面，一些發動機系統是內部相關的。進氣系統負責為發動機提供新鮮空氣體，而排氣系統負責排出燃燒后廢氣。發動機進排氣系統的顯著特點是進排氣側位置互換。因此，排氣歧管、排氣渦輪增壓器和催化轉化器位于發動機的V形區域。

 

一、進排氣系統的組成和作用

 

1、進氣系統組成和作用

（1）進氣管

      進氣管是連接進氣擋板與空氣濾清器的重要零件，可以說它的質量直接影響柴油發電機進氣系統正常運行。進氣管既要保證進氣質量，又要便于安裝拆卸、避免產品脫落、減震及降低裝配錯位風險的輕量化負壓進氣管件。

      基本型柴油機中的進氣管，按材料分有鑄鐵和鐵皮兩類，前者一般用于4、6缸直列式自然吸氣柴油機，后者用于12缸V形和增壓柴油機。12缸V形柴油機左、右兩列進氣管不能互換，用戶在購買配件對，必須注意應與原機型用進氣管相同。安裝時，進氣管與汽缸蓋的結合面必須密封；進氣管內不允許落入任何雜物，否則吸入汽缸內會造成機件損壞事故。

（2）空氣濾清器

      空氣濾清器的作用是濾去空氣中的灰塵和雜質，一般情況下不允許不裝空氣濾清器開動柴油機，否則會導致缸套和活塞組零件早期磨損，縮短柴油機的使用壽命。基本型柴油機的空氣濾清器如圖1所示。

      在旋風紙質的空氣濾清器上還設有進氣阻力指示器。當指示器的窗口由黃色變為紅色，同時藍色箭頭指示7.5kPa真空度時，則表示該濾清器應迅速進行除塵保養，保養后按一下指示器上方，使指示標志復位。

      對無阻力指示器的鋼絲絨濾芯的慣性空氣濾清器，一般工作100h左右清洗一次，視環境中的灰塵濃度而作適當增減。清洗時，將鋼絲絨取出放在汽油中洗干凈，并用壓縮空氣吹干。同時清洗濾清器的油池，然后加入適量的新機油。

      當旋風紙質空氣濾清器上的阻力指示器失靈時，空氣濾清器仍可使用。但每工作100h左右需清除集塵盆中的灰塵。每隔100～250h，取出濾芯輕輕敲擊其端面，如圖2所示，或者用壓力不大于490kPa（5kgc㎡）的壓縮空氣從濾芯內腔往外吹，也可用毛刷輕刷沾污表面，但切忌用油或水清洗。如發現濾芯破損或污垢嚴重不易清除時，則需換新。

 

圖1  柴油機空氣濾清器結構圖

圖2  空氣濾清器紙質濾芯的除塵方法

 

 

2、排氣系統的組成和作用

      排氣系統主要包括排氣歧管，排氣管和消聲器。排氣系統的作用主要是以盡量小的阻力和噪聲，將在氣缸中產生的廢氣排到大氣中去。

（1）排氣歧管

      排氣歧管的作用主要有兩個方面，一個是將柴油機氣缸中廢氣排出去，另外還要防止氣缸的排氣的相互干擾和廢氣的倒流問題。排氣管由一般是鑄鐵制成。基本型非增壓柴油機每列汽缸共用一根排氣管：增壓柴油機采用分支排氣管，每列汽缸的廢氣由兩根排氣歧管接至增壓器。排氣歧管設計成分段組合式結構，其連接處設有膨脹接頭。6缸直列式柴油機的排氣管如圖3所示。

（2）消聲器

      消聲器是用來降低柴油機的排氣噪聲的。基本型柴油機均不裝消聲器。4、6缸基本型柴油機的消聲器結構如圖4所示，其形式為雙室微孔擴張室。安裝消聲器后，因排氣阻力增加，柴油機的輸出功率要降低一些。安裝時，消聲器帶有30斜面的出口方向應朝下，以防止雨水和異物落入。

 

圖3  非增壓柴油機排氣管

圖4  柴油機排氣消聲器結構圖

 

二、進排氣系統工作原理

 

      進排氣系統是柴油機的核心組成部分之一，而且扮演著極其重要的角色，其結構如圖5所示，工作原理如圖6所示。下面將介紹進排氣系統的工作原理，通過詳細分析其作用來解析其工作過程。

1、進氣系統

      首先，空氣濾清器是過濾空氣中雜質的裝置，避免異物進入柴油機而導致損傷。進氣管的作用則是引導空氣進入柴油機。通常情況下，進氣管的截面積較小，這樣可增加空氣流速和空氣壓力，從而提高柴油發電機的動力輸出。而進氣歧管是將空氣引向缸體，起到流量分配的作用。最后，缸內噴油器是將燃油噴向缸內，根據空氣流量派發相應的燃油量，以便進行燃燒。

      在工作過程中，進氣系統需要將空氣從環境中引導到柴油機內部燃燒。當沿著進氣管進入柴油機的空氣進入到氣缸內時，它會與缸內點燃后燃燒的混合氣體混合在一起，然后在柴油機運行時進行燃燒。

2、排氣系統

      首先，排氣系統的作用是將燃燒完的廢氣排出柴油機，并將其排入空氣中。通常對運動狀態的氣體組成進行優化可以提高柴油機的性能。尾氣裝置作用是將廢氣中的有害物質轉化成無害的物質。消音器是用來減輕排氣時所產生的噪聲，使柴油發電機運行時更加安靜。

      在工作過程中，推動軸帶動缸子的過程使廢氣排放到柴油機外部，排氣管用于將廢氣重新分配，然后將其排放出去。廢氣流經消聲器時，聲波的振動將通過其中的耗散材料進行吸收，并將聲波轉化為熱質。

 

圖5  柴油機進排氣裝置結構圖

圖6  柴油機進排氣系統原理圖

 

三、進排氣系統的優化設計

 

      柴油機諸如排放不達標，包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等，這都與柴油機的進排氣系統有關。因此有必要對柴油機進排氣系統性能進行提升，以降低它的噪聲和廢氣的排放，在滿足排放標準的同時提升柴油機的功率能耗。 

1、進氣系統設計  

（1）空氣濾清器設計  

      燃油燃燒的時候需要消耗大量的空氣，以一般的柴油機為例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空氣。這么多的空氣，里面的雜質諸如灰塵等肯定會很多，如果不把這些雜質清除，一定會加速氣缸的部件的磨損，縮短整個發動機的壽命。有實驗表明，如果不加裝濾清器，發動機的壽命大概縮短三分之二，所以空氣濾清器是很重要的。 

      為了保證柴油機氣缸的壽命，通常采用干式濾清器。  

（2）進氣導流管的設計  

      在現在的這個柴油發電機上，為了增強進氣效果，可以利用發動機的諧振，這需要空氣濾清器的進氣導管有交大的容積，來增強發動的諧振，提高進氣效能，但進氣導管又不能做的太粗，否則在里面流動的新鮮空氣的流速太低，反而不利于進氣，為了使效果最佳，通常設計的柴油機的導流管應該做的又細又長，如圖7所示。 

（3）進氣歧管的設計  

      進氣歧管對于柴油機來說，進氣歧管必須把新鮮的空氣分配到各個氣缸的進氣道里面來，而且是均勻的分配，從這個要求考慮，進氣歧管必須是等長的，而且為了保證空氣具有較高的流速，進氣歧管的內壁的應該盡可能的光滑，以便提高進氣能力。一般進氣道使用合金鑄鐵制造，如圖8所示。但設備輕量化是柴油發電機的重點發展方向之一，為了配合這種趨勢，近來也采用鋁合金制造的進氣歧管，這種進氣歧管具有質量輕，導熱性能優良的特點，隨著科技的進步也有采用復合材料的進氣歧管，而且應用越來越廣。這種進氣歧管，內壁光滑，質量很輕，關鍵是其無需特別加工，其內壁就特別光滑，這點十分重要，所以有增大應用的趨勢。

2、排氣系統設計

（1）排氣歧管設計

      排氣管的形狀是很重要的，如果形狀設計的不佳，就會發生各缸排氣相互干擾，而且會出現排氣倒流的現象，為了避免這種現象，同事為了盡可能的利用慣性排氣，進一步降低排氣的阻力，我們希望排氣管做的盡可能長，同時各缸的排氣管應該相互獨立，且等長。但從消除排氣干擾的角度講，對于4缸柴油機來說，我們把1、4缸的排氣歧管匯合在一起，將2、3缸的匯合在一起，二者很好的滿足以上的要求。

（2）消聲器設計

      柴油機氣缸產生的廢氣并不能直接排到大氣中去，這是因為，排出的氣體溫度大概在600-800攝氏度，廢氣的壓力在0.3到0.5個兆帕，這說明排出的廢氣具有很高的能量，與此同時，排氣還具有間歇性，會在氣管內產生壓力的脈動，如果這樣的氣體直接排到大氣中去，噪音會很大，現在生活人們對噪聲污染的關注度越來越高，噪聲的控制很嚴格，而且，如果排氣噪聲很大，車內乘員也會很不舒服，所以我們必須加裝消聲器來逐步衰減排氣壓力和減弱排氣壓力的脈動，最終使排出的氣體到達排放標準。

      一般說來，消聲器的外殼是由雙層鋼板焊接而成，中間留有間歇，內殼做成波紋狀，與外殼的內壁一起形成排氣通道，這樣是為了在有限的空間內，是排氣和排氣通道的接觸面積最大，也就是使排氣走過的路程最大，這樣消耗的排氣能量自然最大，同時這樣的設計也有利于衰減排氣的壓力，有利于排氣脈動的散射，不讓脈動形成尖波狀，避免出面能量集中區域消聲效果是最好的。

 

圖7  空氣濾清器進氣導流管結構圖

圖8  柴油機進氣管示意圖

 

總結：

      進排氣系統的作用可以視為柴油機優化重要的組成部分。進氣系統將空氣引向柴油機，燃油和空氣在柴油機中被點燃，導致工作，同時廢氣經過運動狀態和排氣管中排放。排氣系統的補充配件（如消聲器）也起到填補空氣中的有毒物質，降低噪聲污染等等。綜上所述，進排氣系統的工作原理是相互融合的，通過協同性地實現更好的柴油機運行，產生更大的操作力量。

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