操作使用與維護保養(yǎng)

柴油發(fā)動機進氣和排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和作用

 

摘要：柴油機的進排氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進排氣管和消聲器等組成，通常柴油發(fā)動機的進氣和排氣系統(tǒng)被視為關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。進、排氣管的作用是將新鮮空氣分別送到柴油發(fā)電機各個氣缸并導(dǎo)出各缸的廢氣，使之經(jīng)排氣消聲器排除。進、排氣管通常用鑄鐵制成。進排氣管應(yīng)具有較小的流通阻力，以減少吸氣和排氣損失，并應(yīng)盡可能地將進氣均勻的分配道各氣缸中。

 

一、進氣系統(tǒng)各部件組成和作用

 

1、空氣濾清器

      空氣濾清器的功用是濾除空氣中的灰塵及雜質(zhì)，將清潔的空氣送入氣缸內(nèi)，以減少活塞連桿組、配氣機構(gòu)和氣缸磨損。對空氣濾清器的要求是濾清效率高、阻力小、應(yīng)用周期長且保養(yǎng)方便，外形三維圖如圖1所示。

（1）空氣濾清器的濾清方式

① 慣性式（離心式）

      利用灰塵和雜質(zhì)在空氣成分中密度大的特點，通過引導(dǎo)氣流急劇旋轉(zhuǎn)或拐彎，從而在離心力的作用下，將灰塵和雜質(zhì)從空氣中分離出來。

② 油浴式（濕式）

      使空氣通過油液，空氣雜質(zhì)便沉積于油中而被濾清。

③ 過濾式（干式）

      引導(dǎo)氣流通過濾芯，使灰塵和雜質(zhì)被黏附在濾芯上。

（2）濾芯的作用和材質(zhì)

      為獲得較好的濾清效果，可采用上述兩種或三種方式的綜合濾清。空氣濾清器由濾清器殼和濾芯等組成，濾清器殼由薄鋼板沖壓而成。濾芯有金屬絲濾芯和紙質(zhì)濾芯等。

① 金屬絲濾芯

      康明斯4、6缸直列柴油機用空氣濾清器，這種紙質(zhì)濾芯（金屬絲濾芯）濾清器目前應(yīng)用廣泛，濾芯普遍采用樹脂處理的微孔濾紙制成，濾芯上下兩端由塑料密封墊圈密封。柴油機工作時，空氣經(jīng)紙質(zhì)濾芯濾清后，從接管沿進氣管被吸入氣缸。這種濾清器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護方便；但用于塵粒量大的環(huán)境時，工作壽命較短，且不甚可靠。

② 旋流紙質(zhì)濾芯

      康明斯增壓柴油機用的旋流紙質(zhì)濾芯，它主要由旋流粗濾器（內(nèi)部豎置有旋流管）、紙質(zhì)主精濾芯和安全濾芯三部分組成，如圖2所示。空氣經(jīng)旋流管離心力的作用，使空氣中的絕大部分塵粒落入旋流管下端的集塵室，塵粒再經(jīng)排氣引射管隨柴油機廢氣一起排出。粗濾后較清潔的空氣通過紙質(zhì)精濾及安全濾芯濾清，最后進入發(fā)動機氣缸。

 

圖1  柴油機空氣濾清器三維圖

圖2  柴油機旋流紙質(zhì)空氣濾清器

 

2、空氣阻力指示器

      康明斯增壓柴油發(fā)電機在進氣管上安裝有空氣阻力指示器（空濾堵塞報警器），當空濾器堵塞到一定程度時，提示對空濾器濾芯進行保養(yǎng)或更換。該指示器有機械式、真空感應(yīng)式兩種形式。當濾芯被灰塵和油污阻塞時，機械式阻力指示器窗口中的紅色標記逐漸升高，更換或裝回濾芯后，按下復(fù)位按鈕使指示器復(fù)原。真空感應(yīng)式阻力指示器實際上是一個壓力開關(guān)，自然吸氣式柴油發(fā)電機在額定轉(zhuǎn)速時，當進氣真空達到5±0.5kPa時，報警器會提示保養(yǎng)濾芯，因此可將指示器接頭放在口里吸氣以試驗該裝置好壞。渦輪增壓式柴油發(fā)電機在滿負荷為進氣真空度不得超過6.1kPa。

      要十分注意空濾器出口至柴油發(fā)電機進氣口管路的密封性，一旦密封不嚴，臟空氣就會吸入柴油發(fā)電機，空濾器也就失去了作用。因此，在保養(yǎng)空濾器時，應(yīng)檢查這一管路的可靠密封，及膠管有無老化破裂，教官與鋼管連接處的卡箍是否失效或振動，有問題應(yīng)及時更換或擰緊。

3、進氣歧管

      對于直噴式柴油機，進氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進氣道，如圖3所示。進氣歧管必須將空氣、 燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個氣缸，為此進氣歧管內(nèi)氣體流道的長度應(yīng)盡可能相等。為了減小氣體流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)該光滑。

      進氣歧管之所以稱為歧管，是因為空氣進入節(jié)氣門后，經(jīng)過歧管緩沖統(tǒng)后，空氣流道就在此分歧了，對應(yīng)柴油發(fā)電機汽缸的數(shù)量，如四缸柴油發(fā)電機就有四道，將空氣分別導(dǎo)入各汽缸中。以自然進氣柴油發(fā)電機來說，由于進氣歧管位于節(jié)氣門之后，所以當柴油發(fā)電機油門開度小時，汽缸內(nèi)無法吸到足量的空氣，就會造成歧管真空度高；而當柴油發(fā)電機油門開度大時，進氣歧管內(nèi)的真空度就會變小。

       此外，需要注意的是當采用上述旋流紙質(zhì)空氣濾清器時，消聲器出口處需預(yù)裝有與之匹配的排氣引射管（安裝在消聲器出口處，如圖4所示）。當柴油機排氣時，高速氣流通過喉管處使廢氣氣流增大，于是便形成了真空度。利用此真空度將空氣濾清器集塵室中的塵粒經(jīng)橡膠管吸入排氣引射管內(nèi)，并與柴油機廢氣一起排出。

 

圖3  柴油機進氣歧管尺寸圖

圖4  柴油機排氣引射管

 

二、排氣系統(tǒng)各部件組成和作用

 

1、排氣歧管

      柴油機排氣管的作用是使廢氣從氣缸排出，結(jié)構(gòu)尺寸如圖5所示。排氣管應(yīng)具有較小的氣流阻力，以減小進氣和排氣阻力。現(xiàn)代柴油機還要求排氣管的結(jié)構(gòu)形狀有利于氣流的慣性與壓力脈動效應(yīng)，以提高充量和排氣能量的利用率。

      排氣管一般用鑄鐵制成。排氣管均用螺栓固定在氣缸上（頂置式配氣機構(gòu)），其結(jié)合處裝有密封襯墊，以防漏氣。排氣歧管是由兩段套接而成，在套接處填有石棉繩，以保證密封；有的柴油機排氣歧管對應(yīng)每一支管開有檢視螺孔，以便測量各缸的排氣溫度和檢查排氣情況，平用埋頭螺塞封閉。

      康明斯柴油發(fā)電機使用的是“動脈式”排氣歧管并帶有一個由多段組成的渦輪增壓入口管段（排氣歧管出口），康明斯6BT柴油發(fā)電機脈沖式廢氣渦輪增壓器的管路結(jié)構(gòu)。6BT柴油發(fā)電機各缸工作順序為1-5-3-6-2-4，將1、2、3缸的排氣道和4、5、6缸排氣道分別連接在兩根排氣歧管上，再分別引入渦輪機殼上的兩條進氣道，這樣，各缸排氣互不干擾，可以充分利用廢氣的脈沖能量，并能利用壓力高峰后的瞬時真空，一粒與排氣門關(guān)閉時的掃氣，也可防止某缸排氣壓力波高峰倒流到正在吸氣的另一缸中去。為了使零件具有一致性，自然吸氣式柴油發(fā)電機使用了相同的排氣歧管。

2、消聲器

      排氣管末端裝有消聲器，用來減小排氣時的響聲和消除廢氣中的火星。因為壓力較高的廢氣在排入大氣時，會產(chǎn)生強烈的排氣噪聲。典型的排氣消聲器的工作原理為：當廢氣經(jīng)過消聲器時，會多次穿過其中的小孔，改變方向，得到膨脹和冷卻，結(jié)果廢氣壓力和溫度都得到降低，振動減輕，排氣噪聲顯著變小。

      消聲器一般是用薄鋼板沖壓焊接而成。它的工作原理是降低排氣的壓力波動和消耗廢氣流的能量。一般采用以下幾種方法：

① 多次改變氣流方向；

② 使氣流多次通過收縮和擴大相結(jié)合的流通斷面；

③ 將氣流分割為很多小的支流并沿不平滑的表面流動；

④ 降低氣流溫度。

      如圖6所示為基本型柴油機的消聲器，它是多腔膨脹共振型（在膨脹筒圓周充填有吸聲的超細玻璃纖維），在標定工況下可使噪聲下降約30dB（A）。

 

圖5  柴油機排氣歧管尺寸圖

圖6  柴油機消聲器結(jié)構(gòu)尺寸圖

 

總結(jié)：

     柴油機進氣管和排氣管分別安裝在汽缸蓋的兩側(cè)，因為如果在一側(cè)裝配，會使排氣管的高溫傳給進氣管，造成進入汽缸內(nèi)的空氣密度減小，影響進氣量。因此，它們之間的關(guān)系是一方面氣體先后以新鮮空氣和廢氣形式經(jīng)過整個系統(tǒng)；另一方面，某些發(fā)動機的系統(tǒng)存在內(nèi)在聯(lián)系（如廢氣渦輪增壓器）。對于它們的作用簡單來說，進氣管負責為發(fā)動機提供新鮮空氣，排氣管則負責排出燃燒廢氣。

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