操作使用與維護保養

柴油發動機進氣和排氣系統的結構和作用

 

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

 

一、進氣系統各部件組成和作用

 

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，將清潔的空氣送入氣缸內，以減少活塞連桿組、配氣機構和氣缸磨損。對空氣濾清器的要求是濾清效率高、阻力小、應用周期長且保養方便，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）

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

② 油浴式（濕式）

      使空氣通過油液，空氣雜質便沉積于油中而被濾清。

③ 過濾式（干式）

      引導氣流通過濾芯，使灰塵和雜質被黏附在濾芯上。

（2）濾芯的作用和材質

      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，這種紙質濾芯（金屬絲濾芯）濾清器目前應用廣泛，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，空氣經紙質濾芯濾清后，從接管沿進氣管被吸入氣缸。這種濾清器結構簡單、成本低、維護方便；但用于塵粒量大的環境時，工作壽命較短，且不甚可靠。

② 旋流紙質濾芯

      康明斯增壓柴油機用的旋流紙質濾芯，它主要由旋流粗濾器（內部豎置有旋流管）、紙質主精濾芯和安全濾芯三部分組成，如圖2所示。空氣經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精濾及安全濾芯濾清，最后進入發動機氣缸。

 

圖1  柴油機空氣濾清器三維圖

圖2  柴油機旋流紙質空氣濾清器

 

2、空氣阻力指示器

      康明斯增壓柴油發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或更換。該指示器有機械式、真空感應式兩種形式。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，按下復位按鈕使指示器復原。真空感應式阻力指示器實際上是一個壓力開關，自然吸氣式柴油發電機在額定轉速時，當進氣真空達到5±0.5kPa時，報警器會提示保養濾芯，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電機，空濾器也就失去了作用。因此，在保養空濾器時，應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，為此進氣歧管內氣體流道的長度應盡可能相等。為了減小氣體流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內壁應該光滑。

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

       此外，需要注意的是當采用上述旋流紙質空氣濾清器時，消聲器出口處需預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橡膠管吸入排氣引射管內，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，結構尺寸如圖5所示。排氣管應具有較小的氣流阻力，以減小進氣和排氣阻力。現代柴油機還要求排氣管的結構形狀有利于氣流的慣性與壓力脈動效應，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），其結合處裝有密封襯墊，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柴油發電機脈沖式廢氣渦輪增壓器的管路結構。6BT柴油發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  柴油機消聲器結構尺寸圖

 

總結：

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

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