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操作使用與維護保養 |
柴油發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣和排氣系統的結構和作用 |
摘要：柴油機的進(jìn)排氣系統主要由空氣濾清器、進(jìn)排氣管和消聲器等組成，通常柴油發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣和排氣系統被視為關(guān)聯(lián)系統。進(jìn)、排氣管的作用是將新鮮空氣分別送到柴油發(fā)電機各個(gè)氣缸并導出各缸的廢氣，使之經(jīng)排氣消聲器排除。進(jìn)、排氣管通常用鑄鐵制成。進(jìn)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(jìn)氣均勻的分配道各氣缸中。
一、進(jìn)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(zhì)，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(cháng)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(zhì)在空氣成分中密度大的特點(diǎn)，通過(guò)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(zhì)從空氣中分離出來(lái)。
② 油浴式（濕式）
使空氣通過(guò)油液，空氣雜質(zhì)便沉積于油中而被濾清。
③ 過(guò)濾式（干式）
引導氣流通過(guò)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?？諝鉃V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）濾清器目前應用廣泛，濾芯普遍采用樹(shù)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(shí)，空氣經(jīng)紙質(zhì)濾芯濾清后，從接管沿進(jìn)氣管被吸入氣缸。這種濾清器結構簡(jiǎn)單、成本低、維護方便；但用于塵粒量大的環(huán)境時(shí)，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?？諝饨?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(guò)紙質(zhì)精濾及安全濾芯濾清，最后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機氣缸。
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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(jìn)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(shí)，提示對空濾器濾芯進(jìn)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(shí)，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(shí)際上是一個(gè)壓力開(kāi)關(guān)，自然吸氣式柴油發(fā)電機在額定轉速時(shí)，當進(jìn)氣真空達到5±0.5kPa時(shí)，報警器會(huì )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(fā)電機在滿(mǎn)負荷為進(jìn)氣真空度不得超過(guò)6.1kPa。
要十分注意空濾器出口至柴油發(fā)電機進(jìn)氣口管路的密封性，一旦密封不嚴，臟空氣就會(huì )吸入柴油發(fā)電機，空濾器也就失去了作用。因此，在保養空濾器時(shí)，應檢查這一管路的可靠密封，及膠管有無(wú)老化破裂，教官與鋼管連接處的卡箍是否失效或振動(dòng)，有問(wèn)題應及時(shí)更換或擰緊。
3、進(jìn)氣歧管
對于直噴式柴油機，進(jìn)氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進(jìn)氣道，如圖3所示。進(jìn)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(gè)氣缸，為此進(jìn)氣歧管內氣體流道的長(cháng)度應盡可能相等。為了減小氣體流動(dòng)阻力，提高進(jìn)氣能力，進(jìn)氣歧管的內壁應該光滑。
進(jìn)氣歧管之所以稱(chēng)為歧管，是因為空氣進(jìn)入節氣門(mén)后，經(jīng)過(guò)歧管緩沖統后，空氣流道就在此分歧了，對應柴油發(fā)電機汽缸的數量，如四缸柴油發(fā)電機就有四道，將空氣分別導入各汽缸中。以自然進(jìn)氣柴油發(fā)電機來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)氣歧管位于節氣門(mén)之后，所以當柴油發(fā)電機油門(mén)開(kāi)度小時(shí)，汽缸內無(wú)法吸到足量的空氣，就會(huì )造成歧管真空度高；而當柴油發(fā)電機油門(mén)開(kāi)度大時(shí)，進(jìn)氣歧管內的真空度就會(huì )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(shí)，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(shí)，高速氣流通過(guò)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，并與柴油機廢氣一起排出。
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圖3 柴油機進(jìn)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(jìn)氣和排氣阻力?，F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(dòng)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(kāi)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(dòng)脈式”排氣歧管并帶有一個(gè)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構。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(jìn)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(shí)真空，一粒與排氣門(mén)關(guān)閉時(shí)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(lái)減小排氣時(shí)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(shí)，會(huì )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(guò)消聲器時(shí)，會(huì )多次穿過(guò)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(dòng)減輕，排氣噪聲顯著(zhù)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(dòng)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(guò)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(dòng)；
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）。
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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(jìn)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(huì )使排氣管的高溫傳給進(jìn)氣管，造成進(jìn)入汽缸內的空氣密度減小，影響進(jìn)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(guò)整個(gè)系統；另一方面，某些發(fā)動(dòng)機的系統存在內在聯(lián)系（如廢氣渦輪增壓器）。對于它們的作用簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣管負責為發(fā)動(dòng)機提供新鮮空氣，排氣管則負責排出燃燒廢氣。
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