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康明斯動力(深圳)有限公司

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柴油發(fā)動機進排氣管的作用
發(fā)布時間:2017-03-10 10:53:33  ▏閱讀:

 

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??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(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??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紙質(zhì)精濾及安全濾芯濾清,最后進入發(fā)動機氣缸。

 

空氣濾清器三維圖-柴油發(fā)電機組.png

圖1  柴油機空氣濾清器三維圖

柴油機旋流紙質(zhì)空氣濾清器.png

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。

 

柴油機進氣歧管尺寸圖.png

圖3  柴油機進氣歧管尺寸圖

柴油機排氣引射管.png

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)。

 

柴油機排氣歧管尺寸圖.png

圖5  柴油機排氣歧管尺寸圖

柴油機消聲器結(jié)構(gòu)尺寸圖.png

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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