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新闻主题	康明斯柴油发电机进排气系统的结构和工作原理

 

概述：柴油发电机进、排气系统向气缸提供清洁的充足的新鲜空气，排除作功后的废气。增压型柴油机还有进一步利用排出气缸的燃气能量，使进入气缸的空气预先增压和冷却，从而增加气缸的进气密度，达到提高柴油机动力性能和经济性的目的。因此，柴油发电机的进排气是衡量柴油发电机工作状况和性能的一个指示。为了更好的维护康明斯发电机组的进排气系统，我们应首先要先了解其系统结构和工作原理。

 

一、进排气系统的工作原理

 

      进排气系统是柴油机工作过程所涉及的重要系统之一，它是由进气和排气歧管、空气过滤器、中冷器、涡轮增压器、消声器等主要部件组成，如图1所示。工作过程是空气通过过空气滤清器过滤后进入涡轮增压器的压气机，经过压缩后的空气再通过中冷器，经过冷却后的空气再进一步的压缩后进入发动机的气缸，在经过柴油机后，将废气排除，废气进入涡轮增压器的涡轮端作功，完成一个循环，如图2所示。

1、进气过程

      柴油发动机的进气过程主要通过空气滤清器、进气歧管和气缸盖等部件。空气经过空气滤清器过滤后，通过进气歧管进入气缸。在进气歧管中，空气受到节流和减速的作用，使得空气温度和压力降低，有利于柴油的蒸发和混合。

2、排气过程

      柴油发动机的排气过程主要通过排气歧管、消声器和排气尾管等部件。燃烧后的废气经过排气歧管进入消声器，消声器可以降低废气的噪音，最后废气通过排气尾管排出。

      进排气系统是柴油机中非常重要的一个部分，它起到了排放废气和保证发动机正常运转的作用。了解进排气系统的工作原理，能够帮助我们更好地理解柴油机的工作过程。
 

图1  柴油发电机进排气系统结构图

图2  柴油机进排气循环工作原理

 

二、进气系统结构组成

 

      进气系统的结构包括空气滤清器、进气管、增压器和进气歧管等，如图3所示。进气系统的作用包括提供清洁空气，并保证进气量满足柴油发电机实际需要；将新鲜空气均匀充分地分配到各气缸中。

进气通路∶大气→空气过滤器→增压器的压气机→扩散弯管→中冷器→收敛弯管→进气稳压箱→进气歧管→气缸盖进气道→进气门→气缸

1、进气管

      柴油机进气管的主要作用是为柴油机气缸提供充足的新鲜空气，这些空气对于柴油机的燃烧过程至关重要，外观示意图如图4所示。进气管的设计和构造直接影响着进气效率和发动机的性能。以下是进气管的具体作用：

（1）提供新鲜空气：

      进气管按照柴油机的工作次序，为各个气缸提供足够的新鲜空气，这是燃烧过程的基本需求。

（2）增压和冷却：

      在增压型柴油机中，进气管利用排气系统排出的热量，对进入气缸的空气进行预增压和冷却，这样可以增加气缸内空气的密度，从而提高燃烧效率和发动机的动力与经济性。

（3）减少空气流通阻力：

      为了减小空气流通的阻力，进气管的内壁通常设计得比较平整和光滑。

2、空气滤清器总成

      空气滤清器的作用是滤除空气中的杂质和灰尘，保证进入气缸的空气清洁；降低进气噪声。设计中滤清器总成主要技术参数为二级干式带安全滤芯式，粗滤效率不小于80%，二级干式滤清器，既可水平放置也可垂直放置，利于整机布置；叶片环旋流干式空滤器，产生强烈的旋流，使空气中较大的灰尘粒子在离心力的作用下被甩入滤清器端盖积灰盘内。粗滤后空气，再经主滤芯滤清，然后穿过安全滤芯进入柴油机。主滤芯由经过树脂处理的微孔滤纸排列成圆柱形加上内外金属网罩组成，网罩能防止滤纸意外损坏，主滤芯的滤清效率应在99.5%以上。

（1）安全滤芯

安全滤芯为滤纸，加内外金属网罩。金属网的作用是防止滤芯意外损坏和防止使用中滤芯被吸扁或局部被碰扁。一旦主滤芯破损，可暂时起滤清作用，以免带灰尘的空气进入，保护柴油机免受异常磨损。在国外的柴油发电机上，一般不装安全滤芯，由于我国空气滤清器的制造水平和滤纸材料质量的限制，以及康明斯柴油机没有气缸套的特殊性，增加安全滤芯装置，以便增加一道空气的安全过滤系统，保证进入柴油机气缸内空气的洁净性。

（2）空气滤清器的保养及更换

      50小时保养时，旋松端盖上的紧固螺母，拆下端盖，消除里面（积灰盘内）的灰尘。300小时保养时，要取出滤芯，在平板上轻拍滤芯端面，并用压缩空气由滤芯里面向外吹，以清除滤芯上的灰尘，不能用汽油或水洗刷。清洁滤芯时，注意检查密封圈是否完好地粘在滤芯的端面上，脱胶或密封不好，应重粘结或更换新滤芯。当每运行300小时的维护保养中，应更换滤芯和滤芯密封圈。当空滤堵塞报警器指示灯发亮时，应马上保养或更换滤芯。端盖往外壳上安装时，不要漏装密封圈，排尘袋应垂直指向下方位置，端盖上的紧固螺母必须拧紧。

      柴油发电机起动运行及运行期间，严禁拆除空气滤清器，否则将加速柴油机气缸的磨损。空气滤清器对振动比较敏感，使用时注意空滤器是否牢牢地固定在空滤器支架上，若有松动，应及时紧固。

3、空滤堵塞报警器

      空滤堵塞报警器已广泛应用在近代柴油发电机上，其作用是提示操作员及时对空滤器滤芯进行保养或更换。在国外，该装置已被强制要求安装在柴油机进气系统中。本系统使用的堵塞报警器是真空感应式的，当进气真空度达到（5±0.5）kPa时，空滤堵塞报警器指示灯就会发亮，提示操作员保养或更换滤芯。

4、 中冷器

      中冷器是个热交换器，它为压缩后温度较高的空气降温，提高进气密度和充气量。由于冷却方式不同，中冷器分为空一空中冷器和水冷型中冷器两种。目前重型柴油发电机普遍应用的空一空中冷器，它以空气作为传热介质，实现增压后的空气与周围空气的热交换。

5、增压器

      将空气预先压缩后供入气缸，以提高空气密度、增加进气量，从而提高柴油发电机功率和燃油经济性。增压器结构如下：

（1）废气驱动涡轮旋转，涡轮带动同轴安装的压气机叶轮一起旋转，新鲜空气从压气机入口吸入，加压后的空气通过叶轮外圆周的出口流出并进歧管。废气旁通阀用于增压控制，增高后的压力作用于气膜的右侧。当压气机压力较低时，膜片左侧的弹簧力大于膜片右侧的压力，膜片处于右位，排气旁通阀关闭。

（2）增压器上有进油管，来自主油道的机油润滑冷却增压器轴和轴承。增压器回油管再将机油送回油底壳。当增压压力大于弹簧力时，膜片左移，排气旁通阀打开，部分废气直接排入排气管，这便实现了增压压力和涡轮机转速的控制。废气旁通阀使进气压力不至于过高。

 

图3  柴油机进气系统布置图

图4  柴油机进气歧管外形示意图

 

三、排气系统结构组成

 

      排气系统结构包括排气歧管、排气总管、消声器及排气烟道等如图5所示，排气系统的作用是减小阻力和降低噪声，将废气排入大气。一些柴油发电机的排气管上设有蝶阀。排气制动打开时，蝶阀关闭，增大柴油发电机的制动力。国三排放的柴油发电机，排气系统中加装有后处理器、颗粒捕捉器DPF/DOC/POC等，负责对污染物进行处理。

排气通路∶气缸→排气门→气缸盖排气管→排气歧管→排气总管→增压器涡轮机→消声器→排气烟道→大气

1、排气歧管

      排气歧管是连接每个气缸的，最后排气歧管会汇集成一根管子，排气歧管可以让汽缸内排出的废气进入排气管，外观示意图如图6所示。柴油机都是有排气歧管的，如果发动机有四个气缸，就有四根排气歧管。

2、消声器

      降低排气噪声。在排气管出口处装有消声器，使废气经过消声后进入大气，一般采取2个消声器。一级消声器是阻性消声器，用于吸收高频噪声；二级消声器（主消声器）是抗性消声器，用于减弱低频噪声。

3、排烟管

      排烟管是柴油发电机排气系统中的重要组成部分，柴油机排气口与管道之间的连接应采用弹性软管，可减轻柴油发电机的振动。它的主要作用有以下几个方面：

（1）排放废气：

      排烟管通过管道将发动机燃烧产生的废气引导到室外，减少对环境的污染。

（2）降低噪音：

      排烟管室外连接处设置二级消音装置，能有效减少发动机排气时产生的噪音，保持柴油发电机组的运行安静。

（3）调节排气压力：

      排烟管内部的设计可以帮助调节排气压力，确保发动机排气系统的正常工作。

 

图5  排气系统布置图

图6  柴油机排气歧管外观示意图

 

总结：

      进排气系统是柴油机中不可或缺的一部分，它通过控制进气和排气过程，保证柴油机的正常工作。进气过程中，进气门打开，新鲜空气进入气缸并与燃油混合，通过压缩和爆炸燃烧产生动力。排气过程中，废气被排出，经过净化后减少对环境的污染。进气与排气工作原理是发动机正常工作的基础，对于柴油发电机的性能和环保都有着重要的影响。因此，保养和维护进气排气系统是保证柴油发电机正常工作和延长使用寿命的重要措施。

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