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操作使用与维护保养 |
柴油发动机进气和排气系统的结构和作用 |
摘要：柴油机的进排气系统主要由空气滤清器、进排气管和消声器等组成，通常柴油发动机的进气和排气系统被视为关联系统。进、排气管的作用是将新鲜空气分别送到柴油发电机各个气缸并导出各缸的废气，使之经排气消声器排除。进、排气管通常用铸铁制成。进排气管应具有较小的流通阻力，以减少吸气和排气损失，并应尽可能地将进气均匀的分配道各气缸中。
一、进气系统各部件组成和作用
1、空气滤清器
空气滤清器的功用是滤除空气中的灰尘及杂质，将清洁的空气送入气缸内，以减少活塞连杆组、配气机构和气缸磨损。对空气滤清器的要求是滤清效率高、阻力小、应用周期长且保养方便，外形三维图如图1所示。
（1）空气滤清器的滤清方式
① 惯性式（离心式）
利用灰尘和杂质在空气成分中密度大的特点，通过引导气流急剧旋转或拐弯，从而在离心力的作用下，将灰尘和杂质从空气中分离出来。
② 油浴式（湿式）
使空气通过油液，空气杂质便沉积于油中而被滤清。
③ 过滤式（干式）
引导气流通过滤芯，使灰尘和杂质被黏附在滤芯上。
（2）滤芯的作用和材质
为获得较好的滤清效果，可采用上述两种或三种方式的综合滤清。空气滤清器由滤清器壳和滤芯等组成，滤清器壳由薄钢板冲压而成。滤芯有金属丝滤芯和纸质滤芯等。
① 金属丝滤芯
康明斯4、6缸直列柴油机用空气滤清器，这种纸质滤芯（金属丝滤芯）滤清器目前应用广泛，滤芯普遍采用树脂处理的微孔滤纸制成，滤芯上下两端由塑料密封垫圈密封。柴油机工作时，空气经纸质滤芯滤清后，从接管沿进气管被吸入气缸。这种滤清器结构简单、成本低、维护方便；但用于尘粒量大的环境时，工作寿命较短，且不甚可靠。
② 旋流纸质滤芯
康明斯增压柴油机用的旋流纸质滤芯，它主要由旋流粗滤器（内部竖置有旋流管）、纸质主精滤芯和安全滤芯三部分组成，如图2所示。空气经旋流管离心力的作用，使空气中的绝大部分尘粒落入旋流管下端的集尘室，尘粒再经排气引射管随柴油机废气一起排出。粗滤后较清洁的空气通过纸质精滤及安全滤芯滤清，最后进入发动机气缸。
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图1 柴油机空气滤清器三维图 |
图2 柴油机旋流纸质空气滤清器 |
2、空气阻力指示器
康明斯增压柴油发电机在进气管上安装有空气阻力指示器（空滤堵塞报警器），当空滤器堵塞到一定程度时，提示对空滤器滤芯进行保养或更换。该指示器有机械式、真空感应式两种形式。当滤芯被灰尘和油污阻塞时，机械式阻力指示器窗口中的红色标记逐渐升高，更换或装回滤芯后，按下复位按钮使指示器复原。真空感应式阻力指示器实际上是一个压力开关，自然吸气式柴油发电机在额定转速时，当进气真空达到5±0.5kPa时，报警器会提示保养滤芯，因此可将指示器接头放在口里吸气以试验该装置好坏。涡轮增压式柴油发电机在满负荷为进气真空度不得超过6.1kPa。
要十分注意空滤器出口至柴油发电机进气口管路的密封性，一旦密封不严，脏空气就会吸入柴油发电机，空滤器也就失去了作用。因此，在保养空滤器时，应检查这一管路的可靠密封，及胶管有无老化破裂，教官与钢管连接处的卡箍是否失效或振动，有问题应及时更换或拧紧。
3、进气歧管
对于直喷式柴油机，进气歧管只是将洁净的空气分配到各缸进气道，如图3所示。进气歧管必须将空气、 燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等。为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内壁应该光滑。
进气歧管之所以称为歧管，是因为空气进入节气门后，经过歧管缓冲统后，空气流道就在此分歧了，对应柴油发电机汽缸的数量，如四缸柴油发电机就有四道，将空气分别导入各汽缸中。以自然进气柴油发电机来说，由于进气歧管位于节气门之后，所以当柴油发电机油门开度小时，汽缸内无法吸到足量的空气，就会造成歧管真空度高；而当柴油发电机油门开度大时，进气歧管内的真空度就会变小。
此外，需要注意的是当采用上述旋流纸质空气滤清器时，消声器出口处需预装有与之匹配的排气引射管（安装在消声器出口处，如图4所示）。当柴油机排气时，高速气流通过喉管处使废气气流增大，于是便形成了真空度。利用此真空度将空气滤清器集尘室中的尘粒经橡胶管吸入排气引射管内，并与柴油机废气一起排出。
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图3 柴油机进气歧管尺寸图 |
图4 柴油机排气引射管 |
二、排气系统各部件组成和作用
1、排气歧管
柴油机排气管的作用是使废气从气缸排出，结构尺寸如图5所示。排气管应具有较小的气流阻力，以减小进气和排气阻力。现代柴油机还要求排气管的结构形状有利于气流的惯性与压力脉动效应，以提高充量和排气能量的利用率。
排气管一般用铸铁制成。排气管均用螺栓固定在气缸上（顶置式配气机构），其结合处装有密封衬垫，以防漏气。排气歧管是由两段套接而成，在套接处填有石棉绳，以保证密封；有的柴油机排气歧管对应每一支管开有检视螺孔，以便测量各缸的排气温度和检查排气情况，平用埋头螺塞封闭。
康明斯柴油发电机使用的是“动脉式”排气歧管并带有一个由多段组成的涡轮增压入口管段（排气歧管出口），康明斯6BT柴油发电机脉冲式废气涡轮增压器的管路结构。6BT柴油发电机各缸工作顺序为1-5-3-6-2-4，将1、2、3缸的排气道和4、5、6缸排气道分别连接在两根排气歧管上，再分别引入涡轮机壳上的两条进气道，这样，各缸排气互不干扰，可以充分利用废气的脉冲能量，并能利用压力高峰后的瞬时真空，一粒与排气门关闭时的扫气，也可防止某缸排气压力波高峰倒流到正在吸气的另一缸中去。为了使零件具有一致性，自然吸气式柴油发电机使用了相同的排气歧管。
2、消声器
排气管末端装有消声器，用来减小排气时的响声和消除废气中的火星。因为压力较高的废气在排入大气时，会产生强烈的排气噪声。典型的排气消声器的工作原理为：当废气经过消声器时，会多次穿过其中的小孔，改变方向，得到膨胀和冷却，结果废气压力和温度都得到降低，振动减轻，排气噪声显著变小。
消声器一般是用薄钢板冲压焊接而成。它的工作原理是降低排气的压力波动和消耗废气流的能量。一般采用以下几种方法：
① 多次改变气流方向；
② 使气流多次通过收缩和扩大相结合的流通断面；
③ 将气流分割为很多小的支流并沿不平滑的表面流动；
④ 降低气流温度。
如图6所示为基本型柴油机的消声器，它是多腔膨胀共振型（在膨胀筒圆周充填有吸声的超细玻璃纤维），在标定工况下可使噪声下降约30dB（A）。
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图5 柴油机排气歧管尺寸图 |
图6 柴油机消声器结构尺寸图 |
总结：
柴油机进气管和排气管分别安装在汽缸盖的两侧，因为如果在一侧装配，会使排气管的高温传给进气管，造成进入汽缸内的空气密度减小，影响进气量。因此，它们之间的关系是一方面气体先后以新鲜空气和废气形式经过整个系统；另一方面，某些发动机的系统存在内在联系（如废气涡轮增压器）。对于它们的作用简单来说，进气管负责为发动机提供新鲜空气，排气管则负责排出燃烧废气。
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