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新闻主题 |
分别简述发动机进排气系统组成和工作过程 |
摘要：柴油发电机进气和排气系统通常被认为是相互关联的系统。首先，气体以新鲜空气体和废气的形式通过整个系统；另一方面，一些发动机系统是内部相关的。进气系统负责为发动机提供新鲜空气体，而排气系统负责排出燃烧后废气。发动机进排气系统的显著特点是进排气侧位置互换。因此，排气歧管、排气涡轮增压器和催化转化器位于发动机的V形区域。
一、进排气系统的组成和作用
1、进气系统组成和作用
（1）进气管
进气管是连接进气挡板与空气滤清器的重要零件，可以说它的质量直接影响柴油发电机进气系统正常运行。进气管既要保证进气质量，又要便于安装拆卸、避免产品脱落、减震及降低装配错位风险的轻量化负压进气管件。
基本型柴油机中的进气管，按材料分有铸铁和铁皮两类，前者一般用于4、6缸直列式自然吸气柴油机，后者用于12缸V形和增压柴油机。12缸V形柴油机左、右两列进气管不能互换，用户在购买配件对，必须注意应与原机型用进气管相同。安装时，进气管与汽缸盖的结合面必须密封；进气管内不允许落入任何杂物，否则吸入汽缸内会造成机件损坏事故。
（2）空气滤清器
空气滤清器的作用是滤去空气中的灰尘和杂质，一般情况下不允许不装空气滤清器开动柴油机，否则会导致缸套和活塞组零件早期磨损，缩短柴油机的使用寿命。基本型柴油机的空气滤清器如图1所示。
在旋风纸质的空气滤清器上还设有进气阻力指示器。当指示器的窗口由黄色变为红色，同时蓝色箭头指示7.5kPa真空度时，则表示该滤清器应迅速进行除尘保养，保养后按一下指示器上方，使指示标志复位。
对无阻力指示器的钢丝绒滤芯的惯性空气滤清器，一般工作100h左右清洗一次，视环境中的灰尘浓度而作适当增减。清洗时，将钢丝绒取出放在汽油中洗干净，并用压缩空气吹干。同时清洗滤清器的油池，然后加入适量的新机油。
当旋风纸质空气滤清器上的阻力指示器失灵时，空气滤清器仍可使用。但每工作100h左右需清除集尘盆中的灰尘。每隔100～250h，取出滤芯轻轻敲击其端面，如图2所示，或者用压力不大于490kPa（5kgc㎡）的压缩空气从滤芯内腔往外吹，也可用毛刷轻刷沾污表面，但切忌用油或水清洗。如发现滤芯破损或污垢严重不易清除时，则需换新。
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图1 柴油机空气滤清器结构图 |
图2 空气滤清器纸质滤芯的除尘方法 |
2、排气系统的组成和作用
排气系统主要包括排气歧管，排气管和消声器。排气系统的作用主要是以尽量小的阻力和噪声，将在气缸中产生的废气排到大气中去。
（1）排气歧管
排气歧管的作用主要有两个方面，一个是将柴油机气缸中废气排出去，另外还要防止气缸的排气的相互干扰和废气的倒流问题。排气管由一般是铸铁制成。基本型非增压柴油机每列汽缸共用一根排气管：增压柴油机采用分支排气管，每列汽缸的废气由两根排气歧管接至增压器。排气歧管设计成分段组合式结构，其连接处设有膨胀接头。6缸直列式柴油机的排气管如图3所示。
（2）消声器
消声器是用来降低柴油机的排气噪声的。基本型柴油机均不装消声器。4、6缸基本型柴油机的消声器结构如图4所示，其形式为双室微孔扩张室。安装消声器后，因排气阻力增加，柴油机的输出功率要降低一些。安装时，消声器带有30斜面的出口方向应朝下，以防止雨水和异物落入。
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图3 非增压柴油机排气管 |
图4 柴油机排气消声器结构图 |
二、进排气系统工作原理
进排气系统是柴油机的核心组成部分之一，而且扮演着极其重要的角色，其结构如图5所示，工作原理如图6所示。下面将介绍进排气系统的工作原理，通过详细分析其作用来解析其工作过程。
1、进气系统
首先，空气滤清器是过滤空气中杂质的装置，避免异物进入柴油机而导致损伤。进气管的作用则是引导空气进入柴油机。通常情况下，进气管的截面积较小，这样可增加空气流速和空气压力，从而提高柴油发电机的动力输出。而进气歧管是将空气引向缸体，起到流量分配的作用。最后，缸内喷油器是将燃油喷向缸内，根据空气流量派发相应的燃油量，以便进行燃烧。
在工作过程中，进气系统需要将空气从环境中引导到柴油机内部燃烧。当沿着进气管进入柴油机的空气进入到气缸内时，它会与缸内点燃后燃烧的混合气体混合在一起，然后在柴油机运行时进行燃烧。
2、排气系统
首先，排气系统的作用是将燃烧完的废气排出柴油机，并将其排入空气中。通常对运动状态的气体组成进行优化可以提高柴油机的性能。尾气装置作用是将废气中的有害物质转化成无害的物质。消音器是用来减轻排气时所产生的噪声，使柴油发电机运行时更加安静。
在工作过程中，推动轴带动缸子的过程使废气排放到柴油机外部，排气管用于将废气重新分配，然后将其排放出去。废气流经消声器时，声波的振动将通过其中的耗散材料进行吸收，并将声波转化为热质。
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图5 柴油机进排气装置结构图 |
图6 柴油机进排气系统原理图 |
三、进排气系统的优化设计
柴油机诸如排放不达标，包括废气和噪声排放，功率能耗等，这都与柴油机的进排气系统有关。因此有必要对柴油机进排气系统性能进行提升，以降低它的噪声和废气的排放，在满足排放标准的同时提升柴油机的功率能耗。
1、进气系统设计
（1）空气滤清器设计
燃油燃烧的时候需要消耗大量的空气，以一般的柴油机为例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空气。这么多的空气，里面的杂质诸如灰尘等肯定会很多，如果不把这些杂质清除，一定会加速气缸的部件的磨损，缩短整个发动机的寿命。有实验表明，如果不加装滤清器，发动机的寿命大概缩短三分之二，所以空气滤清器是很重要的。
为了保证柴油机气缸的寿命，通常采用干式滤清器。
（2）进气导流管的设计
在现在的这个柴油发电机上，为了增强进气效果，可以利用发动机的谐振，这需要空气滤清器的进气导管有交大的容积，来增强发动的谐振，提高进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新鲜空气的流速太低，反而不利于进气，为了使效果最佳，通常设计的柴油机的导流管应该做的又细又长，如图7所示。
（3）进气歧管的设计
进气歧管对于柴油机来说，进气歧管必须把新鲜的空气分配到各个气缸的进气道里面来，而且是均匀的分配，从这个要求考虑，进气歧管必须是等长的，而且为了保证空气具有较高的流速，进气歧管的内壁的应该尽可能的光滑，以便提高进气能力。一般进气道使用合金铸铁制造，如图8所示。但设备轻量化是柴油发电机的重点发展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采用铝合金制造的进气歧管，这种进气歧管具有质量轻，导热性能优良的特点，随着科技的进步也有采用复合材料的进气歧管，而且应用越来越广。这种进气歧管，内壁光滑，质量很轻，关键是其无需特别加工，其内壁就特别光滑，这点十分重要，所以有增大应用的趋势。
2、排气系统设计
（1）排气歧管设计
排气管的形状是很重要的，如果形状设计的不佳，就会发生各缸排气相互干扰，而且会出现排气倒流的现象，为了避免这种现象，同事为了尽可能的利用惯性排气，进一步降低排气的阻力，我们希望排气管做的尽可能长，同时各缸的排气管应该相互独立，且等长。但从消除排气干扰的角度讲，对于4缸柴油机来说，我们把1、4缸的排气歧管汇合在一起，将2、3缸的汇合在一起，二者很好的满足以上的要求。
（2）消声器设计
柴油机气缸产生的废气并不能直接排到大气中去，这是因为，排出的气体温度大概在600-800摄氏度，废气的压力在0.3到0.5个兆帕，这说明排出的废气具有很高的能量，与此同时，排气还具有间歇性，会在气管内产生压力的脉动，如果这样的气体直接排到大气中去，噪音会很大，现在生活人们对噪声污染的关注度越来越高，噪声的控制很严格，而且，如果排气噪声很大，车内乘员也会很不舒服，所以我们必须加装消声器来逐步衰减排气压力和减弱排气压力的脉动，最终使排出的气体到达排放标准。
一般说来，消声器的外壳是由双层钢板焊接而成，中间留有间歇，内壳做成波纹状，与外壳的内壁一起形成排气通道，这样是为了在有限的空间内，是排气和排气通道的接触面积最大，也就是使排气走过的路程最大，这样消耗的排气能量自然最大，同时这样的设计也有利于衰减排气的压力，有利于排气脉动的散射，不让脉动形成尖波状，避免出面能量集中区域消声效果是最好的。
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图7 空气滤清器进气导流管结构图 |
图8 柴油机进气管示意图 |
总结：
进排气系统的作用可以视为柴油机优化重要的组成部分。进气系统将空气引向柴油机，燃油和空气在柴油机中被点燃，导致工作，同时废气经过运动状态和排气管中排放。排气系统的补充配件（如消声器）也起到填补空气中的有毒物质，降低噪声污染等等。综上所述，进排气系统的工作原理是相互融合的，通过协同性地实现更好的柴油机运行，产生更大的操作力量。
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