柴油機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：由于柴油產(chǎn)生的功率大，價(jià)格也相對(duì)便宜，因此在我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫墓こ虣C(jī)械都傾向于使用柴油機(jī)。但柴油機(jī)也存在一些問(wèn)題，諸如排放不達(dá)標(biāo)，這包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等，這都與柴油機(jī)的進(jìn)排氣系統(tǒng)有關(guān)。因此我們有必要對(duì)柴油機(jī)aa升整個(gè)柴油機(jī)的性能，降低它的噪聲和廢氣的排放，在滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)提升柴油機(jī)的功率能耗。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；進(jìn)排氣系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 進(jìn)氣系統(tǒng)的組成及其作用

進(jìn)氣系統(tǒng)主要空氣濾清器和進(jìn)氣支管組成。

1.2 空氣濾清器設(shè)計(jì)

1.2.1 作用

燃油燃燒的時(shí)候需要消耗大量的空氣，以一般的柴油機(jī)為例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空氣。這么多的空氣，里面的雜質(zhì)諸如灰塵等肯定會(huì)很多，如果不把這些雜質(zhì)清除，一定會(huì)加速氣缸的部件的磨損，縮短整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。有實(shí)驗(yàn)表明，如果不加裝濾清器，發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命大概縮短三分之二，所以空氣濾清器是很重要的。

為了保證柴油機(jī)氣缸的壽命，我們決定采用干式濾清器。

1.2.2 進(jìn)氣導(dǎo)流管的設(shè)計(jì)

在現(xiàn)在的這個(gè)柴油機(jī)車上，為了增強(qiáng)進(jìn)氣效果，可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振，這需要空氣濾清器的進(jìn)氣導(dǎo)管有交大的容積，來(lái)增強(qiáng)發(fā)動(dòng)的諧振，提高進(jìn)氣效能，但進(jìn)氣導(dǎo)管又不能做的太粗，否則在里面流動(dòng)的新鮮空氣的流速太低，反而不利于進(jìn)氣，為了使效果最佳，本次設(shè)計(jì)的柴油機(jī)的導(dǎo)流管應(yīng)該做的又細(xì)又長(zhǎng)。

1.2.3 進(jìn)氣支管的設(shè)計(jì)

進(jìn)氣支管對(duì)于柴油機(jī)或者氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，進(jìn)氣支管必須把新鮮的空氣分配到各個(gè)氣缸的進(jìn)氣道里面來(lái)，而且是均勻的分配，從這個(gè)要求考慮，進(jìn)氣支管必須是等長(zhǎng)的，而且為了保證空氣具有較高的流速，進(jìn)氣支管的內(nèi)壁的應(yīng)該盡可能的光滑，以便提高進(jìn)氣能力。一般進(jìn)氣道使用合金鑄鐵制造，但車輛輕量化是汽車的重點(diǎn)發(fā)展方向之一，為了配合這種趨勢(shì)，近來(lái)也采用鋁合金制造的進(jìn)氣支管，這種進(jìn)氣支管具有質(zhì)量輕，導(dǎo)熱性能優(yōu)良的特點(diǎn)，隨著科技的進(jìn)步也有采用復(fù)合材料的進(jìn)氣支管，而且應(yīng)用越來(lái)越廣。這種進(jìn)氣支管，內(nèi)壁光滑，質(zhì)量很輕，關(guān)鍵是其無(wú)需特別加工，其內(nèi)壁就特別光滑，這點(diǎn)十分重要，所以有增大應(yīng)用的趨勢(shì)。

1.3 進(jìn)氣系統(tǒng)的方案

為了充分利用進(jìn)氣歧管的諧波效應(yīng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)獲得大扭矩，在高速時(shí)獲得大功率，保證在不同工況下具有良好的性能，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)采用了可變進(jìn)氣系統(tǒng)。

每個(gè)進(jìn)氣歧管都有兩個(gè)進(jìn)氣通道，一長(zhǎng)一短。根據(jù)汽油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速高低、負(fù)荷大小，由旋轉(zhuǎn)閱A控制空氣經(jīng)過(guò)哪一個(gè)通道流進(jìn)氣缸，可變進(jìn)氣管，它由兩種長(zhǎng)度的沖壓管組成，可旋轉(zhuǎn)閥A在外殼中轉(zhuǎn)動(dòng)；中低速時(shí)，空氣由外側(cè)通道經(jīng)單獨(dú)的進(jìn)氣管進(jìn)入一長(zhǎng)管，實(shí)現(xiàn)中、低速大扭矩；高速時(shí)，空氣由內(nèi)部通口經(jīng)雙進(jìn)氣管進(jìn)入一短管，實(shí)現(xiàn)高速大功率。

低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制閥關(guān)閉，進(jìn)氣歧管可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制閥也關(guān)閉。此時(shí)，長(zhǎng)進(jìn)氣歧管工作，成為新鮮進(jìn)氣充量的主要通道，兩個(gè)控制閥同時(shí)關(guān)閉，其特征是長(zhǎng)進(jìn)氣歧管工作。中等轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制閥打開(kāi)，而進(jìn)氣歧管可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制閥關(guān)閉，此時(shí)，中等長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管工作，是進(jìn)氣的主要通道，其特征是：兩個(gè)控制閥一開(kāi)一關(guān)，中等長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管工作。

高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，節(jié)氣門體可變進(jìn)氣管長(zhǎng)度控制閥打開(kāi)，而進(jìn)氣管長(zhǎng)度可變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，費(fèi)用不大，可靠性高。汽油機(jī)可變進(jìn)氣歧管技術(shù)廣為現(xiàn)代轎車采用。它使進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度和截面面積隨著汽油機(jī)工況的變化而改變，改善中、低速和中、小負(fù)荷時(shí)的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性及排放凈化性。無(wú)級(jí)可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管使進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度和截面面積隨汽油機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而無(wú)級(jí)地連續(xù)變化，在各種轉(zhuǎn)速下可提高汽油機(jī)的有效輸出扭矩，使發(fā)動(dòng)機(jī)得到較好動(dòng)力性。

2 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 排氣系統(tǒng)組成及其作用

排氣系統(tǒng)主要包括排氣支管，排氣管和消聲器。排氣系統(tǒng)的作用主要是以盡量小的阻力和噪聲，將在氣缸中產(chǎn)生的廢氣排到大氣中去。

2.2 排氣支管設(shè)計(jì)

2.2.1 排氣支管的作用

其主要作用主要有兩個(gè)發(fā)面，一個(gè)是將柴油機(jī)氣缸中廢氣排出去，另外還要防止氣缸的排氣的相互干擾和廢氣的倒流問(wèn)題。

2.2.2 形狀設(shè)計(jì)

排氣管的形狀是很重要的，如果形狀設(shè)計(jì)的不佳，就會(huì)發(fā)生各缸排氣相互干擾，而且會(huì)出現(xiàn)排氣倒流的現(xiàn)象，為了避免這種現(xiàn)象，同事為了盡可能的利用慣性排氣，進(jìn)一步降低排氣的阻力，我們希望排氣管做的盡可能長(zhǎng)，同時(shí)各缸的排氣管應(yīng)該相互獨(dú)立，且等長(zhǎng)。但從消除排氣干擾的角度講，對(duì)于4缸柴油機(jī)來(lái)說(shuō)，我們把1，4缸的排氣支管匯合在一起，將2，3缸的匯合在一起，二者很好的滿足以上的要求。

2.3 消聲器設(shè)計(jì)

柴油機(jī)氣缸產(chǎn)生的廢氣并不能直接排到大氣中去，這是因?yàn)?，排出的氣體溫度大概在600-800攝氏度，廢氣的壓力在0.3到0.5個(gè)兆帕，這說(shuō)明排出的廢氣具有很高的能量，與此同時(shí)，排氣還具有間歇性，會(huì)在氣管內(nèi)產(chǎn)生壓力的脈動(dòng)，如果這樣的氣體直接排到大氣中去，噪音會(huì)很大，現(xiàn)在生活人們對(duì)噪聲污染的關(guān)注度越來(lái)越高，噪聲的控制很嚴(yán)格，而且，如果排氣噪聲很大，車內(nèi)乘員也會(huì)很不舒服，所以我們必須加裝消聲器來(lái)逐步衰減排氣壓力和減弱排氣壓力的脈動(dòng)，最終使排出的氣體到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。

一般說(shuō)來(lái)，消聲器的外殼是由雙層鋼板焊接而成，中間留有間歇，內(nèi)殼做成波紋狀，與外殼的內(nèi)壁一起形成排氣通道，這樣是為了在有限的空間內(nèi)，是排氣和排氣通道的接觸面積最大，也就是使排氣走過(guò)的路程最大，這樣消耗的排氣能量自然最大，同時(shí)這樣的設(shè)計(jì)也有利于衰減排氣的壓力，有利于排氣脈動(dòng)的散射，不讓脈動(dòng)形成尖波狀，避免出面能量集中區(qū)域消聲效果是最好的。

目前部分車型，由于特殊的原因，排出的氣體溫度過(guò)高，排氣壓力很大，如大型挖掘機(jī)，坦克，大型礦山機(jī)械等，單獨(dú)依靠消聲器，其排出的廢氣依然達(dá)不到車輛排氣噪聲標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)候需要特殊裝置，例如諧振器，將這種器材與消聲器串聯(lián)之后，可以進(jìn)一步降低排氣的噪聲，使其到達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)。

作者簡(jiǎn)介：魏鋒，男。