新聞主題	康明斯柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理

 

概述：柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)向氣缸提供清潔的充足的新鮮空氣，排除作功后的廢氣。增壓型柴油機(jī)還有進(jìn)一步利用排出氣缸的燃?xì)饽芰?，使進(jìn)入氣缸的空氣預(yù)先增壓和冷卻，從而增加氣缸的進(jìn)氣密度，達(dá)到提高柴油機(jī)動力性能和經(jīng)濟(jì)性的目的。因此，柴油發(fā)電機(jī)的進(jìn)排氣是衡量柴油發(fā)電機(jī)工作狀況和性能的一個(gè)指示。為了更好的維護(hù)康明斯發(fā)電機(jī)組的進(jìn)排氣系統(tǒng)，我們應(yīng)首先要先了解其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理。

 

一、進(jìn)排氣系統(tǒng)的工作原理

 

      進(jìn)排氣系統(tǒng)是柴油機(jī)工作過程所涉及的重要系統(tǒng)之一，它是由進(jìn)氣和排氣歧管、空氣過濾器、中冷器、渦輪增壓器、消聲器等主要部件組成，如圖1所示。工作過程是空氣通過過空氣濾清器過濾后進(jìn)入渦輪增壓器的壓氣機(jī)，經(jīng)過壓縮后的空氣再通過中冷器，經(jīng)過冷卻后的空氣再進(jìn)一步的壓縮后進(jìn)入發(fā)動機(jī)的氣缸，在經(jīng)過柴油機(jī)后，將廢氣排除，廢氣進(jìn)入渦輪增壓器的渦輪端作功，完成一個(gè)循環(huán)，如圖2所示。

1、進(jìn)氣過程

      柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣過程主要通過空氣濾清器、進(jìn)氣歧管和氣缸蓋等部件?？諝饨?jīng)過空氣濾清器過濾后，通過進(jìn)氣歧管進(jìn)入氣缸。在進(jìn)氣歧管中，空氣受到節(jié)流和減速的作用，使得空氣溫度和壓力降低，有利于柴油的蒸發(fā)和混合。

2、排氣過程

      柴油發(fā)動機(jī)的排氣過程主要通過排氣歧管、消聲器和排氣尾管等部件。燃燒后的廢氣經(jīng)過排氣歧管進(jìn)入消聲器，消聲器可以降低廢氣的噪音，最后廢氣通過排氣尾管排出。

      進(jìn)排氣系統(tǒng)是柴油機(jī)中非常重要的一個(gè)部分，它起到了排放廢氣和保證發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的作用。了解進(jìn)排氣系統(tǒng)的工作原理，能夠幫助我們更好地理解柴油機(jī)的工作過程。
 

圖1  柴油發(fā)電機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2  柴油機(jī)進(jìn)排氣循環(huán)工作原理

 

二、進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

 

      進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)包括空氣濾清器、進(jìn)氣管、增壓器和進(jìn)氣歧管等，如圖3所示。進(jìn)氣系統(tǒng)的作用包括提供清潔空氣，并保證進(jìn)氣量滿足柴油發(fā)電機(jī)實(shí)際需要；將新鮮空氣均勻充分地分配到各氣缸中。

進(jìn)氣通路∶大氣→空氣過濾器→增壓器的壓氣機(jī)→擴(kuò)散彎管→中冷器→收斂彎管→進(jìn)氣穩(wěn)壓箱→進(jìn)氣歧管→氣缸蓋進(jìn)氣道→進(jìn)氣門→氣缸

1、進(jìn)氣管

      柴油機(jī)進(jìn)氣管的主要作用是為柴油機(jī)氣缸提供充足的新鮮空氣，這些空氣對于柴油機(jī)的燃燒過程至關(guān)重要，外觀示意圖如圖4所示。進(jìn)氣管的設(shè)計(jì)和構(gòu)造直接影響著進(jìn)氣效率和發(fā)動機(jī)的性能。以下是進(jìn)氣管的具體作用：

（1）提供新鮮空氣：

      進(jìn)氣管按照柴油機(jī)的工作次序，為各個(gè)氣缸提供足夠的新鮮空氣，這是燃燒過程的基本需求。

（2）增壓和冷卻：

      在增壓型柴油機(jī)中，進(jìn)氣管利用排氣系統(tǒng)排出的熱量，對進(jìn)入氣缸的空氣進(jìn)行預(yù)增壓和冷卻，這樣可以增加氣缸內(nèi)空氣的密度，從而提高燃燒效率和發(fā)動機(jī)的動力與經(jīng)濟(jì)性。

（3）減少空氣流通阻力：

      為了減小空氣流通的阻力，進(jìn)氣管的內(nèi)壁通常設(shè)計(jì)得比較平整和光滑。

2、空氣濾清器總成

      空氣濾清器的作用是濾除空氣中的雜質(zhì)和灰塵，保證進(jìn)入氣缸的空氣清潔；降低進(jìn)氣噪聲。設(shè)計(jì)中濾清器總成主要技術(shù)參數(shù)為二級干式帶安全濾芯式，粗濾效率不小于80%，二級干式濾清器，既可水平放置也可垂直放置，利于整機(jī)布置；葉片環(huán)旋流干式空濾器，產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋流，使空氣中較大的灰塵粒子在離心力的作用下被甩入濾清器端蓋積灰盤內(nèi)。粗濾后空氣，再經(jīng)主濾芯濾清，然后穿過安全濾芯進(jìn)入柴油機(jī)。主濾芯由經(jīng)過樹脂處理的微孔濾紙排列成圓柱形加上內(nèi)外金屬網(wǎng)罩組成，網(wǎng)罩能防止濾紙意外損壞，主濾芯的濾清效率應(yīng)在99.5%以上。

（1）安全濾芯

安全濾芯為濾紙，加內(nèi)外金屬網(wǎng)罩。金屬網(wǎng)的作用是防止濾芯意外損壞和防止使用中濾芯被吸扁或局部被碰扁。一旦主濾芯破損，可暫時(shí)起濾清作用，以免帶灰塵的空氣進(jìn)入，保護(hù)柴油機(jī)免受異常磨損。在國外的柴油發(fā)電機(jī)上，一般不裝安全濾芯，由于我國空氣濾清器的制造水平和濾紙材料質(zhì)量的限制，以及康明斯柴油機(jī)沒有氣缸套的特殊性，增加安全濾芯裝置，以便增加一道空氣的安全過濾系統(tǒng)，保證進(jìn)入柴油機(jī)氣缸內(nèi)空氣的潔凈性。

（2）空氣濾清器的保養(yǎng)及更換

      50小時(shí)保養(yǎng)時(shí)，旋松端蓋上的緊固螺母，拆下端蓋，消除里面（積灰盤內(nèi)）的灰塵。300小時(shí)保養(yǎng)時(shí)，要取出濾芯，在平板上輕拍濾芯端面，并用壓縮空氣由濾芯里面向外吹，以清除濾芯上的灰塵，不能用汽油或水洗刷。清潔濾芯時(shí)，注意檢查密封圈是否完好地粘在濾芯的端面上，脫膠或密封不好，應(yīng)重粘結(jié)或更換新濾芯。當(dāng)每運(yùn)行300小時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)中，應(yīng)更換濾芯和濾芯密封圈。當(dāng)空濾堵塞報(bào)警器指示燈發(fā)亮?xí)r，應(yīng)馬上保養(yǎng)或更換濾芯。端蓋往外殼上安裝時(shí)，不要漏裝密封圈，排塵袋應(yīng)垂直指向下方位置，端蓋上的緊固螺母必須擰緊。

      柴油發(fā)電機(jī)起動運(yùn)行及運(yùn)行期間，嚴(yán)禁拆除空氣濾清器，否則將加速柴油機(jī)氣缸的磨損?？諝鉃V清器對振動比較敏感，使用時(shí)注意空濾器是否牢牢地固定在空濾器支架上，若有松動，應(yīng)及時(shí)緊固。

3、空濾堵塞報(bào)警器

      空濾堵塞報(bào)警器已廣泛應(yīng)用在近代柴油發(fā)電機(jī)上，其作用是提示操作員及時(shí)對空濾器濾芯進(jìn)行保養(yǎng)或更換。在國外，該裝置已被強(qiáng)制要求安裝在柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中。本系統(tǒng)使用的堵塞報(bào)警器是真空感應(yīng)式的，當(dāng)進(jìn)氣真空度達(dá)到（5±0.5）kPa時(shí)，空濾堵塞報(bào)警器指示燈就會發(fā)亮，提示操作員保養(yǎng)或更換濾芯。

4、 中冷器

      中冷器是個(gè)熱交換器，它為壓縮后溫度較高的空氣降溫，提高進(jìn)氣密度和充氣量。由于冷卻方式不同，中冷器分為空一空中冷器和水冷型中冷器兩種。目前重型柴油發(fā)電機(jī)普遍應(yīng)用的空一空中冷器，它以空氣作為傳熱介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)增壓后的空氣與周圍空氣的熱交換。

5、增壓器

      將空氣預(yù)先壓縮后供入氣缸，以提高空氣密度、增加進(jìn)氣量，從而提高柴油發(fā)電機(jī)功率和燃油經(jīng)濟(jì)性。增壓器結(jié)構(gòu)如下：

（1）廢氣驅(qū)動渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪帶動同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)，新鮮空氣從壓氣機(jī)入口吸入，加壓后的空氣通過葉輪外圓周的出口流出并進(jìn)歧管。廢氣旁通閥用于增壓控制，增高后的壓力作用于氣膜的右側(cè)。當(dāng)壓氣機(jī)壓力較低時(shí)，膜片左側(cè)的彈簧力大于膜片右側(cè)的壓力，膜片處于右位，排氣旁通閥關(guān)閉。

（2）增壓器上有進(jìn)油管，來自主油道的機(jī)油潤滑冷卻增壓器軸和軸承。增壓器回油管再將機(jī)油送回油底殼。當(dāng)增壓壓力大于彈簧力時(shí)，膜片左移，排氣旁通閥打開，部分廢氣直接排入排氣管，這便實(shí)現(xiàn)了增壓壓力和渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。廢氣旁通閥使進(jìn)氣壓力不至于過高。

 

圖3  柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)布置圖

圖4  柴油機(jī)進(jìn)氣歧管外形示意圖

 

三、排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

 

      排氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括排氣歧管、排氣總管、消聲器及排氣煙道等如圖5所示，排氣系統(tǒng)的作用是減小阻力和降低噪聲，將廢氣排入大氣。一些柴油發(fā)電機(jī)的排氣管上設(shè)有蝶閥。排氣制動打開時(shí)，蝶閥關(guān)閉，增大柴油發(fā)電機(jī)的制動力。國三排放的柴油發(fā)電機(jī)，排氣系統(tǒng)中加裝有后處理器、顆粒捕捉器DPF/DOC/POC等，負(fù)責(zé)對污染物進(jìn)行處理。

排氣通路∶氣缸→排氣門→氣缸蓋排氣管→排氣歧管→排氣總管→增壓器渦輪機(jī)→消聲器→排氣煙道→大氣

1、排氣歧管

      排氣歧管是連接每個(gè)氣缸的，最后排氣歧管會匯集成一根管子，排氣歧管可以讓汽缸內(nèi)排出的廢氣進(jìn)入排氣管，外觀示意圖如圖6所示。柴油機(jī)都是有排氣歧管的，如果發(fā)動機(jī)有四個(gè)氣缸，就有四根排氣歧管。

2、消聲器

      降低排氣噪聲。在排氣管出口處裝有消聲器，使廢氣經(jīng)過消聲后進(jìn)入大氣，一般采取2個(gè)消聲器。一級消聲器是阻性消聲器，用于吸收高頻噪聲；二級消聲器（主消聲器）是抗性消聲器，用于減弱低頻噪聲。

3、排煙管

      排煙管是柴油發(fā)電機(jī)排氣系統(tǒng)中的重要組成部分，柴油機(jī)排氣口與管道之間的連接應(yīng)采用彈性軟管，可減輕柴油發(fā)電機(jī)的振動。它的主要作用有以下幾個(gè)方面：

（1）排放廢氣：

      排煙管通過管道將發(fā)動機(jī)燃燒產(chǎn)生的廢氣引導(dǎo)到室外，減少對環(huán)境的污染。

（2）降低噪音：

      排煙管室外連接處設(shè)置二級消音裝置，能有效減少發(fā)動機(jī)排氣時(shí)產(chǎn)生的噪音，保持柴油發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安靜。

（3）調(diào)節(jié)排氣壓力：

      排煙管內(nèi)部的設(shè)計(jì)可以幫助調(diào)節(jié)排氣壓力，確保發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的正常工作。

 

圖5  排氣系統(tǒng)布置圖

圖6  柴油機(jī)排氣歧管外觀示意圖

 

總結(jié)：

      進(jìn)排氣系統(tǒng)是柴油機(jī)中不可或缺的一部分，它通過控制進(jìn)氣和排氣過程，保證柴油機(jī)的正常工作。進(jìn)氣過程中，進(jìn)氣門打開，新鮮空氣進(jìn)入氣缸并與燃油混合，通過壓縮和爆炸燃燒產(chǎn)生動力。排氣過程中，廢氣被排出，經(jīng)過凈化后減少對環(huán)境的污染。進(jìn)氣與排氣工作原理是發(fā)動機(jī)正常工作的基礎(chǔ)，對于柴油發(fā)電機(jī)的性能和環(huán)保都有著重要的影響。因此，保養(yǎng)和維護(hù)進(jìn)氣排氣系統(tǒng)是保證柴油發(fā)電機(jī)正常工作和延長使用壽命的重要措施。

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