柴油机的进排气系统结构设计

柴油机的进排气系统结构设计
由于柴油产生的功率大，价格也相对便宜，因此在我们日常生活中使用的工程机械都倾向于使用柴油机。

但柴油机也存在一些问题，诸如排放不达标，这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。

因此我们有必要对柴油机aa升整个柴油机的性能，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。

标签：柴油机；进排气系统；设计
1 进气系统设计
1.1 进气系统的组成及其作用
进气系统主要空气滤清器和进气支管组成。

1.2 空气滤清器设计
1.2.1 作用
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，我们决定采用干式滤清器。

1.2.2 进气导流管的设计
在现在的这个柴油机车上，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，本次设计的柴油机的导流管应该做的又细又长。

1.2.3 进气支管的设计
进气支管对于柴油机或者气道燃油喷射式发动机来说，进气支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，进气支管必须是等长的，而且为了保证空气具有较高的流速，进气支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，但车辆轻量化是汽车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支管，这种进气支管具有质量轻，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支管，而且应用越来越广。

这种进气支管，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。

1.3 进气系统的方案
为了充分利用进气歧管的谐波效应，使发动机在低速时获得大扭矩，在高速时获得大功率，保证在不同工况下具有良好的性能，汽车发动机采用了可变进气系统。

每个进气歧管都有两个进气通道，一长一短。

根据汽油机的工作转速高低、负荷大小，由旋转阅A控制空气经过哪一个通道流进气缸，可变进气管，它由两种长度的冲压管组成，可旋转阀A在外壳中转动；中低速时，空气由外侧通道经单独的进气管进入一长管，实现中、低速大扭矩；高速时，空气由内部通口经双进气管进入一短管，实现高速大功率。

低转速运转时，节气门体可变进气管长度控制阀关闭，进气歧管可变进气管长度控制阀也关闭。

此时，长进气歧管工作，成为新鲜进气充量的主要通道，两个控制阀同时关闭，其特征是长进气歧管工作。

中等转速运转时，节气门体可变进气管长度控制阀打开，而进气歧管可变进气管长度控制阀关闭，此时，中等长度进气歧管工作，是进气的主要通道，其特征是：两个控制阀一开一关，中等长度进气歧管工作。

高转速运转时，节气门体可变进气管长度控制阀打开，而进气管长度可变系统的结构简单，费用不大，可靠性高。

汽油机可变进气歧管技术广为现代轿车采用。

它使进气歧管长度和截面面积随着汽油机工况的变化而改变，改善中、低速和中、小负荷时的动力性、燃油经济性及排放净化性。

无级可变长度进气歧管使进气歧管的长度和截面面积随汽油机转速的变化而无级地连续变化，在各种转速下可提高汽油机的有效输出扭矩，使发动机得到较好动力性。

2 排气系统设计
2.1 排气系统组成及其作用
排气系统主要包括排气支管，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。

2.2 排气支管设计
2.2.1 排气支管的作用
其主要作用主要有两个发面，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。

2.2.2 形状设计
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缸的排气支管汇合在一起，将2，3缸的汇合在一起，二者很好的满足以上的要求。

2.3 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。

目前部分车型，由于特殊的原因，排出的气体温度过高，排气压力很大，如大型挖掘机，坦克，大型矿山机械等，单独依靠消声器，其排出的废气依然达不到车辆排气噪声标准，这时候需要特殊装置，例如谐振器，将这种器材与消声器串联之后，可以进一步降低排气的噪声，使其到达排放标准。

作者简介：魏锋，男。