柴油機的進排氣系統結構設計

摘 要：由于柴油產生的功率大，價格也相對便宜，因此在我們日常生活中使用的工程機械都傾向于使用柴油機。但柴油機也存在一些問題，諸如排放不達標，這包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等，這都與柴油機的進排氣系統有關。因此我們有必要對柴油機aa升整個柴油機的性能，降低它的噪聲和廢氣的排放，在滿足排放標準的同時提升柴油機的功率能耗。

關鍵詞：柴油機；進排氣系統；設計

1 進氣系統設計

1.1 進氣系統的組成及其作用

進氣系統主要空氣濾清器和進氣支管組成。

1.2 空氣濾清器設計

1.2.1 作用

燃油燃燒的時候需要消耗大量的空氣，以一般的柴油機為例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空氣。這么多的空氣，里面的雜質諸如灰塵等肯定會很多，如果不把這些雜質清除，一定會加速氣缸的部件的磨損，縮短整個發動機的壽命。有實驗表明，如果不加裝濾清器，發動機的壽命大概縮短三分之二，所以空氣濾清器是很重要的。

為了保證柴油機氣缸的壽命，我們決定采用干式濾清器。

1.2.2 進氣導流管的設計

在現在的這個柴油機車上，為了增強進氣效果，可以利用發動機的諧振，這需要空氣濾清器的進氣導管有交大的容積，來增強發動的諧振，提高進氣效能，但進氣導管又不能做的太粗，否則在里面流動的新鮮空氣的流速太低，反而不利于進氣，為了使效果最佳，本次設計的柴油機的導流管應該做的又細又長。

1.2.3 進氣支管的設計

進氣支管對于柴油機或者氣道燃油噴射式發動機來說，進氣支管必須把新鮮的空氣分配到各個氣缸的進氣道里面來，而且是均勻的分配，從這個要求考慮，進氣支管必須是等長的，而且為了保證空氣具有較高的流速，進氣支管的內壁的應該盡可能的光滑，以便提高進氣能力。一般進氣道使用合金鑄鐵制造，但車輛輕量化是汽車的重點發展方向之一，為了配合這種趨勢，近來也采用鋁合金制造的進氣支管，這種進氣支管具有質量輕，導熱性能優良的特點，隨著科技的進步也有采用復合材料的進氣支管，而且應用越來越廣。這種進氣支管，內壁光滑，質量很輕，關鍵是其無需特別加工，其內壁就特別光滑，這點十分重要，所以有增大應用的趨勢。

1.3 進氣系統的方案

為了充分利用進氣歧管的諧波效應，使發動機在低速時獲得大扭矩，在高速時獲得大功率，保證在不同工況下具有良好的性能，汽車發動機采用了可變進氣系統。

每個進氣歧管都有兩個進氣通道，一長一短。根據汽油機的工作轉速高低、負荷大小，由旋轉閱A控制空氣經過哪一個通道流進氣缸，可變進氣管，它由兩種長度的沖壓管組成，可旋轉閥A在外殼中轉動；中低速時，空氣由外側通道經單獨的進氣管進入一長管，實現中、低速大扭矩；高速時，空氣由內部通口經雙進氣管進入一短管，實現高速大功率。

低轉速運轉時，節氣門體可變進氣管長度控制閥關閉，進氣歧管可變進氣管長度控制閥也關閉。此時，長進氣歧管工作，成為新鮮進氣充量的主要通道，兩個控制閥同時關閉，其特征是長進氣歧管工作。中等轉速運轉時，節氣門體可變進氣管長度控制閥打開，而進氣歧管可變進氣管長度控制閥關閉，此時，中等長度進氣歧管工作，是進氣的主要通道，其特征是：兩個控制閥一開一關，中等長度進氣歧管工作。

高轉速運轉時，節氣門體可變進氣管長度控制閥打開，而進氣管長度可變系統的結構簡單，費用不大，可靠性高。汽油機可變進氣歧管技術廣為現代轎車采用。它使進氣歧管長度和截面面積隨著汽油機工況的變化而改變，改善中、低速和中、小負荷時的動力性、燃油經濟性及排放凈化性。無級可變長度進氣歧管使進氣歧管的長度和截面面積隨汽油機轉速的變化而無級地連續變化，在各種轉速下可提高汽油機的有效輸出扭矩，使發動機得到較好動力性。

2 排氣系統設計

2.1 排氣系統組成及其作用

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

2.2 排氣支管設計

2.2.1 排氣支管的作用

其主要作用主要有兩個發面，一個是將柴油機氣缸中廢氣排出去，另外還要防止氣缸的排氣的相互干擾和廢氣的倒流問題。

2.2.2 形狀設計

排氣管的形狀是很重要的，如果形狀設計的不佳，就會發生各缸排氣相互干擾，而且會出現排氣倒流的現象，為了避免這種現象，同事為了盡可能的利用慣性排氣，進一步降低排氣的阻力，我們希望排氣管做的盡可能長，同時各缸的排氣管應該相互獨立，且等長。但從消除排氣干擾的角度講，對于4缸柴油機來說，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 消聲器設計

柴油機氣缸產生的廢氣并不能直接排到大氣中去，這是因為，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個兆帕，這說明排出的廢氣具有很高的能量，與此同時，排氣還具有間歇性，會在氣管內產生壓力的脈動，如果這樣的氣體直接排到大氣中去，噪音會很大，現在生活人們對噪聲污染的關注度越來越高，噪聲的控制很嚴格，而且，如果排氣噪聲很大，車內乘員也會很不舒服，所以我們必須加裝消聲器來逐步衰減排氣壓力和減弱排氣壓力的脈動，最終使排出的氣體到達排放標準。

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

目前部分車型，由于特殊的原因，排出的氣體溫度過高，排氣壓力很大，如大型挖掘機，坦克，大型礦山機械等，單獨依靠消聲器，其排出的廢氣依然達不到車輛排氣噪聲標準，這時候需要特殊裝置，例如諧振器，將這種器材與消聲器串聯之后，可以進一步降低排氣的噪聲，使其到達排放標準。

作者簡介：魏鋒，男。