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

張?jiān)矢?+趙慧恩

[摘 要]由于柴油產(chǎn)生的功率大，價(jià)格也相對(duì)便宜，所以得到廣大人群的喜愛。但柴油機(jī)會(huì)存在排放不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象，包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等一些問題，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)進(jìn)排氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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

中圖分類號(hào)：TK42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0048-01

1、進(jìn)排氣系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)分為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)。簡(jiǎn)單來說，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的作用是盡可能多并均勻地向各缸提供混合氣或純凈空氣發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)作用是排出廢氣，并且使廢氣污染和噪聲污染盡可能地。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)控制的分類，現(xiàn)將進(jìn)排氣系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單化，如圖一所示為進(jìn)排氣系統(tǒng)簡(jiǎn)單示意圖。

圖中箭頭所示為空氣在進(jìn)排氣系統(tǒng)的循環(huán)路徑。進(jìn)排氣按逆時(shí)針方向流動(dòng)，在進(jìn)入進(jìn)氣管時(shí)先通過空氣流量計(jì)，對(duì)空氣溫度、流量進(jìn)行測(cè)量，之后經(jīng)由可變截面渦輪增壓器的渦輪機(jī)同軸帶動(dòng)的壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮，壓縮氣體經(jīng)過中冷器冷卻后，再由相應(yīng)的進(jìn)氣溫度傳感器認(rèn)與增壓壓力傳感器測(cè)出進(jìn)氣溫度和壓力。通過節(jié)流閥節(jié)流后的空氣與廢氣再循環(huán)的尾氣混合后進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸與燃油混合、燃燒。燃燒做功后的氣體一部分由排氣管、閥、中冷如果有的話后與新鮮空氣混合，另一部分進(jìn)入可變截面渦輪增壓器的渦輪機(jī)，推動(dòng)渦輪的葉片做功，從而帶動(dòng)壓縮機(jī)，做功后的廢氣經(jīng)過處理后排到大氣中。

2.柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1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

2.2空氣濾清器設(shè)計(jì)

2.2.1作用

燃油燃燒的時(shí)候需要消耗大量的空氣，空氣里面由很多雜質(zhì)諸如灰塵等，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)的壽命大概縮短二分之二，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

2.2.2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，否則在里而流動(dòng)的新鮮空氣的流速太低，反而不利于進(jìn)氣，為了使效果最仕，木次設(shè)計(jì)的柴油機(jī)的導(dǎo)流管應(yīng)該做的又細(xì)又長(zhǎng)

3 柴油機(jī)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1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

3.2排氣支管設(shè)計(jì)

3.2.1排氣支管的作用

其主要作用主要有兩個(gè)方面，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題。

3.2.2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)的不仕，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)來說，我們把1，4缸的排氣支管匯合在一起，將3，3缸的匯合在一起，二者很好的滿足以上的要求

4 進(jìn)排氣控制策略中的EGR控制策略設(shè)計(jì)

4.1EGR設(shè)置值的計(jì)算

EGR設(shè)置值的計(jì)算是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況為控制提供控制的目標(biāo)值，它由基本值、靜態(tài)修正值、動(dòng)態(tài)修正值三部分組成。設(shè)置值包括計(jì)算控制偏差用的設(shè)置值與前饋控制用的設(shè)置值兩種形式

靜態(tài)修正是根據(jù)服務(wù)測(cè)試、大氣壓力、進(jìn)氣溫度、冷卻水溫度、增壓壓力來對(duì)基本值進(jìn)行修正，修正的結(jié)果為靜態(tài)值。

動(dòng)態(tài)修正值由對(duì)噴油量進(jìn)行一階延遲微分運(yùn)算（DT1）而得。修正過程為靜態(tài)值加上動(dòng)態(tài)修正值。在動(dòng)態(tài)修正中，一階延遲微分運(yùn)算所需的參數(shù)由結(jié)構(gòu)體DT1提供。該結(jié)構(gòu)體的數(shù)據(jù)的獲得稱為參數(shù)的自適應(yīng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度大于冷卻液溫度動(dòng)態(tài)計(jì)算參數(shù)閡值時(shí)，選擇暖機(jī)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，否則，選擇冷機(jī)所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

4.2EGR自適應(yīng)控制器

自適應(yīng)控制器包括控制偏差值的計(jì)算、PID參數(shù)的自適應(yīng)、PID控制、控制器輸出值的限值與轉(zhuǎn)換四部分組成.

輸出值分別為EGR閥的相對(duì)位置值（即EGR控制器修正變量）和進(jìn)氣節(jié)流閥的相對(duì)位置值（即TVA控制器修正變量），輸出為百分比的形式。EGR閥位置值為100%時(shí)，意味著閥關(guān)閉，供給可能的最大新鮮空氣量，相應(yīng)的0%意味著閥打開，此時(shí)供給的新鮮空氣量最少。與此相反，進(jìn)氣節(jié)流閥位置值為100%時(shí)，閥打開，對(duì)應(yīng)最多的新鮮空氣。為了徹底打開或關(guān)閉執(zhí)行器，EGR閥的相對(duì)位置值（即EGR控制器修正變量）和進(jìn)氣節(jié)流閥的相對(duì)位置值（即TVA控制器修正變量）可以大于100%或小于0%.

4.3EGR監(jiān)控

在超速、換擋、冷啟動(dòng)的情況下，系統(tǒng)并不使用控制器的輸出值，而是以默認(rèn)值來代替，在這種情況下，監(jiān)控模塊需要輸出當(dāng)前的監(jiān)控狀態(tài)、關(guān)閉控制器輸出的原因。

EGR監(jiān)控由超速與換擋監(jiān)控、系統(tǒng)監(jiān)控、控制偏差監(jiān)控三部分組成。

根據(jù)不同的關(guān)閉，對(duì)EGR閥修正變量（EGR位置值）和TVA修正變量（TVA位置值）以不同的默認(rèn)值進(jìn)行初始化。如果沒有關(guān)閉，由圖5-11控制器輸出值的轉(zhuǎn)換計(jì)算出的EGR修正值和TVA修正值可直接輸出。控制器關(guān)閉狀態(tài)變量顯示了決定控制器初始化的“關(guān)閉原因”。空氣控制監(jiān)控中的關(guān)閉指示器則顯示了所有的關(guān)閉原因。如果在某時(shí)出現(xiàn)了多個(gè)關(guān)閉，則體現(xiàn)了數(shù)字最大的空氣控制監(jiān)控中的關(guān)閉指示器的關(guān)閉相關(guān)的默認(rèn)值具有最大優(yōu)先級(jí)。

結(jié)束語

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(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)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周龍保.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：11-27.

[2] 王尚勇，楊青.柴油機(jī)電子控制技術(shù)〔M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：15-36.