柴油机的进排气系统结构设计
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统结构原理及检修方法
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统 结构原理及检修方法
❖ ．学习目标 ❖ 1.掌握柴油机的空气预热系统 ❖ 2.掌握柴油发动机的进气控制系统 ❖ 3.掌握柴油机的增压控制系统 ❖ 4.掌握柴油机废气再循环控制系统 ❖ 5.掌握柴油机尾气净化处理系统
一、废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统的功用是利用废气的能量，通过增 压器将发动机的进气先进行压缩，使增压后的空气密度 增大，实际充入的空气量增加（见图6-18和图6-19）。 这样，可以向气缸内喷入更多的燃料并能获得充分燃烧 ，因此提高了柴油机的输出功率。
图6-18废气涡轮增压器在汽车上的应用
图6-19废气涡流增压系统示意图
的一种增压控制系统。典型的电子控制式惯性增压系统 如图6-27所示。它主要由各种传感器、电子控制单元、 电磁阀空气室空气控制气缸、控制阀等组成。
图6-27电子控制式惯性增压系统
一、废气再循环控制系统的作用
EGR系统工作时，将一部分废气引入进气系统， 与新鲜的燃油混合气混合，使混合气变稀，从而降 低了燃烧速度，燃烧温度随之下降，从而有效的减 少NOX的生成，如图6-28所示。其关键部件是EGR 阀，其实物如图6-29所示。
1.涡轮增压器的结构 涡轮增压器一般由涡轮部分、中间壳体、压气机部
分三大部分组成（见图6-20）。
图6-20废气涡轮增压器的组成
2.中冷器的结构 废气涡轮增压系统一般加装有中冷器，以便对从涡
轮增压器压气机出来的温度升高的空气进行冷却，以 提高空气的密度，提高发动机的充气效率。其实物如 图6-21所示。
二、可变截面涡轮增压器
可变截面涡轮增压器的结构如图2-23所示。
图6-23可变涡轮增压系统的结构
增压柴油机排气再循环(EGR)控制系统的设计
本 Ｅ Ｒ系统采用进气 Ｇ
由Ｅ Ｒ阀、 进 市提倡 优先 发展 公共交通 ，足见公 节 流式系统 ， Ｇ 众对环境 问题 的重视。柴油机的排 气节流 阀机 构、电控 系统 、
放 特 点 是 ＮＯ 量 多 ，其 他 排 放 物 含 Ｅ Ｒ 冷 却器 等 组 成 。 Ｅ Ｒ 一 Ｇ Ｇ
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技 术 与 研 究
增压柴油机排气再 循环 （Ｇ ） Ｅ Ｒ 控 制系统 的设计
程 龙 群 黄 新 洪
内容提 要 ：因为 某柴 油机 Ｎ Ｏ排放 超 过 国 Ｉ标 准 ，根据 据 发 动机 Ｅ Ｒ控 制 系统 的要 求和特 点 ，为 了控 制 Ｉ Ｉ Ｇ
型 式 气缸直径 × 行程／ ｍ ａ ｒ 总排量 ／ Ｌ
ｆ 四气门、双顶置凸轮轴、增压中冷、共轨 ｌ ８． ９ ９×９ ． ４６ ｌ ２ ４２ ．０
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技 术 与 研 究
制 ＮＯ 的最有效手段之一 ，而且其 侧 ， 这种连接方式 ， 避免 了废 气对 核心 部 分 ，这 里 单 片机 利 用 的是 ０ ５ ，８ Ｃ １ 位 Ｐ 设计安装该系统对发动机改动不大 ， 压气机 的污染和腐 蚀。Ｅ Ｒ阀采用 ８ Ｃ ｌ ０ ５ 是 ８ Ｃ Ｕ，内有 Ｇ
步进 电机驱动 ，用于调整Ｅ 废气 １ ８ ＧＲ ２ Ｂ数据存 储器 ＲＡＭ 和 ４ ＫＢ的 Ｍ 可寻址 外部程序存储器和数 废气再循环系统 （ Ｇ Ｅ Ｒ）就是 流量 ，采用 步进 电机可 以简化 系统 ＲＯ ， 据 存储器空间各６ Ｋ Ｃ Ｕ有４ ４ Ｂ， Ｐ 个 将发动机排放 的部分废 气引入进气 的复杂性 ，并且控 制准确性高 。
浅谈柴油机排气道设计
完全达到要求 ， 满足柴油机排气性能。
参 考 文献 ：
［ １ ］ 《 柴油机设计手册》 编 辑委员会 ．柴 油机设计 手册 （ 上、
中、 下册 ）［ Ｍ］ ．北京 ： 中 国农业机械出版社 ， １ ９ ８ ４ ． ［ ２ ］ 刘永 长等． 内燃 机原 理 ［ Ｍ］ ．武汉 ： 华 中理工 大学 出版
Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ Ｏ
２ ０ １ ３年第 ５期
井 锡昌 ， 等： 浅谈 柴油机排气道设 计
不 同气 门升 程下 的流量 系数 。
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气道 结 构 的改 变必 然 引起缸 盖水 道及 油道 等 的
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变化 ， 因此 ， 对 油道 及水 道也 同 时进 行 了分 析及设 计
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优化， 确保 在 提高 动力性 能后 气缸 盖鼻 梁 区 、 进排 气 道 间得 到充分 冷却 ， 以保 证柴 油机 正常 工作 。 利用 新设 计 的排气 道模 型及水 道模 型制 做 了缸 盖 装在 柴油机 上 ， 在 与样 机 试 验 相 同的测 试 条 件 下 进 行 了性 能测 试 ， 测 试 结 果 如表 ３所 示 。测 试 结 果 表 明柴油 机 的功率 由原来 的 ４ ８ ０ ｋ Ｗ 提升 到 ５ ７ ２ ｋ Ｗ， 油 耗从 ２ ３ ５ ｇ ／ｋ Ｗ・ ｈ降至 ２ ０ ２ ． ５ ｇ ／ｋ Ｗ・ ｈ ， 排 温 也 由６ ８ ０ ｏ Ｃ下 降到 ５ ２ ９ ℃， 其 它性 能指标 也有 不 同程 度
表 ３ 新气道对应 的柴油机性能测试 结果
记 转速 （ ｎ ） 功率（ ｐ ） 阻矩（ 燃 油消耗 排气 进气 排气温度℃ 机油 冷却 水温 增压器 曲轴箱 序 录 提轮后 燃 油进 转速 转速波动 实测 实测 ｒ Ｊ 、 时耗 比油耗 烟度 中冷前 中冷后 中冷前 中冷后 涡轮前排温 压力 温度 进 出 口温度 唆气压 力 号 时 ｆｍ ｉ ｎ 油量 压力 压力 温度 温度 排温 ￥ １ ０ ｏ 间 ｋ Ｗ Ｎ・ ｍ ｋ （ｈ ｋ Ｗ・ ｈ Ｂ ｏ ｓ ｃ ｈ ｋ Ｐ ａ ｋ Ｐ ａ ℃ ａ ｃ １ ． ２ ． ３ 缸 ４ ． ５ ６ 缸 ｋ Ｐ ａ ℃ ℃ ℃ ℃ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ｋ Ｐ ａ ｄｍ ｉ ｎ
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，我们决定采纳干式滤清器。
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，能够利用发动机的谐振，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，提升进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新奇空气的流速太低，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，进气支管必须把新奇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，以便提升进气水平。
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进展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采纳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纳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，汽车发动机采纳了可变进气系统。
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操纵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。
4105型柴油机进排气管设计说明书正文
第四章 设计计算书 ............................................................................................................... 35
4.1 进排气管的核算 ................................................................................................................ 35 4.2 排气管的核算 ..................................................................................................................... 35
第二章 设计方案及原理 .......................................................................................................9
2.1 材料的选择要求 ................................................................................................................... 9 2.2 进排气管类型选择及基本尺寸 ...................................................................................... 9
致
谢 .............................................................................................................................................. 37
柴油机的进排气系统结构设计
Internal Combustion Engine &Parts0引言柴油机进排气系统的结构优化不仅可以有效保证发动机功率的稳定，同时也影响着发动机的排放指标、噪音生成等等，对于进排气系统来说，其一般都具有较为复杂的管路结构，其在发挥作用过程中，一个小的结构优化就可能改变其运行状态，因而对于柴油机进排气系统结构设计与优化的研究，对于提高柴油机的性能具有重要的作用。
1柴油机进气系统结构的优化设计对于柴油机进气系统结构的设计主要包括空气滤清器与进气支管的设计。
下面我们将单独分析两种不同零件结构的设计方法。
1.1空气滤清器的设计空气滤清器的作用主要在于净化进入气缸内的空气，空气中含有很多杂质，如果不经过滤清器直接进入进气管然后进入气缸，就会加速气缸内机械部件的损坏，进而会减少发动机部件的使用寿命。
由此可见，空气理滤清器在进气系统中很重要。
空气滤清器的性能好坏，重点在于所选择的材料，目前最新一代的空气滤清器采用的是复合型滤网，即是由低阻高效HEPA 滤材与高效改性活性炭复合制成，其与普通滤网有加大的差别，比普通滤网的过滤效果更优化。
1.2进气导流管的设计柴油发动机上的进气导流管的设计直接影响空气的进气速度与进气效能，空气进入进气导流管之后，其流动是被动的，其依靠发动机的谐振以及进气导管的特殊结构，进而保证其进气速度。
为保证进气导管中空气流动速度与流动效果比较稳定，本文所设计的柴油机中的进气导流管应为细长类型。
1.3进气支管的设计进气支管设计会直接影响柴油发动机的效能，进气歧管的作用是为每一个气缸导出柴油燃烧过程中所需要的空气，由于引擎的每个气缸的燃烧状态是相似的，所以每一个气缸的进气支管的长度和弯曲度也要尽量保持一致，同时，为保证空气在支管中有较高的流速，支管内壁的光滑度也有一定的要求，为保证进气支管散热均匀、轻量，具有较高的进气能力，柴油机的进气支管多由铝合金材质制造而成，但随着新材料的发展与应用，复合材料制成的进气支管应用也十分的广泛。
柴油机进排气系统
• 发动机进排气系统的功用及组成
• 排出气缸内燃烧产生的废气，并向气缸内尽可能多的充入新鲜气体， 为实现热工转换提供物质基础 • 进排气过程是间歇进行的，因此进排气管中都存在气流脉动。 • 排气消声器 • 三元催化器
• 进排气系统的发展趋势
• • • • • • 1、进排气系统协调控制技术 废气涡轮增压 废气再循环 2、可变技术 可变增压技术 可变进气技术
• 后处理器
• 汽油机常规排放污染物主要由CO、HC、Nox，可以通过 在排气管上加装三元催化转换器降低尾气中CO、HC、 Nox的含量。当混合气过量空气系数处于1±0.03的范围 内时，三元催化转换器的催化转换效率最高，转换效率高 达96%。 • 柴油机混合气的平均过量空气系数大于1，且混合气极不 均匀，因此不能采用三元催化转换器净化CO、HC、Nox 。而且一般降低Nox的技术措施和降低碳烟排放的技术措 施相矛盾，成为现代柴油机排放控制的主要技术难点。 • CO和HC采用氧化型催化转换装置使之氧化处理为CO2和 H2O；Nox采用还原型催化转换装置来还原处理成N2；碳 烟颗粒则采用捕集器来捕集以后烧掉。
机械增压
机械增压是一种通过发动机曲轴直接驱动 压气机，以提高发动机进气压力的增压方 式。 机械增压的特点是能有效的提高发动机功 率。与涡轮增压相比，其低速增压效果更 好。另外，机械增压器与发动机容易匹配， 结构也比较紧凑。但是驱动增压器需要消 耗发动机功率，因此燃油消耗率略高。 废气涡轮增压主要由涡轮机和压气机构成， 利用废气能量推动涡轮机转动，由此驱动与 涡轮同轴连接的压气机实现增压。废气涡轮 增压器与发动机无机械连接。这种增压方式 能有效地回收利用排气能量，所以经济性比 机械增压和非增压发动机都好，并可大幅度 的降低有害气体的排放和排气噪声水平。缺 点是因涡轮机是流体机械，而发动机是动力 机械，因此废气涡轮增压发动机低速增压效 果差，而且在发动机过渡工况瞬态响应特性 较差。
柴油发电机组结构图解PPT课件
减少流量，甚至于断流；
产生穴蚀。
解决方法：采用膨胀水箱。
N系列发动机冷却系统
主要部件介绍
⑵ 水泵：由皮带轮、轴承、油封、 水封、叶轮等组成。
其作用是：强制将散热器里的冷却 液压入机体内，冷却发动机。
水泵上有一小孔，起观测、泻漏作 用。
⑶ 机油冷却器：其分管束式和片 状式，起冷却机油的作用。
趋于完全燃烧。
•
即使少量空气进入燃油系统，也不会使发动机像高压油管燃油系
统发动机那样立即“失速”，PT燃油系统的发动机工作更稳定可靠。
•
性能标定方便，适应性好。
•
有80%左右的燃油用于冷却喷油器后回到油箱，喷油器能得到很
好的冷却。
•
通用性好，相同的基础泵和喷油器作一些调整就可以实用于不同
型号的发动机上。
N系列发动机冷却系统
空压机
水滤器
中冷器
散热器
水泵
缸体水道
缸盖水道
出水管
节温器
机油冷却器
液压油冷却器 湿式排气管
N系列发动机冷却系统
• 发动机热量的产生：就是喷入柴油机燃烧室的柴油，燃烧后产生大 量的热量。
• 热量分配：1/3作功、1/3排入大气、1/3冷却系统散失。 • 冷却方式：发电机组冷却系统属于压力强制循环冷却。
• 冷却系统的组成
• 冷却系统是由散热器、水泵、汽缸体水道、汽缸盖水道、出水管、 节温器机油冷却器等组成
N系列发动机冷却系统
主要部件介绍
⑴ 水箱：由上水室、下水室、散热片、进、出水管、溢流管、水箱 盖组成。
其作用是：储存冷却液，散失冷却液的热量，减少冷却液中的气泡。
冷却液中气泡的危害：
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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。