摘要：柴油發(fā)動機的進氣和排氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進氣和排氣管以及消聲器組成。通常，柴油發(fā)動機的進氣和排氣系統(tǒng)被視為相關(guān)系統(tǒng)。進氣和排氣管的作用是將新鮮空氣分別送至柴油發(fā)電機的每個氣缸，并將每個氣缸的廢氣導(dǎo)出，以便通過排氣消聲器將其排出。進氣和排氣管通常由鑄鐵制成。進氣和排氣管應(yīng)具有較小的循環(huán)阻力，以減少吸氣和排氣的損失，并盡可能均勻地將進氣分配到每個氣缸中。
一、進氣系統(tǒng)各部件的組成和功能
1、空氣濾清器
空氣過濾器的功能是過濾空氣中的灰塵和雜質(zhì)，并將清潔的空氣送入氣缸，以減少活塞連桿組、排氣機構(gòu)和氣缸的磨損。空氣過濾器的要求是過濾效率高、阻力小、使用周期長、維護方便。三維形狀如圖1所示。
(1)空氣過濾器的過濾方法
①慣性式(離心式)
利用空氣成分中灰塵和雜質(zhì)密度高的特點，在離心力的作用下，通過引導(dǎo)氣流急劇旋轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動，將灰塵和雜質(zhì)從空氣中分離出來。
②油浴式(濕式)
使空氣通過油，空氣雜質(zhì)就會沉積在油中并被過濾掉。
③過濾式(干式)
引導(dǎo)氣流通過濾芯，使灰塵和雜質(zhì)粘附在濾芯上。
(2)濾芯的作用和材料
為了獲得更好的過濾效果，可以采用以上兩種或三種方法進行綜合過濾。空氣濾清器由濾清器外殼和濾芯組成，濾清器外殼由薄鋼板沖壓而成。濾芯包括金屬絲濾芯和紙濾芯。
①金屬絲濾芯
康明斯4、6缸直列柴油發(fā)動機使用空氣濾清器。目前，這種紙質(zhì)濾芯（金屬絲濾芯）被廣泛使用。濾芯一般由樹脂處理的微孔濾紙制成，濾芯的上下兩端用塑料密封墊圈密封。柴油發(fā)動機工作時，空氣通過紙質(zhì)濾芯過濾后，從管道沿進氣管吸入氣缸。該濾清器結(jié)構(gòu)簡單，成本低，維護方便；然而，當(dāng)用于塵粒量大的環(huán)境時，其工作壽命短且不可靠。
②旋流紙濾芯
康明斯增壓柴油機使用的旋流紙濾芯主要由旋流粗濾器(旋流管垂直放置在內(nèi)部)制成、紙質(zhì)主精濾芯和安全濾芯由三部分組成，如圖2所示。空氣通過旋流管的離心力使空氣中的大部分灰塵顆粒落入旋流管下端的集塵室，然后灰塵顆粒通過排氣引射管與柴油機廢氣一起排出。粗濾后，清潔空氣通過紙質(zhì)精濾和安全濾芯過濾，最后進入發(fā)動機氣缸。
2、空氣阻力指示器
康明斯增壓柴油發(fā)電機在進氣管上安裝空氣阻力指示器（空氣濾清器堵塞報警器）。當(dāng)空氣濾清器堵塞到一定程度時，建議維護或更換空氣濾清器濾芯。指示器有兩種形式：機械式和真空感應(yīng)式。當(dāng)濾芯被灰塵和油污堵塞時，機械阻力指示器窗口中的紅色標(biāo)記逐漸增加。更換或安裝回濾芯后，按下復(fù)位按鈕恢復(fù)指示器。真空感應(yīng)阻力指示器實際上是一個壓力開關(guān)。當(dāng)進氣真空達到額定速度時，自然吸氣柴油發(fā)電機的進氣真空為5±0.5kPa時，報警器會提示濾芯的維護，因此可以將指示器接頭放入口中吸氣，以測試設(shè)備的質(zhì)量。渦輪增壓柴油發(fā)電機滿負荷進氣真空度不得超過6.1kPa。
我們應(yīng)該非常注意從空氣濾清器出口到柴油發(fā)電機進氣口的管道的密封性。一旦密封不嚴，臟空氣就會吸入柴油發(fā)電機，空氣濾清器就會失去功能。因此，在維護空氣濾清器時，應(yīng)檢查管道的可靠密封性，以及軟管是否老化破裂，導(dǎo)師與鋼管連接處的卡箍是否失效或振動。如有問題，應(yīng)及時更換或擰緊。
3、進氣歧管
對于直噴柴油發(fā)動機，進氣歧管僅將干凈的空氣分配到每個氣缸的進氣口，如圖3所示。進氣歧管必須盡可能均勻地將空氣、燃油混合物或干凈的空氣分配到每個氣缸中，因此進氣歧管中氣體流道的長度應(yīng)盡可能相等。為了減少氣體的流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)光滑。
進氣歧管之所以被稱為歧管，是因為空氣進入節(jié)氣門后，經(jīng)過歧管緩沖系統(tǒng)后，這里的空氣流道不同。對應(yīng)柴油發(fā)電機氣缸的數(shù)量，如四缸柴油發(fā)電機，有四個氣缸，將空氣分別引入每個氣缸。對于自然進氣柴油發(fā)電機，由于進氣歧管位于節(jié)氣門后面，當(dāng)柴油發(fā)電機油門開度小時，氣缸內(nèi)無法吸收足夠的空氣，會導(dǎo)致歧管真空度高；當(dāng)柴油發(fā)電機油門開度較大時，進氣歧管內(nèi)的真空度會降低。
此外，需要注意的是，當(dāng)使用上述旋流紙質(zhì)空氣濾清器時，應(yīng)在消聲器出口處預(yù)裝匹配的排氣管（安裝在消聲器出口處，如圖4所示）。當(dāng)柴油發(fā)動機排氣時，高速氣流通過喉管增加廢氣流量，從而形成真空度。利用這種真空度，空氣濾清器集塵室中的灰塵顆粒通過橡膠管吸入排氣引射管，并與柴油發(fā)動機廢氣一起排出。
二、排氣系統(tǒng)各部件的組成和功能
1、排氣歧管
柴油發(fā)動機排氣管的作用是將廢氣從氣缸中排出，結(jié)構(gòu)尺寸如圖5所示。排氣管應(yīng)具有較小的氣流阻力，以減少進氣和排氣阻力。現(xiàn)代柴油發(fā)動機還要求排氣管的結(jié)構(gòu)形狀有利于氣流的慣性和壓力脈動效應(yīng)，從而提高充電和排氣能量的利用率。
排氣管通常由鑄鐵制成。排氣管用螺栓固定在氣缸上（頂部排氣機構(gòu)），并在其接頭處安裝密封墊，以防止漏氣。排氣歧管由兩段套接而成，套接處填充石棉繩，確保密封；一些柴油發(fā)動機的排氣歧管在每根管道上都有一個檢查螺孔，以測量每個氣缸的排氣溫度并檢查排氣情況。埋頭螺栓用于平均密封。
康明斯柴油發(fā)電機采用“動脈式”排氣歧管，帶有康明斯6BT柴油發(fā)電機脈沖式廢氣渦輪增壓器的管道結(jié)構(gòu)，由多段組成的渦輪增壓入口管段（排氣歧管出口）。6BT柴油發(fā)電機每個氣缸的工作順序為1-5-3-6-2-4，1、2、3缸的排氣通道和4、5、6缸排氣通道分別連接在兩個排氣歧管上，然后分別引入渦輪機殼體上的兩個進氣通道。這樣，每個氣缸的排氣就不會相互干擾，廢氣的脈沖能量就可以得到充分利用，壓力高峰后的瞬時真空也可以得到利用。當(dāng)排氣門關(guān)閉時，一個氣缸的排氣壓力波峰值也可以防止回流到吸氣的另一個氣缸。為了使零件一致，自然吸氣柴油發(fā)電機使用相同的排氣歧管。
2、消聲器
消聲器安裝在排氣管末端，以減少排氣時的噪音，消除廢氣中的火星。因為當(dāng)高壓廢氣排入大氣時，會產(chǎn)生強烈的排氣噪聲。典型的排氣消聲器的工作原理是：當(dāng)廢氣通過消聲器時，它會多次穿過小孔，改變方向，膨脹和冷卻。因此，廢氣壓力和溫度降低，振動降低，排氣噪聲顯著降低。
消聲器通常由薄鋼板沖壓和焊接而成。其工作原理是減少排氣壓力波動，消耗廢氣流動的能量。一般采用以下方法：
①多次改變氣流方向；
②通過收縮和擴大，使氣流多次結(jié)合流通斷面；
③將氣流分成許多小支流，沿著不平滑的表面流動；
④降低氣流溫度。
如圖6所示，它是基本柴油發(fā)動機的消聲器。它是一種多腔膨脹共振型（在膨脹筒周圍填充吸聲超細玻璃纖維），在校準(zhǔn)條件下可將噪聲降低約30dB（A）。
總結(jié)：
柴油發(fā)動機的進氣管和排氣管分別安裝在氣缸蓋的兩側(cè)，因為如果安裝在一側(cè)，排氣管的高溫會傳遞到進氣管，導(dǎo)致進入氣缸的空氣密度降低，影響進氣量。因此，它們之間的關(guān)系是，一方面，氣體以新鮮空氣和廢氣的形式通過整個系統(tǒng)；另一方面，一些發(fā)動機系統(tǒng)有內(nèi)部聯(lián)系（如廢氣渦輪增壓器）。對于它們的簡單功能，進氣管負責(zé)為發(fā)動機提供新鮮空氣，排氣管負責(zé)排放燃燒廢氣。