柴油機的進排氣系統結構設計解析

張允富++趙慧恩

[摘 要]由于柴油產生的功率大，價格也相對便宜，所以得到廣大人群的喜愛。但柴油機會存在排放不達標現象，包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等一些問題，這都與柴油機的進排氣系統有關。因此我們有必要對柴油機進排氣系統進行優化設計。

[關鍵詞]柴油機；進排氣系統；設計

中圖分類號：TK42 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）09-0048-01

1、進排氣系統功能簡介

發動機進排氣系統分為發動機進氣系統和發動機排氣系統。簡單來說，發動機進氣系統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動機排氣系統作用是排出廢氣，并且使廢氣污染和噪聲污染盡可能地。

根據發動機進排氣系統控制的分類，現將進排氣系統功能簡單化，如圖一所示為進排氣系統簡單示意圖。

圖中箭頭所示為空氣在進排氣系統的循環路徑。進排氣按逆時針方向流動，在進入進氣管時先通過空氣流量計，對空氣溫度、流量進行測量，之后經由可變截面渦輪增壓器的渦輪機同軸帶動的壓縮機進行壓縮，壓縮氣體經過中冷器冷卻后，再由相應的進氣溫度傳感器認與增壓壓力傳感器測出進氣溫度和壓力。通過節流閥節流后的空氣與廢氣再循環的尾氣混合后進入發動機氣缸與燃油混合、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，另一部分進入可變截面渦輪增壓器的渦輪機，推動渦輪的葉片做功，從而帶動壓縮機，做功后的廢氣經過處理后排到大氣中。

2.柴油機進氣系統設計

2.1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

2.2空氣濾清器設計

2.2.1作用

燃油燃燒的時候需要消耗大量的空氣，空氣里面由很多雜質諸如灰塵等，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二分之二，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

2.2.2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，否則在里而流動的新鮮空氣的流速太低，反而不利于進氣，為了使效果最仕，木次設計的柴油機的導流管應該做的又細又長

3 柴油機排氣系統設計

3.1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

3.2排氣支管設計

3.2.1排氣支管的作用

其主要作用主要有兩個方面，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。

3.2.2形狀設計

排氣管的形狀是很重要的，如果形狀設計的不仕，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3，3缸的匯合在一起，二者很好的滿足以上的要求

4 進排氣控制策略中的EGR控制策略設計

4.1EGR設置值的計算

EGR設置值的計算是根據發動機的工況為控制提供控制的目標值，它由基本值、靜態修正值、動態修正值三部分組成。設置值包括計算控制偏差用的設置值與前饋控制用的設置值兩種形式

靜態修正是根據服務測試、大氣壓力、進氣溫度、冷卻水溫度、增壓壓力來對基本值進行修正，修正的結果為靜態值。

動態修正值由對噴油量進行一階延遲微分運算（DT1）而得。修正過程為靜態值加上動態修正值。在動態修正中，一階延遲微分運算所需的參數由結構體DT1提供。該結構體的數據的獲得稱為參數的自適應。當發動機溫度大于冷卻液溫度動態計算參數閡值時，選擇暖機所對應的數據，否則，選擇冷機所對應的數據。

4.2EGR自適應控制器

自適應控制器包括控制偏差值的計算、PID參數的自適應、PID控制、控制器輸出值的限值與轉換四部分組成.

輸出值分別為EGR閥的相對位置值（即EGR控制器修正變量）和進氣節流閥的相對位置值（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，意味著閥關閉，供給可能的最大新鮮空氣量，相應的0%意味著閥打開，此時供給的新鮮空氣量最少。與此相反，進氣節流閥位置值為100%時，閥打開，對應最多的新鮮空氣。為了徹底打開或關閉執行器，EGR閥的相對位置值（即EGR控制器修正變量）和進氣節流閥的相對位置值（即TVA控制器修正變量）可以大于100%或小于0%.

4.3EGR監控

在超速、換擋、冷啟動的情況下，系統并不使用控制器的輸出值，而是以默認值來代替，在這種情況下，監控模塊需要輸出當前的監控狀態、關閉控制器輸出的原因。

EGR監控由超速與換擋監控、系統監控、控制偏差監控三部分組成。

根據不同的關閉，對EGR閥修正變量（EGR位置值）和TVA修正變量（TVA位置值）以不同的默認值進行初始化。如果沒有關閉，由圖5-11控制器輸出值的轉換計算出的EGR修正值和TVA修正值可直接輸出。控制器關閉狀態變量顯示了決定控制器初始化的“關閉原因”。空氣控制監控中的關閉指示器則顯示了所有的關閉原因。如果在某時出現了多個關閉，則體現了數字最大的空氣控制監控中的關閉指示器的關閉相關的默認值具有最大優先級。

結束語

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，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。

參考文獻

[1] 周龍保.內燃機學[M].北京：機械工業出版社，2005：11-27.

[2] 王尚勇，楊青.柴油機電子控制技術〔M].北京：機械工業出版社，2005：15-36.