張允富++趙慧恩

[摘 要]由于柴油產(chǎn)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(xiàn)象，包括廢氣和噪聲排放，功率能耗等一些問題，這都與柴油機的進排氣系統(tǒng)有關(guān)。因此我們有必要對柴油機進排氣系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計。

[關(guān)鍵詞]柴油機；進排氣系統(tǒng)；設(shè)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(tǒng)功能簡介

發(fā)動機進排氣系統(tǒng)分為發(fā)動機進氣系統(tǒng)和發(fā)動機排氣系統(tǒng)。簡單來說，發(fā)動機進氣系統(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)動機排氣系統(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)動機進排氣系統(tǒng)控制的分類，現(xiàn)將進排氣系統(tǒng)功能簡單化，如圖一所示為進排氣系統(tǒng)簡單示意圖。

圖中箭頭所示為空氣在進排氣系統(tǒng)的循環(huán)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(jīng)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(jīng)過中冷器冷卻后，再由相應(yīng)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(jié)流閥節(jié)流后的空氣與廢氣再循環(huán)的尾氣混合后進入發(fā)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(jīng)過處理后排到大氣中。

2.柴油機進氣系統(tǒng)設(shè)計

2.1進氣系統(tǒng)的組成及其作用

進氣系統(tǒng)主要空氣濾清器和進氣支管組成

2.2空氣濾清器設(shè)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(zhì)諸如灰塵等，如果不把這些雜質(zhì)清除，一定會加速氣缸的部件的磨損，縮短整個發(fā)動機的壽命。有實驗表明，如果不加裝濾清器，發(fā)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(dǎo)流管的設(shè)計

在現(xiàn)在的這個柴油機車上，為了增強進氣效果，可以利用發(fā)動機的諧振，這需要空氣濾清器的進氣導(dǎo)管有交大的容積，來增強發(fā)動的諧振，提高進氣效能，但進氣導(dǎo)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(shè)計的柴油機的導(dǎo)流管應(yīng)該做的又細又長

3 柴油機排氣系統(tǒng)設(shè)計

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

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(shè)計

排氣管的形狀是很重要的，如果形狀設(shè)計的不仕，就會發(fā)生各缸排氣相互干擾，而且會出現(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(yīng)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(shè)計

4.1EGR設(shè)置值的計算

EGR設(shè)置值的計算是根據(jù)發(fā)動機的工況為控制提供控制的目標值，它由基本值、靜態(tài)修正值、動態(tài)修正值三部分組成。設(shè)置值包括計算控制偏差用的設(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(jié)果為靜態(tài)值。

動態(tài)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(tài)值加上動態(tài)修正值。在動態(tài)修正中，一階延遲微分運算所需的參數(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)。當發(fā)動機溫度大于冷卻液溫度動態(tài)計算參數(shù)閡值時，選擇暖機所對應(yīng)的數(shù)據(jù)，否則，選擇冷機所對應(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閥的相對位置值（即EGR控制器修正變量）和進氣節(jié)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(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，此時供給的新鮮空氣量最少。與此相反，進氣節(jié)流閥位置值為100%時，閥打開，對應(yīng)最多的新鮮空氣。為了徹底打開或關(guān)閉執(zhí)行器，EGR閥的相對位置值（即EGR控制器修正變量）和進氣節(jié)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(jiān)控

在超速、換擋、冷啟動的情況下，系統(tǒng)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(jiān)控模塊需要輸出當前的監(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(guān)閉，由圖5-11控制器輸出值的轉(zhuǎn)換計算出的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。如果在某時出現(xiàn)了多個關(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)的默認值具有最大優(yōu)先級。

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，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(lián)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(nèi)燃機學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005：11-27.

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