第5講 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)

1、河西學(xué)院 機(jī)電系第5章 發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解進(jìn)、排氣系統(tǒng)功用；2.掌握轎車空氣濾清器、消聲器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；3.理解曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)的工作原理，廢氣再循環(huán)裝置（EGR）的工作過程；4.了解機(jī)外凈化采用催化反應(yīng)器凈化原理；5.理解廢氣渦輪增壓的工作原理；6.掌握渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)；7.了解氣波增壓、機(jī)械增壓的工作特點(diǎn)；8.了解帶放氣閥的渦輪增壓系統(tǒng)的調(diào)整過程。河西學(xué)院 機(jī)電系5.1 概述 進(jìn)、排氣系統(tǒng)是在內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)時(shí)，不斷地將新鮮空進(jìn)、排氣系統(tǒng)是在內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)時(shí)，不斷地將新鮮空氣或可燃混合氣送入燃燒室，又將燃燒后的廢氣排放到大氣或可燃混合氣送入燃燒室，又將燃燒后的廢氣排放到大氣中

2、，保證內(nèi)燃機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置。氣中，保證內(nèi)燃機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置?；狙b置由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器基本裝置由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器等組成。等組成。 現(xiàn)代車用內(nèi)燃機(jī)除采取完善的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化措施現(xiàn)代車用內(nèi)燃機(jī)除采取完善的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化措施外，在傳統(tǒng)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中又增加了機(jī)外凈化的附件與外，在傳統(tǒng)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中又增加了機(jī)外凈化的附件與裝置，并且廣泛地采用了增壓技術(shù)。裝置，并且廣泛地采用了增壓技術(shù)。河西學(xué)院 機(jī)電系5.2 進(jìn)、排氣系統(tǒng)5.2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)部件 功用：功用：濾去空氣中的塵埃和雜質(zhì)；抑制進(jìn)氣噪聲；對(duì)于汽油機(jī)，還可防止回火時(shí)火焰外擴(kuò)。濾清方式：濾清方式：慣性式

3、、油浴式、 過濾式1.1.空氣濾清器空氣濾清器河西學(xué)院 機(jī)電系2.2.進(jìn)氣管進(jìn)氣管結(jié)構(gòu)形式分為：簡單進(jìn)氣管、共振式進(jìn)氣管、帶諧振腔的進(jìn)氣管河西學(xué)院 機(jī)電系河西學(xué)院 機(jī)電系5.2.2 排氣消聲器排氣消聲器的作用是抑制發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲，消除廢氣中的火焰和火星。 消聲器的基本原理是：消耗廢氣流的能量，平衡氣流的壓力波動(dòng)，有吸收式和反射式兩種基本消聲方式。在吸收式消聲器上，通過廢氣在玻璃纖維、鋼纖維和石棉等吸音材料上的摩擦而減小其能量。反射式消聲器則由多個(gè)串聯(lián)的諧振腔與不同長度的多孔反射管相互連接在一起，廢氣在其中經(jīng)多次反射、碰撞、膨脹、冷卻而降低其壓力，減輕了振動(dòng)。 目前在汽車上實(shí)際使用的消聲器多數(shù)

4、是綜合利用不同的消聲原理組合而成的。轎車上流行的排氣消聲器由前消聲器，中消聲器和后消聲器以及連接管等組成，并焊接成一個(gè)整體。河西學(xué)院 機(jī)電系河西學(xué)院 機(jī)電系5.2.3 排氣的凈化裝置河西學(xué)院 機(jī)電系三元催化與空燃比反饋系統(tǒng)三元催化轉(zhuǎn)換器TWC三元催化轉(zhuǎn)換器也稱為觸媒轉(zhuǎn)換器，簡稱觸媒。功能：功能：利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX變成無害氣體。構(gòu)造：構(gòu)造：安裝在排氣消聲器前面，由轉(zhuǎn)換芯子和外殼等構(gòu)成。轉(zhuǎn)換芯子常用蜂窩狀陶瓷作為承載催化劑的載體，在陶瓷載 體上浸漬鉑（或鈀）與 銠貴重金屬的混合物作 為催化劑催化劑。河西學(xué)院 機(jī)電系 NOX是空氣中的氮?dú)馀c氧氣在

5、高溫、高壓條件下形成的，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的NOX量主要與氣缸內(nèi)的最高溫度有關(guān)，氣缸內(nèi)最高溫度越高，排出的NOX量越多。EGR控制系統(tǒng)的功能：控制系統(tǒng)的功能：將適量的廢氣(520)引入氣缸內(nèi)參加燃燒，從而降低氣缸內(nèi)的最高溫度，以減少NOX的排放量。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作和性能不受過多影響，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化，控制廢氣再循環(huán)量。EGR率率EGR量（吸入空氣量EGR量）100類型：類型：開環(huán)控制EGR系統(tǒng)和閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)。廢氣再循環(huán)裝置（EGR）河西學(xué)院 機(jī)電系由負(fù)荷控制的由負(fù)荷控制的EGR系統(tǒng)系統(tǒng)由水溫和負(fù)荷控制的由水溫和負(fù)荷控制的EGR系統(tǒng)系統(tǒng)不采用ECU控制的開環(huán)EGR系統(tǒng)河西學(xué)院 機(jī)電系

6、控制方式：控制方式：ECUEGR電磁閥電磁閥真空真空EGR閥閥部分廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管部分廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)組成：組成：EGR閥、EGR電磁閥等ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速和起動(dòng)等信號(hào)來控制EGR電磁閥的通電或斷電。河西學(xué)院 機(jī)電系ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)工作過程河西學(xué)院 機(jī)電系用用EGR閥開閥開度作為反饋度作為反饋信號(hào)信號(hào) EGR閥開度傳感器閥開度傳感器工作原理與電位計(jì)式節(jié)氣門位置傳感器相同閉環(huán)控制EGR系統(tǒng) 檢測(cè)實(shí)際的EGR率或EGR閥開度作為反饋控制信號(hào)來控制EGR系統(tǒng)，這種控制精度更高。河西學(xué)院 機(jī)電系汽油機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng) 河西學(xué)

7、院 機(jī)電系柴油機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)河西學(xué)院 機(jī)電系強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)河西學(xué)院 機(jī)電系汽油蒸汽排放(EVAP)控制系統(tǒng) 功能：功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油機(jī)）內(nèi)蒸發(fā)的汽油蒸汽，并將汽油蒸汽導(dǎo)入氣缸參加燃燒，從而防止汽油蒸汽直接排入大氣而造成污染。同時(shí)，還必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，控制導(dǎo)入氣缸參加燃燒的汽油蒸汽量。 為了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，電控發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被碳罐中的活性碳所吸附，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，依靠進(jìn)氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動(dòng)機(jī)中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達(dá)到燃油蒸汽的控制。 采用燃油蒸汽的

8、控制可減少大氣中的HC和節(jié)約燃料。 河西學(xué)院 機(jī)電系 機(jī)械式EVAP控制系統(tǒng)河西學(xué)院 機(jī)電系電控EVAP控制系統(tǒng)典型布置河西學(xué)院 機(jī)電系控制方式：控制方式：1、ECU清污電磁閥清污電磁閥真空真空真空控制閥真空控制閥進(jìn)氣歧管吸入燃油蒸汽進(jìn)氣歧管吸入燃油蒸汽 2、ECU清污電磁閥清污電磁閥進(jìn)氣歧管吸入燃油蒸汽進(jìn)氣歧管吸入燃油蒸汽 電控EVAP控制系統(tǒng)工作過程河西學(xué)院 機(jī)電系韓國現(xiàn)代轎車EVAP系統(tǒng) 在部分電控EVAP控制系統(tǒng)中，活性碳罐上不設(shè)真空控制閥，而將受ECU控制的電磁閥直接裝在活性碳罐與進(jìn)氣管之間的吸氣管中?？刂品绞剑嚎刂品绞剑篍CU清污電磁閥清污電磁閥進(jìn)氣歧管吸入燃油蒸汽進(jìn)氣歧管吸入燃油

9、蒸汽 河西學(xué)院 機(jī)電系柴油機(jī)后處理裝置河西學(xué)院 機(jī)電系5.2.4 混合氣的預(yù)熱裝置 為促進(jìn)混合氣中燃油顆粒的蒸發(fā)，防止油氣在進(jìn)氣管壁凝結(jié)，常利用排氣管中高溫廢氣的熱量對(duì)進(jìn)氣管入口處的可燃混合氣進(jìn)行預(yù)熱。汽油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣管同體鑄造，依靠廢氣直接對(duì)進(jìn)氣管壁進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱作用不可調(diào)節(jié)。 現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)采用恒溫進(jìn)氣裝置。例如：教材p98頁圖510中介紹的上海桑塔納JV型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫控裝置。 下面再介紹夏利發(fā)動(dòng)機(jī)恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ：1-溫控開關(guān);2-真空驅(qū)動(dòng)裝置;3-調(diào)節(jié)閥;4-熱空氣軟管;5-排氣管罩 恒溫進(jìn)氣泵統(tǒng)示意圖恒溫進(jìn)氣泵統(tǒng)示意圖 河西學(xué)院 機(jī)電系工作原理：6-拉稈,7一膜片.8-膜

10、片彈簧.9-溫控開關(guān)閥,10-溫控開關(guān)感溫元件11-真空軟管;l2-空氣濾清器濾芯 當(dāng)進(jìn)氣溫度(流經(jīng)空氣濾清器的空氣溫度)低于30時(shí),雙金屬感溫元件l0向上彎曲,閥門9打開真空通道,進(jìn)氣管中的真空度便沿真空軟管11作用到膜片7的上方,使膜片7向上拱曲,并壓縮膜片彈簧8；同時(shí)膜片7通過拉桿6迫使調(diào)節(jié)閥3回轉(zhuǎn),從而打開熱空氣通道、關(guān)閉空氣濾清器進(jìn)氣逍,經(jīng)排氣管預(yù)熱的熱空氣(即排氣管與排氣管罩間的空氣)便沿?zé)峥諝廛浌?進(jìn)入空氣濾滑器(見圖a)。此時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)吸入熱空氣,以促進(jìn)進(jìn)氣管中混合氣中的汽油蒸發(fā)、混合。 河西學(xué)院 機(jī)電系 然而,在進(jìn)氣溫度較高時(shí),若發(fā)動(dòng)機(jī)仍吸入熱空氣,將導(dǎo)致其因進(jìn)氣量減少而功率下

11、降。因此,當(dāng)進(jìn)氣溫度高于30時(shí),雙金屬感溫元件l0向下彎曲,閥門9在關(guān)閉真空通遣的同時(shí)打開溫控開關(guān)通氣孔,使膜片7上方通大氣,在膜片彈簧8的作用下,膜片7向下拱曲,并通過拉桿6迫使調(diào)節(jié)閥3向下翻轉(zhuǎn),從而關(guān)閉熱空氣通道、打開空氣濾清器進(jìn)氣道,發(fā)動(dòng)機(jī)便吸入冷空氣(見圖b)。 河西學(xué)院 機(jī)電系5.3 發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓系統(tǒng)凡是能將內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣的空氣密度提高到高于周圍環(huán)境的空氣密度的一切方法，通稱為增壓。機(jī)械增壓渦輪增壓氣波增壓 凡是能將內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣的空氣密度提高到高于周圍環(huán)境的空氣密度的一切方法，通稱為增壓。實(shí)現(xiàn)增壓的裝置稱為壓氣機(jī)或增壓器。河西學(xué)院 機(jī)電系5.3.1 機(jī)械增壓河西學(xué)院 機(jī)電系河西學(xué)院 機(jī)電系

12、5.3.2 氣波增壓河西學(xué)院 機(jī)電系河西學(xué)院 機(jī)電系5.3.3 廢氣渦輪增壓增壓器冷卻概念：概念： 采用由柴油機(jī)排氣驅(qū)動(dòng)的 渦輪機(jī)拖動(dòng)壓氣機(jī)，使進(jìn)氣壓力提高，增加進(jìn)氣量。廢氣渦輪增壓器的基本組成：廢氣渦輪增壓器的基本組成： 渦輪、渦輪殼、噴嘴環(huán)、轉(zhuǎn)子軸、壓氣機(jī)葉輪、擴(kuò)壓器、壓氣機(jī)殼等。河西學(xué)院 機(jī)電系渦輪增壓系統(tǒng)的分類河西學(xué)院 機(jī)電系1.廢氣渦輪增壓和增壓器的工作原理河西學(xué)院 機(jī)電系廢氣渦輪增壓器的工作原理：廢氣渦輪增壓器的工作原理： 柴油機(jī)排出的高溫廢氣進(jìn)入渦輪殼里的噴嘴環(huán)后，由于噴嘴環(huán)通道由大到小，廢氣通過后壓力和溫度下降而速度提高并按一定方向沖擊渦輪，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)，壓氣機(jī)葉輪與渦輪同軸

13、，也高速旋轉(zhuǎn)，將濾清后的氣體吸入并甩向葉輪外緣，使氣體的速度及壓力增加，并進(jìn)入進(jìn)口小，出口大的擴(kuò)壓器，使速度下降而壓力升高，繼而進(jìn)入端面由小到大的環(huán)形壓氣機(jī)殼，壓力繼續(xù)升高。河西學(xué)院 機(jī)電系2.渦輪增壓器結(jié)構(gòu)1-空氣入口 2-壓氣機(jī)3-空氣出口 4-V型卡環(huán)5-后板 6-機(jī)油進(jìn)口7-中間殼 8-護(hù)板 9-渦輪殼 10-排氣出口11-排氣進(jìn)口 12-渦輪13-增壓器浮動(dòng)軸承 14-軸承殼 15-卡環(huán)16-機(jī)油出口 17-止推盤18-止推環(huán) 19-油封20-壓氣機(jī)葉輪 21-固定螺母22-渦輪及葉輪軸河西學(xué)院 機(jī)電系作用：作用：將空氣壓入氣缸，增加充氣量和進(jìn)油量。將空氣壓入氣缸，增加充氣量和進(jìn)油量

14、。1.1.排氣渦輪增壓器工作原理排氣渦輪增壓器工作原理排氣管排氣管中冷器中冷器壓氣機(jī)殼壓氣機(jī)殼噴嘴環(huán)噴嘴環(huán)渦輪渦輪轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸進(jìn)氣管進(jìn)氣管 廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪廢氣經(jīng)排氣管進(jìn)入渦輪殼的噴嘴環(huán)，壓力和溫度下殼的噴嘴環(huán)，壓力和溫度下降，而速度提高，使渦輪高降，而速度提高，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)葉速旋轉(zhuǎn)。渦輪帶動(dòng)壓氣機(jī)葉輪一起旋轉(zhuǎn)。輪一起旋轉(zhuǎn)。河西學(xué)院 機(jī)電系 經(jīng)空氣濾清器后的空氣進(jìn)入壓氣機(jī)，被壓氣機(jī)經(jīng)空氣濾清器后的空氣進(jìn)入壓氣機(jī)，被壓氣機(jī)葉輪甩向外緣，使其速度和壓力增加，然后經(jīng)過進(jìn)葉輪甩向外緣，使其速度和壓力增加，然后經(jīng)過進(jìn)口小出口大的擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)蝸殼，使氣流的流速口小出口大的擴(kuò)壓器和壓

15、氣機(jī)蝸殼，使氣流的流速下降，壓力升高。下降，壓力升高。壓力升高比壓力升高比 k k：指壓氣機(jī)的出口與進(jìn)口壓力之比。指壓氣機(jī)的出口與進(jìn)口壓力之比。 增壓比升高使空氣的溫度隨之升高，空氣密度的增壓比升高使空氣的溫度隨之升高，空氣密度的增長率會(huì)因之下降，并加大了柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷。增長率會(huì)因之下降，并加大了柴油機(jī)零件的熱負(fù)荷。加裝中間冷卻器：加裝中間冷卻器：以降低壓氣機(jī)出來的空氣溫度，以降低壓氣機(jī)出來的空氣溫度，使充氣密度增大。使充氣密度增大。河西學(xué)院 機(jī)電系2.2.排氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)排氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)潤滑油出口潤滑油出口空氣入口空氣入口排氣出口排氣出口潤滑油入口潤滑油入口轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)子軸壓氣機(jī)葉輪

16、壓氣機(jī)葉輪擴(kuò)壓管擴(kuò)壓管壓氣機(jī)殼壓氣機(jī)殼渦輪殼渦輪殼渦輪渦輪推力軸承推力軸承轉(zhuǎn)子軸密封套轉(zhuǎn)子軸密封套河西學(xué)院 機(jī)電系三、優(yōu)點(diǎn)三、優(yōu)點(diǎn) 1 1、在發(fā)動(dòng)機(jī)不需要重大變化的情況下，使功率上升、在發(fā)動(dòng)機(jī)不需要重大變化的情況下，使功率上升20%20%50%50%， 高增壓超過高增壓超過100%100%； 2 2、回收一部分廢氣能量，使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高、回收一部分廢氣能量，使發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性提高3%3%4%4%；3 3、在高原地區(qū)，可恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率；、在高原地區(qū)，可恢復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率；4 4、排氣噪聲相對(duì)減少，對(duì)減少排氣污染有利；、排氣噪聲相對(duì)減少，對(duì)減少排氣污染有利；5 5、增大轉(zhuǎn)矩，提高汽車裝載質(zhì)量。、增大轉(zhuǎn)矩，提高汽車裝載質(zhì)量。 四、使用要點(diǎn)：四、使用要點(diǎn)： 1 1、增壓器的全浮動(dòng)軸承對(duì)潤滑油的要求很