第六章-進(jìn)排氣系統(tǒng)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造

主講：劉昭霞進(jìn)氣系統(tǒng)的功用是盡可能多、盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純空氣。組成由空氣濾清器和進(jìn)氣歧管組成。化油器式汽油機(jī)－-空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后，進(jìn)入化油器，在化油器內(nèi)與汽油形成可燃混和氣，進(jìn)入進(jìn)氣歧管，然后經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸；直接噴射式汽油機(jī)-－空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后，流過空氣流量計(jì)，由進(jìn)氣道進(jìn)入進(jìn)氣歧管，與噴油嘴噴出的汽油混合形成可燃混和氣，經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入汽缸。柴油機(jī)－-空氣經(jīng)空氣濾清器過濾后，進(jìn)入進(jìn)氣歧管，經(jīng)進(jìn)氣門進(jìn)入氣缸。排氣系統(tǒng)的功用是盡可能多的把燃燒后的廢氣排出氣缸。第六章進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置

進(jìn)氣第一節(jié)進(jìn)氣系統(tǒng)一、空氣濾清器(一)空氣濾清器的功用燃油燃燒需要大量的空氣。以普通轎車為例，每消耗1L汽油需要消耗5000～10000L空氣。大量的空氣進(jìn)入氣缸，若不將其中的雜質(zhì)或灰塵濾除，必然加速氣缸的磨損，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。實(shí)踐證明，發(fā)動(dòng)機(jī)不安裝空氣濾清器，其壽命將縮短2/3。空氣濾清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。另外，空氣濾清器也有降低進(jìn)氣噪聲的作用。（二)空氣濾清器結(jié)構(gòu)空氣濾清器一般由進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成?，F(xiàn)在廣泛用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的空氣濾清器仍有多種結(jié)構(gòu)形式。1．油浴式空氣濾清器2．紙濾芯空氣濾清器3．離心式及復(fù)合式空氣濾清器

(三)空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管在現(xiàn)代轎車上，為了增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的諧振進(jìn)氣效果，空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管需要有較大的容積。但是導(dǎo)流管不能太粗，以保證空氣在導(dǎo)流管內(nèi)有一定的流速，因此，進(jìn)氣導(dǎo)流管只能做得很長(zhǎng)。較長(zhǎng)的進(jìn)氣導(dǎo)流管有利于實(shí)現(xiàn)從車外吸氣。因?yàn)檐囃饪諝鉁囟纫话惚劝l(fā)動(dòng)機(jī)罩下的溫度低30℃左右，所以從車外吸入的空氣密度可增大近10%，燃油消耗率可降低3%。二、進(jìn)氣歧管1．進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)對(duì)于化油器式或節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)，進(jìn)氣歧管指的是化油器或節(jié)氣門體之后到氣缸蓋進(jìn)氣道之前的進(jìn)氣管路。它的功用是將空氣、燃油混合氣由化油器或節(jié)氣門體分配到各缸進(jìn)氣道。對(duì)于氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)，進(jìn)氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進(jìn)氣道。進(jìn)氣歧管必須將空氣燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個(gè)氣缸，為此進(jìn)氣歧管內(nèi)氣體流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能相等。為了減小氣體流動(dòng)阻力，提高進(jìn)氣能力，進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)該光滑。

2．進(jìn)氣歧管加熱化油器式或節(jié)氣門體燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的溫度很重要。溫度太低，汽油將在管壁上凝結(jié)。因此，對(duì)這類發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜嵋源龠M(jìn)汽油的蒸發(fā)。但是加熱過度將減少進(jìn)入氣缸的混合氣數(shù)量，并使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降。通常進(jìn)氣歧管利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或循環(huán)冷卻液進(jìn)行加熱。利用循環(huán)冷卻液加熱進(jìn)氣歧管需在進(jìn)氣歧管內(nèi)設(shè)置水套，并使其與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系連通，讓冷卻液在進(jìn)氣歧管的水套內(nèi)循環(huán)流動(dòng)。氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管無(wú)需加熱。

3．諧振進(jìn)氣系統(tǒng)由于進(jìn)氣過程具有間歇性和周期性，致使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當(dāng)?shù)芈曀僭谶M(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。如果利用一定長(zhǎng)度和直徑的進(jìn)氣歧管與一定容積的諧振室組成諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，并使其固有頻率與氣門的進(jìn)氣周期調(diào)諧，那么在特定的轉(zhuǎn)速下，就會(huì)在進(jìn)氣門關(guān)閉之前，在進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進(jìn)氣歧管的壓力增高，從而增加進(jìn)氣量。這種效應(yīng)稱作進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)。諧振進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是沒有運(yùn)動(dòng)件，工作可靠，成本低。但只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。

4．可變進(jìn)氣歧管為了充分利用進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性特別是改善中、低速和中、小負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的目的，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時(shí)裝備粗短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時(shí)配用細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管?？勺冞M(jìn)氣歧管就是為適應(yīng)這種要求而設(shè)計(jì)的?？勺冞M(jìn)氣歧管在所有轉(zhuǎn)速下都可以使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平均提高5%。第二節(jié)排氣系統(tǒng)一、單排氣系統(tǒng)及雙排氣系統(tǒng)直列型發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣行程期間，氣缸中的廢氣經(jīng)排氣門進(jìn)入排氣歧管，再由排氣歧管進(jìn)入排氣管、催化轉(zhuǎn)換器和消聲器，最后由排氣尾管排到大氣中。這種排氣系統(tǒng)稱作單排氣系統(tǒng)。

V型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)排氣歧管，在大多數(shù)裝配V型發(fā)動(dòng)機(jī)的汽車上仍采用單排氣系統(tǒng)，即通過一個(gè)叉形管將兩個(gè)排氣歧管連接到一個(gè)排氣管上。來(lái)自兩個(gè)排氣歧管的廢氣經(jīng)同一個(gè)排氣管、同一個(gè)消聲器和同一個(gè)排氣尾管排出。但有些V型發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)單排氣系統(tǒng)，即每個(gè)排氣歧管各自都連接一個(gè)排氣管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和排氣尾管。這種布置形式稱作雙排氣系統(tǒng)。雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更為順暢，氣缸中殘余的廢氣較少，因而可以充入更多的空氣燃油混合氣或潔凈的空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)地有所提高。二、排氣歧管一般排氣歧管由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，近些年來(lái)采用不銹鋼排氣歧管的汽車愈來(lái)愈多，其原因是不銹鋼排氣歧管質(zhì)量輕，耐久性好，同時(shí)內(nèi)壁光滑，排氣阻力小。排氣歧管的形狀十分重要。為了不使各缸排氣相互干擾及不出現(xiàn)排氣倒流現(xiàn)象，并盡可能地利用慣性排氣，應(yīng)該將排氣歧管做得盡可能的長(zhǎng)，而且各缸支管應(yīng)該相互獨(dú)立、長(zhǎng)度相等。

三、消聲器發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力為0.3～0.5MPa，溫度在500～700℃，這表明排氣有一定的能量。同時(shí)，由于排氣的間歇性，在排氣管內(nèi)引起排氣壓力的脈動(dòng)。若將發(fā)動(dòng)機(jī)排氣直接排放到大氣中，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的、頻譜比較復(fù)雜的噪聲，其頻率從幾十赫到一萬(wàn)赫以上。排氣消聲器的功用是降低排氣噪聲。消聲器通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動(dòng)，使排氣能量耗散殆盡。

第三節(jié)排氣凈化裝置

隨著汽車保有量的與日俱增，汽車排氣對(duì)人類健康的危害及對(duì)環(huán)境的污染也日甚一日。對(duì)此，世界各國(guó)都制定了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以期把汽車有害排放物控制在較低的水平。為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣進(jìn)行凈化。近幾年來(lái)，汽車界開發(fā)和創(chuàng)制出許多凈化排氣的新技術(shù)和新裝置。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)的有害排放物

以活塞式內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車是城市大氣的主要污染源之一。汽車排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NOｘ)和微粒。1)CO是燃油的不完全燃燒產(chǎn)物，是一種無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的氣體。它與血液中血紅素的親和力是氧氣的300倍，因此當(dāng)人吸入CO后，血液吸收和運(yùn)送氧的能力降低，導(dǎo)致頭暈、頭痛等中毒癥狀。當(dāng)吸入含容積濃度為0.3%的CO氣體時(shí)，可致人于死亡。

2)HC包括未燃燒和未完全燃燒的汽油和機(jī)油蒸氣，HC與NOｘ在陽(yáng)光下形成光化學(xué)煙霧，主要是臭氧O3，強(qiáng)氧化劑，使得橡膠開裂，植物受害，能見度降低，刺激人的眼睛和喉嚨。3）NOｘ主要是指NO和NO２，產(chǎn)生于燃燒室內(nèi)高溫富氧的環(huán)境中?？諝庵蠳Oｘ濃度在10～20ppm時(shí)可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。當(dāng)NOｘ超過500ppm時(shí)，幾分鐘可使人出現(xiàn)肺氣腫而死亡。

4）碳煙對(duì)人的呼吸道有害。主要是柴油機(jī)。

二、恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)也稱進(jìn)氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它是由空氣加熱裝置(又稱熱爐)和安裝在空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管上的控制裝置構(gòu)成的恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)多用于化油器式或節(jié)氣門體噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)之后，在怠速或小節(jié)氣門開度下工作時(shí)，由于溫度低，須供給發(fā)動(dòng)機(jī)濃混合氣以保持其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。但濃混合氣燃燒不完全，排氣中CO和HC較多。若供給稀混合氣，雖然可以減少有害氣體的排放，但在低溫下發(fā)動(dòng)機(jī)不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)之后，向發(fā)動(dòng)機(jī)供給熱空氣，這時(shí)即使供給的是稀混合氣，熱空氣也能促使汽油充分汽化和燃燒，從而減少了CO和HC的排放，又改善了發(fā)動(dòng)機(jī)低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高后，恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給未經(jīng)加熱的環(huán)境空氣。

進(jìn)氣

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->三、二次空氣噴射系統(tǒng)很多汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝有二次空氣噴射系統(tǒng)。雖然二次空氣噴射系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)，但其功用基本相同，即利用空氣泵將新鮮空氣經(jīng)空氣噴管噴入排氣道或催化轉(zhuǎn)換器，使排氣中的CO和HC進(jìn)一步氧化或燃燒成為二氧化碳(CO２)和水(H２O)。

四、催化轉(zhuǎn)換器

催化轉(zhuǎn)換器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOx轉(zhuǎn)換為對(duì)人體無(wú)害的氣體的一種排氣凈化裝置，也稱作催化凈化轉(zhuǎn)換器。金屬鉑、鈀或銠均可作催化劑。在化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑只促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，不是反應(yīng)物的一部分。催化轉(zhuǎn)換器有氧化催化轉(zhuǎn)換器和三元催化轉(zhuǎn)換器。氧化催化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的CO和HC氧化為CO２和H２O，因此這種催化轉(zhuǎn)換器也稱做二元催化轉(zhuǎn)換器。必須向氧化催化轉(zhuǎn)換器供給二次空氣作為氧化劑，才能使其有效地工作。三元催化轉(zhuǎn)換器可同時(shí)減少CO、HC和NOx的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOｘ還原為氮(N２)和氧(O２)，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO２和H２O。當(dāng)同時(shí)采用兩種轉(zhuǎn)換器時(shí)，通常把兩者放在同一個(gè)轉(zhuǎn)換器外殼內(nèi)，而且三元催化轉(zhuǎn)換器置于氧化催化轉(zhuǎn)換器前面。排氣經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)換器之后，部分未被氧化的CO和HC繼續(xù)在氧化催化轉(zhuǎn)換器中與供入的二次空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)。

五、柴油機(jī)微粒過濾器

微粒是柴油機(jī)排放的突出問題。對(duì)車用柴油機(jī)排氣微粒的處理，主要采用過濾法。微粒過濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率。排氣穿過多孔陶瓷濾芯進(jìn)入排氣管，而微粒則滯留在濾芯上。過濾器工作一段時(shí)間后，需及時(shí)清除積存在濾芯上的微粒，以恢復(fù)過濾器的工作能力和減小排氣阻力。為此，在過濾器入口處設(shè)置一個(gè)燃燒器，通過噴油器向燃燒器內(nèi)噴入少量燃油，并供入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點(diǎn)燃，將滯留在濾芯上的微粒燒掉。

六、排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)排氣再循環(huán)是指把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入氣缸。由于廢氣中含有大量的CO2，而CO2不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了NOx的生成量。排氣再循環(huán)是凈化排氣中NOx的主要方法。在新鮮的混合氣中摻入廢氣之后，混合氣的熱值降低，致使發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率下降。為了作到既能減少NOx的排放，又能保持發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況對(duì)再循環(huán)的廢氣量加以控制。NOx的生成量隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大而增多，因此，再循環(huán)的廢氣量也應(yīng)隨負(fù)荷而增加。在暖機(jī)期間或怠速時(shí)，NOx生成量不多，為了保持發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，不進(jìn)行排氣再循環(huán)。在全負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)有足夠的動(dòng)力性，也不進(jìn)行排氣再循環(huán)。進(jìn)氣

1．真空直接控制EGR閥EGR閥的開度取決于進(jìn)氣管道的真空度。真空度小開度??；真空度大開度大。

2．正背壓EGR閥

利用排氣背壓閥來(lái)控制作用在EGR閥室內(nèi)的膜片室內(nèi)的真空度，借以控制EGR閥的啟閉。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高節(jié)氣門開度小閥關(guān)；節(jié)氣門開度大閥開。3．電子控制EGR閥ECU根據(jù)點(diǎn)火開關(guān)、曲軸位置、節(jié)氣門位置、冷卻液溫度傳感器的信號(hào)，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工況，對(duì)電磁閥通電或斷電控制EGR閥的開度。真空度小開度?。徽婵斩却箝_度大。第四節(jié)強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)

強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)又稱PCV系統(tǒng)。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，會(huì)有部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物經(jīng)活塞環(huán)由氣缸竄入曲軸箱內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下運(yùn)行時(shí)，還可能有液態(tài)燃油漏入曲軸箱。這些物質(zhì)如不及時(shí)清除，將加速機(jī)油變質(zhì)并使機(jī)件受到腐蝕或銹蝕。又因?yàn)楦Z入曲軸箱內(nèi)的氣體中含有HC及其他污染物，所以不允許把這種氣體排放到大氣中?，F(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)系統(tǒng)就是防止曲軸箱氣體排放到大氣中的凈化裝置。網(wǎng)頁(yè)課件