发动机进、排气系统结构认知

学习情境五发动机进、排气系统结构认知主要教学内容：1.发动机进、排气系统结构认知2.发动机排放控制装置认知3.废气涡轮增压装置认知5.1发动机进、排气系统结构认知5.1.1发动机进气系统一、概述1、进气系统的功用q```1`1````——尽可能多地、尽可能均匀地向各气缸供给可燃混合气或纯净空气。2、进气系统的基本组成——空气滤清器、进气管、进气软管、进气歧管、进气预热装置、谐振器、空气流量计、进气温度传感器、节气门体等。3、各种类型进气系统（1）化油器式汽油机进气系统（已淘汰）（2）电控汽油机进气系统（3）柴油机进气系统二、进气系统主要零部件（一）、空气流量计主要类型：压力型（D型）流量型（L型）作用：将空气流量转换成电信号送给电控单元，该信号作为决定喷油量的基本信号之一。1、叶板式空气流量计补偿挡板缓冲室弹簧测量板温度传感器旁通气道封口调节螺钉电位计测量板打开的角度随进气量大小而变化（2）热线式空气流量计原理：把通电加热的铂丝置于空气流中，使铂丝温度和吸入空气温度差保持一定。铂丝成为惠斯顿电桥中的一个臂。控制电路热膜温度传感器防护网A：集成电路；RH：热线电阻RK：温度补偿电阻RA：精密电阻RB：电桥电阻（3）卡门涡流式空气流量计在气流中央放置一个锥体状涡流发生器。当空气流过时，在涡流发生器下游将产生有规律交错的旋涡，当流经空气通道的空气流速变化时，将影响卡门涡流旋涡的频率。节气门取样管整流器涡流发生体超声波发射器空气流（二）、空气滤清器1、空气滤清器的功用（1）滤清空气中的灰尘和杂物，使清洁的空气进入气缸。（2）减小进气噪声。2、空气滤清器的安装位置一般在空气流量计后，节气门组件前。3、空气滤清器的组成结构——由进气导流管、空气滤清器盖、空气滤清器外壳、滤芯等组成。4、空气滤清器的滤清原理（1）油浴式滤清（2）过滤式滤清（3）离心式滤清5、空气滤清器的类型（1）油浴式空气滤清器（2）纸滤芯空气滤清器（3）复合式空气滤清器油浴式空气滤清器纸滤芯空气滤清器复合式空气滤清器6、空气滤清器进气导流管为了增强发动机的谐振进气效果，空气滤清器进气导流管需要有较大的容积。较长的进气导流管有利于实现从车外吸气。调压器喷油器节气门体位置传感器节气门（三）、节气门组件功用：实现进气量的控制，是发动机电控单元判断发动机负荷、决定喷油量的重要依据；也是电控单元的执行件，实现怠速控制。（四）、进气歧管1、进气歧管的功用——将可燃混合气或空气分配到各缸进气道。2、对进气歧管的要求汽油机：（1）空气流动阻力尽可能小。（2）使可燃混合气混合均匀。（3）将可燃混合气均匀地分到各缸。柴油机：只考虑进气量尽可能多（不考虑进气管内的燃油物化和蒸发问题）。3、进气歧管加热方式（1）利用排气加热进气管（2）利用循环冷却液加热进气管4、谐振进气系统一定长度和直径的进气歧管＋一定容积的谐振室谐振进气系统，其固有频率与气门的进气周期调谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。优点是没有运动件，工作可靠，成本低。但只能增加特定转速下的进气量和发动机转矩。进气波动效应一定的进气歧管长度、粗细使进气具有一定的谐振频率，在某一转速范围内可有效提高充气效率。即进气谐波和气门开闭节拍合上了。转速不在谐波范围内怎么办呢？改变进气歧管长度或粗细。歧管越长越细，谐波越慢，适合低速；歧管越短越粗，谐波越快，适合高速；5、可变进气歧管功用：充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性，特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的目的高速大负荷时－粗而短的进气支管中低转速和中小负荷－细而长的进气支管可变进气歧管在所有转速下都可以使发动机转矩平均提高5%。（1）可变长度进气歧管根据发动机转速和负荷的变化而自动改变有效长度的进气歧管低速长气道提高扭矩高速短气道提高功率改变进气歧管粗细（2）双通道可变进气岐管根据发动机转速和负荷的变化而自动改变的进气歧管的有效截面积5.1.2发动机排气系统功能：以尽可能小的排气阻力和噪声，将气缸内的废气排到大气中组成：排气管（包括排气歧管和总管）、催化转换器、消声器一、单排气系统二、双排气系统优点：降低排气系统内的压力，使发动机排气更顺畅，气缸中残余的废气较少，可以充入更多气体，发动机的功率和转矩都有。三、排气歧管1、材料铸铁、球墨铸铁、不锈钢（质量轻，耐久性好，内壁光滑，排气阻力小）2、要求（1）为了不使各缸排气相互干扰及不出现排气倒流现象，并尽可能地利用惯性排气，应该将排气支管做得尽可能长。（2）各缸支管应该相互独立，长度相等。（3）岐管汇合的合理性（比如1-4，3-2）四、消声器1、排气管上装消声器的原因（1）发动机的排气压力为0.3～0.5MPa，温度在500～700℃，这表明排气有一定的能量。（2）由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。（3）产生强烈的、频谱比较复杂的噪声，其频率从几十赫到一万赫以上。2、消声器的功用通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动来消除排气噪声。5.2排气净化装置1、汽车排污及来源从排气管排出的废气，主要成分是CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)、NOX(氮氧化合物)，其它还有SO2(二氧化硫)、铅化合物、炭烟等；窜气，即从活塞与气缸之间的间隙漏出，再自曲轴箱经通气管排出的燃烧气体，其主要成分是HC；从油箱、化油器浮子室以及油泵接头等处蒸发出的汽油蒸汽，成分是HC据有关资料介绍，大气中所含CO的75％(体积分数)、HC和NOx的50％(体积分数)来源于汽车发动机的排放。2、欧洲排放标准欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ1996年起开始实施欧Ⅱ(我国2002)2000年起开始实施欧Ⅲ2005年起开始实施欧Ⅳ3、发动机的排放污染及危害4、解决排气污染的途径（1）研制无污染或低污染动力源。（2）对现有发动机的排污进行净化。机内净化：通过改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制有害气体的产生，使排气中的有害气体成分减至最少。机外净化：用设置在发动机外部的附加装置使排出的废气净化后再排入大气，一、恒温进气系统空气加热装置(又称热炉)和安装在空气滤清器进气导流管上的控制装置构成的恒温进气系统多用于化油器式或节气门体喷射式发动机上。功用——就是在发动机冷起动之后，向发动机供给热空气，从而减少了CO和HC的排放，又改善了发动机低温运转性能。当发动机温度升高后，恒温进气系统向发动机供给未经加热的环境空气。温控开关通气阀真空软管真空控制膜盒控制阀低于30摄氏度30－53摄氏度大于53摄氏度二、二次空气喷射系统功用:利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排气道或催化转换器，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳(CO２)和水(H２O)。旁通阀分流阀空气喷管启动预热正常工作三、催化转换器功用：利用催化剂的作用，使排气中的有害成分C0、HC和NO尽量进行化学反应转化为对人体无害的CO2、H2O和N2原理：它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOxN2＋O2，而CO+HCCO2+H2O。催化剂：铂、铑、钯1、氧化催化转换器(二元催化转换器)只将排气中的CO和HC氧化为CO2、H2O，因此这种催化转换器也称做二元催化转换器。工作条件：必须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂，才能使其有效地工作。2、三元催化转换器三元催化转换器可同时减少CO、HC和NOx的排放，它以排气中的CO和HC作为还原剂。原理：它以排气中的CO和HC作为还原剂，NOxN2＋O2，而CO+HCCO2+H2O。三元催化转换器氧化催化转换器催化转化器工作原理空燃比对排放的影响空燃比对转化效率的影响催化转化器图催化转换器结构颗粒型整体型催化转换器的使用条件装用催化转换器的发动机只能使用无铅汽油。其次，仅当温度超过350°C，催化转换器才起催化反应。必须向装有三效催化转换器的发动机供给理论混合比的混合气，才能保证三效催化转换器有较好的转换效果。发动机调节不当，如混合气过浓或气缸缺火，都将引起转换器严重过热。四、柴油机微粒过滤器过滤法滤芯：多孔陶瓷五、排气再循环(EGR)系统（净化NOx）定义：排气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。原理：由于废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。要求：既能减少NOx的排放，又能保持发动机的动力性，必须根据发动机运转的工况对再循环的废气量加以控制。在暖机期间或怠速时，NOx生成量不多，为了保持发动机运转的稳定性，不进行排气再循环。在全负荷或高转速下工作时，为了使发动机有足够的动力性，也不进行排气再循环。六、强制式曲轴箱通风系统（PCV）有部分可燃混合气和燃烧产物窜入曲轴箱内。将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈蚀。窜入曲轴箱内的气体中含有HC及其他污染物，所以不准许把这种气体排放到大气中。功用：是防止曲轴箱气体排放到大气中的净化装置。七、汽油蒸发控制系统功用——便是将这些汽油蒸气收集和储存在活性炭罐内，在发动机工作时再将其送人气缸烧掉。5.3涡轮增压1.废气涡轮增压奥迪1.8T涡轮增压系统组成奥迪涡轮增压器外观奥迪涡轮增压器原理尾气叶轮进气叶轮新鲜空气通燃烧室电磁阀N75的高压空气燃烧室尾气来自电磁阀N75的高压空气旁通阀通三元催化转换器空气增压过程增压压力调整增压压力调整过程旁通阀通电时，管路通断电时，管路通超速切断工况超速切断工况通电时，管路通断电时，管路通空气再循环机械阀增压调节电磁阀增压调节电磁阀增压调节电磁阀N75插头通压力调节控制单元断电时，通道通空气低压端通空气高压端中冷器的作用作用：降低进气温度和压力，增大充气效率，减少爆燃倾向。奔驰涡轮增压器奔驰涡轮增压器原理2.废气涡轮增压与机械增压涡轮增压和机械增压的比较涡轮增压：利用废气能量，不损耗发动机功率，能降低油耗，高速效果好，缺点是有“迟滞”现象；机械增压：利用曲轴带动增压器，损失发动机功率，增加油耗，优点是无“迟滞”现象，反应快，动力增长均匀，常称为超级增压（Supercharger）。3.小结什么是增压?增压的方法有哪些?奥迪增压系统的工作原理。本章案例广本雅阁轿车不着车：故障现象：一辆广本以120Km/h行驶，急加一脚“油门”后发现“油门”踏空，停车检查，不能空加速，只有怠速，且很快熄火，之后无法起动，但有起动征兆，送厂修理。故障排除：检查高压分火强烈、油压正常、点火时刻正常，启动清缸断油仍不能起动，清洁火花塞后断油起动着车征兆明显，检查配气正时无异常，无故障码。手测排气压力，压力低；检查进气真空度，偏低，断定为排气管堵塞，拆下排气管，起动正常。故障分析：三元催化转化器烧毁堵塞，绝对压力传感器的错误判断导致恶性循环。让我们愉快地复习一下！本章作业1、进排气系统的组成和作用是什么？2、什么是进气谐波效应，如何利用？3、排气歧管的几种形式及特点是什么？4、奥迪增压系统的工作原理是什么？