发动机进排气系统

第五章发动机的进、排气系统学习目标1.了解进、排气系统的功用；2.掌握轿车空气滤清器、消声器结构特点；3.理解曲轴箱通风工作原理，废气再循环装置工作过程；4.了解机外净化采用的催化反应器净化原理；5.理解废气涡轮增压工作原理；6.掌握涡轮增压器结构；7.了解气波增压、机械增压工作特点；8.了解带放气阀的涡轮增压系统调整过程。5.1概述作用：在内燃机工作循环时，不断地将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，将燃烧室的废气排放到大气中，保证内燃机连续运转。组成：空气滤清器、进气管、排气管、排气消音器5.2进气排气系统5.2.1进、排气管1.空气滤清器功用：清除空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损。(三)、空气滤清器进气导流管进气导流管长：从车外吸气，保证进气温度低，提高进气量，降低燃油消耗率。2、空气滤清器类型油浴式空气滤清器纸滤芯空气滤清器离心式及复合式空气滤清器1）油浴式空气滤清器盖滤芯外壳•用于在多尘条件下工作的发动机上•滤芯多为金属丝清洗后可重复使用•油浴式空气滤清器滤清过程滤清器盖滤芯外壳机油2）纸滤芯空气滤清器干式纸滤芯可反复使用，恶劣环境下工作不可靠，一般维护周期为5000～10000km湿式纸滤芯使用寿命长、吸附杂质的能力强和滤清效果好，但不能反复使用，需定期更换广泛用于汽车发动机上碟形螺母滤芯进气导流管金属网滤纸•纸滤芯空气滤清器结构3）离心式及复合式空气滤清器•多用于大型货车上•湿式滤芯滤清效率较高但需定期更换•布置有能使空气旋转的装置桑塔纳发动机的空气滤清器3、结构通化油器空气入口纸滤芯外壳滤清器盖捷达王发动机空气滤空气滤清器结构空气滤清器实物现代汽车多采用纸质空气滤清器。纸质滤芯滤清效率高，灰尘的透过率仅有0.1%一0.4%。使用纸质空气滤清器能减轻气缸和活塞的磨损，延长发动机使用寿命。空气滤清器使用4000一8000km应进行除尘，通常在使用20000一25000km时应更换滤芯和密封圈。空气滤清器的维护与保养4）纸质滤芯的特点及清洁方法这种滤芯采用微孔滤纸，表面经过树脂处理，在发动机工作时，滤芯周围会粘附着一层灰尘，清洁时不能用水或油，以防止油水浸染滤芯。常用的清洁方法有两种：一是轻拍法，即将滤芯从壳中取出，轻轻拍打纸滤芯端面，使灰尘脱落。但不得敲打滤芯外表面，防止损坏滤纸，降低滤清效果。二是吹洗法，即用压缩空气从滤芯内部向外吹．将灰尘吹净。但压缩空气压力不得超过294－600kPa，以防损坏滤芯。2.空气滤清器的保养与更换方法1）清洁空气滤清器拆装与清洁步骤如下：1.拧下空气滤清器盖上部的固定螺栓或卡箍。2.拆下滤清器盖夹子。3.用抹布擦干净空气滤清器盖内部。4.清理空气滤清器外部，扳开上盖的锁扣，取下上盖。2.空气滤清器的保养与更换方法5.取出空气滤清器芯，并更换新件。若果滤清器更换不久，也就说还很干净，则可以轻拍法清洁空气格。若灰尘太多，则需要使用压缩空气气枪吹去里面尘土即可。吹气时一定要注意从滤芯的里面向外面吹，以保证灰尘吹出。２、进气歧管1、功用将空气-燃油混合气或洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸2、要求进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等减气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内壁应该光滑3、进气歧管类型•用于化油器式/节气门体式发动机多用铝合金轻导热•用于气道燃油喷射式发动机可用复合塑料3、结构桑塔纳发动机进排气管出水口进水口进气歧管排气歧管进气排气简单进气管结构简单、但由于进入各缸阻力。路程长短和气流方向，速度差异进气不均。共振式进气管进气管细长与各缸连接长度大体一致能很好的匹配，利用进气流的脉动效应增强进气效果。带谐振腔进气管能改变谐振腔的容积，可以调节内燃机的最大扭矩和相应的转数范围降低噪声3、谐振进气系统由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以声速在进气系统内传播和往复反射。利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统。如果其自振动频率与气门的进气周期调协，那么在特定的转速下，在进气门关闭之前，进气歧管将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。这种效应称为进气波动效应。图8.8谐振进气系统进气导流管副谐振室进气歧管主谐振室空气流量计空气滤清器捷达进气管实物图2、进气歧管加热2．进气歧管加热化油器式或节气门体燃油喷射式发动机。温度太低，汽油将在管壁上凝结。但是加热过度将减少进入气缸的混合气数量，并使发动机功率下降。通常进气歧管利用发动机排气或循环冷却液进行加热。气道燃油喷射式发动机的进气歧管无需加热。4、可变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。目的：为了充分利用进气波动效应和缩小发动机在高、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，特别是中低速和中小负荷。要求：发动机在高速、大负荷时进气管粗短；发动机在低速、中小负荷时进气管细长6、可变进气歧管1）控制原理：进气管长度、直径等系统参数都会影响进气压力波，因而适当调整和控制这些参数，可以有效地利用进气压力波提高充气效率。2）控制方法：按照气体压力波传播的特点设计进气道，使进气道的长度、形状都可以改变，利用进气动态效应来提高充气效率。要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；在中、低转速和中、小负荷时配用细长的进气歧管。捷达排气管实物图组成：排气歧管、排气总管、消音器作用：汇集发动机各缸的废气安全地排入大气中。1排气歧管2排气总管3催化转换器4排气温度传感器5副消声器6后排气管7主消声器8排气尾管第二节排气系统一、单排气系统及双排气系统直列型发动机气缸中的废气经排气门、排气歧管、排气管、催化转换器和消声器，最后由排气尾管排到大气中。这种排气系统称作单排气系统。V型发动机有两个排气歧管，大多数V型发动机汽车上仍采用单排气系统，即通过一个叉形管将两排气歧管连接到一个排气管上。但有些采用两个单排气系统，每个排气歧管各自连接一个排气管、催化转换器、消声器和排气尾管。这种布置形式称作双排气系统。双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅，气净的空气，发动机的功率和转矩都相应地有所提高。V型发动机有两个排气歧管，即通过一个叉形管将两个排气歧管连接到一个排气管上。来自两个排气歧管的废气经同一个排气管、同一个消声器和同一个排气尾管排出(图8.15a)。但有些V型发动机采用双排气系统(图8.15b)，而可以充入更多的空气一燃油混合气或洁净的空气，发动机的功率和转矩都相应地有所提高。图8.15V型发动机排气系统示意图a)单排气系统；b)双排气系统1-发动机；2．排气歧管；3一叉形管；4一催化转换器；5．排气管；6．消声器；7．排气尾管；8．连通管一长进气通道二、排气歧管1、材料：球墨铸铁，不锈钢2、要求：尽可能长，各气缸歧管应该相互独立，长度相等。避免各气缸排气干扰和排气倒流，充分利用惯性排气。三、排气消声器功用：减少噪声和消除废气中的火焰及火星。原理：1)多次地变动气流方向；2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；3)将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动4)将气流冷却。三、消声器2、基本类型：四种－实际应用多为这些基本型式的组合。红旗CA7220消声器构造扩张式吸收与共振式组合吸收、扩张与共振式组合排气管第三节排气净化装置发动机的有害排放物：CO、HC、NOｘ、微粒。催化转换器、废气再循环装置、柴油机微粒过滤器、恒温进气装置、二次空气喷射装置一、恒温进气系统（进气温度自动调节系统）由加热装置(热炉)和空气滤清器进气导流管上的控制装置构成；多用于化油器式或节气门体喷射式发动机。作用：冷起动之后，向发动机供给热空气，促使汽油充分汽化和燃烧，减少CO和HC的排放和低温运转性能。当温度升高后，向发动机供给未经加热的环境空气。三、二次空气喷射系统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)。1—空气泵2—旁通阀3、5—真空管4—分流阀6—空气分配管7—空气喷管8—排气支管9—排气管10—催化转换器1l—单向止回阀1）启动工作状态：电控单元不使旁通线圈和分流线圈通电，于是这两个线圈同时把通向旁通阀和分流阀的真空隔断，这时空气泵送出的空气经旁通阀进入大气。持续时间的长短决定于发动机的温度。如果发动机温度很低，启动工作状态将持续较长时间。2）预热期间，电控单元同时使旁通线圈和分流线圈通电。这时进气管真空度分别经旁通线圈和分流线圈传送到旁通阀和分流阀。空气泵送出的空气经旁通阀流入分流阀，再由分流阀流入空气分配管，最后由空气喷管喷入排气道。3）正常工作时，电控单元只使旁通线圈通电而不使分流线圈通电，通向分流阀的真空度被分流线圈隔断。这时，空气泵送出的空气经旁通阀进入分流阀，再经分流阀进入氧化催化转换器。四、催化（净化）利用催化剂的作用将CO、HC和NOX转换成对人体无害气体。氧化催化转换器和三元催化转换器两种类型。2）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，把NOX还原为氮(N2)和氧(O2)，而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。当同时采用两种转换器时，常把两者放在同一壳体内，且把三元催化转换器置于氧化催化转换器前面。排气经过三元催化转换器之后，部分未被氧化的CO和HC继续在氧化催化转换器中进行氧化反应。1）氧化催化转换器在金属铂、钯或铑等催化剂作用下，将CO、HC氧化成CO2和H20（二元催化转换器）。使用时须供给二次空气作为氧化剂，才能有效地工作。a、三元催化器串接在排气歧管和和消声器之间,氧传感器之后。b、三元催化器的内部结构是蜂窝状管道设计.在蜂窝管道壁上有铂,铑和钯等贵金属元素的涂层作为催化反应媒。c、三元催化器最佳工作温度为:375~800C;短时耐受温度为900C。d、14.6~14.7空燃比的混合气在发动机汽缸内燃烧后经三元催化器过滤,转化成无害的气体排出。五、柴油机微粒过滤器：滤芯由多孔陶瓷制造。过滤器入口处设置一个燃烧器，通过喷油器向燃烧器内喷入少量燃油，并供入二次空气，利用火花塞或电热塞将其点燃，将滞留在滤芯上的微粒烧掉。1—排气支管2—燃油3—电热塞4—滤芯5—燃烧器6—喷油器六、排气再循环(EGR)系统降低NOX的有效措施。EGR系统净化NOx的基本原理是：排气中的主要成分是CO2、H2O和N2等，这三种气体的热容量较高。当新混合气和部分排气混合后，热容量也随之增大。在进行相同发热量的燃烧时，与不混合时相比，可使燃烧温度下降，这样就抑制NOX生成。但过度的废气再循环，使混合气的着火性能和发动机输出功率下降，影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，将明显降低发动机的性能。EGR率=[EGR气体流量/（吸入空气量+EGR气体流量）]×100%真空直接控制EGR阀2）废气再循环废气再循环是改善可燃混合气的一种方式。其基本原理是：将5%～20%的废气再引入进气管，与新鲜混合气一道进入燃烧室，使最高燃烧温度降低，从而减少NOx的生成量。第四节强制式曲轴箱通风系统原因：汽油蒸汽冷凝稀释机油废气中二氧化硫遇水亚硫酸遇氧硫酸废气进入曲轴箱压力增大机油泄露窜入曲轴箱内的气体中含有HC及其他污染物，不允许把这种气体排放到大气中。作用：为了延长机油的使用期限，减少摩擦零件的磨损和腐蚀，发动机漏油。一、曲轴箱通风的目的1、防润滑油变质及防燃油稀释机油，减轻机件的磨损和腐蚀。2、降压、降温、防漏：漏入曲轴箱的气体使曲轴箱内压力和温度升高，造成润滑油从曲轴油封、衬垫处渗漏。3、回收可燃气体，减少污染。将窜入曲轴箱内的气体再吸入到气缸内燃烧，对HC化合物进行回收利用，同时，减少了对大气的污染。通风方式自然通风：从曲轴箱内抽出的气体直接导入大气中去。强制通风：将曲轴箱内抽出的气体导入进气管道中。抽气管上端盖强制式曲轴箱通风系统：PCV(PositiveCrankcas