第5講 發(fā)動機的進、排氣系統(tǒng)

第5章發(fā)動機的進、排氣系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解進、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；3.理解曲軸箱強制通風(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、機械增壓的工作特點；8.了解帶放氣閥的渦輪增壓系統(tǒng)的調(diào)整過程。5.1概述

進、排氣系統(tǒng)是在內(nèi)燃機工作循環(huán)時，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中，保證內(nèi)燃機連續(xù)運轉(zhuǎn)的裝置。基本裝置由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器等組成?，F(xiàn)代車用內(nèi)燃機除采取完善的燃燒等機內(nèi)凈化措施外，在傳統(tǒng)的進、排氣系統(tǒng)中又增加了機外凈化的附件與裝置，并且廣泛地采用了增壓技術(shù)。5.2進、排氣系統(tǒng)5.2.1進氣系統(tǒng)部件功用：濾去空氣中的塵埃和雜質(zhì)；抑制進氣噪聲；對于汽油機，還可防止回火時火焰外擴。濾清方式：慣性式、油浴式、過濾式1.空氣濾清器2.進氣管結(jié)構(gòu)形式分為：簡單進氣管、共振式進氣管、帶諧振腔的進氣管5.2.2排氣消聲器排氣消聲器的作用是抑制發(fā)動機的排氣噪聲，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，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。目前在汽車上實際使用的消聲器多數(shù)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，并焊接成一個整體。5.2.3排氣的凈化裝置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：利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動機排出廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX變成無害氣體。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。

NOX是空氣中的氮氣與氧氣在高溫、高壓條件下形成的，發(fā)動機排出的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：將適量的廢氣(5％～20％)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)動機正常工作和性能不受過多影響，必須根據(jù)發(fā)動機工況的變化，控制廢氣再循環(huán)量。EGR率＝EGR量／（吸入空氣量＋EGR量）×100％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）由負荷控制的EGR系統(tǒng)由水溫和負荷控制的EGR系統(tǒng)不采用ECU控制的開環(huán)EGR系統(tǒng)控制方式：ECU→EGR電磁閥→真空→EGR閥→部分廢氣進入進氣歧管ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)組成：EGR閥、EGR電磁閥等ECU根據(jù)發(fā)動機冷卻液溫度、節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速和起動等信號來控制EGR電磁閥的通電或斷電。ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)工作過程用EGR閥開度作為反饋信號

EGR閥開度傳感器工作原理與電位計式節(jié)氣門位置傳感器相同閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)檢測實際的EGR率或EGR閥開度作為反饋控制信號來控制EGR系統(tǒng)，這種控制精度更高。汽油機廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)

柴油機廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)強制式曲軸箱通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)汽油蒸汽排放(EVAP)控制系統(tǒng)功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油機）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，還必須根據(jù)發(fā)動機工況，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)動機普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在發(fā)動機不運轉(zhuǎn)時被碳罐中的活性碳所吸附，當(dāng)發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，依靠進氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機中。電子控制單元根據(jù)發(fā)動機的工況通過電磁閥控制真空度的通或斷達到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可減少大氣中的HC和節(jié)約燃料。機械式EVAP控制系統(tǒng)電控EVAP控制系統(tǒng)典型布置控制方式：1、ECU→清污電磁閥→真空→真空控制閥→進氣歧管吸入燃油蒸汽

2、ECU→清污電磁閥→進氣歧管吸入燃油蒸汽電控EVAP控制系統(tǒng)工作過程韓國現(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氣管之間的吸氣管中?？刂品绞剑篍CU→清污電磁閥→進氣歧管吸入燃油蒸汽柴油機后處理裝置5.2.4混合氣的預(yù)熱裝置為促進混合氣中燃油顆粒的蒸發(fā)，防止油氣在進氣管壁凝結(jié)，常利用排氣管中高溫廢氣的熱量對進氣管入口處的可燃混合氣進行預(yù)熱。汽油發(fā)動機進、排氣管同體鑄造，依靠廢氣直接對進氣管壁進行預(yù)熱，預(yù)熱作用不可調(diào)節(jié)。

現(xiàn)代轎車發(fā)動機進氣系統(tǒng)采用恒溫進氣裝置。例如：教材p98頁圖5－10中介紹的上海桑塔納JV型發(fā)動機進氣溫控裝置。下面再介紹－－夏利發(fā)動機恒溫進氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：1-溫控開關(guān);2-真空驅(qū)動裝置;3-調(diào)節(jié)閥;4-熱空氣軟管;5-排氣管罩

恒溫進氣泵統(tǒng)示意圖

工作原理：6-拉稈,7一膜片.8-膜片彈簧.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)進氣溫度(流經(jīng)空氣濾清器的空氣溫度)低于30℃時,雙金屬感溫元件l0向上彎曲,閥門9打開真空通道,進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?進入空氣濾滑器(見圖a)。此時,發(fā)動機吸入熱空氣,以促進進氣管中混合氣中的汽油蒸發(fā)、混合。

然而,在進氣溫度較高時,若發(fā)動機仍吸入熱空氣,將導(dǎo)致其因進氣量減少而功率下降。因此,當(dāng)進氣溫度高于30℃時,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、打開空氣濾清器進氣道,發(fā)動機便吸入冷空氣(見圖b)。

5.3發(fā)動機的增壓系統(tǒng)凡是能將內(nèi)燃機進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。機械增壓渦輪增壓氣波增壓凡是能將內(nèi)燃機進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。實現(xiàn)增壓的裝置稱為壓氣機或增壓器。5.3.1機械增壓5.3.2氣波增壓5.3.3廢氣渦輪增壓增壓器冷卻概念：采用由柴油機排氣驅(qū)動的渦輪機拖動壓氣機，使進氣壓力提高，增加進氣量。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、壓氣機葉輪、擴壓器、壓氣機殼等。渦輪增壓系統(tǒng)的分類1.廢氣渦輪增壓和增壓器的工作原理廢氣渦輪增壓器的工作原理：柴油機排出的高溫廢氣進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)，壓氣機葉輪與渦輪同軸，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，并進入進口小，出口大的擴壓器，使速度下降而壓力升高，繼而進入端面由小到大的環(huán)形壓氣機殼，壓力繼續(xù)升高。2.渦輪增壓器結(jié)構(gòu)1-空氣入口2-壓氣機3-空氣出口4-V型卡環(huán)5-后板6-機油進口7-中間殼8-護板9-渦輪殼10-排氣出口11-排氣進口12-渦輪13-增壓器浮動軸承14-軸承殼15-卡環(huán)16-機油出口17-止推盤18-止推環(huán)19-油封20-壓氣機葉輪21-固定螺母22-渦輪及葉輪軸作用：將空氣壓入氣缸，增加充氣量和進油量。1.排氣渦輪增壓器工作原理排氣管中冷器壓氣機殼噴嘴環(huán)渦輪轉(zhuǎn)子軸進氣管廢氣經(jīng)排氣管進入渦輪殼的噴嘴環(huán)，壓力和溫度下降，而速度提高，使渦輪高速旋轉(zhuǎn)。渦輪帶動壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)。經(jīng)空氣濾清器后的空氣進入壓氣機，被壓氣機葉輪甩向外緣，使其速度和壓力增加，然后經(jīng)過進口小出口大的擴壓器和壓氣機蝸殼，使氣流的流速下降，壓力升高。壓力升高比k：指壓氣機的出口與進口壓力之比。

增壓比升高使空氣的溫度隨之升高，空氣密度的增長率會因之下降，并加大了柴油機零件的熱負荷。加裝中間冷卻器：以降低壓氣機出來的空氣溫度，使充氣密度增大。2.排氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)潤滑油出口空氣入口排氣出口潤滑油入口轉(zhuǎn)子軸壓氣機葉輪擴壓管壓氣機殼渦輪殼渦輪推力軸承轉(zhuǎn)子軸密封套三、優(yōu)點1、在發(fā)動機不需要重大變化的情況下，使功率上升20%～50%，高增壓超過100%；2、回收一部分廢氣能量，使發(fā)動機的經(jīng)濟性提高3%～