第8章進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)

第8章進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)

8.1排氣系統(tǒng)

8.2進(jìn)氣增壓系統(tǒng)

8.3進(jìn)氣系統(tǒng)

8.1進(jìn)氣系統(tǒng)

8.1進(jìn)氣系統(tǒng)

8.1進(jìn)排氣系統(tǒng)是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將空氣或可燃混合氣送入氣缸，又將各氣缸燃燒后的廢氣經(jīng)消聲后排到大氣中的裝置。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)盡可能地減少進(jìn)氣和排氣的阻力，清潔進(jìn)入氣缸的空氣或可燃混合氣，減少排氣噪聲。8.1進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器、進(jìn)氣道、節(jié)氣門和進(jìn)氣歧管組成。8.1.1空氣濾清器空氣濾清器按結(jié)構(gòu)的不同有濕式空氣濾清器和干式空氣濾清器等多種類型。1．濕式空氣濾清器濕式空氣濾清器又稱油浴式空氣濾清器（見圖8-1）。它用金屬絲網(wǎng)作濾芯，這種濾清器使用一段時(shí)間后，經(jīng)清洗濾網(wǎng)更換機(jī)油后可再次使用，為永久式濾清器。圖8-1油浴式空氣濾清器1—外殼2—機(jī)油盤3、6、7—墊圈4—蝶形螺母5—濾芯8—夾箍9—螺帽10—通氣道11—導(dǎo)氣管2．干式空氣濾清器干式空氣濾清器用折疊狀的濾紙作濾芯。這種濾清器的濾芯使用久后必須更換。根據(jù)車輛的使用條件和車型，一般每行駛20

000～40

000km應(yīng)更換1次濾芯。干式空氣濾清器有多種形式，圖8-2所示為應(yīng)用在中、小型汽車上的干式空氣濾清器。圖8-2干式空氣濾清器圖8-3所示為一種應(yīng)用在大型柴油車上的旋風(fēng)干式空氣濾清器。它依靠濾芯上帶有的葉片，使吸入的空氣產(chǎn)生渦流；較大的灰塵在離心力作用下落在濾清器的底部橡皮閥上（見圖8-3（c）），當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，濾清器內(nèi)產(chǎn)生一定的真空，橡皮閥在真空作用下關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火后，真空消失，橡皮閥在自身彈力作用下打開，放出灰塵。圖8-3旋風(fēng)干式空氣濾清器1—夾箍2—濾清器蓋3—蝶形螺釘4—濾芯5—外殼6—橡皮閥8.1.2進(jìn)氣歧管進(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。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)墊應(yīng)該光滑。圖8-4化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管8.1.3諧振腔和可變進(jìn)氣歧管現(xiàn)代的汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)還在進(jìn)氣歧管的設(shè)計(jì)上采用了各種特殊的結(jié)構(gòu)形式，以便充分利用進(jìn)氣歧管內(nèi)的空氣動(dòng)力效應(yīng)，進(jìn)一步提高各種轉(zhuǎn)速工況下的進(jìn)氣量，增加發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，改善其轉(zhuǎn)矩輸出特性，降低進(jìn)氣噪聲。這些特殊的結(jié)構(gòu)形式包括采用長(zhǎng)進(jìn)氣歧管，設(shè)置動(dòng)力腔、諧振腔及采用可變進(jìn)氣歧管。諧振腔是在進(jìn)氣歧管的旁邊與進(jìn)氣歧管相通的一個(gè)封閉腔體（見圖8-5），其作用是降低進(jìn)氣氣流的噪聲。汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)采用長(zhǎng)進(jìn)氣歧管，并將進(jìn)氣歧管設(shè)計(jì)成具有較大的弧度（見圖8-5），以充分利用氣流的慣性效應(yīng)，提高充氣量。圖8-5電控汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)常在進(jìn)氣歧管中部設(shè)置一個(gè)動(dòng)力腔（見圖8-6），以利于進(jìn)氣歧管內(nèi)壓力波的共振，充分利用氣流壓力波動(dòng)效應(yīng)，提高充氣效率。圖8-6復(fù)合塑料進(jìn)氣歧管可變慣性充氣系統(tǒng)是在動(dòng)力腔中設(shè)置一個(gè)或一組轉(zhuǎn)換閥，該閥門可將動(dòng)力腔分隔成兩個(gè)部分。當(dāng)閥片開啟或關(guān)閉時(shí)，可使動(dòng)力腔的兩個(gè)部分相通或隔開，從而改變了動(dòng)力腔的形狀或改變了進(jìn)氣歧管的長(zhǎng)度，使進(jìn)氣歧管有兩種不同的空氣動(dòng)力效應(yīng)。ECU依照設(shè)定的程序，在發(fā)動(dòng)機(jī)不同的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，讓閥片開啟或關(guān)閉，以使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能獲得最佳的充氣效果?？勺冞M(jìn)氣歧管有各種結(jié)構(gòu)形式，圖8-7所示為一種較為簡(jiǎn)單的可變進(jìn)氣歧管，其工作原理如圖8-8所示。圖8-7可變進(jìn)氣歧管圖8-8可變進(jìn)氣歧管工作原理8.2排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)用于收集從每個(gè)氣缸排出的燃燒后的高溫廢氣，并將其送到汽車尾部排放掉。排氣系統(tǒng)由排氣歧管、催化轉(zhuǎn)換器、消聲器和排氣管道等組成。8.2.1排氣歧管和排氣管1．排氣管的布置形式直列型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)稱作單排氣系統(tǒng)，如圖8-9所示。圖8-9單排氣系統(tǒng)排量不大的V型發(fā)動(dòng)機(jī)上仍采用單排氣系統(tǒng)（見圖8-10（a））。大排量（3升以上）V型發(fā)動(dòng)機(jī)多采用雙排氣系統(tǒng)，（見圖8-10（b））。圖8-10

V型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)示意圖1—發(fā)動(dòng)機(jī)2—排氣歧管3—叉形管

4—催化轉(zhuǎn)換器5—排氣管6—消聲器

7—排氣尾管8—連通管2．排氣歧管排氣歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋相連，廢氣從排氣門出來直接進(jìn)入排氣歧管。排氣歧管應(yīng)能承受排氣的高溫，并能抵抗極大的溫差造成的熱應(yīng)力。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長(zhǎng)一些，而且各缸排氣歧管應(yīng)該相互獨(dú)立、長(zhǎng)度相等。圖8-11所示為幾種常見的排氣歧管的結(jié)構(gòu)形式。圖8-11各種類型的排氣歧管8.2.2排氣消聲器消聲器的用途是減少排氣脈動(dòng)，盡可能地降低排氣噪聲，并降低排氣溫度。消聲器從原理上可分為反射式和吸收式兩種形式，如圖8-12所示。也可以將吸收式和反射式兩種原理同時(shí)應(yīng)用在一個(gè)消聲器中，制成吸收—反射式消聲器，如圖8-12（c）所示。圖8-12排氣消聲器的形式8.3進(jìn)氣增壓系統(tǒng)8.3.1進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的功用與類型進(jìn)氣增壓就是在進(jìn)氣道中設(shè)置1個(gè)增壓器，將空氣或可燃混合氣預(yù)先進(jìn)行壓縮后，再送入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸。采用增壓系統(tǒng)后，在氣缸排量不變的情況下，由于每個(gè)循環(huán)進(jìn)入氣缸的空氣量增加，可以向氣缸內(nèi)提供更多的燃料而獲得充分燃燒，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。發(fā)動(dòng)機(jī)增壓系統(tǒng)有多種類型，如機(jī)械驅(qū)動(dòng)式增壓、廢氣渦輪增壓等。如圖8-13所示。圖8-13進(jìn)氣增壓系統(tǒng)的形式8.3.2機(jī)械增壓系統(tǒng)機(jī)械增壓器的驅(qū)動(dòng)力來自發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，一般都是利用曲軸帶輪通過傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)。機(jī)械增壓器有多種類型，常見的有葉片（Vane）式和魯茲（Roots）式。魯茲增壓器有雙葉轉(zhuǎn)子、三葉轉(zhuǎn)子兩種形式，圖8-14所示。圖8-14機(jī)械增壓器由于機(jī)械增壓器由曲軸直接帶動(dòng)，所以其在低轉(zhuǎn)速下便可獲得增壓。增壓的動(dòng)力輸出也與曲軸轉(zhuǎn)速成一定的比例，即機(jī)械增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出隨著轉(zhuǎn)速的提高而增強(qiáng)，具有線性輸出特性。機(jī)械增壓器優(yōu)點(diǎn)為體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需修改發(fā)動(dòng)機(jī)本體，安裝容易。而且工作溫度介于70℃～100℃，因此對(duì)于冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)的要求與自然吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)基本相同，尤其適合發(fā)動(dòng)機(jī)的改裝。8.3.3廢氣渦輪增壓系統(tǒng)廢氣渦輪增壓系統(tǒng)由渦輪增壓器和限壓裝置組成（見圖8-15）。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管和渦輪機(jī)進(jìn)口連接。圖8-15廢氣渦輪增壓系統(tǒng)排出的廢氣經(jīng)過渦輪機(jī)后進(jìn)入排氣管；廢氣的壓力推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，壓氣機(jī)葉輪與渦輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)；從空氣濾清器進(jìn)來的空氣經(jīng)空氣流量計(jì)計(jì)量后進(jìn)入壓氣機(jī)，經(jīng)壓縮后進(jìn)入進(jìn)氣歧管，以較高的密度充入氣缸中。大部分渦輪增壓系統(tǒng)都將增壓后的空氣冷卻后再送入氣缸，以進(jìn)一步增大進(jìn)入氣缸的空氣密度，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。渦輪增壓器（見圖8-16）由廢氣渦輪、壓氣機(jī)兩個(gè)主要部分，以及支撐、密封、冷卻、潤(rùn)滑等裝置組成（見圖8-17）。渦輪在工作時(shí)的轉(zhuǎn)速通常為80～100kr/min，最高可達(dá)200kr/min，且在909℃附近的高溫下工作。圖8-16渦輪增壓器圖8-17渦輪增壓器的構(gòu)造1—螺母2—壓氣機(jī)葉輪3、12、24—卡環(huán)4—密封板

5—O形密封圈6、23—密封環(huán)7—套管8—擋油板

9—止推墊圈10—隔圈11—止推軸承13、27—軸承14—壓氣機(jī)殼15—壓氣機(jī)殼固定螺栓16—外殼

17—渦輪軸18—潤(rùn)滑油入口19—卡箍20—防熱罩21—渦輪殼22—渦輪轉(zhuǎn)子25—油套26—潤(rùn)滑油出口為了減小運(yùn)轉(zhuǎn)阻力，支撐裝置采用特殊的浮動(dòng)軸承。（見圖8-18）。潤(rùn)滑油由發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系提供，部分潤(rùn)滑油經(jīng)油道噴向渦輪室壁面，起冷卻作用。密封裝置由轉(zhuǎn)子兩端的油封組成，防止機(jī)油從轉(zhuǎn)子兩端漏至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管或排氣管。（見圖8-17前密封環(huán)6和后密封環(huán)23）。圖8-18浮動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)限壓裝置由排氣旁通閥和執(zhí)行器組成，其作用是控制增壓壓力。當(dāng)進(jìn)氣歧管的壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)，限壓裝置的膜片室使旁通閥打開，部分廢氣從旁通