發(fā)動機(jī)構(gòu)造講義7

第七章進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置(目錄）7.1進(jìn)氣系統(tǒng)7.2

排氣系統(tǒng)7.3汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)第七章進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置發(fā)動機(jī)在工作過程中，氣缸一方面要吸入可燃混合氣（汽油機(jī)）或空氣（柴油機(jī)），另一方面必須把燃燒作功結(jié)束后的廢氣排除缸外，因此，發(fā)動機(jī)除了需要一套配氣機(jī)構(gòu)來控制進(jìn)排氣門開啟和關(guān)閉外，還需要一套進(jìn)排氣系統(tǒng)。進(jìn)、排氣系統(tǒng)是在發(fā)動機(jī)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到大氣中，保證發(fā)動機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)、排氣系統(tǒng)的基本裝置是由空氣濾清器、進(jìn)氣管、排氣管和排氣消聲器等組成。由于排放與噪聲法規(guī)的要求，現(xiàn)代車用發(fā)動機(jī)，除了采取完善的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化措施外，在傳統(tǒng)的進(jìn)、排氣系統(tǒng)中又增加了不少機(jī)外凈化的附件與裝置。7.1進(jìn)氣系統(tǒng)汽車發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)由空氣濾清器和進(jìn)氣歧管兩個基本部分組成。為了調(diào)整進(jìn)氣溫度，特別是在化油器式汽油機(jī)上通常還裝有進(jìn)氣預(yù)熱系統(tǒng)或進(jìn)氣恒溫系統(tǒng)。為了加強(qiáng)諧振進(jìn)氣效果，降低進(jìn)氣噪聲，有的進(jìn)氣系統(tǒng)中還裝有諧振器和諧振進(jìn)氣歧管。一些更先進(jìn)的發(fā)動機(jī)上還裝有能適應(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷變化，自動改變進(jìn)氣管容量的進(jìn)氣流速控制系統(tǒng)。對于汽油機(jī)，進(jìn)氣系統(tǒng)中還包括了燃料供給系統(tǒng)中的部分裝置，如化油器式汽油機(jī)的化油器，汽油噴射式汽油機(jī)的空氣流量計、節(jié)氣門體、噴油器等。7.1.1空氣濾清器（一）空氣濾清器結(jié)構(gòu)空氣濾清器一般由進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器外殼和濾芯等組成?，F(xiàn)在廣泛用于汽車發(fā)動機(jī)上的空氣濾清器仍有多種結(jié)構(gòu)形式。1、油浴-離心式空氣濾清器1－碟型螺母；2-濾清器蓋；3－濾芯；4－濾清器體；5-油池；6-中心管2、干式紙質(zhì)空氣濾清器干式紙質(zhì)空氣濾清器被廣泛用于各類汽車發(fā)動機(jī)上。1－濾清器蓋；2－濾清器外殼；3－濾芯；4－連接管；5－密封圈

3、濕式紙質(zhì)空氣濾清器濕式紙質(zhì)空氣濾清器是把紙質(zhì)濾芯放在特殊的油中浸漬處理，使其具有很強(qiáng)的吸附空氣中雜質(zhì)的能力，該濾清器是一種新型高效濾清器，能將空氣中顆粒直徑為6.6—6.8

m的灰塵濾掉98%以上，濾紙上加工出許多細(xì)小的皺褶，使其過濾面積增大，又可降低空氣流通阻力。4、離心式及復(fù)合式空氣濾清器離心式空氣濾清器多用于大型載貨汽車上。在許多自卸車或礦山用汽車上還使用離心式與紙濾芯式相結(jié)合的雙級復(fù)合式空氣濾清器1－卡簧；2－紙濾芯；3－濾清器上蓋；4－蝶形螺母；5－密封墊；6、9、13－密封圈；7－上體；8－出氣口；10－進(jìn)氣口；11－旋流管；12－下體；14－集灰盤；15－卡箍；16－旋流管螺旋導(dǎo)向面（二）空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管1空氣濾清器外殼；2－空氣濾清器蓋；3－濾芯；4－后進(jìn)氣導(dǎo)流管；5－前進(jìn)氣導(dǎo)流管；6－諧振室7.1.2進(jìn)氣歧管1、進(jìn)氣歧管結(jié)構(gòu)對于化油器式或節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動機(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。對于氣道燃油噴射式發(fā)動機(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氣缸，為此進(jìn)氣歧管內(nèi)氣體流道的長度應(yīng)盡可能相等。為了減小氣體流動阻力，提高進(jìn)氣能力，進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)該光滑。節(jié)氣門體燃油噴射式發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管

1－節(jié)氣門體安裝面；2－廢氣再循環(huán)閥安裝面；3－循環(huán)冷卻液管；4－進(jìn)氣歧管安裝面氣道燃油噴射式發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管

噴油器安裝位置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，對這類發(fā)動機(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)。通常進(jìn)氣歧管利用發(fā)動機(jī)排氣或循環(huán)冷卻液進(jìn)行加熱。1－化油器安裝面；2－排氣歧管；3－進(jìn)氣歧管；4－放油螺塞；5－熱控閥調(diào)節(jié)手柄；6－熱控閥3、諧振進(jìn)氣系統(tǒng)1－進(jìn)氣導(dǎo)流管；2－副諧振室；3－空氣濾清器；4－空氣流量計；5－主諧振室；6－進(jìn)氣歧管4、可變進(jìn)氣歧管為了充分利用進(jìn)氣波動效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時進(jìn)氣速度的差別，從而達(dá)到改善發(fā)動機(jī)經(jīng)濟(jì)性及動力性特別是改善中、低速和中、小負(fù)荷時的經(jīng)濟(jì)性和動力性的目的，要求發(fā)動機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時裝備粗短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時配用細(xì)長的進(jìn)氣歧管。可變進(jìn)氣歧管就是為適應(yīng)這種要求而設(shè)計的?？勺冮L度進(jìn)氣歧管1－空氣濾清器；2－節(jié)氣門；3－轉(zhuǎn)換閥；4－轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)；5－發(fā)動機(jī)電子控制裝置

雙通道可變進(jìn)氣歧管1－短進(jìn)氣通道；2－轉(zhuǎn)換閥；3－長進(jìn)氣通道；4－噴油器；5－進(jìn)氣道；6－進(jìn)氣門7.2排氣系統(tǒng)現(xiàn)代汽車發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)由排氣歧管、排氣總管和排氣消聲器組成。在采用三元催化器降有害低排放的轎車發(fā)動機(jī)上，排氣系統(tǒng)還包括三元催化器等裝置。所以排氣系統(tǒng)的作用是在盡可能低的排氣流動阻力下，排出盡量少的有害物質(zhì)，具有盡可能低的排氣噪聲。排氣系統(tǒng)的組成

1－前消聲器；2－催化轉(zhuǎn)化器；3－中消聲器；4－后消聲器；5－排氣歧管；6－排氣總管V型發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)

1－發(fā)動機(jī)；2－排氣歧管；3－叉形管；4－催化轉(zhuǎn)化器；5－排氣管；6－消聲器；7－排氣尾管；8－連通管7.2.1排氣歧管一般排氣歧管由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，最近以來采用不銹鋼排氣歧管的汽車愈來愈多，其原因是不銹鋼排氣歧管質(zhì)量輕，耐久性好，同時內(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，而且各缸支管應(yīng)該相互獨(dú)立、長度相等。不銹鋼排氣歧管鑄鐵排氣歧管7.2.2排氣消聲器發(fā)動機(jī)的排氣壓力約為0.3-0.5Mpa，溫度約500-700℃，這表明排氣有一定的能量。同時，由于排氣的間歇性，在排氣管內(nèi)引起排氣壓力的脈動。若將發(fā)動機(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赫以上。排氣消聲器的功用是消減排氣噪聲。消聲器通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動，使排氣能量耗散殆盡。消聲器的基本結(jié)構(gòu)形式a）吸收式；b）干涉式；c）擴(kuò)張式；d）共振式a)前消聲器；b）中消聲器；c）后消聲器1－進(jìn)氣管；2－前端蓋；3－外殼；4－纖維夾層；5－內(nèi)殼；6－多孔隔板；7－后端蓋；8－出氣管；9－隔板；10－帶孔管；11－吸聲材料；12－帶縫管7.2.3排氣凈化裝置一、發(fā)動機(jī)的有害排放物汽車排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOX）和微粒。CO是燃油的不完全燃燒產(chǎn)物，是一種無色無臭無味的氣體。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?？諝夂琋OX達(dá)10-20ppm可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。當(dāng)NOX超過500ppm時，幾分鐘可使人出現(xiàn)肺氣腫而死亡。HC包括未燃和未完全燃燒的燃油和機(jī)油蒸氣。HC和NOX在陽光照射下形成光化學(xué)煙霧，其中主要的生成物是臭氧（O3），它具有強(qiáng)氧化性，可使橡膠開裂，植物受害，大氣能見度降低，并刺激人眼和咽喉。微粒主要是指柴油機(jī)排氣中的碳煙，而汽油機(jī)的排氣微粒微不足道。微粒表面吸附的可浴性有機(jī)物對人的呼吸道有害。當(dāng)前汽車上裝備的各種排氣凈化裝置便是為了降低上述污染物的排放。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.1－熱爐；2－冷空氣入口；3－排氣支管；4－熱空氣出口；5－熱空氣管；6－進(jìn)氣導(dǎo)流管；7－真空控制膜盒；8－控制閥；9－溫控開關(guān)；10－空氣濾清器恒溫進(jìn)氣控制裝置及空氣濾清器

1-進(jìn)氣導(dǎo)流管；2－真空控制膜盒；3－真空軟管；4－空氣濾清器外殼；5、9－密封圈；6－空氣濾清器蓋；7－濾芯；8－溫控開關(guān)；10－雙頭螺柱；11－熱空氣管恒溫進(jìn)氣控制裝置工作原理

1－真空控制膜盒；2－膜片；3－膜片彈簧；4－溫控開關(guān)；5－通氣閥；6－真空軟管；7－熱空氣管；8－熱空氣；9－控制閥；10－進(jìn)氣導(dǎo)流管；11－環(huán)境空氣3、二次空氣噴射系統(tǒng)很多汽車發(fā)動機(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)，但其功用卻基本相同，即利用空氣泵將新鮮空氣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）。1－空氣泵；2－旁通閥；3、5－真空管；4－分流閥；6－空氣分配管；7－空氣噴管；8－排氣支管；9－排氣管；10－催化轉(zhuǎn)化器；11－單向止回閥4、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)換為對人體無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)換器和三效催化轉(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)換器也稱做二效催化轉(zhuǎn)換器。必須向氧化轉(zhuǎn)換器供給二次空氣作為氧化劑，才能使其有效地工作。三效催化轉(zhuǎn)換器可同時減少CO、HC和NOX的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NO，還原為氮（N2）和氧（02），而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO2和H2O。催化轉(zhuǎn)化器的基本構(gòu)造

1－殼體；2－減振密封襯墊；3－載體與催化劑5、柴油機(jī)微粒過濾器微粒是柴油機(jī)排放的突出問題。對車用柴油機(jī)排氣微粒的處理，主要采用多孔介質(zhì)過濾的方案，即采用微粒過濾器（DieselParticulateFilter，縮寫DPF）。微粒過濾器的濾芯有體積過濾型和表面過濾型兩大類。前者主要用比較疏松的過濾體積容納微粒，后者主要用比較密實的過濾表面阻擋微粒。體積過濾型濾芯雖然結(jié)構(gòu)均勻，不易產(chǎn)生很高的熱應(yīng)力，但很難兼顧高效率和低阻力，即在令人滿意的效率和可以接受的阻力下，外形尺寸顯得過大。表面過濾型濾芯一般單位體積的表面積很大，材料壁薄，既可獲得較高的過濾效率，又可具有較小的阻力，但濾芯形狀復(fù)雜，在很高的溫度和溫度梯度下易于損壞。壁流式蜂窩陶瓷濾芯

的微粒過濾器1－陶瓷濾芯；2－再生用電熱絲1.微粒過濾器的熱再生熱再生就是由外界提供附加能源，提高濾芯的溫度，使沉積在濾芯中的微粒燃燒，恢復(fù)濾芯的潔凈狀態(tài)。常用的能源為燃油或燃?xì)馊紵鳌㈦娮杓訜崞骱臀⒉òl(fā)生器。（1）燃燒器再生已經(jīng)開發(fā)了用丙烷或柴油作為燃料、用電點(diǎn)火的燃燒器來引發(fā)DPF的再生。柴油燃燒器應(yīng)用與柴油機(jī)相同的燃料，比較方便，但燃燒過程的組織比較困難，尤其冷啟動時可能燃燒不良，引起二次污染。應(yīng)用丙烷作為燃燒器的燃料容易保證完全燃燒，但需要單獨(dú)的高壓丙烷氣瓶。1－柴油機(jī)排出的未過濾排氣；2－電點(diǎn)火器；3－燃燒器燃料供給系；4－再生燃燒器；5－陶瓷濾芯；6－已過濾排氣；7－助燃空氣供給系統(tǒng)；8－排氣轉(zhuǎn)換閥；9－旁通排氣管（2）電阻電加熱再生用電阻電加熱供熱再生可避免采用復(fù)雜昂貴的燃燒器，同時電加熱可消除對任何二次污染的擔(dān)心。為了提高電阻加熱器的再生效率，一般力求使電阻絲與沉積的微粒直接接觸。一種結(jié)構(gòu)型式是把螺旋形電阻絲塞入進(jìn)口一側(cè)的蜂窩孔道中.（3）微波加熱再生上述電阻加熱與用燃燒器加熱一樣，均有徒然加熱陶瓷塊而浪費(fèi)能量的缺點(diǎn)，而實際上有用的是把已沉積在濾芯中的微粒本身加熱到著火溫度。于是決定嘗試?yán)梦⒉ㄟx擇性的加熱碳煙微粒進(jìn)行DPF的再生。煙粒能以能量效率60％～70％吸收頻率為2～10GHz的微波。2.DPF的催化再生催化再生是利用催化劑降低柴油機(jī)微粒的著火溫度和提高其氧化速度，使之能在柴油機(jī)實際使用條件下保證較高的DPF再生概率，保持較低的排氣背壓。在這種情況下，由于再生時濾芯溫度過高或熱應(yīng)力過大而造成濾芯損壞的問題就不大可能發(fā)生。六、排氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)排氣再循環(huán)是指把發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣支管，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)是凈化排氣中的NOX的主要方法。a)真空控制EGR系統(tǒng)；b)電控真空驅(qū)動EGR系統(tǒng)；c)閉環(huán)電控EGR系統(tǒng)1－真空驅(qū)動EGR閥；2－排氣管；3－發(fā)動機(jī)；4－進(jìn)氣管；5－溫度控制閥；6－電控真空調(diào)節(jié)器；7－電控器；8－EGR閥位置傳感器；9－電磁驅(qū)動EGR閥帶排氣背壓控制閥的EGR閥構(gòu)造和工作原理

1－排氣控制閥（開啟）；2－真空室；3－真空度節(jié)流孔；4－進(jìn)氣管真空入口；5－排氣感應(yīng)膜片；6－導(dǎo)流板；7－排氣背壓入口；8－空氣入口；9－驅(qū)動膜片；10－背壓控制閥彈簧；11－回位彈簧；12－濾網(wǎng)；13－背壓控制閥；14－在循環(huán)的排氣；15－EGR閥帶閥位置傳感器的線形位移電磁式EGR閥結(jié)構(gòu)

電控EGR系統(tǒng)的控制脈譜通過發(fā)動機(jī)的EGR標(biāo)定試驗確定。從最佳EGR率隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的關(guān)系，得出最佳EGR閥位置（或EGR的PWM信號占空比）隨轉(zhuǎn)速傳感器信號和油門傳感器信號的關(guān)系。再針對冷卻液溫度等參數(shù)進(jìn)行修正。7.3汽油蒸發(fā)控制系統(tǒng)汽油箱和化油器浮子室中的汽油隨時都在蒸發(fā)汽化，若不