发动机进排气系统

1、汽车构造教案课程名称汽车构造课时授课班级教学方式讲授多媒体教学课题发动机的进、排气系统任课教师教学目的与要求1. 了解进、排气系统功用；2. 掌握轿车空气滤清器、消声器构造特点；3. 理解曲轴箱强制通风工作原理，废气再循环装 置工作过程；4. 了解机外净化采用催化反响器净化原理；5. 理解废气涡轮增压工作原理；6. 掌握涡轮增压器构造；7. 了解气波增压、机械增压工作特点；8. 了解了解带放气阀的涡轮增压系统调整过程。9. 了解曲柄连杆机构组成及功用；。重、难点曲轴箱强制通风工作原理，废气再循环装置工作过 程；机外净化采用催化反响器净化原理；废气涡轮增压工作原理；掌握涡轮增压器构造；气波增压、

2、机械增压工作特点要备第一讲1 .进、排气系统作用：进、排气系统是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，又将燃烧后的废气排到大 气中，保证内燃机连续运转。2 .进、排气系统的组成：根本装置是由空气滤清器、进气管、排气管和排气消 声器等组成。3 .增压和增压技术：由于排放与噪声法规的要求，现代车用内燃机除了采 取完善的燃烧等机内净化措施外，在传统的进、排气系统 中又增加了不少机外净化的附件与装置。并且广泛地采用了增压和增压技术，成为发动机的重要组成局部进、排气管一.空气滤清器空气滤清器功用：就是滤去空气中的尘埃和杂质，将清洁的空气 （或空气 与燃油的可燃混合气）送入燃烧室，

3、以减少活塞与气缸套 之间、活塞组之间和气门组之间的磨损。抑制内燃机的进 气噪声。对于汽油机，还可防止化油器回火时火焰向外扩 展。在一些汽油机上，为了降低有害气的排放。空气滤清分为三种根本的滤清方法：空气滤清器有惯性式、油浴式、过滤式三类。惯性式是利用空气中所含尘土与杂质密度比空气大的 特点，在空气吸入气缸的途径中使其急速旋转或改变方 向，在离心力或惯性力的作用下，将尘土与杂质甩到外围 而与空气别离；油浴式它利用油浴把空气流在转折时甩出的尘土与杂 质粘住，防止二次尘土与杂质吸入；过滤式是引导气流通过带有细小孔的滤芯把尘土与杂 质挡在滤芯外面，如纸质滤芯，金属丝滤芯.纤维，多孔惯性式空气滤清器以惯

4、性原理构成的旋流器，它对去除空气中较大颗粒的尘土特别有效， 其滤清效率约50%60%,常用作多尘土地区工作的车用内燃机上的空气粗滤油浴式原理构成的油浴式空气滤清器，综合了惯性式和过滤式两种滤清原理，其滤清效率达 95%97%;过滤式原理构成的纸质等空气滤清器，是在汽车，特别是在小轿车上用得十分广泛的一种，其滤清效率可达99. 5%以上，且性能稳定。纸质空气滤清器在标准含尘条件下正常使用寿命为2一 5万千米。图5T驢质空吒懑清陳L 釦2外氓J AM芯*4-世洲豺 A连丸鶯”二、进气管1 .进气管是连接空气滤清器和气缸盖进气道之间的管 子。在汽油机上，有时把化油器或电子喷射节气门阀体与 气缸盖进气

5、道间的管子称为进气管。进气管，特别是自然吸气车用高速内燃机进气管，对内燃机的油耗、功率、扭矩、排放等有重要。2 .分类：因而出现多种构造型式。大致可归结为：简单进气管、共振式进气管和带谐振腔的进气管三种（图613）。2 fMaae 43图5 避弋音仙甸卑进丸廿J 共監成進吒骨江。州谓虫駁馆进管rl按it抽髀或畋曲霸口注一空An.3空分配骨说一梵餐式逬弋驚 5一內熾机山|S-«J! rB-»*»（10-平堂.简单进气管常用在车用柴油机和前几年的汽油机上， 这种进气管构造简单，但由于进入各气缸的气流阻力、路 程长短和气流方向、速度的差异，致使各气缸进气不均匀 在电控喷

6、射汽油机上由于喷油器直接在进气门附近喷射汽油，喷射的油雾颗粒细小，进气管无需采取预热措施。共振式进气管较细长，与各气缸相连的各个管于长度 大体一致，能很好的匹配。共振式进气管与各气缸单独连 接，可利用进气气流的脉动效应以增强进气效果。进气效 果的强弱取决于进气管长度，直径和内燃机转速。带谐振腔的进气管如图 5 - 2c所示，有一个容积较大 的谐振腔和无需过长的进气管，就可得到较低的谐振频 率。它与共振式进气管的区别在于其谐振频率不必与进气 冲程频率一样（或整数倍），但与谐振腔相连的各个短的进 气管间的进气间隔必须相等。改变谐振腔的容积，可调节 内燃机的最大扭矩和相应的转速， 但不可能在内燃机整

7、个 转速范围内增加扭矩。带谐振腔的进气管还能降低进气噪 声。排气消声器1 .组成；排气系统常由排气歧管、排气总管、催化反响器、排气 消声器、排气尾管等组成。E85-4轿车用排气疽声髀前消課器I谐熊誰WMKto中游声it 谐按器与吸收加理+ （C岳洎声卷谐摄器原理后澗声刹】吸收珈薛，1前带气管図接灯*沪*1»潸声器泊醐雀搖管皿一中消声胖； 5時连按昏旷-后梢声器M議骨1 穿孔管用一啜声创斜（H菱眾妍僵尔長（HfimhMz）谐麻器i佛芫谑槪器hll -壓戢扎订2支特里ewnuii）和骨目前在轿车上流行的排气消声器（图54）由前消声器2, 中消声器4和后消声器6以及连接收等组成，并焊接 成

8、一个整体，以保持消声器的巩固性。2 .消音器原理:前消声器采用谐振原理（图5 -4a）.由三个大小不同的 谐振室，彼此由穿孔管8贯穿。穿孔管、隔板和断面的突 变是谐振室内的根本声学元件，它们作为声源的发射 体.彼此间利用声波的相互干预和在谐振室内传播的声波又向这些声源反射，从而到达消声的效果。谐振器对抑制 低频声波特别有效。中消声器采用谐振器和吸声原理（图5 -4b）。两室之间为突然膨胀，从反射孔流出的气体再在 穿孔管中折返后排出。采用吸声原理的后消声器（图54c），在穿孔管外面装填了吸声材料。轿车和载货汽车排 气消声器的总容积分别相当于内燃机排量的410倍和38倍内燃机排量和排气消声器型式而

9、不同。排气的净化装置1.排气系统中的主要有害物质：汽车的排放有害物质主要是、。在有害物中，从发动 机排气管排出的废气中有（约占总量的55%）、等。从曲 轴箱的窜气中有（约占25%），从油箱和化油浮子室蒸发的 （约占20%）。主要采用机内净化处理和机外净化两种方法处理。机内净化处理方法主要是从改善燃料的雾化、蒸发、混合及分配以改善燃烧层进气稀薄燃烧等。机外净化采用催化反响器净化排放有害物，催化反响 器是采用面容比很大的载体外表上的催化剂作为触媒介 质，像滤清器那样通过排气将有害成分、和x进展反响而转化为无害的2、H2O的一种净化器装置。3. 排气催化反响器的种类：排气催化反响器可分为两种，即复原

10、型催化反响器和 氧化型催化反响器。催化反废器分为濒粘型的触媒反响器和锭钵型的触媒 反响器（图6 33）。它们是在氧化铝的颗粒（多孔件）外表 镀上铂、铑等催化剂或者在格状的氧化铝上镀上催化剂 （整体型）。1主陽制料总芫山蚌量界Htfl祐男恰"恆建罰沖帆化和屈阮划嫌川MKH岭昭订弘带呛隔费4。催化器的材料：国外所使用的催化剂均系贵重金届，净化率高，寿命 长但本钱高。因此 一般使用在对排放控制很严的国家。 通常在排气温度为150oC时催化剂便起作用。假设温度过 高就会影响净化器的寿命和效果。因此，在反响器中部装 有温度传感器，当温度到达危险温度时（930 oC）可发出报警信号并使旁通阀自动

11、开启，使高温度气体经催化反响器而直接流入排气消声器。国内以陶瓷（多孔）作骨架，用氧化铝溶胶浸泡在骨架 上经烧结而成，以稀土金属作催化剂的净化装置。其净化 率达80%90%，寿命达50000以上。催化反响器要使用 无铅汽油.因排气中的铅化物会堵塞载体和覆盖催化剂外 表而使活性下降。5. 废气再循环装置作用：废气再循环装置主要用于净化，是利用废气中的 局部（5 %20%）再引入进气管到气缸。由于废气中含有 H2O 2，使混合气热容量提高，从而使燃烧最高温度下降， 排出浓度减少。一般当a= 1左右，废气循环量为20%时，可下降60% 70%,但油耗增加3%。一般再循环废气量不应越过 20%, 这种方

12、法在美国使用较多。废组成：气再循环系统装置由阀、调制阀、延迟阀、三向螺线 管等组成，如图5-6所示。它是利用水温传感器感知进 气管或散热器水温来控制三向螺线管通电的开、闭，以控 制负压通路。当进气管水温在 68oC以上和散热器的水温在 17oC以 上时，螺线管的通电关闭，节气门上的负压通道开通，然 后再由调制阀来控制阀。如图 5- 7所示。当排气管背压 P增加或通向调制阀的.2管的负压作用时，空气（新气） 泄漏通道被关闭，负压仅通过.1管进入，.3管流出，再 通过延迟阀使负压平滑，最后作用于阀的膜片上面的空 间，当此负压克制弹簧的压力时.阀开启、废气便从排气 管，通过开启的阀开启进入进气管。当

13、阀开启时.假设P'变小（小负荷、低速、怠速等）， 这时空气泄漏阀开启，从管来的负压由于泄漏到大气中，这时阀关闭，停顿工作。总之，它是通过排压来控制与吸 气空气量成比例的阀。廣杠 El；只 iff (stMAZDA)酣EG我煙制理6。曲轴箱通风：目前，多用闭式曲轴箱强制通风装置防止窜气，简称 装置，如图5-8所示。新鲜空气自空气滤清器 1经管C和闭 式通气口 6进入曲轴箱和窜气混合，从气缸盖罩通入管4, 由计量阀3计量后，被吸入进气管。因此有适量的窜气在 气缸内再次燃烧。计量阀可随发动机运转状况自动调节吸 入气缸的窜气量，其构造和原理，如图5-9所示。在低速或小负荷时，窜气量少，此时，由

14、于进气管真空度较高， 阀门被吸向右方(图5 9a)，气流通路关小，吸入气缸的 窜气量较少。在加速或大负荷时，窜气量增多，此时进气 管真空度变低，计量阀的气流通路开大 （图5 9b），因而 有较多的窜气量进入气缸再燃烧。在图58所示的闭式通风系统中，当发动机高速大负 荷运转时，一旦窜气量过多而不能完全被吸尽时，窜气会 从曲轴箱经闭式通气口倒流入空气滤清器，经过化油器2被吸入进气管。装置可将窜入曲轴箱内的完全处理干净， 现已得到广泛应用。7 .油箱汽油蒸发气的排出控制装油箱汽油蒸发气的排出控制装置是将油箱蒸发的气体 通过装满活性碳的容器碳罐贮藏 （吸附）起来，然后再 导入进气系统并参加燃烧、防止排

15、入大气污染环境，如图 5 10所示。在燃油箱内产生的蒸气将燃油关断阀的主浮动阀推 上，阀关闭。当阀关闭那么液体局部被遮挡。蒸气局部推 开副浮动阀，假设蒸气压力超过倾斜阀内的双向阀的设定 压力时，双向阀开通.蒸气流向贮藏容器内贮存。贮藏容器的蒸气在低温时，包括发动机起动时，怠速 时，仍向容器中贮存，当发动机低速运转时，根据的信号， 循环控制阀（容器去除控制螺线阀）。使容器内蒸气导入节 气门下方进气管，进人燃烧室参加燃烧。其中，阀的循环 控制，是根据在中的存储的程序进展控制的.因此能正确的进展去除蒸气的控制国旷10辔疽董 AF岀威时装輩】別剧川应曲单问闽山驭就惮祥M-世牝出二胡遵艸用空咒匕口氏碗皿

16、孑吒门沾耗制那压 混合气的预热装置为促进混合气中燃油颗粒的蒸发，并防止油气在进气 管壁凝结，常利用排气管中高温废气的热量对进气管入口 处的可燃混合气进展预热。汽油发动机进、排气管铸在一 起，是依靠废气直接对进气管壁进展预热的，其预热作用 不能调节。进气电加热器受安装于水套回流出口处的热酸开关和 进气预热继电器控制，当发动机出水温度低于 65 C时，热 敏开关闭合，进气预热继电器工作。刚开场，电加热器电 阻较小.瞬时加热电流很大，温度迅速升高，1左右即达6080C, 3内即可到达175C，提高了进气温度，确保发 动机起动顺利。随着进气电加热器温度升高，电阻阻值迅 速增大，电流趋于零，电加热器温度

17、不再升高。待发动机 冷却水温到达65C以上.热敏开关将电路断开。上海桑塔纳型发动机在化油器下面进气歧管内设有冷 却水道。在缸盖安装进排气歧管的平面上，有一斜孔通缸盖水套，在进气歧管上，有一水道与化油器下方混合室周 围水套相通。随发动机温度升高，热的冷却液流经化油器 底座下进气歧管内的水套， 对吸入气缸的可燃混合气进展 预热，促进汽油蒸发、提高油气混合均匀性。1。发动机增压的优点：降低油耗提高功率降低排放本2 .增压技术：内燃机的功率与转化燃料热能的多少，与供入气缸内 的空气（或混合气）的数量成正比。在气缸容积和内燃机转 速不变条件下，供入气缸内的空气（或混合气）的数量与空 气密度成正比。因此，

18、可对进入气缸前的空气进展预压缩 来提高内燃机的功率。但凡能将内燃机进气的空气密度提 高到高于周围环境的空气密度的一切方法，统称为“增 压。实现增压的装置称为压气机或增压器。3 .增压的类型有不同的分类方法按实现增压所提供的能量，可分机械增压、废气涡轮增压和气波增压三种根本 类型。机械增压是利用内燃机的一局部机械功驱动压气机。废气涡轮增压是利用内燃机的一局部排气能量驱动增压器。废气涡轮增压器与内燃机只有流体联系。气波增压那么是根据压力波的气动原理，利用废气能 量直接压缩空气。由内燃机皮带驱动的增压器转子只是控 制并维持气波增压过程。它与内燃机的传动比是不变的。一. 机械增压机械增压装置由曲轴驱动

19、的压气机 1和相应的传动箱2 组成，如图5- 13所示。机械增压压力越高，压气机消耗 功率越大。轿车用的机械增压内燃机，驱动压气机消耗功 率1015,为保证内燃机机械效率.增压压力不能过高。1 5-13机械增压简图i-离心式压气机i 2-传动箱3-发动机机械增压所用的压气机除离心式压气机外，在车用内 燃机还常用罗茨式（-）、螺杆式和转子活塞式等多种容积 式压气机。罗茨式压气机的主要工作部件是装在两极平行轴上的 两个转子，如图5 - 14所示。它们彼此不接触，与外体也 有间隙(o . 25. 5)。两个转子由一对齿轮同步转动。工作 时，转子凹面与外体间的空气由进气口移向出气口。转子 有两叶和三叶

20、的，其中又分直线型和螺旋型。两叶转子每 旋转一周产生四次供气，三叶转子那么为六次供气，罗茨 式压气机构造简单、工作可靠，寿命长。在小气量时增压 空气压力不下降，没有不稳定工作区。供气量与转速成线 性关系。压力增加比(压比)可到达1. &机械增压构造紧 凑，和内燃机容易匹配，内燃机的加速性好， 但传动复杂， 油耗高。二. 气波增压气波增压不同于废气涡轮增压、机械增压。它是利 用气体质点和压力波以及压力波的反射特性，使排气和进气之间进展直接的能量交换，以增大进气的密度。气波增 压器由转子、外体和前、后端盖等组成如图5 - 15。在转子上装有纵向叶片，两个叶片间形成梯形截面通道。转子 两端有

21、空气室和排气室，并通过端盖形成专门的定时窗 口。图“诋气波増压器简图1活塞必一转子诃一传动皮带M務压废气进口为一高压空气出口注一低压空气进口 f7低压废气出口口空气沿管路进入气缸。而通道中的废气在能量转换及 膨胀后，压力下降，这时，正好转了转到与排气口接通， 低压的废气排出。膨胀波立即涉及转子通道，形成一定负 压，并吸入新鲜空气。如此不断循环，完成进、排气的能 量交换。在转子通道内，废气与空气直接接触，压力波以音速 的速度传播，它是废气温度的函数，所以它比空气流动速 度快得多，空气被压缩。气波增压器转子内气体的能量交 换是以压力波（音速）的形式进展，它对内燃机工况反响迅 速，使气波增压内燃机的

22、加速性好。低速时空气的压缩程 度高，所以扭矩特性也好，能满足车辆的动力性要求。通 道内交替通过废气和新鲜空气，工作温度不太高，不需采 用耐热材料，不需冷却。但体积大，噪声大，安装位置受 到一定限制。三. 废气涡轮增压和增压器的冷却1废气涡轮增压器工作原理废气涡轮增压器工作原理如图5- 16所示。柴油机排出的具有8001000 K高温和一定压力的废气，经排气管1 进入涡轮壳4里的喷嘴环2。由于喷嘴环的通过面积是逐 渐收缩，因而废气的压力和温度下降，速度被提高，使其 动能增加。这股高速废气流，按一定的方向冲击涡轮3,使其高速旋转。废气的压力、温度和速度越高，祸轮转得 就越快，通过涡轮的废气最后排人

23、大气。因涡轮3和离心式压气机叶轮8固装在同一转于轴5, 所以两者同步旋转。这样，就将经过空气滤清器的空气吸 人压气机壳，高速旋转的压气机叶轮把空气甩向叶轮的外 缘，使其速度和压力增加，并进入扩压器7。扩压器的形状做成进口小出口大，因此气流的流速下降、压力升高， 这些压缩的空气经进气管 10进入气缸。图5-16废弋网轮增压器工作原理示竜图L排气;2轮詁-湛轮亮匚5-转子細俺-轴礙讦-扩压2SiP压气机叶«；9 ffi气机養JO-进吒管2.涡轮增压器概念：涡轮增压器是利用内燃机排出的局部废气能量，通过涡轮，驱动压气机，使空气增压的一个装置。构造：废气涡轮增压器图 5 17由压气机（包括压

24、 气机叶轮12、压气机蜗壳等、涡轮（包括涡轮叶轮5、 涡轮蜗壳2等）和中间体3三局部。中间体内有轴承4,以 支承转子总成（压气机叶轮、涡轮叶轮和轴等），还有密封、 润滑油路和冷却腔等。图5一 If盛气稠轮增墮器】亠用弋魏堆麻詔-询鸵第之注一中卿评M哥动袖承训一曙世叶耙靑一1聽*UT*甘柚板卜 ltft«*ittMBfpio痺tf环|江压利貳£帕1甘-压吒構卅驼*叶片形状压气机叶轮的叶片形状图 518有前弯叶片、径向 叶片和后弯叶片。前弯叶片压比高，后弯叶片效率高，径 向叶片强度高。叶轮常用铝合金精细铸造。叶轮通道不需 加工。图”餾压弐机叶轮的叶片形人 蘭咛吟片k町民网叶片K

25、笳后夸吋片*特点：车用涡轮增压器广泛使用径流式涡轮 （图519），废气 从涡轮叶轮外缘径向流入涡轮，轴向流出。因此，也称径 流内心式涡轮。在小流量工作条件下，径流式涡轮效率高， 构造简单，可精细铸造，转动惯量小.适于变工况工作。涡轮叶轮、压气机叶轮、锁紧螺母及密封套等零件装 在一根轴上构成涡轮增压器的转子。涡轮叶轮和压气机叶 轮广泛采用背对背、轴承内置构造 （图517）。这种构造 不影响压气机进口和涡轮出口的流道，气流通畅。涡轮的 高温对压气机影响小，平衡性好。涡轮叶轮加工后，用氩 弧焊、摩擦焊、电子束焊等方法与轴焊接成一体，再最后 加工、动平衡。转子的动平衡精度和轴承的构造是车用小 型高速度

26、气涡轮增压器可靠性的关键。浮动轴承的工作原理：浮动轴承内、外间隙对轴承工作性能影响很大。一般 内间隙为0. 05左右，外间隙为0. 1左右，外间隙约为 内间隙的2倍。浮动轴承的壁厚约 34. 5。浮动轴承分整体式和分开式两种。整体式浮动轴承是 增压器的转子间只用一个轴承。其构造简单，零件少，止 推轴承大为简化。但工艺要求高，旋转惯性大。分开式浮 动轴承是在转子内侧的两边各放一个轴承。其尺寸小，旋转惯性小，加工简单，在小型增压器上应用较多世瞇轴瞪頁需 3-卡乐止掏乞5-皤為L垫氐漏气会降低涡轮增压器效率，而且高温燃气窜入轴承 后.使其工作温度上升，引起机油结胶或烧毁轴承。漏油 会堵塞与污染压气机及通往内燃机的进气管和附件。为阻止机油窜入涡轮和压气机的气体流通局部以及高压空气 和高温燃气窜入润滑油道内，在中间体内设有既能封油， 又能封气的密封装置。现代涡轮增压器多采用活塞环密 封，活塞环分别装在涡轮和压气机端的密封环槽中，如图