第5讲 发动机的进、排气系统

第5章发动机的进、排气系统学习目标：1.了解进、排气系统功用；2.掌握轿车空气滤清器、消声器的结构特点；3.理解曲轴箱强制通风的工作原理，废气再循环装置（EGR）的工作过程；4.了解机外净化采用催化反应器净化原理；5.理解废气涡轮增压的工作原理；6.掌握涡轮增压器的结构；7.了解气波增压、机械增压的工作特点；8.了解带放气阀的涡轮增压系统的调整过程。5.1概述

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放到大气中，保证内燃机连续运转的装置。基本装置由空气滤清器、进气管、排气管和排气消声器等组成。现代车用内燃机除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机外净化的附件与装置，并且广泛地采用了增压技术。5.2进、排气系统5.2.1进气系统部件功用：滤去空气中的尘埃和杂质；抑制进气噪声；对于汽油机，还可防止回火时火焰外扩。滤清方式：惯性式、油浴式、过滤式1.空气滤清器2.进气管结构形式分为：简单进气管、共振式进气管、带谐振腔的进气管5.2.2排气消声器排气消声器的作用是抑制发动机的排气噪声，消除废气中的火焰和火星。消声器的基本原理是：消耗废气流的能量，平衡气流的压力波动，有吸收式和反射式两种基本消声方式。在吸收式消声器上，通过废气在玻璃纤维、钢纤维和石棉等吸音材料上的摩擦而减小其能量。反射式消声器则由多个串联的谐振腔与不同长度的多孔反射管相互连接在一起，废气在其中经多次反射、碰撞、膨胀、冷却而降低其压力，减轻了振动。目前在汽车上实际使用的消声器多数是综合利用不同的消声原理组合而成的。轿车上流行的排气消声器由前消声器，中消声器和后消声器以及连接管等组成，并焊接成一个整体。5.2.3排气的净化装置三元催化与空燃比反馈系统三元催化转换器TWC三元催化转换器也称为触媒转换器，简称触媒。功能：利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体CO、HC和NOX变成无害气体。构造：安装在排气消声器前面，由转换芯子和外壳等构成。转换芯子常用蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，在陶瓷载体上浸渍铂（或钯）与铑贵重金属的混合物作为催化剂。

NOX是空气中的氮气与氧气在高温、高压条件下形成的，发动机排出的NOX量主要与气缸内的最高温度有关，气缸内最高温度越高，排出的NOX量越多。EGR控制系统的功能：将适量的废气(5％～20％)引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少NOX的排放量。为了保证发动机正常工作和性能不受过多影响，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。EGR率＝EGR量／（吸入空气量＋EGR量）×100％类型：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。废气再循环装置（EGR）由负荷控制的EGR系统由水温和负荷控制的EGR系统不采用ECU控制的开环EGR系统控制方式：ECU→EGR电磁阀→真空→EGR阀→部分废气进入进气歧管ECU控制的开环控制EGR系统组成：EGR阀、EGR电磁阀等ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制EGR电磁阀的通电或断电。ECU控制的开环控制EGR系统工作过程用EGR阀开度作为反馈信号

EGR阀开度传感器工作原理与电位计式节气门位置传感器相同闭环控制EGR系统检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号来控制EGR系统，这种控制精度更高。汽油机废气再循环（EGR）系统

柴油机废气再循环（EGR）系统强制式曲轴箱通风（PCV）系统汽油蒸汽排放(EVAP)控制系统功能：收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸汽，并将汽油蒸汽导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。同时，还必须根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸汽量。为了控制燃油箱逸出的燃油蒸汽，电控发动机普遍采用了碳罐，油箱中的燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中的活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中的真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元根据发动机的工况通过电磁阀控制真空度的通或断达到燃油蒸汽的控制。采用燃油蒸汽的控制可减少大气中的HC和节约燃料。机械式EVAP控制系统电控EVAP控制系统典型布置控制方式：1、ECU→清污电磁阀→真空→真空控制阀→进气歧管吸入燃油蒸汽

2、ECU→清污电磁阀→进气歧管吸入燃油蒸汽电控EVAP控制系统工作过程韩国现代轿车EVAP系统在部分电控EVAP控制系统中，活性碳罐上不设真空控制阀，而将受ECU控制的电磁阀直接装在活性碳罐与进气管之间的吸气管中。控制方式：ECU→清污电磁阀→进气歧管吸入燃油蒸汽柴油机后处理装置5.2.4混合气的预热装置为促进混合气中燃油颗粒的蒸发，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行预热。汽油发动机进、排气管同体铸造，依靠废气直接对进气管壁进行预热，预热作用不可调节。

现代轿车发动机进气系统采用恒温进气装置。例如：教材p98页图5－10中介绍的上海桑塔纳JV型发动机进气温控装置。下面再介绍－－夏利发动机恒温进气系统结构：1-温控开关;2-真空驱动装置;3-调节阀;4-热空气软管;5-排气管罩

恒温进气泵统示意图

工作原理：6-拉秆,7一膜片.8-膜片弹簧.9-温控开关阀,10-温控开关感温元件11-真空软管;l2-空气滤清器滤芯

当进气温度(流经空气滤清器的空气温度)低于30℃时,双金属感温元件l0向上弯曲,阀门9打开真空通道,进气管中的真空度便沿真空软管11作用到膜片7的上方,使膜片7向上拱曲,并压缩膜片弹簧8；同时膜片7通过拉杆6迫使调节阀3回转,从而打开热空气通道、关闭空气滤清器进气逍,经排气管预热的热空气(即排气管与排气管罩间的空气)便沿热空气软管4进入空气滤滑器(见图a)。此时,发动机吸入热空气,以促进进气管中混合气中的汽油蒸发、混合。

然而,在进气温度较高时,若发动机仍吸入热空气,将导致其因进气量减少而功率下降。因此,当进气温度高于30℃时,双金属感温元件l0向下弯曲,阀门9在关闭真空通遣的同时打开温控开关通气孔,使膜片7上方通大气,在膜片弹簧8的作用下,膜片7向下拱曲,并通过拉杆6迫使调节阀3向下翻转,从而关闭热空气通道、打开空气滤清器进气道,发动机便吸入冷空气(见图b)。

5.3发动机的增压系统凡是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，通称为增压。机械增压涡轮增压气波增压凡是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，通称为增压。实现增压的装置称为压气机或增压器。5.3.1机械增压5.3.2气波增压5.3.3废气涡轮增压增压器冷却概念：采用由柴油机排气驱动的涡轮机拖动压气机，使进气压力提高，增加进气量。废气涡轮增压器的基本组成：涡轮、涡轮壳、喷嘴环、转子轴、压气机叶轮、扩压器、压气机壳等。涡轮增压系统的分类1.废气涡轮增压和增压器的工作原理废气涡轮增压器的工作原理：柴油机排出的高温废气进入涡轮壳里的喷嘴环后，由于喷嘴环通道由大到小，废气通过后压力和温度下降而速度提高并按一定方向冲击涡轮，使涡轮高速旋转，压气机叶轮与涡轮同轴，也高速旋转，将滤清后的气体吸入并甩向叶轮外缘，使气体的速度及压力增加，并进入进口小，出口大的扩压器，使速度下降而压力升高，继而进入端面由小到大的环形压气机壳，压力继续升高。2.涡轮增压器结构1-空气入口2-压气机3-空气出口4-V型卡环5-后板6-机油进口7-中间壳8-护板9-涡轮壳10-排气出口11-排气进口12-涡轮13-增压器浮动轴承14-轴承壳15-卡环16-机油出口17-止推盘18-止推环19-油封20-压气机叶轮21-固定螺母22-涡轮及叶轮轴作用：将空气压入气缸，增加充气量和进油量。1.排气涡轮增压器工作原理排气管中冷器压气机壳喷嘴环涡轮转子轴进气管废气经排气管进入涡轮壳的喷嘴环，压力和温度下降，而速度提高，使涡轮高速旋转。涡轮带动压气机叶轮一起旋转。经空气滤清器后的空气进入压气机，被压气机叶轮甩向外缘，使其速度和压力增加，然后经过进口小出口大的扩压器和压气机蜗壳，使气流的流速下降，压力升高。压力升高比k：指压气机的出口与进口压力之比。

增压比升高使空气的温度随之升高，空气密度的增长率会因之下降，并加大了柴油机零件的热负荷。加装中间冷却器：以降低压气机出来的空气温度，使充气密度增大。2.排气涡轮增压器的结构润滑油出口空气入口排气出口润滑油入口转子轴压气机叶轮扩压管压气机壳涡轮壳涡轮推力轴承转子轴密封套三、优点1、在发动机不需要重大变化的情况下，使功率上升20%～50%，高增压超过100%；2、回收一部分废气能量，使发动机的经济性提高3%～