第8章进气和排气系统

第8章进气和排气系统进气系统

8.1排气系统

8.2进气增压系统

8.3进气系统

8.1进气系统

8.1进气系统

8.1进排气系统是在发动机运转时，将空气或可燃混合气送入气缸，又将各气缸燃烧后的废气经消声后排到大气中的装置。为了使发动机正常运转，应尽可能地减少进气和排气的阻力，清洁进入气缸的空气或可燃混合气，减少排气噪声。8.1进气系统进气系统主要由空气滤清器、进气道、节气门和进气歧管组成。8.1.1空气滤清器空气滤清器按结构的不同有湿式空气滤清器和干式空气滤清器等多种类型。1．湿式空气滤清器湿式空气滤清器又称油浴式空气滤清器（见图8-1）。它用金属丝网作滤芯，这种滤清器使用一段时间后，经清洗滤网更换机油后可再次使用，为永久式滤清器。图8-1油浴式空气滤清器1—外壳2—机油盘3、6、7—垫圈4—蝶形螺母5—滤芯8—夹箍9—螺帽10—通气道11—导气管2．干式空气滤清器干式空气滤清器用折叠状的滤纸作滤芯。这种滤清器的滤芯使用久后必须更换。根据车辆的使用条件和车型，一般每行驶20

000～40

000km应更换1次滤芯。干式空气滤清器有多种形式，图8-2所示为应用在中、小型汽车上的干式空气滤清器。图8-2干式空气滤清器图8-3所示为一种应用在大型柴油车上的旋风干式空气滤清器。它依靠滤芯上带有的叶片，使吸入的空气产生涡流；较大的灰尘在离心力作用下落在滤清器的底部橡皮阀上（见图8-3（c）），当发动机运转时，滤清器内产生一定的真空，橡皮阀在真空作用下关闭。当发动机熄火后，真空消失，橡皮阀在自身弹力作用下打开，放出灰尘。图8-3旋风干式空气滤清器1—夹箍2—滤清器盖3—蝶形螺钉4—滤芯5—外壳6—橡皮阀8.1.2进气歧管进气歧管指的是化油器或节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管路。为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内垫应该光滑。图8-4化油器式发动机的进气歧管8.1.3谐振腔和可变进气歧管现代的汽油喷射式发动机还在进气歧管的设计上采用了各种特殊的结构形式，以便充分利用进气歧管内的空气动力效应，进一步提高各种转速工况下的进气量，增加发动机的动力输出，改善其转矩输出特性，降低进气噪声。这些特殊的结构形式包括采用长进气歧管，设置动力腔、谐振腔及采用可变进气歧管。谐振腔是在进气歧管的旁边与进气歧管相通的一个封闭腔体（见图8-5），其作用是降低进气气流的噪声。汽油喷射式发动机在设计时采用长进气歧管，并将进气歧管设计成具有较大的弧度（见图8-5），以充分利用气流的惯性效应，提高充气量。图8-5电控汽油喷射式发动机的进气歧管汽油喷射式发动机常在进气歧管中部设置一个动力腔（见图8-6），以利于进气歧管内压力波的共振，充分利用气流压力波动效应，提高充气效率。图8-6复合塑料进气歧管可变惯性充气系统是在动力腔中设置一个或一组转换阀，该阀门可将动力腔分隔成两个部分。当阀片开启或关闭时，可使动力腔的两个部分相通或隔开，从而改变了动力腔的形状或改变了进气歧管的长度，使进气歧管有两种不同的空气动力效应。ECU依照设定的程序，在发动机不同的转速范围内，让阀片开启或关闭，以使发动机在所有转速范围内都能获得最佳的充气效果。可变进气歧管有各种结构形式，图8-7所示为一种较为简单的可变进气歧管，其工作原理如图8-8所示。图8-7可变进气歧管图8-8可变进气歧管工作原理8.2排气系统排气系统用于收集从每个气缸排出的燃烧后的高温废气，并将其送到汽车尾部排放掉。排气系统由排气歧管、催化转换器、消声器和排气管道等组成。8.2.1排气歧管和排气管1．排气管的布置形式直列型发动机排气系统称作单排气系统，如图8-9所示。图8-9单排气系统排量不大的V型发动机上仍采用单排气系统（见图8-10（a））。大排量（3升以上）V型发动机多采用双排气系统，（见图8-10（b））。图8-10

V型发动机排气系统示意图1—发动机2—排气歧管3—叉形管

4—催化转换器5—排气管6—消声器

7—排气尾管8—连通管2．排气歧管排气歧管与发动机缸盖相连，废气从排气门出来直接进入排气歧管。排气歧管应能承受排气的高温，并能抵抗极大的温差造成的热应力。排气歧管的形状十分重要。为了不使各缸排气相互干扰及不出现排气倒流现象，并尽可能地利用惯性排气，应该将排气歧管做得尽可能长一些，而且各缸排气歧管应该相互独立、长度相等。图8-11所示为几种常见的排气歧管的结构形式。图8-11各种类型的排气歧管8.2.2排气消声器消声器的用途是减少排气脉动，尽可能地降低排气噪声，并降低排气温度。消声器从原理上可分为反射式和吸收式两种形式，如图8-12所示。也可以将吸收式和反射式两种原理同时应用在一个消声器中，制成吸收—反射式消声器，如图8-12（c）所示。图8-12排气消声器的形式8.3进气增压系统8.3.1进气增压系统的功用与类型进气增压就是在进气道中设置1个增压器，将空气或可燃混合气预先进行压缩后，再送入发动机气缸。采用增压系统后，在气缸排量不变的情况下，由于每个循环进入气缸的空气量增加，可以向气缸内提供更多的燃料而获得充分燃烧，从而提高了发动机的输出功率。发动机增压系统有多种类型，如机械驱动式增压、废气涡轮增压等。如图8-13所示。图8-13进气增压系统的形式8.3.2机械增压系统机械增压器的驱动力来自发动机曲轴，一般都是利用曲轴带轮通过传动带驱动。机械增压器有多种类型，常见的有叶片（Vane）式和鲁兹（Roots）式。鲁兹增压器有双叶转子、三叶转子两种形式，图8-14所示。图8-14机械增压器由于机械增压器由曲轴直接带动，所以其在低转速下便可获得增压。增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压发动机的动力输出随着转速的提高而增强，具有线性输出特性。机械增压器优点为体积小、结构简单，无需修改发动机本体，安装容易。而且工作温度介于70℃～100℃，因此对于冷却系统、润滑系统的要求与自然吸气式发动机基本相同，尤其适合发动机的改装。8.3.3废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统由涡轮增压器和限压装置组成（见图8-15）。发动机排气歧管和涡轮机进口连接。图8-15废气涡轮增压系统排出的废气经过涡轮机后进入排气管；废气的压力推动涡轮转动，压气机叶轮与涡轮同轴转动；从空气滤清器进来的空气经空气流量计计量后进入压气机，经压缩后进入进气歧管，以较高的密度充入气缸中。大部分涡轮增压系统都将增压后的空气冷却后再送入气缸，以进一步增大进入气缸的空气密度，提高发动机功率。涡轮增压器（见图8-16）由废气涡轮、压气机两个主要部分，以及支撑、密封、冷却、润滑等装置组成（见图8-17）。涡轮在工作时的转速通常为80～100kr/min，最高可达200kr/min，且在909℃附近的高温下工作。图8-16涡轮增压器图8-17涡轮增压器的构造1—螺母2—压气机叶轮3、12、24—卡环4—密封板

5—O形密封圈6、23—密封环7—套管8—挡油板

9—止推垫圈10—隔圈11—止推轴承13、27—轴承14—压气机壳15—压气机壳固定螺栓16—外壳

17—涡轮轴18—润滑油入口19—卡箍20—防热罩21—涡轮壳22—涡轮转子25—油套26—润滑油出口为了减小运转阻力，支撑装置采用特殊的浮动轴承。（见图8-18）。润滑油由发动机润滑系提供，部分润滑油经油道喷向涡轮室壁面，起冷却作用。密封装置由转子两端的油封组成，防止机油从转子两端漏至发动机进气管或排气管。（见图8-17前密封环6和后密封环23）。图8-18浮动轴承结构限压装置由排气旁通阀和执行器组成，其作用是控制增压压力。当进气歧管的压力达到规定值时，限压装置的膜片室使旁通阀打开，部分废气从旁通