第六章 进排气系统排气净化装置

第六章进排气系统排气净化装置第1页，共72页，2023年，2月20日，星期三主要内容：0、发动机进排气装置一、发动机的进气系统二、发动机的排气系统三、发动机排气净化装置重点：可变进气装置、排气净化装置组成及工作原理。难点：发动机的增压技术。教学目的：掌握进、排气装置的组成及工作原理；了解发动机增压技术。学习目标：第2页，共72页，2023年，2月20日，星期三学习目标1.熟悉进气系统的组成及其各部分的类型、结构、功用和工作原理；2.熟悉排气系统的组成及其各部分的类型、结构、功用和工作原理；3.了解进气增压器的类型及中冷器的作用；4.掌握涡轮增压系统的类型及涡轮增压器的结构和工作原理；5.了解各种排污净化装置的类型、功用、结构和工作原理。返回第3页，共72页，2023年，2月20日，星期三0、发动机进排气装置发动机进排气装置的主要功用是供给发动机可燃混合气或纯净空气，并将发动机燃烧后的废气排至大气。

1、进气装置：进气装置主要包括空气滤清器和进气支管。

2、排气装置：排气装置一般由排气支管、排气管、催化转换器、排气温度传感器、消声器和排气尾管等的组成。

3、进、排气支管的布置：在直列式多缸发动机上，进、排气支管有多种布置方式。第4页，共72页，2023年，2月20日，星期三1—空气滤清器总成2—进气歧管3—排气歧管4—排气管5—消声器总成东风EQ6100-1型发动机进、排气装置第5页，共72页，2023年，2月20日，星期三第6页，共72页，2023年，2月20日，星期三第7页，共72页，2023年，2月20日，星期三返回第8页，共72页，2023年，2月20日，星期三一、发动机进排气系统功用组成

⑴空气滤清器⑵进气支管返回第9页，共72页，2023年，2月20日，星期三1、进气系统的功用尽可能多地尽可能均匀地向各气缸供给空气与燃油的混合气或纯净空气。返回第10页，共72页，2023年，2月20日，星期三⑴空气滤清器功用：滤除空气重的杂质或灰尘消减进气噪声。结构：进气导流管、空气滤消器盖、空气滤清器外壳和滤芯等分类：油浴式、纸滤芯空气和离心式第11页，共72页，2023年，2月20日，星期三①纸滤芯式空气滤清器一般由外壳、盖、滤芯及密封圈等组成。现在多用纸滤芯，如图所示。优点第12页，共72页，2023年，2月20日，星期三该滤清器重量轻、结构简单、安装及保养容易、滤清效率高，但对油类污染十分敏感。纸滤芯经过浸油处理后即成为湿式纸滤芯，其主要优点是使用寿命长、吸附杂质的能力强和滤清效果好，但不能反复使用，需定期更换。1—滤芯2—滤清器外壳3—滤清器盖4—蝶形螺母5—进气导流管6—金属网7—打褶滤纸8—滤芯下密封面9—滤芯上密封面优点：第13页，共72页，2023年，2月20日，星期三②油浴式空气滤清器油浴式空气滤清器用于多尘条件下工作的发动机上，滤芯清洗后可以重复使用。1—空气滤清器外壳2—滤芯3—密封圈4—滤清器盖5—蝶形螺母第14页，共72页，2023年，2月20日，星期三③离心式及复合式空气滤清器离心式空气滤清器多用于大型载货汽车上，在许多自卸车或矿山用汽车上还使用离心式与纸滤芯式相结合的复合式空气滤清器。1—卡簧2—纸滤芯3—滤清器上盖4—蝶形螺母5—密封垫6、9、13—密封圈7—上体8—出气口10—进气口11—旋流管12—下体14—集灰盘15—卡箍16—旋流管螺旋导向面第15页，共72页，2023年，2月20日，星期三油浴式空气滤清器双级空气滤清器第16页，共72页，2023年，2月20日，星期三第17页，共72页，2023年，2月20日，星期三返回第18页，共72页，2023年，2月20日，星期三⑵进气支管①功用：将空气或燃油混合气从化油器或节气门体分配到各缸进气道。②要求：气体流通的长度相等，配气均匀。内壁应该光滑，减小气体流动阻力。③材料：合金铸铁、铝合金以及复合塑料④结构形式：进气支管加热、谐振进气系统、可变进气支管。第19页，共72页，2023年，2月20日，星期三通常用合金铸铁、铝合金或复合塑料制成，用螺栓固装在气缸盖的侧面，当某气缸进气门开启时，进气由总管经过通往该缸的进气歧管和气缸盖上的进气道进入气缸。进气歧管是一个总管和若干歧管构成的整体管件。第20页，共72页，2023年，2月20日，星期三结构：进气支管是指节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管路。进气支管必须将空气与燃油的混合气或纯净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，因此进气支管的长度应尽量相等。各种类型：进气支管加热：节气门体燃油喷射式发动机进气支管的温度很重要，应对进气进行加热。如图所示。采用谐振腔或动力腔的进气装置：可变进气装置：返回第21页，共72页，2023年，2月20日，星期三可保证－30℃顺利起动，当水温达到65℃时，电路被位于水套中的热敏开关断开，停止加热。第22页，共72页，2023年，2月20日，星期三利用发动机排气加热进气支管返回第23页，共72页，2023年，2月20日，星期三谐振进气系统在进气管旁设置与进气管相通的谐振腔。进气谐振增压系统是利用进气流惯性产生的压力波，提高进气压力，增加进气量。增压可以提高发动机的动力性能，降低油耗及排污。1-进气导流管2-副谐振室3-空气滤清器4-空气流量计5-主谐振室6-进气歧管第24页，共72页，2023年，2月20日，星期三工作原理：当进气门迅速关闭时，在进气流的惯性力作用下，气流仍会向气门方向流动，使进气门附近的气体压缩，压力上升，随即被压缩的气体因压力较高而向反方向膨胀流动，当膨胀气体波传到进气管口时，因受到外界大气压的阻挡，被反射回来，如此往复，在进气门和进气管口之间的管道中形成压力波。如果使这个压力波与进气频率（转速）谐调，即可使进气管内的气体产生谐振，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气门处的气压增高，进气增多。谐振压力波的波长与进气管的长度成正比。波长较大的谐振压力波有利于发动机中、低转速区进气增压，反之，则有利于发动机高速范围内的进气增压。第25页，共72页，2023年，2月20日，星期三进气导流管在大型货车、自卸车或矿山车的空气滤清器进气口之前常装有很长的进气导流管，管口沿驾驶室伸至高出，吸取车外密度大、含尘少的空气。增强发动机的谐振进气效果，导流管应具有较大的容积第26页，共72页，2023年，2月20日，星期三第27页，共72页，2023年，2月20日，星期三1—空气滤清器外壳2—空气滤清器盖3—滤芯4—后进气导流管5—前进气导流管6—谐振返回第28页，共72页，2023年，2月20日，星期三动力腔1—空气滤清器2—空气流量计3—进气管4—动力腔返回第29页，共72页，2023年，2月20日，星期三可变进气装置现代轿车发动机上广泛采用可变进气装置、可变排气装置、可变增压装置、可变喷油装置等可变技术，以解决发动机高速时的动力性与中、小负荷时经济性变差及低速时转矩降低的矛盾。其中可变进气装置由于结构简单、效果显著，应用最为广泛。第30页，共72页，2023年，2月20日，星期三可变进气装置除可变配气定时、可变气门定时及升程，以及可变多气门分段工作装置外，还有一种可变进气支管的可变进气装置。可变进气支管主要有以下两种形式：

a.可变长度进气支管：

b.可变双通道进气支管：返回第31页，共72页，2023年，2月20日，星期三a.可变长度进气支管这种可变进气装置能根据发动机转速和负荷的变化而自动改变进气支管的有效长度。1—空气滤清器2—节气门3—转换阀4—转换阀控制机构5—发动机电控单元返回第32页，共72页，2023年，2月20日，星期三工作原理：当发动机中、低速运转时，电脑发出指令，转换阀控制机构关闭转换阀，此时空气沿着左图箭头所示的路径，经过细而长的进气歧管进入气缸，使进气增多；当发动机高转速时，转换阀开启，空气沿右上角图中箭头所示的路径，经过粗而短的进气歧管进入气缸，使进气增多。第33页，共72页，2023年，2月20日，星期三第34页，共72页，2023年，2月20日，星期三b.可变双通道进气支管1—短进气通道2—旋转阀3—长进气通道4—喷油器5—进气道6—进气门返回第35页，共72页，2023年，2月20日，星期三双通道可变进气支管第36页，共72页，2023年，2月20日，星期三二、发动机的排气系统功用和组成单排气系统和双排气系统排气支管消声器返回第37页，共72页，2023年，2月20日，星期三1、排气系统的功用和组成功用：尽可能小的排气阻力和噪声，将缸内废气排入大气中。组成：排气支管、排气管和消声器。排气支管的形状十分重要。为了防止各缸排气相互干扰和排气倒流，并利用排气惯性降低排气阻力，应将排气支管做得长些且各缸支管应相互独立、长度相等。铸铁排气支管(捷达轿车)返回第38页，共72页，2023年，2月20日，星期三2、单排气系统和双排气系统排气系统由排气歧管、三元催化器、消声器和排气管组成，由单排气系统和双排气系统。第39页，共72页，2023年，2月20日，星期三单排气系统返回第40页，共72页，2023年，2月20日，星期三3、排气支管第41页，共72页，2023年，2月20日，星期三返回第42页，共72页，2023年，2月20日，星期三4、排气消声器排气消声器的作用是消减排气噪声和消除废气中的火焰和火星。消声器通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力脉动波来消耗排气能量。消声器有吸收式、干涉式、扩张式和共振式。返回第43页，共72页，2023年，2月20日，星期三三、发动机有害排放物的控制系统1、汽车排污及来源2、有害排放物的危害3、解决排气污染的途径4、净化装置第44页，共72页，2023年，2月20日，星期三1、汽车排污及来源从排气管排出的废气：主要成分是CO(一氧化碳)、HC(碳氢化合物)、NOX。(氮氧化合物)，其它还有SO2(二氧化硫)、铅化合物、炭烟等；窜气：即从活塞与气缸之间的间隙漏出，再自曲轴箱经通气管排出的燃烧气体，其主要成分是HC；从油箱、化油器浮子室以及油泵接头等处蒸发出的汽油蒸汽，成分是HC。第45页，共72页，2023年，2月20日，星期三2、有害排放物的危害CO：无色无臭无味的气体，是燃油的不完全燃烧产物。人吸入后，血液吸收和运送氧的能力降低，导致头晕头痛等症状。NOX：主要是NO和NO2，产生于燃烧室中高温富氧的环境中。空气中NOX体积分数达（10～20）×10-4%可刺激口腔和鼻粘膜、眼角膜等；空气中NOX体积分数超过（10～20）×10-4%时，几分钟可使人出现肺气肿而死亡。

第46页，共72页，2023年，2月20日，星期三有害排放物的危害（续）HC：包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸气。HC对人眼及呼吸系统均有刺激作用，对农作物也有害。微粒：主要指柴油机排气中的碳烟，而汽油机的微不足道。它们往往粘附有SO2等物质，对人和动物的呼吸道极为有害。铅化物：在使用加有四乙铅的汽油时，废气中还含有粉末状的铅化物。如吸到人体内，会影响造血功能，对消化系统和神经系统也有刺激。第47页，共72页，2023年，2月20日，星期三3、解决排气污染的途径（1）研制无污染或低污染动力源。（2）对现有发动机的排污进行净化机内净化——改善可燃混合气的品质和燃烧状况，抑制有害气体的产生，使排气中有害气体成分减至最少。

机外净化——用设置在发动机外部的附加装置使排出的废气净化后再排入大气。

第48页，共72页，2023年，2月20日，星期三4、净化装置排气净化装置主要有催化转换器、废气再循环装置、柴油机微粒过滤器、恒温进气装置、二次空气喷射装置等排气净化装置，有效地降低了污染物的排放。其他装置：

强制式曲轴箱通风系统（PCV）

汽油蒸发控制系统

微粒净化装置返回第49页，共72页，2023年，2月20日，星期三催化转换装置（1）功用·利用催化剂的作用将排气中CO、HC、NOx转换为对人体无害的气体（2）催化转换器类型·氧化催化转换器：将排气中的CO和HC氧化为CO2和H2O，以二次空气作为氧化剂

·三效催化转换器：以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOx还原为氮（N2）和氧O2），而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O（3）催化转换器使用条件·装有催化转换器的发动机只能用无铅汽油

·仅当温度超过了50度时，才起催化反应

·必须供给理论混合比的混合气（左图），催化转换效果最佳

·发动机调节要适当第50页，共72页，2023年，2月20日，星期三催化转换器催化转化器与排气管串联安装。在其用不锈钢制成的密封壳体内装有很多蜂窝状小孔的陶瓷块，在陶瓷块的小孔表面有一层铂、钯或铑的催化剂镀层。当排气由催化转换器的入口进入，与催化剂接触时，催化剂促使排气中的CO、HC和NOx发生化学反应，变为无害气体，然后经催化转换器的出口和排气管排入大气。第51页，共72页，2023年，2月20日，星期三催化转换器催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOX转换成对人体无害气体的一种排气净化装置，又称为催化净化转换器。①催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器两种类型。②催化转换器有两种结构形式：颗粒型和整体型，如图所示。③催化转换器的使用条件：第52页，共72页，2023年，2月20日，星期三氧化催化转换器氧化催化转换器在金属铂、钯或铑等催化剂的作用下，可将排气中的CO和HC氧化成C02和H20，因此这种催化转换器也称做二元催化转换器。使用时须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂，才能使其有效地工作。第53页，共72页，2023年，2月20日，星期三三元催化转换器三元催化转换器可同时减少CO、HC和NOX的排放，它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOX还原为氮(N2)和氧(02)，而CO和HC在还原反应中被氧化为C02和H20。当同时采用两种转换器时，常把两者放在同一个转换器壳内，且把三元催化转换器置于氧化催化转换器前面。排气经过三元催化转换器之后，部分未被氧化的CO和HC继续在氧化催化转换器中进行氧化反应。第54页，共72页，2023年，2月20日，星期三催化转换器结构a)颗粒型催化转换器(凯迪拉克)b)整体型催化转换器(克莱斯勒)1—陶瓷小球保持架2—内壳3—隔热层4—外壳5—填料孔螺塞6—陶瓷小球7—分流器8—金属网9—带蜂窝状小孔的陶瓷块第55页，共72页，2023年，2月20日，星期三排气再循环系统（EGR）（1）功用把排出的废气回送到进气管，与新鲜混合气一起再次进入气缸，减少了NOx的生成量（2）使用条件NOx是在燃烧室的高温、富氧条件下生成的。暖机期间或怠速时：NOX生成量不多，为保证运转稳定性，不进行EGR。全负荷或高转速下工作时：为使有足够的动力性，不进行EGR。（3）采用EGR装置降低NOx排放量的基本原理是：将排气管中少量排气引入进气管，与新鲜空气混合后送入气缸，使最高燃烧温度降低，从而减少NOx以的生成。第56页，共72页，2023年，2月20日，星期三第57页，共72页，2023年，2月20日，星期三结构组成及工作原理1-电控单元2-EGR阀3-真空电磁阀(VSV)4-三元催化器5-氧传感器6-水温传感器第58页，共72页，2023年，2月20日，星期三安装在稳压箱上EGR率传感器将其检测到的EGR率信号反馈给电脑，电脑据此发出控制指令，调整安装在管路中的EGR控制阀开度，以此控制EGR率，使其在发动机的各种工况下始终保持最佳值。第59页，共72页，2023年，2月20日，星期三柴油机微粒过滤器微粒是柴油机排放的主要污染物，对其净化通常采用过滤的方法。1—排气支管2—燃油3—电热塞4—滤芯5—燃烧器6—喷油器第60页，共72页，2023年，2月20日，星期三二次空气喷射系统功用：利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排气道或催化转换器，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为CO2和H2O第61页，共72页，2023年，2月20日，星期三工作原理·当发动机起动之后，电脑不使旁通线圈和分流线圈通电，于是这两个线圈同时把通向旁通阀和分流阀的真空隔断，这时空气泵送出的空气经旁通阀进入大气。这种状态称为起动工作状态，其持续时间的长短决定于发动机的温度。如果发动机温度很低，起动工作状态将持续较长时间。发动机在预热期间，电脑同时使旁通线圈和分流线圈通电。这时进气管真空度分别经旁通线圈和分流线圈传送到旁通阀和分流阀。空气泵送出的空气此时经旁通阀流入分流阀，再由分流阀流入空气分配管，最后由空气喷管喷入排气道。当发动机在正常的冷却液温度下工作时，电脑只使旁通线圈通电而不使分流线圈通电，通向分流阀的真空度被分流线圈隔断。这时，空气泵送出的空气经旁通阀进入分流阀，再经分流阀进入氧化催化转换器。第62页，共72页，2023年，2月20日，星期三强制式曲轴箱通风系统（PCV）功用：防止曲轴箱气体排放到大气中。第63页，共72页，2023年，2月20日，星期三结构组成1—空气滤清器2—空气软管3—新鲜空气4—曲轴箱气体5—气缸盖罩6—PCV阀7—曲轴箱气体软管第64页，共72页，2023年，2月20日，星期三（2）工作过程·当发动机工作时，进气管真空度作用到PCV阀，此真空度还吸引新鲜空气经空气滤清器、滤网、空气软管进入气缸盖罩内，再由气缸盖和机体上的孔道进入曲轴箱。在曲轴箱内，新鲜空气与曲轴箱气体混合并经气一液分离器、PCV阀和曲轴箱气体软管进入进气管，最后经进气门进入燃烧室烧掉。被气一液分离器分离出来的液体返回曲轴箱第65页，共72页，2023年，2月20日，星期三强制式曲轴箱通风装置强制式曲轴箱通风系统是利用进气管的真空吸力，形成循环气流，将曲轴箱内气体不断吸入进气歧管的一种装置。汽油箱和化油器浮子室中的汽油随时都在汽化蒸发，若不加以控制或回收，则当发动机停机时，汽油蒸气将逸入大气，造成环境污染。汽油蒸发控制系统的功用就是将这些汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸燃烧，消除HC从汽油箱和化油器浮子室向大气