進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置.ppt

第六章 進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,第六章 進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,第一節(jié) 進(jìn)氣系統(tǒng),組成 、空氣濾清器 、進(jìn)氣歧管 、進(jìn)氣預(yù)熱裝置（化油器式和節(jié)氣門(mén)體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)） D、諧振器（增進(jìn)進(jìn)氣效果） F、空氣計(jì)量裝置（汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)）,作用： 盡可能多和盡可能均勻地向各氣缸供給可燃混合氣或純凈的空氣。,第六章 進(jìn)排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,一、空氣濾清器,作用： 濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。也有消減進(jìn)氣噪聲的作用。,（一）油浴式空氣濾清器,優(yōu)點(diǎn)： 95%97% 濾芯清洗后可重復(fù)使用。濾芯多用金屬絲制成,應(yīng)用：多用于多塵條件下工作 的發(fā)動(dòng)機(jī)上，如越野車(chē),油浴式空氣濾清器,（二）紙濾芯空氣濾清器,類(lèi) 型,濕式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量輕、成本低、濾清效果好。,干式紙濾芯可反復(fù)使用，應(yīng)用廣泛,濕式紙濾芯使用壽命長(zhǎng)、吸附雜質(zhì)的能力強(qiáng)，濾清效果好。但不能反復(fù)使用，需定期更換。,干式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,（三）離心式及復(fù)合式空氣濾清器,雙級(jí)復(fù)合式空氣濾清器,應(yīng)用： 多用于大型載貨汽車(chē)上,二、進(jìn)氣歧管,（一）作用： 將空氣燃油混合氣（化油器式或節(jié)氣門(mén)體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)）或潔凈空氣（氣道燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)或柴油機(jī)）分配給各缸進(jìn)氣道。,（二）材料： 合金鑄鐵或鋁合金、復(fù)合塑料。,紅旗7220型發(fā)動(dòng)機(jī)（化油器型）,進(jìn)氣歧管,紅旗7220E型發(fā)動(dòng)機(jī)（電噴型）,進(jìn)氣歧管,BJ492Q型發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)熱裝置,化油器式或節(jié)氣門(mén)體汽油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)： 利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或循環(huán)冷卻液加熱進(jìn)氣歧管,（三）進(jìn)氣歧管加熱,（四）諧振進(jìn)氣系統(tǒng),由于進(jìn)氣過(guò)程具有間歇性和周期性，致使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當(dāng)?shù)芈曀僭谶M(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。如果利用一定長(zhǎng)度和直徑的進(jìn)氣歧管與一定容積的諧振室組成諧振進(jìn)氣系統(tǒng)，并使其自振頻率與進(jìn)氣的進(jìn)氣周期調(diào)諧，那么在特定的轉(zhuǎn)速下，在進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉前，進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進(jìn)氣歧管的壓力增高，從而增加進(jìn)氣量。這種效應(yīng)稱(chēng)作進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)。,優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有運(yùn)動(dòng)件，工作可靠，成本低。,缺點(diǎn)：只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。,（四）諧振進(jìn)氣系統(tǒng),為了增強(qiáng)諧振進(jìn)氣效果，空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管需要有較大的容積。但是導(dǎo)流管不能太粗，以保證空氣在導(dǎo)流管內(nèi)有一定的流速，因此，進(jìn)氣導(dǎo)流管只能做得很長(zhǎng)。較長(zhǎng)的進(jìn)氣導(dǎo)流管有利于實(shí)現(xiàn)從車(chē)外吸氣。因?yàn)檐?chē)外空氣溫度一般比發(fā)動(dòng)機(jī)罩下的溫度約低30，所以從車(chē)外吸入的空氣密度可增加10%左右，燃油消耗率可降低3%。,（四）諧振進(jìn)氣系統(tǒng),空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管,為了充分利用進(jìn)氣波動(dòng)效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動(dòng)機(jī)在高、低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)進(jìn)氣速度的差別，達(dá)到改善發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性特別是改善中、低速和中、小負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的目的，要求發(fā)動(dòng)機(jī)在高轉(zhuǎn)速、大負(fù)荷時(shí)裝粗短的進(jìn)氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負(fù)荷時(shí)配細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管，故設(shè)可變進(jìn)氣歧管。,可變進(jìn)氣歧管在所有轉(zhuǎn)速下，都可使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩平均提高8%。,（五）可變進(jìn)氣歧管,發(fā)動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制裝置指令轉(zhuǎn)換閥控制機(jī)構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥，這時(shí)空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門(mén)沿著彎曲而又細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管流進(jìn)氣缸。,細(xì)長(zhǎng)的進(jìn)氣歧管提高了進(jìn)氣速度，增強(qiáng)了進(jìn)氣慣性，使進(jìn)氣量增多。,可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管,發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)換閥開(kāi)啟，空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門(mén)直接進(jìn)入粗短的進(jìn)氣歧管。,粗短的進(jìn)氣歧管進(jìn)氣阻力小，也使進(jìn)氣量增多。,可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管不僅可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，還由于它提高了發(fā)動(dòng)機(jī)在中、低轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣速度而增強(qiáng)了氣缸內(nèi)的氣流強(qiáng)度，從而改善了燃燒過(guò)程，使發(fā)動(dòng)機(jī)中、低速的燃油經(jīng)濟(jì)性有所提高。,可變長(zhǎng)度進(jìn)氣歧管,發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，長(zhǎng)進(jìn)氣通道短路，空氣同時(shí)經(jīng)兩個(gè)短進(jìn)氣通道進(jìn)入氣缸。,發(fā)動(dòng)機(jī)中、低速時(shí)，長(zhǎng)進(jìn)氣通道起作用；,雙通道可變進(jìn)氣歧管,第二節(jié) 排氣系統(tǒng),一、單排氣系統(tǒng)及雙排氣系統(tǒng),單排氣系統(tǒng)的組成,V型發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)示意圖,雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更為順暢，氣缸中殘余的廢氣更少，可以充入更多的氣體，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)的有所提高。,材料： 排氣歧管一般由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，不銹鋼愈來(lái)愈多。,二、排氣歧管,三、排氣消聲器,功用：消減排氣噪音。消聲器通過(guò)逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動(dòng)，使排氣能量耗散殆盡。,原理： 1)多次地變動(dòng)氣流方向； 2)重復(fù)地使氣流通過(guò)收縮而又?jǐn)U大的斷面； 3)將氣流分割為很多小的支流并沿著不平滑的平面流動(dòng)； 4)將氣流冷卻。,三、排氣消聲器,吸收式 干涉式 擴(kuò)張式 共振式,結(jié)構(gòu)形式,排氣消聲器,汽 車(chē) 公 害,1.排放污染,2.噪聲,3.電波干擾,排氣污染,汽油蒸發(fā)污染,曲軸箱通風(fēng)污染,發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲,消聲器噪聲,輪胎噪聲,一、汽車(chē)排污的來(lái)源,第三節(jié) 排氣凈化裝置,CO2、H2O、,O2、N2、,CO、HC、NOX、SO2 、炭煙,二、汽車(chē)排污的主要成分,一氧化碳（CO）,CO主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸中的混合氣燃燒時(shí)缺少氧氣，進(jìn)行不完全燃燒而形成的。,CO是一種無(wú)色無(wú)味的窒息性有害氣體，吸入人體后，會(huì)使心臟、頭腦等重要器官嚴(yán)重缺氧，引起頭暈、頭痛、惡心等癥狀，輕度是使中樞神經(jīng)受損，慢性中毒，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使心血管工作困難，甚至死亡。,氮氧化合物（NOx）,NOx是由于燃燒高溫使混合氣中的氮?dú)庋趸傻牡趸衔铮a(chǎn)生于燃燒室內(nèi)高溫富氧的環(huán)境中。其中主要是NO，約占95%，還有少量的NO2等。,NO只有輕度的刺激性，毒性并不大，但NO可被氧化成NO2，NO2是一種棕紅色的強(qiáng)刺激性有毒氣體，對(duì)人體的心臟、肝、腎都有影響。另外NO2也是地面附近大氣中形成臭氧和酸雨的主要因素。,碳?xì)浠铮℉C）,HC的來(lái)源有三個(gè)：排氣、蒸發(fā)和曲軸箱竄氣。其中排氣中的HC主要是由于混合氣不完全燃燒、缸壁淬冷、進(jìn)排氣門(mén)開(kāi)啟重疊期間新鮮混合氣的泄漏等形成的，約占55%。HC由油箱及供油系統(tǒng)等處蒸發(fā)的占20%，由曲軸箱竄氣形成的占25%。,HC對(duì)眼睛、呼吸道和皮膚有強(qiáng)刺激作用，還是強(qiáng)致癌物。另外， HC還是引起光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。,光化學(xué)煙霧,HC和NOx在紫外線的強(qiáng)烈照射下，生成的淺藍(lán)色煙霧，主要成分為臭氧（O3）和NO2。 它是一種難溶于水的二次污染物，能使植物變黑枯死，對(duì)人體的眼、鼻、喉刺激很大，與血液的親和力強(qiáng)，進(jìn)入血液后，可形成變性血紅蛋白，使組織缺氧，對(duì)人體健康危害極大。,溫室效應(yīng)、臭氧層空洞,CO2含量增長(zhǎng)過(guò)快，會(huì)引起溫室效應(yīng)，使全球變暖，造成大氣循環(huán)偏差，異?，F(xiàn)象及災(zāi)難頻頻發(fā)生。 過(guò)量的NOx 會(huì)破壞臭氧層，造成臭氧層空洞，使地球上的生命遭受紫外線輻射的傷害。,方法一：研制新型動(dòng)力源 方法二：對(duì)現(xiàn)行發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行排氣凈化 1. 機(jī)內(nèi)凈化 2. 機(jī)外凈化,三、汽車(chē)排氣凈化的途徑,1.恒溫進(jìn)氣系統(tǒng) （進(jìn)氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)）,功用,冷起動(dòng)后向發(fā)動(dòng)機(jī)供給熱空氣，促使汽油充分汽化和燃燒，減少CO和HC的排放，又改善了發(fā)動(dòng)機(jī)低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度升高后，則供給未經(jīng)加熱的環(huán)境空氣。,四、排氣凈化裝置,多用于化油器式或節(jié)氣門(mén)體噴射式發(fā)動(dòng)機(jī),1.恒溫進(jìn) 氣系統(tǒng),四、排氣凈化裝置,恒溫進(jìn) 氣系統(tǒng)示意圖,進(jìn)氣溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),恒溫進(jìn)氣控制裝置工作原理,T30：溫控開(kāi)關(guān)打開(kāi)通氣閥開(kāi)啟冷氣道閥門(mén)關(guān)閉熱氣道閥門(mén)打開(kāi)。,熱空氣,恒溫進(jìn)氣控制裝置工作原理,30T53：溫控開(kāi)關(guān)打開(kāi)冷氣道閥門(mén)部分打開(kāi)熱氣道閥門(mén)部分打開(kāi)。,恒溫進(jìn)氣控制裝置工作原理,T53：溫控開(kāi)關(guān)關(guān)閉冷氣道閥門(mén)完全打開(kāi)熱氣道閥門(mén)完全關(guān)閉。,2.二次空氣噴射系統(tǒng),原 理,利用空氣泵將新鮮空氣經(jīng)空氣噴管?chē)娙肱艢獾阑虼呋D(zhuǎn)換器，使廢氣中的CO和HC進(jìn)一步氧化或燃燒成為CO2和H2O 。,二次空氣噴射系統(tǒng),二次空氣噴射系統(tǒng),空 氣 泵,由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)生低壓空氣稱(chēng)做二次空氣。,單向 止回 閥,防止廢氣倒流,分 配 管,將冷空氣分配給各氣缸,二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，電腦不使旁通線圈和分流線圈通電，于是這兩個(gè)線圈同時(shí)把通向旁通閥和分流閥的真空隔斷，這時(shí)空氣泵送出的空氣經(jīng)旁通閥進(jìn)入空氣。這種狀態(tài)稱(chēng)作起動(dòng)工作狀態(tài)，其持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。,二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動(dòng)機(jī)在預(yù)熱期間，電腦同時(shí)使旁通線圈和分流線圈通電。這時(shí)進(jìn)氣管真空度分別經(jīng)旁通線圈和分流線圈傳送到旁通閥和分流閥。空氣泵送出的空氣此時(shí)經(jīng)旁通閥進(jìn)入分流閥，再由分流閥流入空氣分配管，最后由空氣噴管?chē)娙肱艢獾馈?二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動(dòng)機(jī)在正常的冷卻液溫度下工作時(shí)，電腦只使旁通線圈通電，而不使分流線圈通電，通向分流閥的真空度被分流線圈隔斷。這時(shí)，空氣泵送出的空氣經(jīng)旁通閥進(jìn)入分流閥，再經(jīng)分流閥進(jìn)入氧化催化轉(zhuǎn)化器。,作用：利用催化劑，象濾清器那樣通過(guò)排氣，將有害成分CO、HC、NOX進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無(wú)害的CO2、H2O和N2。,3、催化轉(zhuǎn)換器（催化凈化轉(zhuǎn)換器）,類(lèi) 型,氧化催化轉(zhuǎn)換器 三效催化轉(zhuǎn)換器,氧化催化轉(zhuǎn)換器（二效催化轉(zhuǎn)換器）,只將廢氣中的CO和HC氧化為CO2和H2O。通常用于空燃比控制精度不高的發(fā)動(dòng)機(jī)，由于氧化催化器在富氧的條件下能充分發(fā)揮作用，必須向其中供給二次空氣作為氧化劑，以獲得較高的轉(zhuǎn)化效率。,2CO + O22CO2 4HC+5O24CO2 + 2H2O,三效催化轉(zhuǎn)換器,作用：可同時(shí)減少CO、HC和NOx 的排放，以廢氣中的CO和HC作為還原劑，把NOx還原成為N2和O2，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO2和H2O。,三效催化轉(zhuǎn)換器組成：,三元催化轉(zhuǎn)換器一般由圓筒形外殼、涂有催化劑的載體等組成。,催化劑： 鉑（Pt） 鈀(Pd) 銠(Rh) 鈰(Ce)稀土金屬 整體蜂窩陶瓷載體是目前應(yīng)用最廣泛的一種載體,三元催化轉(zhuǎn)換器組成：,三效催化轉(zhuǎn)換器工作原理：,2CO+2NO2CO2+N2,4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2,2CO+O22CO2,4HC+5O2 4CO2+ 2H2O,CO、HC與NOX互為氧化劑和還原劑，生成無(wú)害的CO2、H2O、N2。,剩余的CO和HC則進(jìn)行下面的反應(yīng)，生成無(wú)害的CO2、H2O。,三效催化轉(zhuǎn)換器工作條件：嚴(yán)格,只能使用無(wú)鉛汽油，否則會(huì)使催化劑的活性及轉(zhuǎn)化效率下降。,催化反應(yīng)的最佳溫度，一般為350，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的低溫下，三元催化轉(zhuǎn)化器并不起作用。而發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的有害排放物是較高的，所以有的催化轉(zhuǎn)化器帶加熱裝置。,三效催化轉(zhuǎn)換器工作條件：,必須供給比較理想的混合氣（理論混合氣），裝用三元催化轉(zhuǎn)換器的汽車(chē)必須裝有氧傳感器，需要發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空燃比進(jìn)行精確控制。,為防止溫度過(guò)高，影響轉(zhuǎn)化效果，三元催化轉(zhuǎn)化器一般安裝在排氣歧管后面，且距排氣歧管出口有一段距離。,4、柴油機(jī)微粒過(guò)濾器,微粒過(guò)濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過(guò)濾效率。,4、柴油機(jī)微粒過(guò)濾器,排氣穿過(guò)多孔陶瓷濾芯進(jìn)入排氣管，而微粒則滯留在濾芯上。,過(guò)濾器工作一段時(shí)間后，需及時(shí)清除存積在濾芯上的微粒，以恢復(fù)過(guò)濾器的工作能力和減小排氣阻力。,在過(guò)濾器入口處設(shè)置一個(gè)燃燒器，通過(guò)噴油器向燃燒器內(nèi)噴入少量燃油，并供入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點(diǎn)燃，將滯留在濾芯上的微粒燒掉。,EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.廢氣再循環(huán)裝置,功用,把發(fā)動(dòng)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。利用廢氣中CO2的吸熱特性，降低燃燒行程的最高溫度，減少NOx的生成量。,NOx是由于燃燒高溫使混合氣中的氮?dú)庋趸傻牡趸衔铩?EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.廢氣再循環(huán)裝置,1.低速、低水溫（60）時(shí)：廢氣中NOX含量少，不需廢氣再循環(huán)投入工作。,EGR的控制原則：,2. 中等負(fù)荷時(shí)：廢氣中NOX含量多，需要廢氣再循環(huán)投入工作。且循環(huán)量應(yīng)隨著節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增大而增加。,3.高速、大負(fù)荷時(shí)：側(cè)重于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出大功率，故不需廢氣再循環(huán)投入工作。,采用EGR系統(tǒng)后，雖然有效地降低了NOX的排放量，但卻在一定程度上使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性變差，而且HC排放量也會(huì)有所增加。,5.廢氣再循環(huán)裝置,類(lèi) 型,真空控制式,正背壓式,電子控制式,EGR閥的安裝位置（GM2.5L）,空氣濾清器,節(jié)氣門(mén)體,5.廢氣再循環(huán)裝置,真空直接控制EGR閥,進(jìn)氣道真空度小，廢氣循環(huán)通道關(guān)閉,進(jìn)氣道真空度大，廢氣循環(huán)通道打開(kāi),廢氣循環(huán)通道打開(kāi)程度，與進(jìn)氣道真空度成正比,5.廢氣再循環(huán)裝置,真空直接控制EGR閥工作原理,5.廢氣再循環(huán)裝置,正背壓EGR閥,排氣壓力小，廢氣循環(huán)通道關(guān)閉,排氣壓力大，廢氣循環(huán)通道打開(kāi),廢氣循環(huán)通道打開(kāi)程度與排氣壓力大小成正比,5.廢氣再循環(huán)裝置,正背壓EGR閥工作原理,5.廢氣再循環(huán)裝置,電子控制式EGR閥,曲軸箱竄氣的危害： 1.汽油蒸氣凝結(jié)后將使機(jī)油變稀； 2.廢氣中的水蒸氣凝結(jié)后形成泡沫, 破壞機(jī)油的供給。 3.廢氣中的SO2遇H2O生成H2SO3 2H2SO3+O2 2H2SO4 腐蝕 排放污染中HC的25%來(lái)自曲軸箱的竄氣,第四節(jié) 強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置,將曲軸箱內(nèi)的氣體引入進(jìn)氣系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)入氣缸參與燃燒，使從氣缸漏入曲軸箱的HC得到利用，以減少污染物的排放，又改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。,作用：,閉式曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)裝