06發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置及

第6章

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置及汽車排放控制裝置2024/10/8第6章發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置及汽車排放控制裝置6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置6.2發(fā)動(dòng)機(jī)增壓6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置2024/10/826.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置功能：供給發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)所需要的新鮮、清潔的可燃混合氣或空氣，并將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的廢氣排至大氣。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置功用：盡可能多且均勻地向各氣缸供給空氣與燃油的混合氣或純凈的空氣。組成：燃油噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中，進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣濾清器、進(jìn)氣總管、進(jìn)氣歧管、空氣流量計(jì)或進(jìn)氣管壓力傳感器等。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置（1）空氣濾清器1）功用：濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈空氣進(jìn)入氣缸。也可消減進(jìn)氣噪聲。若不裝空氣濾清器，發(fā)動(dòng)機(jī)壽命將縮短2/3。2）結(jié)構(gòu)：一般由空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成。轎車用發(fā)動(dòng)機(jī)常用干式紙濾芯空氣濾清器，帶進(jìn)氣導(dǎo)流管。圖6-2紙濾芯式空氣濾清器結(jié)構(gòu)1-空氣濾清器蓋2-密封圈3-空氣流量傳感器4-濾芯5-空氣濾清器外殼6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置（1）空氣濾清器為了增強(qiáng)轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣諧振效果，空氣濾清器的進(jìn)氣導(dǎo)流管需要有較大的容積，但是導(dǎo)流管不能太粗，以保證一定的空氣流速，因此，進(jìn)氣導(dǎo)流管只能做得很長。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置小知識(shí)：進(jìn)氣諧振由于進(jìn)氣過程具有間歇性與周期性，致使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以聲速在進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)傳播和往復(fù)反射。如果利用一定長度和直徑的進(jìn)氣歧管和一定容積的諧振室組成進(jìn)氣諧振系統(tǒng)，并使其固有頻率與氣門的進(jìn)氣周期協(xié)調(diào)，那么在特定轉(zhuǎn)速下，就會(huì)在進(jìn)氣門關(guān)閉之前，在進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生大幅度的壓力波，使進(jìn)氣歧管壓力增高，從而增加進(jìn)氣量。這種效應(yīng)稱為進(jìn)氣波效應(yīng)。進(jìn)氣諧振系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是沒有運(yùn)動(dòng)件，工作可靠，成本低。但只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進(jìn)氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置1.發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣裝置（2）進(jìn)氣歧管作用：將可燃混合氣較均勻地分送到各個(gè)氣缸的進(jìn)氣門。一般發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管由合金鑄鐵制造，轎車發(fā)動(dòng)機(jī)多用鋁合金制造（重量輕，導(dǎo)熱性好）。進(jìn)氣歧管內(nèi)到各氣缸的氣體流道的長度盡可能相等，內(nèi)壁應(yīng)該光滑。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置2.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置功用：盡可能減少排氣阻力和噪聲。主要包括排氣支管、排氣管和消聲器。組成：排氣歧管、排氣消聲器、排氣總管、（氧傳感器、三元催化器）等。圖6-3發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置的組成1-排氣歧管2-前排氣管3-三元催化轉(zhuǎn)換器4-排氣溫度傳感器5-副排氣消聲器6-后排氣管7-主消聲器8-排氣尾管6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置2.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置排氣裝置分為單排氣裝置和雙排氣裝置兩種。圖6-4V形發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置示意圖1-發(fā)動(dòng)機(jī)2-排氣歧管3-叉形管4-催化轉(zhuǎn)化器5-排氣管6-消聲器7-排氣尾管8-連通管6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置2.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置（1）排氣歧管一般的排氣支管由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，近年來，采用不銹鋼排氣支管的汽車愈來愈多，原因是內(nèi)壁光滑，阻力小，重量輕。排氣支管做得較長，為了盡可能利用氣流慣性；排氣支管各缸應(yīng)相互獨(dú)立，長度相等。如右圖：1、4缸排氣支管匯合在一起，2、3缸機(jī)排氣支管匯合在一起，這是為了各缸排氣不出現(xiàn)干擾，防止出現(xiàn)排氣倒流現(xiàn)象，因此，將不連續(xù)點(diǎn)火的氣缸的排氣支管匯合在一起。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置2.發(fā)動(dòng)機(jī)排氣裝置（2）消聲器功用：是降低排氣噪聲并消除廢氣中的火星及火焰。消聲器用鍍鋁鋼板或不銹鋼板制造。通常，消聲器由共振室、膨脹室和一組多孔的管子構(gòu)成。排氣經(jīng)多孔的管子流入膨脹室和共振室，在此過程中，排氣不斷改變流動(dòng)方向，逐漸降低和衰減其壓力和壓力脈動(dòng)，消耗其能量，最終使排氣噪聲得到消減。6.1發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣裝置3.

進(jìn)、排氣歧管的布置直列多缸發(fā)動(dòng)機(jī)上，進(jìn)、排氣歧管有多種布置方式。第一種：每一對(duì)相鄰兩缸共用一條進(jìn)氣管，這樣可以簡(jiǎn)化進(jìn)氣歧管的制造，而每缸使用單獨(dú)的排氣管，有利于排氣的散熱，以降低進(jìn)氣歧管附近的溫度。第二種：部分氣缸使用單獨(dú)的進(jìn)氣管。第三種是每缸都單獨(dú)使用一條進(jìn)氣管，這樣可以減弱相互之間的影響，有利于改善混合氣分配的均勻性。有的發(fā)動(dòng)機(jī)將進(jìn)、排氣歧管分裝在兩側(cè)，其目的是避免熱機(jī)時(shí)廢氣對(duì)進(jìn)氣歧管加熱，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量，改善動(dòng)力性。6.2發(fā)動(dòng)機(jī)增壓進(jìn)氣增壓就是將空氣供入氣缸前預(yù)先壓縮，以提高空氣密度、增加進(jìn)氣量的一項(xiàng)技術(shù)。作用：由于增壓后進(jìn)氣量增加，可相應(yīng)地增加循環(huán)供油量，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率升高。同時(shí)，增壓還可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性，作為控制排放的有效技術(shù)手段。根據(jù)驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)的方式不同，增壓器分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓和氣波增壓等類型。6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓一、機(jī)械增壓原理：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸經(jīng)齒輪增速器驅(qū)動(dòng)，或由曲軸齒形傳動(dòng)帶輪經(jīng)齒形傳動(dòng)帶及電磁離合器驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：能有效地提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，與發(fā)動(dòng)機(jī)容易匹配，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。但燃油消耗率比非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)略高。6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓一、機(jī)械增壓由曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶和電磁離合器帶輪驅(qū)動(dòng)增壓器工作。空氣經(jīng)增壓器增壓后再經(jīng)中冷器降溫，然后進(jìn)入氣缸。6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不需要增壓，這時(shí)電控單元(ECU)根據(jù)節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)，使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。一、機(jī)械增壓6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓與此同時(shí)，電控單元向進(jìn)氣旁通閥通電使其開啟，空氣經(jīng)旁通閥及旁通管道進(jìn)入氣缸。爆燃傳感器將爆燃的信號(hào)傳輸給ECU，ECU則發(fā)出相應(yīng)指令減小點(diǎn)火提前角，以消除爆燃。一、機(jī)械增壓6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓二、廢氣渦輪增壓組成：由渦輪機(jī)和壓氣機(jī)構(gòu)成。原理：將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī)，利用廢氣所包含的能量推動(dòng)渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)與其同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機(jī)內(nèi)增壓后進(jìn)入氣缸。特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)性好；可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平；缺點(diǎn)是低速時(shí)轉(zhuǎn)矩增加不多；在發(fā)動(dòng)機(jī)工況發(fā)生變化時(shí)，瞬態(tài)響應(yīng)差；低速加速性較差。6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓二、廢氣渦輪增壓?jiǎn)螠u輪增壓6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓二、廢氣渦輪增壓1.單渦輪增壓執(zhí)行器內(nèi)有膜片將之分隔成左右兩個(gè)腔，膜片左側(cè)受進(jìn)氣增壓壓力的作用，膜片右側(cè)裝有彈簧。膜片與廢氣閥通過一根推桿連接。當(dāng)壓縮輪側(cè)進(jìn)氣增壓壓力增加到足以克服執(zhí)行器內(nèi)的彈簧力時(shí)，推桿推動(dòng)廢氣閥開啟。一部分廢氣繞過渦輪經(jīng)排氣歧管直接排放出去，增壓壓力也隨之下降?？梢娫鰤簤毫Φ拇笮Q定了膜片受壓后的變形量，進(jìn)而決定了廢氣閥的開度、廢氣旁通量的多少，最終增壓壓力發(fā)生改變，這就是一個(gè)閉環(huán)控制過程。

6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓三、氣波增壓原理：由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)氣波增壓器轉(zhuǎn)子。在轉(zhuǎn)子中發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣直接與空氣接觸，利用排氣壓力波使空氣受到壓縮，以提高進(jìn)氣壓力。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，工作溫度不高，不需要耐熱材料，也無需冷卻。其低速轉(zhuǎn)矩特性好，但是體積大，噪聲高，安裝位置受到一定的限制。只能用在最高轉(zhuǎn)速較低的柴油機(jī)上。6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓三、氣波增壓1.氣波增壓器構(gòu)造6.2

發(fā)動(dòng)機(jī)增壓三、氣波增壓2.氣波增壓器工作原理基于氣體動(dòng)力現(xiàn)象：當(dāng)壓縮波在管道內(nèi)傳播時(shí)，在管道的開口端反射為膨脹波，而在管道的封閉端則反射為壓縮波；反之亦然，當(dāng)膨脹波在管道內(nèi)傳播時(shí)，在管道的開口端反射為壓縮波，而在封閉端則反射為膨脹波。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害排放污染物：一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）、微粒。1.一氧化碳（CO）燃料不完全燃燒的產(chǎn)物，人吸入后將降低血液吸收和運(yùn)送氧的能力。當(dāng)吸入CO達(dá)0.3%（體積）時(shí)，可致人死亡。燃料燃燒不完全的原因有：氧氣不足；燃燒溫度過低；燃燒室容積小使燃燒時(shí)間不足；混合氣混合不均。改進(jìn)措施：促進(jìn)混合氣形成，適當(dāng)提高燃燒溫度。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害2.碳?xì)浠衔铮℉C）包括未燃和未完全燃燒的燃油蒸汽。危害：HC和NOx在陽光照射下產(chǎn)生臭氧(O3)，形成光化學(xué)煙霧，使橡膠開裂，對(duì)人類、植物、環(huán)境危害極大。HC來源：尾氣HC占總量的60％；曲軸箱竄氣HC占總量的25％；供油系統(tǒng)的蒸氣HC占總量的15％～20％左右?？刂品椒ǎ翰捎肅含量少的代用燃料或采用電控技術(shù)改善燃燒，保證混合氣濃度和燃燒溫度最佳等。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害3.氮氧化合物（NOx）成分：主要是NO（占95%），NO2排出量較少。形成原因：高溫；富氧；滯留時(shí)間。危害：對(duì)大氣環(huán)境、植物生長、人類健康有害?？刂品椒ǎ航档突旌蠚庵醒醯臐舛?，降低燃燒溫度，縮短在高溫燃燒帶內(nèi)的滯留時(shí)間以及改善混合氣的形成等。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害4.微粒成分：柴油機(jī)排氣中的碳煙。形成原因：是由烴類燃料在高溫缺氧條件下裂解生成的。危害：0.1m以下的微粒對(duì)人體的危害最大，吸入肺葉后會(huì)吸附在肺細(xì)胞上，其中可溶性有機(jī)物、多環(huán)芳香烴等是致癌物質(zhì)。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置常用的排放控制裝置有三元催化轉(zhuǎn)換器、廢氣再循環(huán)、曲軸箱通風(fēng)、二次空氣噴射、汽油蒸發(fā)排放控制裝置等。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)EGR:把發(fā)動(dòng)機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入氣缸參與燃燒。功用：由于廢氣中含有大量的CO2，不再參與燃燒，卻吸收了大量的熱，因此，降低了最高燃燒溫度，又使混合氣中氧的成份降低，因此減少了NOx排放。廢氣再循環(huán)過多，會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷、暖機(jī)工況的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，因此，必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化控制廢氣再循環(huán)率（參與廢氣再循環(huán)的廢氣比例）。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)現(xiàn)代轎車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)由電腦控制，主要由廢氣再循環(huán)閥（EGR閥）控制廢氣再循環(huán)的廢氣量。而EGR閥的開度大小由電磁閥和真空控制閥控制作用在EGR閥上真空膜片室內(nèi)的進(jìn)氣管真空度大小，改變膜片的位置，就改變了EGR閥的開度大小，從而改變了廢氣再循環(huán)的廢氣量。（1）低溫、低速時(shí)不投入工作（2）高速、中等負(fù)荷時(shí)投入工作（3）大負(fù)荷時(shí)不投入工作6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置二、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)ECU控制的開環(huán)控制EGR系統(tǒng)工作過程6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置三、三元催化轉(zhuǎn)化裝置1.功能：利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX變成H2O、CO2、N2等無害氣體。2.構(gòu)造：安裝在排氣消聲器前面，由轉(zhuǎn)換芯子和外殼等構(gòu)成。轉(zhuǎn)換芯子常用蜂窩狀陶瓷作為承載催化劑的載體，在陶瓷載體上浸漬鉑（或鈀）與銠貴重金屬的混合物作為催化劑。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置三、三元催化轉(zhuǎn)化裝置3.原理TWC先利用銠做催化劑，將NOx還原成無害的氮?dú)?N2)和二氧化碳（CO2)。還原過程中所生成的O2，再加上TWC內(nèi)由二次空氣導(dǎo)管所導(dǎo)入的新鮮空氣中的O2（有些車型才有），以鉑（Pt)或鈀(Pd)做催化劑一起和CO、HC進(jìn)行氧化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)變成無害的CO2和H2，6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置三、三元催化轉(zhuǎn)化裝置4.影響三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率的因素主要影響因素：混合氣濃度和排氣溫度。排氣溫度須在300～815℃之間當(dāng)空燃比維持在14.7:1的標(biāo)準(zhǔn)混合氣附近時(shí)，對(duì)廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX的轉(zhuǎn)換效率最佳6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置作用：在一定工況下，將新鮮空氣送入排氣管，促使廢氣中的CO和HC進(jìn)一步氧化成為CO2和H2O，從而降低CO和HC的排放量；同時(shí)提高三元催化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率。二次空氣供給系統(tǒng)不工作的條件：EFI進(jìn)入閉環(huán)控制；水溫超過規(guī)定；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷超過規(guī)定；ECU發(fā)現(xiàn)有故障。控制方式：ECU→二次空氣電磁控制閥VSV→真空→二次空氣控制閥→新鮮空氣四、二次空氣噴射系統(tǒng)6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置五、曲軸箱通風(fēng)(PCV)系統(tǒng)1.曲軸箱通風(fēng)原因曲軸箱設(shè)有通風(fēng)裝置，能使漏入的氣體排出并加以利用，同時(shí)使新鮮氣體進(jìn)入曲軸箱，不使曲軸箱內(nèi)的壓力過大。2.通風(fēng)方式自然通風(fēng)強(qiáng)制通風(fēng)6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置五、曲軸箱通風(fēng)(PCV)系統(tǒng)2.通風(fēng)方式自然通風(fēng)：從曲軸箱抽出的氣體直接導(dǎo)入大氣中的通風(fēng)方式稱為自然通風(fēng)。柴油機(jī)多采用這種曲軸箱自然通風(fēng)方式。在曲軸箱連通的氣門室蓋或潤滑油加注口接出一根下垂的出氣管，管口處切成斜口，切口的方向與汽車行駛的方向相反。利用汽車行駛和冷卻風(fēng)扇的氣流，在出氣口處形成一定真空度，將氣體從曲軸箱抽出。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置五、曲軸箱通風(fēng)(PCV)系統(tǒng)2.通風(fēng)方式強(qiáng)制通風(fēng)：從曲軸箱抽出的氣體導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣管，吸入氣缸再燃燒。汽油機(jī)多采用這種曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)方式。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，進(jìn)氣管中部分氣流沿著空氣軟管流入氣缸蓋罩內(nèi)，并形成一定壓力，使氣缸罩蓋內(nèi)的油氣以及曲軸箱內(nèi)的油氣經(jīng)PCV閥（單向閥）和回流管進(jìn)入進(jìn)氣支管，最后經(jīng)氣門進(jìn)入燃燒室被燃燒。有利于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置六、汽油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)1.作用：是將油箱中的汽油蒸氣收集于活性炭罐中，并在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過流經(jīng)的空氣將汽油蒸氣送入進(jìn)氣管參與燃燒，以免汽油箱中的汽油蒸氣直接排放到大氣中而造成空氣污染。汽油蒸氣應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)處于閉環(huán)控制時(shí)導(dǎo)入燃燒室燃燒，只有在閉環(huán)控制時(shí)才能針對(duì)因額外蒸汽作用導(dǎo)致混合氣變濃的情況調(diào)節(jié)噴油量。同時(shí)，還必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，控制導(dǎo)入氣缸內(nèi)參加燃燒的汽油蒸汽量。6.3發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制裝置六、汽油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)