PDF《教学提要 目的与要求：1.掌握进排气系统及排气净化装置的》

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第六章 进排气系统及排气净化装置 教学提要 目的与要求:1.

掌握进排气系统及排气净化装置的 结构组成 2. 掌握影响充气效率的因素及改善方 法3. 为后续专业课程(发动机原理、发动 机设计、内燃机燃料供给、内燃机 增压、 汽车电子学等)的学习提供知 识储备 内容:1.进气系统 2.排气系统与排气净化装置 3.强制式曲轴箱通风系统 4.汽油蒸发控制系统 方法:1.以课堂讲授为主,结合参观、拆装实习和作业练 习,掌握所学知识. 2.应采用理论与实践(拆装)相结合的教学方法,在 学习中要结合基本原理学习构造,通过拆装、观 察分析结构特点,加深理解基本原理和工作过程. 时间:4 学时 地点:多媒体专业教室 器材保障:进排气系统及排气净化装置实物教具

2 教学进程教学环节设计 进气系统的功用是尽可能多、 尽可能均匀地向 各缸供给可燃混合气或纯空气.组成由空气滤清 器和进气歧管组成.化油器式汽油机-空气经空 气滤清器过滤后,进入化油器,在化油器内与汽 油形成可燃混和气,进入进气歧管,然后经进气 门进入气缸;

直接喷射式汽油机--空气经空气滤 清器过滤后,流过空气流量计,由进气道进入进 气歧管,与喷油嘴喷出的汽油混合形成可燃混和 气,经进气门进入汽缸. 柴油机--空气经空气 滤清器过滤后,进入进气歧管,经进气门进入气 缸.排气系统的功用是尽可能多的把燃烧后的废 气排出气缸.

第一节 进气系统

一、空气滤清器

(一)空气滤清器的功用 燃油燃烧需要大量的空气.以普通轿车为例, 每消耗 1L 汽油需要消耗 5000~10000L 空气. 大 量的空气进入气缸,若不将其中的杂质或灰尘滤 除, 必然加速气缸的磨损, 缩短发动机使用寿命. 进排气的宗旨 配套课件:kcnr06_01_01.htm-- kcnr06_01_04.htm

3 实践证明,发动机不安装空气滤清器,其寿命将 缩短 2/3.空气滤清器的功用主要是滤除空气中 的杂质或灰尘,让洁净的空气进入气缸.另外, 空气滤清器也有降低进气噪声的作用.

(二)空气滤清器结构 空气滤清器一般由进气导流管、空气滤清器 盖、空气滤清器外壳和滤芯等组成.现在广泛用 于汽车发动机上的空气滤清器仍有多种结构形 式. 1.油浴式空气滤清器 2.纸滤芯空气滤清器 3.离心式及复合式空气滤清器

(三)空气滤清器进气导流管 在现代轿车上, 为了增强发动机的谐振进气效 果,空气滤清器进气导流管需要有较大的容积. 但是导流管不能太粗,以保证空气在导流管内有 一定的流速,因此,进气导流管只能做得很长. 较长的进气导流管有利于实现从车外吸气.因为 车外空气温度一般比发动机罩下的温度低 30℃ 此内容应配合拆装 实习环节

4 左右,所以从车外吸入的空气密度可增大近 10%,燃油消耗率可降低 3%.

二、进气歧管 1.进气歧管结构 对于化油器式或节气门体汽油喷射式发动机, 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.它的功用是将空气、 燃油混合气由化油器或节气门体分配到各缸进 气道. 对于气道燃油喷射式发动机或柴油机, 进气歧 管只是将洁净的空气分配到各缸进气道.进气歧 管必须将空气及燃油混合气或洁净空气尽可能 均匀地分配到各个气缸,为此进气歧管内气体流 道的长度应尽可能相等.为了减小气体流动阻 力,提高进气能力,进气歧管的内壁应该光滑. 2.进气歧管加热 化油器式或节气门体燃油喷射式发动机进气 歧管的温度很重要.温度太低,汽油将在管壁上 采用实物观摩分析 法讲解

5 凝结.因此,对这类发动机的进气歧管应进行适 当的加热以促进汽油的蒸发.但是加热过度将减 少进入气缸的混合气数量,并使发动机功率下 降.通常进气歧管利用发动机排气或循环冷却液 进行加热.利用循环冷却液加热进气歧管需在进 气歧管内设置水套,并使其与发动机冷却系连 通,让冷却液在进气歧管的水套内循环流动.气 道燃油喷射式发动机的进气歧管无需加热. 3.谐振进气系统 由于进气过程具有间歇性和周期性, 致使进气 歧管内产生一定幅度的压力波.此压力波以当地 声速在进气系统内传播和往复反射.如果利用一 定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室 组成谐振进气系统,并使其固有频率与气门的进 气周期调谐,那么在特定的转速下,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,使进气歧管的压力增高,从而增加进气量. 这种效应称作进气波动效应.谐振进气系统的优 点是没有运动件,工作可靠,成本低.但只能增 加特定转速下的进气量和发动机转矩.

6 4.可变进气歧管 为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动 机在高、低速运转时进气速度的差别,从而达到 改善发动机经济性及动力性特别是改善中、低速 和中、小负荷时的经济性和动力性的目的,要求 发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧 管;

而在中、低转速和中、小负荷时配用细长的 进气歧管.可变进气歧管就是为适应这种要求而 设计的.可变进气歧管在所有转速下都可以使发 动机转矩平均提高 5%.

第二节 排气系统

一、单排气系统及双排气系统 直列型发动机在排气行程期间, 气缸中的废气 经排气门进入排气歧管,再由排气歧管进入排气 管、催化转换器和消声器,最后由排气尾管排到 大气中.这种排气系统称作单排气系统. V 型发动机有两个排气歧管, 在大多数装配 V 型发动机的汽车上仍采用单排气系统,即通过一 个叉形管将两个排气歧管连接到一个排气管上. 来自两个排气歧管的废气经同一个排气管、同一 配套课件:kcnr06_02_01.htm

7 个消声器和同一个排气尾管排出. 但有些 V 型发 动机采用两个单排气系统,即每个排气歧管各自 都连接一个排气管、催化转换器、消声器和排气 尾管.这种布置形式称作双排气系统.双排气系 统降低了排气系统内的压力,使发动机排气更为 顺畅,气缸中残余的废气较少,因而可以充入更 多的空气 燃油混合气或洁净的空气,发动机的 功率和转矩都相应地有所提高.

二、排气歧管 一般排气歧管由铸铁或球墨铸铁制造, 近些年 来采用不锈钢排气歧管的汽车愈来愈多,其原因 是不锈钢排气歧管质量轻,耐久性好,同时内壁 光滑,排气阻力小.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 管做得尽可能的长,而且各缸支管应该相互独 立、长度相等.

三、消声器 发动机的排气压力为 0.3~0.5MPa,温度在 500~700℃,这表明排气有一定的能量.同时,

8 由于排气的间歇性,在排气管内引起排气压力的 脉动.若将发动机排气直接排放到大气中,将产 生强烈的、频谱比较复杂的噪声,其频率从几十 赫到一万赫以上.排气消声器的功用是降低排气 噪声.消声器通过逐渐降低排气压力和衰减排气 压力的脉动,使排气能量耗散殆尽.

第三节 排气净化装置 随着汽车保有量的与日俱增, 汽车排气对人类 健康的危害及对环境的污染也日甚一日.对此, 世界各国都制定了相应的法规和标准,以期把汽 车有害排放物控制在较低的水平.为了满足排放 标准,必须对发动机排气进行净化.近几年来, 汽车界开发和创制出许多净化排气的新技术和 新装置.

一、发动机的有害排放物 以活塞式内燃机为动力的汽车是城市大气的 主要污染源之一.汽车排放的污染物主要有一氧 化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx) 和微粒.CO 是燃油的不完全燃烧产物,是一种 无色、无臭、无味的气体.它与血液中血红素的 配套课件:kcnr06_03_01.htm-- kcnr06_03_04.htm

9 亲和力是氧气的

300 倍,因此当人吸入 CO 后, 血液吸收和运送氧的能力降低,导致头晕、头痛 等中毒症状. 当吸入含容积浓度为 0.3%的CO 气 体时,可致人于死亡.NOx主要是指 NO 和NO 2,产生于燃烧室内高温富氧的环境中.空气中 NOx浓度在 10~20ppm 时可刺激口腔及鼻粘 膜、眼角膜等.当NOx超过 500ppm 时,几分 钟可使人出现肺气肿而死亡.

二、恒温进气系统 恒温进气系统也称进气温度自动调节系统. 它 是由空气加热装置(又称热炉)和安装在空气滤清 器进气导流管上的控制装置构成的恒温进气系 统多用于化油器式或节气门体喷射式发动机上. 当发动机冷起动之后,在怠速或小节气门开度下 工作时,由于温度低,须供给发动机浓混合气以 保持其稳定运转.但浓混合气燃烧不完全,排气 中CO 和HC 较多.若供给稀混合气,虽然可以 减少有害气体的排放,但在低温下发动机不能稳 定运转.恒温进气系统的功用就是在发动机冷起 动之后,向发动机供给热空气,这时即使供给的 是稀混合气,热空气也能促使汽油充分汽化和燃

10 烧,从而减少了 CO 和HC 的排放,又改善了发 动机低温运转性能.当发动机温度升高后,恒温 进气系统向发动机供给未经加热的环境空气.

三、二次空气喷射系统 很多汽车发动机装有二次空气喷射系统. 虽然 二次空气喷射系统有各种各样的结构,但其功用 基本相同,即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二氧化碳(CO2)和水(H 2O).

四、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 转换为对人体无害的气体的一 种排气净化装置,也称作催化净化转换器.金属 铂、钯或铑均可作催化剂.在化学反应过程中, 催化剂只促进反应的进行,不是反应物的一部 分. 催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转 换器.氧化催化转换器只将排气中的 CO 和HC 氧化为 CO2和H2O, 因此这种催化转换器也称

11 做三元催化转换器.必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.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NO x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. 当同时采用两种 转换器时,通常把两者放在同一个转换器外壳 内,而且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与供入 的二次空气进行氧化反应.

五、柴油机微粒过滤器 微粒是柴油机排放的突出问题. 对车用柴油机 排气微粒的处理,主要采用过滤法.微粒过滤器 的滤芯由多孔陶瓷制造,它有较高的过滤效率. 排气穿过多孔陶瓷滤芯进入排气管,而微粒则滞 留在滤芯上.过滤器工作一段时间后,需及时清 除积存在滤芯上的微粒,以恢复过滤器的工作能 力和减小排气阻力.为此,在过滤器入口处设置 一个燃烧器,通过喷油器向燃烧器内喷入少量燃 油,并供入二次空气,利用火花塞或电热塞将其

12 点燃,将滞留在滤芯上的微粒烧掉.

六、排气再循环(EGR)系统 排气再循环是指把发动机排出的部分废气回 送到进气歧管,并与新鲜混合气一起再次进入气 缸.由于废气中含有大量的 CO2,而CO2 不能 燃烧却吸收大量的热,使气缸中混合气的燃烧温 度降低,从而减少了 NOx 的生成量.排气再循 环是净化排气中 NOx 的主要方法.在新鲜的混 合气中掺入废气之后,混合气的热值降低,致使 发动机的有效功率下降. 为了作到既能减少 NOx 的排放,又能保持发动机的动力性,必须根据发 动机运转的工况对再循环的废气量加以控制. NOx 的生成量随发动机负荷的增大而增多,因此,再循环的废气量也应随负荷而增加.在暖机................