第8章進氣和排氣系統進氣系統

8.1排氣系統

8.2進氣增壓系統

8.3進氣系統

8.1進氣系統

8.1進氣系統

8.1進排氣系統是在發動機運轉時，將空氣或可燃混合氣送入氣缸，又將各氣缸燃燒后的廢氣經消聲后排到大氣中的裝置。為了使發動機正常運轉，應盡可能地減少進氣和排氣的阻力，清潔進入氣缸的空氣或可燃混合氣，減少排氣噪聲。8.1進氣系統進氣系統主要由空氣濾清器、進氣道、節氣門和進氣歧管組成。8.1.1空氣濾清器空氣濾清器按結構的不同有濕式空氣濾清器和干式空氣濾清器等多種類型。1．濕式空氣濾清器濕式空氣濾清器又稱油浴式空氣濾清器（見圖8-1）。它用金屬絲網作濾芯，這種濾清器使用一段時間后，經清洗濾網更換機油后可再次使用，為永久式濾清器。圖8-1油浴式空氣濾清器1—外殼2—機油盤3、6、7—墊圈4—蝶形螺母5—濾芯8—夾箍9—螺帽10—通氣道11—導氣管2．干式空氣濾清器干式空氣濾清器用折疊狀的濾紙作濾芯。這種濾清器的濾芯使用久后必須更換。根據車輛的使用條件和車型，一般每行駛20

000～40

000km應更換1次濾芯。干式空氣濾清器有多種形式，圖8-2所示為應用在中、小型汽車上的干式空氣濾清器。圖8-2干式空氣濾清器圖8-3所示為一種應用在大型柴油車上的旋風干式空氣濾清器。它依靠濾芯上帶有的葉片，使吸入的空氣產生渦流；較大的灰塵在離心力作用下落在濾清器的底部橡皮閥上（見圖8-3（c）），當發動機運轉時，濾清器內產生一定的真空，橡皮閥在真空作用下關閉。當發動機熄火后，真空消失，橡皮閥在自身彈力作用下打開，放出灰塵。圖8-3旋風干式空氣濾清器1—夾箍2—濾清器蓋3—蝶形螺釘4—濾芯5—外殼6—橡皮閥8.1.2進氣歧管進氣歧管指的是化油器或節氣門體之后到氣缸蓋進氣道之前的進氣管路。為了減小氣體流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內墊應該光滑。圖8-4化油器式發動機的進氣歧管8.1.3諧振腔和可變進氣歧管現代的汽油噴射式發動機還在進氣歧管的設計上采用了各種特殊的結構形式，以便充分利用進氣歧管內的空氣動力效應，進一步提高各種轉速工況下的進氣量，增加發動機的動力輸出，改善其轉矩輸出特性，降低進氣噪聲。這些特殊的結構形式包括采用長進氣歧管，設置動力腔、諧振腔及采用可變進氣歧管。諧振腔是在進氣歧管的旁邊與進氣歧管相通的一個封閉腔體（見圖8-5），其作用是降低進氣氣流的噪聲。汽油噴射式發動機在設計時采用長進氣歧管，并將進氣歧管設計成具有較大的弧度（見圖8-5），以充分利用氣流的慣性效應，提高充氣量。圖8-5電控汽油噴射式發動機的進氣歧管汽油噴射式發動機常在進氣歧管中部設置一個動力腔（見圖8-6），以利于進氣歧管內壓力波的共振，充分利用氣流壓力波動效應，提高充氣效率。圖8-6復合塑料進氣歧管可變慣性充氣系統是在動力腔中設置一個或一組轉換閥，該閥門可將動力腔分隔成兩個部分。當閥片開啟或關閉時，可使動力腔的兩個部分相通或隔開，從而改變了動力腔的形狀或改變了進氣歧管的長度，使進氣歧管有兩種不同的空氣動力效應。ECU依照設定的程序，在發動機不同的轉速范圍內，讓閥片開啟或關閉，以使發動機在所有轉速范圍內都能獲得最佳的充氣效果。可變進氣歧管有各種結構形式，圖8-7所示為一種較為簡單的可變進氣歧管，其工作原理如圖8-8所示。圖8-7可變進氣歧管圖8-8可變進氣歧管工作原理8.2排氣系統排氣系統用于收集從每個氣缸排出的燃燒后的高溫廢氣，并將其送到汽車尾部排放掉。排氣系統由排氣歧管、催化轉換器、消聲器和排氣管道等組成。8.2.1排氣歧管和排氣管1．排氣管的布置形式直列型發動機排氣系統稱作單排氣系統，如圖8-9所示。圖8-9單排氣系統排量不大的V型發動機上仍采用單排氣系統（見圖8-10（a））。大排量（3升以上）V型發動機多采用雙排氣系統，（見圖8-10（b））。圖8-10

V型發動機排氣系統示意圖1—發動機2—排氣歧管3—叉形管

4—催化轉換器5—排氣管6—消聲器

7—排氣尾管8—連通管2．排氣歧管排氣歧管與發動機缸蓋相連，廢氣從排氣門出來直接進入排氣歧管。排氣歧管應能承受排氣的高溫，并能抵抗極大的溫差造成的熱應力。排氣歧管的形狀十分重要。為了不使各缸排氣相互干擾及不出現排氣倒流現象，并盡可能地利用慣性排氣，應該將排氣歧管做得盡可能長一些，而且各缸排氣歧管應該相互獨立、長度相等。圖8-11所示為幾種常見的排氣歧管的結構形式。圖8-11各種類型的排氣歧管8.2.2排氣消聲器消聲器的用途是減少排氣脈動，盡可能地降低排氣噪聲，并降低排氣溫度。消聲器從原理上可分為反射式和吸收式兩種形式，如圖8-12所示。也可以將吸收式和反射式兩種原理同時應用在一個消聲器中，制成吸收—反射式消聲器，如圖8-12（c）所示。圖8-12排氣消聲器的形式8.3進氣增壓系統8.3.1進氣增壓系統的功用與類型進氣增壓就是在進氣道中設置1個增壓器，將空氣或可燃混合氣預先進行壓縮后，再送入發動機氣缸。采用增壓系統后，在氣缸排量不變的情況下，由于每個循環進入氣缸的空氣量增加，可以向氣缸內提供更多的燃料而獲得充分燃燒，從而提高了發動機的輸出功率。發動機增壓系統有多種類型，如機械驅動式增壓、廢氣渦輪增壓等。如圖8-13所示。圖8-13進氣增壓系統的形式8.3.2機械增壓系統機械增壓器的驅動力來自發動機曲軸，一般都是利用曲軸帶輪通過傳動帶驅動。機械增壓器有多種類型，常見的有葉片（Vane）式和魯茲（Roots）式。魯茲增壓器有雙葉轉子、三葉轉子兩種形式，圖8-14所示。圖8-14機械增壓器由于機械增壓器由曲軸直接帶動，所以其在低轉速下便可獲得增壓。增壓的動力輸出也與曲軸轉速成一定的比例，即機械增壓發動機的動力輸出隨著轉速的提高而增強，具有線性輸出特性。機械增壓器優點為體積小、結構簡單，無需修改發動機本體，安裝容易。而且工作溫度介于70℃～100℃，因此對于冷卻系統、潤滑系統的要求與自然吸氣式發動機基本相同，尤其適合發動機的改裝。8.3.3廢氣渦輪增壓系統廢氣渦輪增壓系統由渦輪增壓器和限壓裝置組成（見圖8-15）。發動機排氣歧管和渦輪機進口連接。圖8-15廢氣渦輪增壓系統排出的廢氣經過渦輪機后進入排氣管；廢氣的壓力推動渦輪轉動，壓氣機葉輪與渦輪同軸轉動；從空氣濾清器進來的空氣經空氣流量計計量后進入壓氣機，經壓縮后進入進氣歧管，以較高的密度充入氣缸中。大部分渦輪增壓系統都將增壓后的空氣冷卻后再送入氣缸，以進一步增大進入氣缸的空氣密度，提高發動機功率。渦輪增壓器（見圖8-16）由廢氣渦輪、壓氣機兩個主要部分，以及支撐、密封、冷卻、潤滑等裝置組成（見圖8-17）。渦輪在工作時的轉速通常為80～100kr/min，最高可達200kr/min，且在909℃附近的高溫下工作。圖8-16渦輪增壓器圖8-17渦輪增壓器的構造1—螺母2—壓氣機葉輪3、12、24—卡環4—密封板

5—O形密封圈6、23—密封環7—套管8—擋油板

9—止推墊圈10—隔圈11—止推軸承13、27—軸承14—壓氣機殼15—壓氣機殼固定螺栓16—外殼

17—渦輪軸18—潤滑油入口19—卡箍20—防熱罩21—渦輪殼22—渦輪轉子25—油套26—潤滑油出口為了減小運轉阻力，支撐裝置采用特殊的浮動軸承。（見圖8-18）。潤滑油由發動機潤滑系提供，部分潤滑油經油道噴向渦輪室壁面，起冷卻作用。密封裝置由轉子兩端的油封組成，防止機油從轉子兩端漏至發動機進氣管或排氣管。（見圖8-17前密封環6和后密封環23）。圖8-18浮動軸承結構限壓裝置由排氣旁通閥和執行器組成，其作用是控制增壓壓力。當進氣歧管的壓力達到規定值時，限壓裝置的膜片室使旁通閥打開，部分廢氣從旁通