第6章

發動機進、排氣裝置及汽車排放控制裝置2024/10/8第6章發動機進、排氣裝置及汽車排放控制裝置6.1發動機進、排氣裝置6.2發動機增壓6.3發動機排放控制裝置2024/10/826.1發動機進、排氣裝置功能：供給發動機工作時所需要的新鮮、清潔的可燃混合氣或空氣，并將發動機燃燒后的廢氣排至大氣。6.1發動機進、排氣裝置1.發動機進氣裝置功用：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：燃油噴射式發動機中，進氣系統包括空氣濾清器、進氣總管、進氣歧管、空氣流量計或進氣管壓力傳感器等。6.1發動機進、排氣裝置1.發動機進氣裝置（1）空氣濾清器1）功用：濾除空氣中的雜質或灰塵，讓潔凈空氣進入氣缸。也可消減進氣噪聲。若不裝空氣濾清器，發動機壽命將縮短2/3。2）結構：一般由空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成。轎車用發動機常用干式紙濾芯空氣濾清器，帶進氣導流管。圖6-2紙濾芯式空氣濾清器結構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發動機進、排氣裝置1.發動機進氣裝置（1）空氣濾清器為了增強轎車發動機的進氣諧振效果，空氣濾清器的進氣導流管需要有較大的容積，但是導流管不能太粗，以保證一定的空氣流速，因此，進氣導流管只能做得很長。6.1發動機進、排氣裝置小知識：進氣諧振由于進氣過程具有間歇性與周期性，致使進氣歧管內產生一定幅度的壓力波。此壓力波以聲速在進氣系統內傳播和往復反射。如果利用一定長度和直徑的進氣歧管和一定容積的諧振室組成進氣諧振系統，并使其固有頻率與氣門的進氣周期協調，那么在特定轉速下，就會在進氣門關閉之前，在進氣歧管內產生大幅度的壓力波，使進氣歧管壓力增高，從而增加進氣量。這種效應稱為進氣波效應。進氣諧振系統的優點是沒有運動件，工作可靠，成本低。但只能增加特定轉速下的進氣量和發動機轉矩。6.1發動機進、排氣裝置1.發動機進氣裝置（2）進氣歧管作用：將可燃混合氣較均勻地分送到各個氣缸的進氣門。一般發動機的進氣歧管由合金鑄鐵制造，轎車發動機多用鋁合金制造（重量輕，導熱性好）。進氣歧管內到各氣缸的氣體流道的長度盡可能相等，內壁應該光滑。6.1發動機進、排氣裝置2.發動機排氣裝置功用：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發動機排氣裝置的組成1-排氣歧管2-前排氣管3-三元催化轉換器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發動機進、排氣裝置2.發動機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形發動機排氣裝置示意圖1-發動機2-排氣歧管3-叉形管4-催化轉化器5-排氣管6-消聲器7-排氣尾管8-連通管6.1發動機進、排氣裝置2.發動機排氣裝置（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；排氣支管各缸應相互獨立，長度相等。如右圖：1、4缸排氣支管匯合在一起，2、3缸機排氣支管匯合在一起，這是為了各缸排氣不出現干擾，防止出現排氣倒流現象，因此，將不連續點火的氣缸的排氣支管匯合在一起。6.1發動機進、排氣裝置2.發動機排氣裝置（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成。排氣經多孔的管子流入膨脹室和共振室，在此過程中，排氣不斷改變流動方向，逐漸降低和衰減其壓力和壓力脈動，消耗其能量，最終使排氣噪聲得到消減。6.1發動機進、排氣裝置3.

進、排氣歧管的布置直列多缸發動機上，進、排氣歧管有多種布置方式。第一種：每一對相鄰兩缸共用一條進氣管，這樣可以簡化進氣歧管的制造，而每缸使用單獨的排氣管，有利于排氣的散熱，以降低進氣歧管附近的溫度。第二種：部分氣缸使用單獨的進氣管。第三種是每缸都單獨使用一條進氣管，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。有的發動機將進、排氣歧管分裝在兩側，其目的是避免熱機時廢氣對進氣歧管加熱，以提高發動機進氣量，改善動力性。6.2發動機增壓進氣增壓就是將空氣供入氣缸前預先壓縮，以提高空氣密度、增加進氣量的一項技術。作用：由于增壓后進氣量增加，可相應地增加循環供油量，從而使發動機的最大功率升高。同時，增壓還可以改善燃油經濟性，作為控制排放的有效技術手段。根據驅動壓氣機的方式不同，增壓器分為機械增壓、廢氣渦輪增壓和氣波增壓等類型。6.2

發動機增壓一、機械增壓原理：由發動機曲軸經齒輪增速器驅動，或由曲軸齒形傳動帶輪經齒形傳動帶及電磁離合器驅動。特點：能有效地提高發動機功率，與渦輪增壓相比，其低速增壓效果更好。另外，與發動機容易匹配，結構也比較緊湊。但燃油消耗率比非增壓發動機略高。6.2

發動機增壓一、機械增壓由曲軸帶輪經傳動帶和電磁離合器帶輪驅動增壓器工作?？諝饨浽鰤浩髟鰤汉笤俳浿欣淦鹘禍?，然后進入氣缸。6.2

發動機增壓當發動機在小負荷下運轉時不需要增壓，這時電控單元(ECU)根據節氣門位置傳感器的信號，使電磁離合器斷電，增壓器停止工作。一、機械增壓6.2

發動機增壓與此同時，電控單元向進氣旁通閥通電使其開啟，空氣經旁通閥及旁通管道進入氣缸。爆燃傳感器將爆燃的信號傳輸給ECU，ECU則發出相應指令減小點火提前角，以消除爆燃。一、機械增壓6.2

發動機增壓二、廢氣渦輪增壓組成：由渦輪機和壓氣機構成。原理：將發動機排出的廢氣引入渦輪機，利用廢氣所包含的能量推動渦輪機葉輪旋轉，并帶動與其同軸安裝的壓氣機葉輪工作，新鮮空氣在壓氣機內增壓后進入氣缸。特點：經濟性好；可大幅度地降低有害氣體的排放和噪聲水平；缺點是低速時轉矩增加不多；在發動機工況發生變化時，瞬態響應差；低速加速性較差。6.2

發動機增壓二、廢氣渦輪增壓單渦輪增壓6.2

發動機增壓二、廢氣渦輪增壓1.單渦輪增壓執行器內有膜片將之分隔成左右兩個腔，膜片左側受進氣增壓壓力的作用，膜片右側裝有彈簧。膜片與廢氣閥通過一根推桿連接。當壓縮輪側進氣增壓壓力增加到足以克服執行器內的彈簧力時，推桿推動廢氣閥開啟。一部分廢氣繞過渦輪經排氣歧管直接排放出去，增壓壓力也隨之下降。可見增壓壓力的大小決定了膜片受壓后的變形量，進而決定了廢氣閥的開度、廢氣旁通量的多少，最終增壓壓力發生改變，這就是一個閉環控制過程。

6.2

發動機增壓三、氣波增壓原理：由發動機曲軸帶輪經傳動帶驅動氣波增壓器轉子。在轉子中發動機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，以提高進氣壓力。特點：結構簡單，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。只能用在最高轉速較低的柴油機上。6.2

發動機增壓三、氣波增壓1.氣波增壓器構造6.2

發動機增壓三、氣波增壓2.氣波增壓器工作原理基于氣體動力現象：當壓縮波在管道內傳播時，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，當膨脹波在管道內傳播時，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發動機排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害排放污染物：一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、微粒。1.一氧化碳（CO）燃料不完全燃燒的產物，人吸入后將降低血液吸收和運送氧的能力。當吸入CO達0.3%（體積）時，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間不足；混合氣混合不均。改進措施：促進混合氣形成，適當提高燃燒溫度。6.3發動機排放控制裝置一、汽車排放污染的生成與危害2.碳氫化合物（HC）包括未燃和未完全燃燒的燃油蒸汽。危害：HC和NOx在陽光照射下產生臭氧(O3)，形成光化學煙霧，使橡膠開裂，對人類、植物、環境危害極大。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改善燃燒，保證混合氣濃度和燃燒溫度最佳等。6.3發動機排放控制裝置一、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；滯留時間。危害：對大氣環境、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的滯留時間以及改善混合氣的形成等。6.3發動機排放控制裝置一、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以下的微粒對人體的危害最大，吸入肺葉后會吸附在肺細胞上，其中可溶性有機物、多環芳香烴等是致癌物質。6.3發動機排放控制裝置常用的排放控制裝置有三元催化轉換器、廢氣再循環、曲軸箱通風、二次空氣噴射、汽油蒸發排放控制裝置等。6.3發動機排放控制裝置二、廢氣再循環系統EGR:把發動機排出的部分廢氣回送到進氣管，并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸參與燃燒。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。廢氣再循環過多，會影響發動機怠速、低轉速小負荷、暖機工況的運轉穩定性，因此，必須根據發動機工況的變化控制廢氣再循環率（參與廢氣再循環的廢氣比例）。6.3發動機排放控制裝置二、廢氣再循環系統現代轎車發動機廢氣再循環（EGR）系統由電腦控制，主要由廢氣再循環閥（EGR閥）控制廢氣再循環的廢氣量。而EGR閥的開度大小由電磁閥和真空控制閥控制作用在EGR閥上真空膜片室內的進氣管真空度大小，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的廢氣量。（1）低溫、低速時不投入工作（2）高速、中等負荷時投入工作（3）大負荷時不投入工作6.3發動機排放控制裝置二、廢氣再循環系統ECU控制的開環控制EGR系統工作過程6.3發動機排放控制裝置三、三元催化轉化裝置1.功能：利用轉換器中的三元催化劑，將發動機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.構造：安裝在排氣消聲器前面，由轉換芯子和外殼等構成。轉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發動機排放控制裝置三、三元催化轉化裝置3.原理TWC先利用銠做催化劑，將NOx還原成無害的氮氣(N2)和二氧化碳（CO2)。還原過程中所生成的O2，再加上TWC內由二次空氣導管所導入的新鮮空氣中的O2（有些車型才有），以鉑（Pt)或鈀(Pd)做催化劑一起和CO、HC進行氧化反應，使其轉變成無害的CO2和H2，6.3發動機排放控制裝置三、三元催化轉化裝置4.影響三元催化轉換器轉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℃之間當空燃比維持在14.7:1的標準混合氣附近時，對廢氣中的有害氣體CO、HC和NOX的轉換效率最佳6.3發動機排放控制裝置作用：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進一步氧化成為CO2和H2O，從而降低CO和HC的排放量；同時提高三元催化轉換器的轉換效率。二次空氣供給系統不工作的條件：EFI進入閉環控制；水溫超過規定；發動機轉速和負荷超過規定；ECU發現有故障?？刂品绞剑篍CU→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6.3發動機排放控制裝置五、曲軸箱通風(PCV)系統1.曲軸箱通風原因曲軸箱設有通風裝置，能使漏入的氣體排出并加以利用，同時使新鮮氣體進入曲軸箱，不使曲軸箱內的壓力過大。2.通風方式自然通風強制通風6.3發動機排放控制裝置五、曲軸箱通風(PCV)系統2.通風方式自然通風：從曲軸箱抽出的氣體直接導入大氣中的通風方式稱為自然通風。柴油機多采用這種曲軸箱自然通風方式。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發動機排放控制裝置五、曲軸箱通風(PCV)系統2.通風方式強制通風：從曲軸箱抽出的氣體導入發動機的進氣管，吸入氣缸再燃燒。汽油機多采用這種曲軸箱強制通風方式。發動機工作時，進氣管中部分氣流沿著空氣軟管流入氣缸蓋罩內，并形成一定壓力，使氣缸罩蓋內的油氣以及曲軸箱內的油氣經PCV閥（單向閥）和回流管進入進氣支管，最后經氣門進入燃燒室被燃燒。有利于提高發動機的經濟性。6.3發動機排放控制裝置六、汽油蒸發排放控制系統1.作用：是將油箱中的汽油蒸氣收集于活性炭罐中，并在發動機工作時，通過流經的空氣將汽油蒸氣送入進氣管參與燃燒，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。汽油蒸氣應在發動機處于閉環控制時導入燃燒室燃燒，只有在閉環控制時才能針對因額外蒸汽作用導致混合氣變濃的情況調節噴油量。同時，還必須根據發動機工況，控制導入氣缸內參加燃燒的汽油蒸汽量。6.3發動機排放控制裝置六、汽油蒸發排放控制系統