汽車發動機構造

主講：劉昭霞進氣系統的功用是盡可能多、盡可能均勻地向各缸供給可燃混合氣或純空氣。組成由空氣濾清器和進氣歧管組成。化油器式汽油機－-空氣經空氣濾清器過濾后，進入化油器，在化油器內與汽油形成可燃混和氣，進入進氣歧管，然后經進氣門進入氣缸；直接噴射式汽油機-－空氣經空氣濾清器過濾后，流過空氣流量計，由進氣道進入進氣歧管，與噴油嘴噴出的汽油混合形成可燃混和氣，經進氣門進入汽缸。柴油機－-空氣經空氣濾清器過濾后，進入進氣歧管，經進氣門進入氣缸。排氣系統的功用是盡可能多的把燃燒后的廢氣排出氣缸。第六章進排氣系統及排氣凈化裝置

進氣第一節進氣系統一、空氣濾清器(一)空氣濾清器的功用燃油燃燒需要大量的空氣。以普通轎車為例，每消耗1L汽油需要消耗5000～10000L空氣。大量的空氣進入氣缸，若不將其中的雜質或灰塵濾除，必然加速氣缸的磨損，縮短發動機使用壽命。實踐證明，發動機不安裝空氣濾清器，其壽命將縮短2/3。空氣濾清器的功用主要是濾除空氣中的雜質或灰塵，讓潔凈的空氣進入氣缸。另外，空氣濾清器也有降低進氣噪聲的作用。（二)空氣濾清器結構空氣濾清器一般由進氣導流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成。現在廣泛用于汽車發動機上的空氣濾清器仍有多種結構形式。1．油浴式空氣濾清器2．紙濾芯空氣濾清器3．離心式及復合式空氣濾清器

(三)空氣濾清器進氣導流管在現代轎車上，為了增強發動機的諧振進氣效果，空氣濾清器進氣導流管需要有較大的容積。但是導流管不能太粗，以保證空氣在導流管內有一定的流速，因此，進氣導流管只能做得很長。較長的進氣導流管有利于實現從車外吸氣。因為車外空氣溫度一般比發動機罩下的溫度低30℃左右，所以從車外吸入的空氣密度可增大近10%，燃油消耗率可降低3%。二、進氣歧管1．進氣歧管結構對于化油器式或節氣門體汽油噴射式發動機，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。它的功用是將空氣、燃油混合氣由化油器或節氣門體分配到各缸進氣道。對于氣道燃油噴射式發動機或柴油機，進氣歧管只是將潔凈的空氣分配到各缸進氣道。進氣歧管必須將空氣燃油混合氣或潔凈空氣盡可能均勻地分配到各個氣缸，為此進氣歧管內氣體流道的長度應盡可能相等。為了減小氣體流動阻力，提高進氣能力，進氣歧管的內壁應該光滑。

2．進氣歧管加熱化油器式或節氣門體燃油噴射式發動機進氣歧管的溫度很重要。溫度太低，汽油將在管壁上凝結。因此，對這類發動機的進氣歧管應進行適當的加熱以促進汽油的蒸發。但是加熱過度將減少進入氣缸的混合氣數量，并使發動機功率下降。通常進氣歧管利用發動機排氣或循環冷卻液進行加熱。利用循環冷卻液加熱進氣歧管需在進氣歧管內設置水套，并使其與發動機冷卻系連通，讓冷卻液在進氣歧管的水套內循環流動。氣道燃油噴射式發動機的進氣歧管無需加熱。

3．諧振進氣系統由于進氣過程具有間歇性和周期性，致使進氣歧管內產生一定幅度的壓力波。此壓力波以當地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與一定容積的諧振室組成諧振進氣系統，并使其固有頻率與氣門的進氣周期調諧，那么在特定的轉速下，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，使進氣歧管的壓力增高，從而增加進氣量。這種效應稱作進氣波動效應。諧振進氣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。

4．可變進氣歧管為了充分利用進氣波動效應和盡量縮小發動機在高、低速運轉時進氣速度的差別，從而達到改善發動機經濟性及動力性特別是改善中、低速和中、小負荷時的經濟性和動力性的目的，要求發動機在高轉速、大負荷時裝備粗短的進氣歧管；而在中、低轉速和中、小負荷時配用細長的進氣歧管。可變進氣歧管就是為適應這種要求而設計的。可變進氣歧管在所有轉速下都可以使發動機轉矩平均提高5%。第二節排氣系統一、單排氣系統及雙排氣系統直列型發動機在排氣行程期間，氣缸中的廢氣經排氣門進入排氣歧管，再由排氣歧管進入排氣管、催化轉換器和消聲器，最后由排氣尾管排到大氣中。這種排氣系統稱作單排氣系統。

V型發動機有兩個排氣歧管，在大多數裝配V型發動機的汽車上仍采用單排氣系統，即通過一個叉形管將兩個排氣歧管連接到一個排氣管上。來自兩個排氣歧管的廢氣經同一個排氣管、同一個消聲器和同一個排氣尾管排出。但有些V型發動機采用兩個單排氣系統，即每個排氣歧管各自都連接一個排氣管、催化轉換器、消聲器和排氣尾管。這種布置形式稱作雙排氣系統。雙排氣系統降低了排氣系統內的壓力，使發動機排氣更為順暢，氣缸中殘余的廢氣較少，因而可以充入更多的空氣燃油混合氣或潔凈的空氣，發動機的功率和轉矩都相應地有所提高。二、排氣歧管一般排氣歧管由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，近些年來采用不銹鋼排氣歧管的汽車愈來愈多，其原因是不銹鋼排氣歧管質量輕，耐久性好，同時內壁光滑，排氣阻力小。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的長，而且各缸支管應該相互獨立、長度相等。

三、消聲器發動機的排氣壓力為0.3～0.5MPa，溫度在500～700℃，這表明排氣有一定的能量。同時，由于排氣的間歇性，在排氣管內引起排氣壓力的脈動。若將發動機排氣直接排放到大氣中，將產生強烈的、頻譜比較復雜的噪聲，其頻率從幾十赫到一萬赫以上。排氣消聲器的功用是降低排氣噪聲。消聲器通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動，使排氣能量耗散殆盡。

第三節排氣凈化裝置

隨著汽車保有量的與日俱增，汽車排氣對人類健康的危害及對環境的污染也日甚一日。對此，世界各國都制定了相應的法規和標準，以期把汽車有害排放物控制在較低的水平。為了滿足排放標準，必須對發動機排氣進行凈化。近幾年來，汽車界開發和創制出許多凈化排氣的新技術和新裝置。

一、發動機的有害排放物

以活塞式內燃機為動力的汽車是城市大氣的主要污染源之一。汽車排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)、氮氧化合物(NOｘ)和微粒。1)CO是燃油的不完全燃燒產物，是一種無色、無臭、無味的氣體。它與血液中血紅素的親和力是氧氣的300倍，因此當人吸入CO后，血液吸收和運送氧的能力降低，導致頭暈、頭痛等中毒癥狀。當吸入含容積濃度為0.3%的CO氣體時，可致人于死亡。

2)HC包括未燃燒和未完全燃燒的汽油和機油蒸氣，HC與NOｘ在陽光下形成光化學煙霧，主要是臭氧O3，強氧化劑，使得橡膠開裂，植物受害，能見度降低，刺激人的眼睛和喉嚨。3）NOｘ主要是指NO和NO２，產生于燃燒室內高溫富氧的環境中。空氣中NOｘ濃度在10～20ppm時可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。當NOｘ超過500ppm時，幾分鐘可使人出現肺氣腫而死亡。

4）碳煙對人的呼吸道有害。主要是柴油機。

二、恒溫進氣系統恒溫進氣系統也稱進氣溫度自動調節系統。它是由空氣加熱裝置(又稱熱爐)和安裝在空氣濾清器進氣導流管上的控制裝置構成的恒溫進氣系統多用于化油器式或節氣門體噴射式發動機上。當發動機冷起動之后，在怠速或小節氣門開度下工作時，由于溫度低，須供給發動機濃混合氣以保持其穩定運轉。但濃混合氣燃燒不完全，排氣中CO和HC較多。若供給稀混合氣，雖然可以減少有害氣體的排放，但在低溫下發動機不能穩定運轉。恒溫進氣系統的功用就是在發動機冷起動之后，向發動機供給熱空氣，這時即使供給的是稀混合氣，熱空氣也能促使汽油充分汽化和燃燒，從而減少了CO和HC的排放，又改善了發動機低溫運轉性能。當發動機溫度升高后，恒溫進氣系統向發動機供給未經加熱的環境空氣。

進氣

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->三、二次空氣噴射系統很多汽車發動機裝有二次空氣噴射系統。雖然二次空氣噴射系統有各種各樣的結構，但其功用基本相同，即利用空氣泵將新鮮空氣經空氣噴管噴入排氣道或催化轉換器，使排氣中的CO和HC進一步氧化或燃燒成為二氧化碳(CO２)和水(H２O)。

四、催化轉換器

催化轉換器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOx轉換為對人體無害的氣體的一種排氣凈化裝置，也稱作催化凈化轉換器。金屬鉑、鈀或銠均可作催化劑。在化學反應過程中，催化劑只促進反應的進行，不是反應物的一部分。催化轉換器有氧化催化轉換器和三元催化轉換器。氧化催化轉換器只將排氣中的CO和HC氧化為CO２和H２O，因此這種催化轉換器也稱做二元催化轉換器。必須向氧化催化轉換器供給二次空氣作為氧化劑，才能使其有效地工作。三元催化轉換器可同時減少CO、HC和NOx的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NOｘ還原為氮(N２)和氧(O２)，而CO和HC在還原反應中被氧化為CO２和H２O。當同時采用兩種轉換器時，通常把兩者放在同一個轉換器外殼內，而且三元催化轉換器置于氧化催化轉換器前面。排氣經過三元催化轉換器之后，部分未被氧化的CO和HC繼續在氧化催化轉換器中與供入的二次空氣進行氧化反應。

五、柴油機微粒過濾器

微粒是柴油機排放的突出問題。對車用柴油機排氣微粒的處理，主要采用過濾法。微粒過濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率。排氣穿過多孔陶瓷濾芯進入排氣管，而微粒則滯留在濾芯上。過濾器工作一段時間后，需及時清除積存在濾芯上的微粒，以恢復過濾器的工作能力和減小排氣阻力。為此，在過濾器入口處設置一個燃燒器，通過噴油器向燃燒器內噴入少量燃油，并供入二次空氣，利用火花塞或電熱塞將其點燃，將滯留在濾芯上的微粒燒掉。

六、排氣再循環(EGR)系統排氣再循環是指把發動機排出的部分廢氣回送到進氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸。由于廢氣中含有大量的CO2，而CO2不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了NOx的生成量。排氣再循環是凈化排氣中NOx的主要方法。在新鮮的混合氣中摻入廢氣之后，混合氣的熱值降低，致使發動機的有效功率下降。為了作到既能減少NOx的排放，又能保持發動機的動力性，必須根據發動機運轉的工況對再循環的廢氣量加以控制。NOx的生成量隨發動機負荷的增大而增多，因此，再循環的廢氣量也應隨負荷而增加。在暖機期間或怠速時，NOx生成量不多，為了保持發動機運轉的穩定性，不進行排氣再循環。在全負荷或高轉速下工作時，為了使發動機有足夠的動力性，也不進行排氣再循環。進氣

1．真空直接控制EGR閥EGR閥的開度取決于進氣管道的真空度。真空度小開度小；真空度大開度大。

2．正背壓EGR閥

利用排氣背壓閥來控制作用在EGR閥室內的膜片室內的真空度，借以控制EGR閥的啟閉。發動機轉速低，發動機轉速高節氣門開度小閥關；節氣門開度大閥開。3．電子控制EGR閥ECU根據點火開關、曲軸位置、節氣門位置、冷卻液溫度傳感器的信號，判斷發動機工況，對電磁閥通電或斷電控制EGR閥的開度。真空度小開度小；真空度大開度大。第四節強制式曲軸箱通風系統

強制式曲軸箱通風系統又稱PCV系統。在發動機工作時，會有部分可燃混合氣和燃燒產物經活塞環由氣缸竄入曲軸箱內。當發動機在低溫下運行時，還可能有液態燃油漏入曲軸箱。這些物質如不及時清除，將加速機油變質并使機件受到腐蝕或銹蝕。又因為竄入曲軸箱內的氣體中含有HC及其他污染物，所以不允許把這種氣體排放到大氣中。現代汽車發動機所采用的強制式曲軸箱通風系統就是防止曲軸箱氣體排放到大氣中的凈化裝置。網頁課件