進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置.ppt

第六章 進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,第六章 進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,第一節(jié) 進氣系統(tǒng),組成 、空氣濾清器 、進氣歧管 、進氣預(yù)熱裝置（化油器式和節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動機） D、諧振器（增進進氣效果） F、空氣計量裝置（汽油噴射式發(fā)動機）,作用： 盡可能多和盡可能均勻地向各氣缸供給可燃混合氣或純凈的空氣。,第六章 進排氣系統(tǒng)及排氣凈化裝置,一、空氣濾清器,作用： 濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進入氣缸。也有消減進氣噪聲的作用。,（一）油浴式空氣濾清器,優(yōu)點： 95%97% 濾芯清洗后可重復(fù)使用。濾芯多用金屬絲制成,應(yīng)用：多用于多塵條件下工作 的發(fā)動機上，如越野車,油浴式空氣濾清器,（二）紙濾芯空氣濾清器,類 型,濕式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,優(yōu)點：質(zhì)量輕、成本低、濾清效果好。,干式紙濾芯可反復(fù)使用，應(yīng)用廣泛,濕式紙濾芯使用壽命長、吸附雜質(zhì)的能力強，濾清效果好。但不能反復(fù)使用，需定期更換。,干式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,干式紙濾芯空氣濾清器,（三）離心式及復(fù)合式空氣濾清器,雙級復(fù)合式空氣濾清器,應(yīng)用： 多用于大型載貨汽車上,二、進氣歧管,（一）作用： 將空氣燃油混合氣（化油器式或節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動機）或潔凈空氣（氣道燃油噴射式發(fā)動機或柴油機）分配給各缸進氣道。,（二）材料： 合金鑄鐵或鋁合金、復(fù)合塑料。,紅旗7220型發(fā)動機（化油器型）,進氣歧管,紅旗7220E型發(fā)動機（電噴型）,進氣歧管,BJ492Q型發(fā)動機預(yù)熱裝置,化油器式或節(jié)氣門體汽油噴射式發(fā)動機： 利用發(fā)動機排氣或循環(huán)冷卻液加熱進氣歧管,（三）進氣歧管加熱,（四）諧振進氣系統(tǒng),由于進氣過程具有間歇性和周期性，致使進氣歧管內(nèi)產(chǎn)生一定幅度的壓力波。此壓力波以當?shù)芈曀僭谶M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氣歧管與一定容積的諧振室組成諧振進氣系統(tǒng)，并使其自振頻率與進氣的進氣周期調(diào)諧，那么在特定的轉(zhuǎn)速下，在進氣門關(guān)閉前，進氣歧管內(nèi)產(chǎn)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(yīng)稱作進氣波動效應(yīng)。,優(yōu)點：沒有運動件，工作可靠，成本低。,缺點：只能增加特定轉(zhuǎn)速下的進氣量和發(fā)動機轉(zhuǎn)速。,（四）諧振進氣系統(tǒng),為了增強諧振進氣效果，空氣濾清器進氣導(dǎo)流管需要有較大的容積。但是導(dǎo)流管不能太粗，以保證空氣在導(dǎo)流管內(nèi)有一定的流速，因此，進氣導(dǎo)流管只能做得很長。較長的進氣導(dǎo)流管有利于實現(xiàn)從車外吸氣。因為車外空氣溫度一般比發(fā)動機罩下的溫度約低30，所以從車外吸入的空氣密度可增加10%左右，燃油消耗率可降低3%。,（四）諧振進氣系統(tǒng),空氣濾清器進氣導(dǎo)流管,為了充分利用進氣波動效應(yīng)和盡量縮小發(fā)動機在高、低速運轉(zhuǎn)時進氣速度的差別，達到改善發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性特別是改善中、低速和中、小負荷時的經(jīng)濟性和動力性的目的，要求發(fā)動機在高轉(zhuǎn)速、大負荷時裝粗短的進氣歧管；而在中、低轉(zhuǎn)速和中、小負荷時配細長的進氣歧管，故設(shè)可變進氣歧管。,可變進氣歧管在所有轉(zhuǎn)速下，都可使發(fā)動機轉(zhuǎn)矩平均提高8%。,（五）可變進氣歧管,發(fā)動機低速運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機電子控制裝置指令轉(zhuǎn)換閥控制機構(gòu)關(guān)閉轉(zhuǎn)換閥，這時空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門沿著彎曲而又細長的進氣歧管流進氣缸。,細長的進氣歧管提高了進氣速度，增強了進氣慣性，使進氣量增多。,可變長度進氣歧管,發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)換閥開啟，空氣經(jīng)空氣濾清器和節(jié)氣門直接進入粗短的進氣歧管。,粗短的進氣歧管進氣阻力小，也使進氣量增多。,可變長度進氣歧管不僅可以提高發(fā)動機的動力性，還由于它提高了發(fā)動機在中、低轉(zhuǎn)速時的進氣速度而增強了氣缸內(nèi)的氣流強度，從而改善了燃燒過程，使發(fā)動機中、低速的燃油經(jīng)濟性有所提高。,可變長度進氣歧管,發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時，長進氣通道短路，空氣同時經(jīng)兩個短進氣通道進入氣缸。,發(fā)動機中、低速時，長進氣通道起作用；,雙通道可變進氣歧管,第二節(jié) 排氣系統(tǒng),一、單排氣系統(tǒng)及雙排氣系統(tǒng),單排氣系統(tǒng)的組成,V型發(fā)動機排氣系統(tǒng)示意圖,雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動機排氣更為順暢，氣缸中殘余的廢氣更少，可以充入更多的氣體，發(fā)動機的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)的有所提高。,材料： 排氣歧管一般由鑄鐵或球墨鑄鐵制造，不銹鋼愈來愈多。,二、排氣歧管,三、排氣消聲器,功用：消減排氣噪音。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。,原理： 1)多次地變動氣流方向； 2)重復(fù)地使氣流通過收縮而又擴大的斷面； 3)將氣流分割為很多小的支流并沿著不平滑的平面流動； 4)將氣流冷卻。,三、排氣消聲器,吸收式 干涉式 擴張式 共振式,結(jié)構(gòu)形式,排氣消聲器,汽 車 公 害,1.排放污染,2.噪聲,3.電波干擾,排氣污染,汽油蒸發(fā)污染,曲軸箱通風污染,發(fā)動機噪聲,消聲器噪聲,輪胎噪聲,一、汽車排污的來源,第三節(jié) 排氣凈化裝置,CO2、H2O、,O2、N2、,CO、HC、NOX、SO2 、炭煙,二、汽車排污的主要成分,一氧化碳（CO）,CO主要是由于發(fā)動機氣缸中的混合氣燃燒時缺少氧氣，進行不完全燃燒而形成的。,CO是一種無色無味的窒息性有害氣體，吸入人體后，會使心臟、頭腦等重要器官嚴重缺氧，引起頭暈、頭痛、惡心等癥狀，輕度是使中樞神經(jīng)受損，慢性中毒，嚴重時會使心血管工作困難，甚至死亡。,氮氧化合物（NOx）,NOx是由于燃燒高溫使混合氣中的氮氣氧化而生成的氮氧化合物，產(chǎn)生于燃燒室內(nèi)高溫富氧的環(huán)境中。其中主要是NO，約占95%，還有少量的NO2等。,NO只有輕度的刺激性，毒性并不大，但NO可被氧化成NO2，NO2是一種棕紅色的強刺激性有毒氣體，對人體的心臟、肝、腎都有影響。另外NO2也是地面附近大氣中形成臭氧和酸雨的主要因素。,碳氫化物（HC）,HC的來源有三個：排氣、蒸發(fā)和曲軸箱竄氣。其中排氣中的HC主要是由于混合氣不完全燃燒、缸壁淬冷、進排氣門開啟重疊期間新鮮混合氣的泄漏等形成的，約占55%。HC由油箱及供油系統(tǒng)等處蒸發(fā)的占20%，由曲軸箱竄氣形成的占25%。,HC對眼睛、呼吸道和皮膚有強刺激作用，還是強致癌物。另外， HC還是引起光化學(xué)煙霧的主要物質(zhì)。,光化學(xué)煙霧,HC和NOx在紫外線的強烈照射下，生成的淺藍色煙霧，主要成分為臭氧（O3）和NO2。 它是一種難溶于水的二次污染物，能使植物變黑枯死，對人體的眼、鼻、喉刺激很大，與血液的親和力強，進入血液后，可形成變性血紅蛋白，使組織缺氧，對人體健康危害極大。,溫室效應(yīng)、臭氧層空洞,CO2含量增長過快，會引起溫室效應(yīng)，使全球變暖，造成大氣循環(huán)偏差，異?，F(xiàn)象及災(zāi)難頻頻發(fā)生。 過量的NOx 會破壞臭氧層，造成臭氧層空洞，使地球上的生命遭受紫外線輻射的傷害。,方法一：研制新型動力源 方法二：對現(xiàn)行發(fā)動機進行排氣凈化 1. 機內(nèi)凈化 2. 機外凈化,三、汽車排氣凈化的途徑,1.恒溫進氣系統(tǒng) （進氣溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)）,功用,冷起動后向發(fā)動機供給熱空氣，促使汽油充分汽化和燃燒，減少CO和HC的排放，又改善了發(fā)動機低溫運轉(zhuǎn)性能；當發(fā)動機溫度升高后，則供給未經(jīng)加熱的環(huán)境空氣。,四、排氣凈化裝置,多用于化油器式或節(jié)氣門體噴射式發(fā)動機,1.恒溫進 氣系統(tǒng),四、排氣凈化裝置,恒溫進 氣系統(tǒng)示意圖,進氣溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),恒溫進氣控制裝置工作原理,T30：溫控開關(guān)打開通氣閥開啟冷氣道閥門關(guān)閉熱氣道閥門打開。,熱空氣,恒溫進氣控制裝置工作原理,30T53：溫控開關(guān)打開冷氣道閥門部分打開熱氣道閥門部分打開。,恒溫進氣控制裝置工作原理,T53：溫控開關(guān)關(guān)閉冷氣道閥門完全打開熱氣道閥門完全關(guān)閉。,2.二次空氣噴射系統(tǒng),原 理,利用空氣泵將新鮮空氣經(jīng)空氣噴管噴入排氣道或催化轉(zhuǎn)換器，使廢氣中的CO和HC進一步氧化或燃燒成為CO2和H2O 。,二次空氣噴射系統(tǒng),二次空氣噴射系統(tǒng),空 氣 泵,由發(fā)動機驅(qū)動，產(chǎn)生低壓空氣稱做二次空氣。,單向 止回 閥,防止廢氣倒流,分 配 管,將冷空氣分配給各氣缸,二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動機起動后，電腦不使旁通線圈和分流線圈通電，于是這兩個線圈同時把通向旁通閥和分流閥的真空隔斷，這時空氣泵送出的空氣經(jīng)旁通閥進入空氣。這種狀態(tài)稱作起動工作狀態(tài)，其持續(xù)時間的長短決定于發(fā)動機的溫度。,二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動機在預(yù)熱期間，電腦同時使旁通線圈和分流線圈通電。這時進氣管真空度分別經(jīng)旁通線圈和分流線圈傳送到旁通閥和分流閥。空氣泵送出的空氣此時經(jīng)旁通閥進入分流閥，再由分流閥流入空氣分配管，最后由空氣噴管噴入排氣道。,二次空氣噴射系統(tǒng)工作原理,發(fā)動機在正常的冷卻液溫度下工作時，電腦只使旁通線圈通電，而不使分流線圈通電，通向分流閥的真空度被分流線圈隔斷。這時，空氣泵送出的空氣經(jīng)旁通閥進入分流閥，再經(jīng)分流閥進入氧化催化轉(zhuǎn)化器。,作用：利用催化劑，象濾清器那樣通過排氣，將有害成分CO、HC、NOX進行化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為無害的CO2、H2O和N2。,3、催化轉(zhuǎn)換器（催化凈化轉(zhuǎn)換器）,類 型,氧化催化轉(zhuǎn)換器 三效催化轉(zhuǎn)換器,氧化催化轉(zhuǎn)換器（二效催化轉(zhuǎn)換器）,只將廢氣中的CO和HC氧化為CO2和H2O。通常用于空燃比控制精度不高的發(fā)動機，由于氧化催化器在富氧的條件下能充分發(fā)揮作用，必須向其中供給二次空氣作為氧化劑，以獲得較高的轉(zhuǎn)化效率。,2CO + O22CO2 4HC+5O24CO2 + 2H2O,三效催化轉(zhuǎn)換器,作用：可同時減少CO、HC和NOx 的排放，以廢氣中的CO和HC作為還原劑，把NOx還原成為N2和O2，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO2和H2O。,三效催化轉(zhuǎn)換器組成：,三元催化轉(zhuǎn)換器一般由圓筒形外殼、涂有催化劑的載體等組成。,催化劑： 鉑（Pt） 鈀(Pd) 銠(Rh) 鈰(Ce)稀土金屬 整體蜂窩陶瓷載體是目前應(yīng)用最廣泛的一種載體,三元催化轉(zhuǎn)換器組成：,三效催化轉(zhuǎn)換器工作原理：,2CO+2NO2CO2+N2,4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2,2CO+O22CO2,4HC+5O2 4CO2+ 2H2O,CO、HC與NOX互為氧化劑和還原劑，生成無害的CO2、H2O、N2。,剩余的CO和HC則進行下面的反應(yīng)，生成無害的CO2、H2O。,三效催化轉(zhuǎn)換器工作條件：嚴格,只能使用無鉛汽油，否則會使催化劑的活性及轉(zhuǎn)化效率下降。,催化反應(yīng)的最佳溫度，一般為350，在發(fā)動機起動時的低溫下，三元催化轉(zhuǎn)化器并不起作用。而發(fā)動機起動時的有害排放物是較高的，所以有的催化轉(zhuǎn)化器帶加熱裝置。,三效催化轉(zhuǎn)換器工作條件：,必須供給比較理想的混合氣（理論混合氣），裝用三元催化轉(zhuǎn)換器的汽車必須裝有氧傳感器，需要發(fā)動機對空燃比進行精確控制。,為防止溫度過高，影響轉(zhuǎn)化效果，三元催化轉(zhuǎn)化器一般安裝在排氣歧管后面，且距排氣歧管出口有一段距離。,4、柴油機微粒過濾器,微粒過濾器的濾芯由多孔陶瓷制造，它有較高的過濾效率。,4、柴油機微粒過濾器,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，需及時清除存積在濾芯上的微粒，以恢復(fù)過濾器的工作能力和減小排氣阻力。,在過濾器入口處設(shè)置一個燃燒器，通過噴油器向燃燒器內(nèi)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。,EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.廢氣再循環(huán)裝置,功用,把發(fā)動機排出的部分廢氣回送到進氣支管，并與新鮮混合氣一起再次進入氣缸。利用廢氣中CO2的吸熱特性，降低燃燒行程的最高溫度，減少NOx的生成量。,NOx是由于燃燒高溫使混合氣中的氮氣氧化而生成的氮氧化合物。,EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.廢氣再循環(huán)裝置,1.低速、低水溫（60）時：廢氣中NOX含量少，不需廢氣再循環(huán)投入工作。,EGR的控制原則：,2. 中等負荷時：廢氣中NOX含量多，需要廢氣再循環(huán)投入工作。且循環(huán)量應(yīng)隨著節(jié)氣門開度增大而增加。,3.高速、大負荷時：側(cè)重于發(fā)動機輸出大功率，故不需廢氣再循環(huán)投入工作。,采用EGR系統(tǒng)后，雖然有效地降低了NOX的排放量，但卻在一定程度上使發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性變差，而且HC排放量也會有所增加。,5.廢氣再循環(huán)裝置,類 型,真空控制式,正背壓式,電子控制式,EGR閥的安裝位置（GM2.5L）,空氣濾清器,節(jié)氣門體,5.廢氣再循環(huán)裝置,真空直接控制EGR閥,進氣道真空度小，廢氣循環(huán)通道關(guān)閉,進氣道真空度大，廢氣循環(huán)通道打開,廢氣循環(huán)通道打開程度，與進氣道真空度成正比,5.廢氣再循環(huán)裝置,真空直接控制EGR閥工作原理,5.廢氣再循環(huán)裝置,正背壓EGR閥,排氣壓力小，廢氣循環(huán)通道關(guān)閉,排氣壓力大，廢氣循環(huán)通道打開,廢氣循環(huán)通道打開程度與排氣壓力大小成正比,5.廢氣再循環(huán)裝置,正背壓EGR閥工作原理,5.廢氣再循環(huán)裝置,電子控制式EGR閥,曲軸箱竄氣的危害： 1.汽油蒸氣凝結(jié)后將使機油變稀； 2.廢氣中的水蒸氣凝結(jié)后形成泡沫, 破壞機油的供給。 3.廢氣中的SO2遇H2O生成H2SO3 2H2SO3+O2 2H2SO4 腐蝕 排放污染中HC的25%來自曲軸箱的竄氣,第四節(jié) 強制式曲軸箱通風裝置,將曲軸箱內(nèi)的氣體引入進氣系統(tǒng)，進而進入氣缸參與燃燒，使從氣缸漏入曲軸箱的HC得到利用，以減少污染物的排放，又改善發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。,作用：,閉式曲軸箱強制通風裝