第六章 进排气系统及排气净化装置

第六章
进排气系统及排气净化装置
6.2
排气系统
1、排气支管
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进排气系统及排气净化装置
6.2
排气系统
2、消声器
●功用：消除排气噪声。消声作用是通过降低排气压力 和衰减排气压力的波动，消耗排气能量实现。 ●类型
吸收式 ●按结构 干涉式
扩张式
共振式
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6.2
排气系统
2、消声器
●柴油机
因柴油机混合气平均过量系数远大于1，燃烧过程空气相对充足，所以 CO、HC排放较少；但NOX排放较多；由于燃烧过程中混合气不均匀， 很容易造成局部浓混合气高温缺氧的局面而生成碳烟。 CO、HC——氧化性转换装置； NOX ——还原型转换装置； 碳烟——采用捕集器捕集再烧掉。
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6.3
排气净化装置
2、三效催化转换装置
●三效催还转换装置主要由催化剂、载体、垫层和壳体组成。
●催化剂由铂、铑（主催化剂）、催化助剂等组成。
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6.3
排气净化装置
2、三效催化转换装置
●三效催还转换装置原理 废气通过该装置时，CO和HC在催化剂铂和钯的作用下，与转换器 中的氧发生反应生成H2O和CO2,该氧化过程对NOX没有影响；
单排气系统 ●按排气总管数目
双排气系统
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排气系统
●类型 ——直列发动机一般采用单排气系统，有时，为降低排 气阻力，也可能采用双排气系统。
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6.2
排气系统
●类型
——有的V型发 动机采用单排气系统， 即通过一个叉形管将 两个排气支管连接到 一个排气总管上，着 重结构简单，成本低； 有的V型发动机用双 排气系统，以减少排 气阻力。
●类型 ●结构
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排气系统
2、消声器
●实例——红 旗CA7220消声器 实际应用为基 本型式的组合。
衰减中低频噪声
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6.3
排气净化装置
3、后处理器 ●汽油机
对于多点喷射的汽油机，主要排放物有CO、HC、NOX。并且当过量空 气系数为1时，三效催化转换器能同时有效地降低以上三种排放物，转换 效率高达96%。目前，汽油机普遍采用三效催化转换器，并用电控汽油 喷射技术将混合气严格控制在过量空气系数为1的理论混合气上。
混合气形成和燃烧过程 的控制
●机内措施 废气再循环技术
增压中冷技术
后处理技术：通过利用催化剂的作用，将排气中的CO、HC、 NOX等有害气体净化为无害气体。
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6.3
排气净化装置
一、汽油机排放物的净化装置
1、催化转换装置
●功用：在催化剂的作用下。使废气中CO、HC和NOX转化为 无害的物质。 ●催化转换装置工作原理 在催化剂的作用下，通过氧化反应、还原反应、水性气体反 应以及水蒸气改质反应，将排气中的CO、HC和NOX 三种有害 气体转换成CO2、H2、N2和H2O 。 ●汽油机的催化转换装置，根据净化形式分为氧化型催化转 换装置、还原催化转化装置和三效催化转换装置。
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排气净化装置
2、三效催化转换装置
●催化转化器结构形式有两种。
多孔性陶瓷小球 构成反应床
具有很多蜂窝状小孔的 陶瓷块构成反应床
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排气净化装置
2、三效催化转换装置
●催化转化器结构形式有两种。
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排气净化装置
回收利用排气能量以提高进气能力的废气涡轮增压技术； 利用废气成分改善进气成分的废气再循环技术（EGR）
2、可变技术
可变增压、可变进气谐振管长度。 优化发动机不同转速下的性能。
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—— 进气系统 6.2 进气系统
●功用：向气缸供给新鲜充量。 ●要求：各气缸新鲜充量的分配尽可能均匀；在大负荷 时供给的新鲜充量尽可能多。 ●组成：一般包括空气滤清器，进气支管和进气总管。 有时，为了增强进气效果，尽可能向气缸多供气，有的进气 系统还装有谐振进气管或增压装置。
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6.1
进气系统
二、空气滤清器 （3）空气滤清器进气导流管 ●功用：从车外吸气，保证进气温度低，提高进气量， 降低燃油消耗率。 ●结构特点：长而粗。
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6.1
进气系统
三、进气管 ●进气管组成：进气总管、稳压箱、进气支管。
1、进气总管 ●功用：尽可能减小进气阻力地前提下，将外界空气 分配到各进气支管，以便将新鲜气体均匀地导入到各气缸。 为此，在进气总管和支管之间设置稳压箱，以保证各 进气支管的进气状态相对稳定。
6.1
进气系统
2、进气支管
（2）可变进气支管 ●因此，开发出可根据发动机转速而改变有效长度的进气歧 管。
A 低速运转
空气经过滤清器、和 节气门沿着弯曲而细 长的进气支管流进气 缸，细长的进气支管 提高了进气速度，增 强气流惯性，进气量 增多（惯性增压）
B 高速运转
空气经滤清器和节气 门直接进入粗短的进 气支管。
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6.2
排气系统
●组成
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6.2
排气系统
●组成
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6.2
排气系统
1、排气支管
●要求：①避免各气缸排气干扰和排气倒流，充分利用惯性排 气。各缸排气支管适当加长；②各气缸的排气阻力尽可能一致， 各支管相互独立，长度相等。 ●材料：铸铁或球墨铸铁为常见，成本低。近来，不锈钢也较 多。质量轻，排气阻力小。
2、三效催化转换装置
●催化转化器结构形式有两种。
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6.3
排气净化装置
3、低温HC排放净化装置
●当发动机排气温度低于350 ℃时，三效催化装置不能正
常工作，HC排放较多，需要净化。 ●发动机刚启动冷态下HC排放的控制方法： 1）直接催化法 将催化转换装置安装在排气管之后，加快催化剂升温速度。 2）利用电加热催化转换法 通过外部电力提前加热的催化转换装置。 3）二次燃烧装置 将燃料的一部分或过浓混合气送到催化转换装置入口处，通 过燃烧器点火燃烧，以提高催化转换装置的工作温度。 4）采用HC捕捉器 主要采用沸石或活性炭作为吸附剂。
电缆线将驾驶人操纵加速踏板的信息传给ECU,ECU对该信息 进行运算处理计算出相应的控制信号，向驱动节气门的伺服 电动机发出控制指令，由此控制节气门的开度。
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—— 排气系统 6.2 排气系统
●功用：排出发动机气缸的废气。 ●要求：各气缸的排气阻力尽可能地小而均匀。 ●组成：一般包括排气歧管、废气净化装置、消声器和 排气总管。 ●类型：
（1）真空直接控制 当真空度较小或没有真空度时， 在膜片弹簧3的作用下，锥阀将 排气再循环通道关闭； 当真空度较大时，膜片4、膜片 推杆5和锥阀6一起向上提起， 排气再循环通道打开。 排气再循环通道开启的程度决定 于进气管真空度的大小，真空度 随节气门开度和转速的变化而变 化。
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进排气系统及排气净化装置
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—— 进气系统
●电控化汽油机进气系统：适应发动机工况变化要求， 将清洁地一定量的空气均匀地分配到各个气缸，并对进气量 进行准确的计量。 ●柴油机进气系统：尽可能多地将清洁地空气供入气缸。
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6.1
进气系统
二、空气滤清器 （1） 功用 ——滤除空气中的灰尘等杂质，使空气清洁。 （2）结构 ●包括空气滤清器壳、空气滤清器盖、滤芯、进气管和 出气管等。 （3）类型
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6.3
EGR系统
6.3、废气再循环系统（EGR）
（3）电子控制
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—— 排气净化装置 6.3 排气净化装置
●功用：减少发动机排出废气中的污染物，净化废气。 ●排气污染物：CO、HC、NOX和微粒。 车用发动机有害尾气排放物的控制技术主要有机内措施和后 处理技术两种。
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进排气系统 及排气净化装置
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—— 概述 6.1 概述
一、功用 ●进排气系统功用：排除气缸内燃烧后的废气，并向气缸内 尽可能地充入新鲜气体。 ●要求：结合发动机不同工况，优化匹配配气相位，同时尽 可能地减小进排气道和进排气管的阻力。 二、发展趋势 1、进排气系统协调控制技术
NOX在催化剂铑的作用下，与HC发生反应，还原成无害的氮 气。 要求将三效催化转换装置尽可能安装在温度较高的排气支管 后面。 如果同时采用不同类型的转换装置，一般将三效转换装置置 于氧化型转换装置之前。
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6.3
排气净化装置
2、三效催化转换装置
●催化转化器的 使用条件 ——使用无铅汽 油。 ——排气温度必 须超过350℃。 ——使用略低于 理论混合比的浓混合 气。
——广泛使用。 ——滤芯为微孔 滤纸制作，经过树脂 处理。 ——滤芯结构为 手风琴折叠式。 ——质量轻，成 本低，过滤效果好， 流动阻力小。
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6.1
进气系统
二、空气滤清器
C 、离心式空气滤清器 ——用于重载汽车。 D、复合式空气滤清器 ——用于重载汽车和矿 山汽车。 ——离心式与纸滤芯式 组合。
6.3
EGR系统
一、排气再循环 排气再循环：发动机排出的部分废气回送到进气支管，并与 新鲜混合气一起再次进入气缸。
废气中含有大量的CO2和H2O，而这两种物质不能燃烧却能 吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而抑制 NOx的生成。 为了既能减少NOx的生成量，又能保持发动机的动力性和经 济性，必须根据发动机工况对再循环的废气量加以控制。 怠速和全负荷或高转速下工作时，不进行排气再循环。 中小负荷范围内，NOx的生成量随发动机负荷的增加而增多， 再循环的废气量也应随负荷增加而增加。
6.3
EGR系统
6.3 废气再循环系统（EGR）
（2）正背压式EGR控制系统
在真空直接控制的基 础上增设BPV阀。BPV阀保 持常开状态，膜片室与大气 相通。 发动机转速较低或节气门开 度较小时，排气压力不大， BPV阀依然开启，膜片室由 于与大气相通，使得真空度 减小或消除，锥阀关闭； 当排气压力增大时，膜片上 移，BPV阀关闭，膜片室与 大气通路隔断，真空度传到 膜片室，导致锥阀开启。
油浴式空气滤清器 纸滤芯式空气滤清器 ●空气滤清器 离心式空气滤清器
复合式空气滤清器
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6.1
进气系统
二、空气滤清器 A 、油浴式空气滤清器 ——用于多尘条件。 ——金属丝滤芯，优点是滤芯清洗后可重复使用。 ——已很少采用。
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进气系统
二、空气滤清器 B 、纸滤芯式空气滤清器
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进气系统
三、进气管 2. 进气支管 ●位置： 在进气总管和气缸盖上的进气道之间。 （1）结构 ●功用：将 新鲜充量分配给 各气缸。 ●要求：进 气分配均匀，进 气阻力小。 ●材料：复 合塑料，合金铸 铁和铝合金过去 常用。
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进气系统
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EGR系统
6.3
废气再循环系统（EGR）
●EGR阀的安装位置——废气再循环的通道上。排气再循环 通道的一端通排气门，一端接进气支管。
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6.3
EGR系统
6.3
废气再循环系统（EGR）
●EGR阀的控制形式 机械式EGR控制系统、电控式EGR控制系统
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进气系统
2、进气支管
（3）可变进气支管
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6.1
进气系统
四、节气门
●对汽油机等量调节式发动机，在进气总管均设有可调节进 气量的节气门，其作用就是根据驾驶人对加速踏板的操作， 适应汽车的行驶条件调节或控制进入气缸的新鲜气体量。 随着汽油机电控技术的发展，节气门也逐渐向电控化发展。
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6.3
排气净化装置
2、进气支管
（2）可变进气支管 ●现象 ——由于波动效应，在不同的工况，发动机气缸的进气 量不均匀。 ——波动周期不同。高转速时，进气量大，流速高，周 期短；低转速时，进气量少而流速低，波动周期长。 ●理想情况 高转速时，进气管短而粗；低转速时，进气管细而长。 并且管道参数随工况变化。
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