進(jìn)排氣系統(tǒng)與增壓系統(tǒng)進(jìn)排氣系統(tǒng)與增壓系統(tǒng)第一節(jié)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng) 第二節(jié)發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)第三節(jié)增壓技術(shù) 第四節(jié)機(jī)械增壓 第五節(jié)渦輪增壓 第六節(jié)氣波增壓2314567第一節(jié)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)

第一節(jié)發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)的功用是盡可能多地和盡可能均勻地向各氣缸供給空氣與燃油的混合氣或純凈的空氣。進(jìn)氣系統(tǒng)主要包括空氣濾清器、進(jìn)氣總管和進(jìn)氣歧管。在燃油噴射式發(fā)動機(jī)中,進(jìn)氣系統(tǒng)還會安裝空氣流量計或進(jìn)氣歧管壓力傳感器等,以便對進(jìn)入氣缸的空氣量進(jìn)行計量。

一、空氣濾清器

(一)空氣濾清器的功用空氣濾清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵,讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。另外,空氣濾清器也有消減進(jìn)氣噪聲的作用。(二)空氣濾清器的結(jié)構(gòu)空氣濾清器一般由進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成?，F(xiàn)在廣泛用于汽車發(fā)動機(jī)上的空氣濾清器有多種結(jié)構(gòu)形式。1.油浴式空氣濾清器2.紙濾芯空氣濾清器3.離心式空氣濾清器

二、空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管在現(xiàn)代轎車上,為了增強發(fā)動機(jī)的諧振進(jìn)氣效果,空氣濾清器進(jìn)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(jìn)氣導(dǎo)流管只能做得很長,如圖6-4所示。圖6-4空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管1—空氣濾清器外殼2—空氣濾清器蓋3—濾芯4—后進(jìn)氣導(dǎo)流管5—前進(jìn)氣導(dǎo)流管6—諧振室

三、進(jìn)氣歧管

進(jìn)氣歧管將空氣與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(jìn)氣歧管內(nèi)氣體流道的長度應(yīng)盡可能相等。為了減小氣體流動阻力,提高進(jìn)氣能力,進(jìn)氣歧管的內(nèi)壁應(yīng)該光滑。一般化油器式或節(jié)氣門體燃油噴射式發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管由合金鑄鐵制造,轎車發(fā)動機(jī)多用鋁合金制造。2134567第二節(jié)發(fā)動機(jī)的排氣系統(tǒng)一、單排氣系統(tǒng)和雙排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)的功用是以盡可能小的排氣阻力和噪聲,將氣缸內(nèi)的廢氣排到大氣中。排氣系統(tǒng)主要包括排氣歧管、排氣管和消聲器。一、單排氣系統(tǒng)和雙排氣系統(tǒng)直列型發(fā)動機(jī)在排氣行程期間,氣缸中的廢氣經(jīng)排氣門進(jìn)入排氣歧管,再由排氣歧管進(jìn)入排氣管、催化轉(zhuǎn)換器和消聲器,最后由排氣尾管排到大氣中。這種排氣系統(tǒng)稱為單排氣系統(tǒng)(圖6-10)。圖6-10單排氣系統(tǒng)的組成1—排氣歧管2—前排氣管3—催化轉(zhuǎn)化器4—排氣溫度傳感器5—副消聲器6—后排氣管7—主消聲器8—排氣尾管二、排氣歧管一般排氣歧管由鑄鐵或不銹鋼制造,不銹鋼排氣歧管質(zhì)量小,耐久性好,同時內(nèi)壁光滑,排氣阻力小。為了不使各缸排氣相互干擾及不出現(xiàn)排氣倒流現(xiàn)象,并盡可能地利用慣性排氣,應(yīng)該將排氣歧管做得盡可能長,而且各缸歧管應(yīng)該相互獨立,長度相等。圖6-12不銹鋼排氣歧管的結(jié)構(gòu)三、消聲器發(fā)動機(jī)的排氣壓力約為0.3~0.5MPa,溫度約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(nèi)會引起排氣壓力的脈動。如果將發(fā)動機(jī)排氣直接排放到大氣中,勢必會產(chǎn)生強烈的噪聲。排氣消聲器的功用就是通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力的脈動來消減排氣噪聲。消聲器用鍍鋁鋼板或不銹鋼板制造。圖6-13主消聲器的結(jié)構(gòu)1—進(jìn)口管2—外隔板3—外殼4—內(nèi)殼5—內(nèi)隔板6—出口管2134567第三節(jié)

增壓技術(shù)第三節(jié)、增壓技術(shù)

進(jìn)氣增壓是將空氣在進(jìn)入氣缸之前提高其壓力,使空氣密度升高從而最終增加進(jìn)入氣缸的空氣量的一項技術(shù)。由于進(jìn)氣量增加,可相應(yīng)地增加循環(huán)供油量,從而使發(fā)動機(jī)的最大功率升高,改善車輛的加速性。同時,增壓還可以改善燃油經(jīng)濟(jì)性,作為控制排放的有效技術(shù)手段。根據(jù)驅(qū)動壓氣機(jī)的方式不同,增壓器可分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓、電機(jī)驅(qū)動增壓和氣波增壓等類型。機(jī)械增壓是一種通過發(fā)動機(jī)曲軸直接驅(qū)動壓氣機(jī),以提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣壓力的增壓方式。廢氣渦輪增壓是車用發(fā)動機(jī)廣泛采用的一種增壓方式,主要由渦輪機(jī)2和壓氣機(jī)3構(gòu)成。將發(fā)動機(jī)排出的廢氣引入渦輪機(jī),利用廢氣能量推動渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn),由此驅(qū)動與渦輪同軸的壓氣機(jī)實現(xiàn)增壓。第三節(jié)、增壓技術(shù)

電機(jī)驅(qū)動增壓有兩種形式,即電動壓氣機(jī)(eBooster)和電輔助渦輪增壓器(eTurbo)。電動壓氣機(jī)是與常規(guī)的廢氣渦輪增壓器一起使用,在低負(fù)荷范圍內(nèi)可對發(fā)動機(jī)進(jìn)行增壓,而在高負(fù)荷時盡可能由常規(guī)渦輪增壓器承擔(dān)增壓任務(wù),此時電動壓氣機(jī)則借助于自行調(diào)節(jié)的旁通閥來實現(xiàn)旁通功能。電輔助渦輪增壓器是將電驅(qū)動集成到常規(guī)的渦輪增壓器中。電機(jī)位于兩個軸承之間,而功率電子器件則直接配裝于緊靠電機(jī)的殼體上。2134567第四節(jié)機(jī)械增壓一、機(jī)械增壓機(jī)械增壓器根據(jù)壓氣機(jī)的工作原理分為機(jī)械離心式增壓器、羅茨式增壓器、滑片式增壓器、螺旋式增壓器和轉(zhuǎn)子活塞式增壓器等(圖6-17)。圖6-17機(jī)械式增壓器的種類a)機(jī)械離心式b)羅茨式c)滑片式d)螺旋式e)轉(zhuǎn)子活塞式1—初級變速帶輪2—次級變速帶輪3—電磁離合器4—增速行星齒輪系5—壓氣機(jī)6—進(jìn)氣口7—排氣口8—外殼9—旋轉(zhuǎn)活塞10—轉(zhuǎn)子11—滑片12—驅(qū)動軸13—出口邊緣14—二級工作室空氣進(jìn)口15—抽氣導(dǎo)向器16—第一級工作室空氣進(jìn)口17—抽氣元件18—外轉(zhuǎn)子19—內(nèi)轉(zhuǎn)子20—工作腔Ⅲ

21—工作腔Ⅱ

22—工作腔Ⅰ二、羅茨式機(jī)械增壓器在機(jī)械增壓器中,羅茨式壓氣機(jī)最廣為人知,其結(jié)構(gòu)如圖6-18所示。它由轉(zhuǎn)子3、轉(zhuǎn)子軸4、傳動齒輪7、殼體9、后蓋5和齒輪室罩8等構(gòu)成。圖6-18羅茨式壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)1—電磁離合器帶輪2—電磁離合器3—轉(zhuǎn)子4—轉(zhuǎn)子軸5—后蓋6—放油螺塞7—傳動齒輪8—齒輪室罩9—殼體10—滾子軸承三、電磁離合器機(jī)械式增壓器一般由發(fā)動機(jī)曲軸來驅(qū)動。車用發(fā)動機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍為每分鐘幾千轉(zhuǎn),而增壓器的工作轉(zhuǎn)速范圍為每分鐘幾萬~十幾萬轉(zhuǎn)。增壓發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣壓力,即增壓程度與增壓器的轉(zhuǎn)速有關(guān),當(dāng)增壓器轉(zhuǎn)速高時,進(jìn)氣壓力也高,反之增壓器轉(zhuǎn)速低時進(jìn)氣壓力也低。這種特性不利于增壓發(fā)動機(jī)的低速轉(zhuǎn)矩特性。因此,為了改善發(fā)動機(jī)的低速性能,通過發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動增壓器時,在兩者之間設(shè)置增速器(變速器),以根據(jù)不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整最適合的增壓器工作轉(zhuǎn)速,保證發(fā)動機(jī)的低速特性;同時在發(fā)動機(jī)高速時,降低增壓器的轉(zhuǎn)速,以免發(fā)動機(jī)過增壓。為此,常采用離合器來控制。2134567第五節(jié)

渦輪增壓第五節(jié)渦輪增壓廢氣渦輪增壓是通過發(fā)動機(jī)排出的廢氣能量推動渦輪增壓器實現(xiàn)增壓。根據(jù)渦輪回收廢氣能量的方式不同,廢氣渦輪增壓系統(tǒng)可分為串聯(lián)前復(fù)合增壓、串聯(lián)后復(fù)合增壓以及并聯(lián)復(fù)合增壓等幾種方式。一、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理車用渦輪增壓器由離心式壓氣機(jī)和徑流式渦輪機(jī)及中間體三部分組成(圖6-24)。增壓器軸5通過兩個浮動軸承9支承在中間體14內(nèi)。中間體內(nèi)有潤滑和冷卻軸承的油道,還有防止機(jī)油漏入壓氣機(jī)或渦輪機(jī)中的密封裝置等。圖6-24渦輪增壓器結(jié)構(gòu)1—壓氣機(jī)蝸殼2—無葉式擴(kuò)壓管3—壓氣機(jī)葉輪4—密封套5—增壓器軸6—進(jìn)氣道7—推力軸承8—擋油板9—浮動軸承10—渦輪機(jī)葉輪11—出氣道12—隔熱板13—渦輪機(jī)蝸殼14—中間體一、渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)及工作原理1.離心式壓氣機(jī)離心式壓氣機(jī)由進(jìn)氣道6、壓氣機(jī)葉輪3、無葉式擴(kuò)壓管2及壓氣機(jī)蝸殼1等組成。葉輪包括葉片和輪轂,并由增壓器軸5帶動旋轉(zhuǎn)。2.徑流式渦輪機(jī)渦輪機(jī)是將發(fā)動機(jī)排氣的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功的裝置。3.轉(zhuǎn)子渦輪機(jī)葉輪、壓氣機(jī)葉輪和密封套等零件安裝在增壓器軸上,構(gòu)成渦輪增壓器轉(zhuǎn)子。4.增壓器軸承增壓器軸承的結(jié)構(gòu)是車用渦輪增壓器可靠性的關(guān)鍵之一。二、增壓壓力的調(diào)節(jié)在渦輪增壓系統(tǒng)中都設(shè)有進(jìn)氣旁通閥和排氣旁通閥,用以控制增壓壓力。排氣旁通閥及其控制裝置在增壓器上的安裝位置如圖6-28所示。圖6-28排氣旁通閥及其控制裝置在增壓器上的安裝位置1—控制膜盒2—連動桿3—排氣旁通閥4—排氣管5—渦輪機(jī)葉輪6—渦輪機(jī)蝸殼7—增壓器軸8—中間體9—壓氣機(jī)蝸殼10—壓氣機(jī)葉輪11—連通管三、渦輪增壓器的潤滑及冷卻來自發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)主油道的機(jī)油,經(jīng)增壓器中間體上的機(jī)油進(jìn)口1進(jìn)入增壓器,潤滑和冷卻增壓器軸和軸承。然后,機(jī)油經(jīng)中間體上的機(jī)油出口2返回發(fā)動機(jī)油底殼(圖6-29)。在增壓器軸上裝有油封,用來防止機(jī)油竄入壓氣機(jī)或渦輪機(jī)蝸殼內(nèi)。圖6-29增壓器的潤滑與冷卻1—機(jī)油進(jìn)口2—機(jī)油出口3—冷卻液進(jìn)口4—冷卻水套5—冷卻液出口2134567第六節(jié)氣波增壓一、氣波增壓器構(gòu)造氣波增壓器中有一個轉(zhuǎn)子,沿其軸向開有許多梯形截面的氣體流道。轉(zhuǎn)子5懸臂地支承在兩個軸承4上(圖6-30),與增壓器殼6以及前后端蓋都不接觸。一個端蓋接低壓空氣管和高壓空氣管,稱空氣端蓋1;另一個端蓋接高壓排氣管和低壓排氣管,稱排氣端蓋8。支承轉(zhuǎn)子5的兩個軸承4布置在空氣端蓋1中,以保證軸承得到良好的冷卻。圖6-30氣波增壓器結(jié)構(gòu)1—空氣端蓋2—傳動軸3—油封4—軸承5—轉(zhuǎn)子6—增壓器殼7—絕熱層8—排氣端蓋二、氣波增壓器工作原理氣波增壓器的工作原理基于一種氣體動力現(xiàn)象:當(dāng)壓縮波在管道內(nèi)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(dāng)膨