进排气系统及排气净化装置.ppt

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,第一节 进气系统,组成 、空气滤清器 、进气歧管 、进气预热装置（化油器式和节气门体汽油喷射式发动机） D、谐振器（增进进气效果） F、空气计量装置（汽油喷射式发动机）,作用： 尽可能多和尽可能均匀地向各气缸供给可燃混合气或纯净的空气。,第六章 进排气系统及排气净化装置,一、空气滤清器,作用： 滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸。也有消减进气噪声的作用。,（一）油浴式空气滤清器,优点： 95%97% 滤芯清洗后可重复使用。滤芯多用金属丝制成,应用：多用于多尘条件下工作 的发动机上，如越野车,油浴式空气滤清器,（二）纸滤芯空气滤清器,类 型,湿式纸滤芯空气滤清器,干式纸滤芯空气滤清器,优点：质量轻、成本低、滤清效果好。,干式纸滤芯可反复使用，应用广泛,湿式纸滤芯使用寿命长、吸附杂质的能力强，滤清效果好。但不能反复使用，需定期更换。,干式纸滤芯空气滤清器,干式纸滤芯空气滤清器,干式纸滤芯空气滤清器,（三）离心式及复合式空气滤清器,双级复合式空气滤清器,应用： 多用于大型载货汽车上,二、进气歧管,（一）作用： 将空气燃油混合气（化油器式或节气门体汽油喷射式发动机）或洁净空气（气道燃油喷射式发动机或柴油机）分配给各缸进气道。,（二）材料： 合金铸铁或铝合金、复合塑料。,红旗7220型发动机（化油器型）,进气歧管,红旗7220E型发动机（电喷型）,进气歧管,BJ492Q型发动机预热装置,化油器式或节气门体汽油喷射式发动机： 利用发动机排气或循环冷却液加热进气歧管,（三）进气歧管加热,（四）谐振进气系统,由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内产生一定幅度的压力波。此压力波以当地声速在进气系统内传播和往复反射。如果利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统，并使其自振频率与进气的进气周期调谐，那么在特定的转速下，在进气门关闭前，进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管的压力增高，从而增加进气量。这种效应称作进气波动效应。,优点：没有运动件，工作可靠，成本低。,缺点：只能增加特定转速下的进气量和发动机转速。,（四）谐振进气系统,为了增强谐振进气效果，空气滤清器进气导流管需要有较大的容积。但是导流管不能太粗，以保证空气在导流管内有一定的流速，因此，进气导流管只能做得很长。较长的进气导流管有利于实现从车外吸气。因为车外空气温度一般比发动机罩下的温度约低30，所以从车外吸入的空气密度可增加10%左右，燃油消耗率可降低3%。,（四）谐振进气系统,空气滤清器进气导流管,为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，达到改善发动机经济性和动力性特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的目的，要求发动机在高转速、大负荷时装粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷时配细长的进气歧管，故设可变进气歧管。,可变进气歧管在所有转速下，都可使发动机转矩平均提高8%。,（五）可变进气歧管,发动机低速运转时，发动机电子控制装置指令转换阀控制机构关闭转换阀，这时空气经空气滤清器和节气门沿着弯曲而又细长的进气歧管流进气缸。,细长的进气歧管提高了进气速度，增强了进气惯性，使进气量增多。,可变长度进气歧管,发动机高速运转时，转换阀开启，空气经空气滤清器和节气门直接进入粗短的进气歧管。,粗短的进气歧管进气阻力小，也使进气量增多。,可变长度进气歧管不仅可以提高发动机的动力性，还由于它提高了发动机在中、低转速时的进气速度而增强了气缸内的气流强度，从而改善了燃烧过程，使发动机中、低速的燃油经济性有所提高。,可变长度进气歧管,发动机高速运转时，长进气通道短路，空气同时经两个短进气通道进入气缸。,发动机中、低速时，长进气通道起作用；,双通道可变进气歧管,第二节 排气系统,一、单排气系统及双排气系统,单排气系统的组成,V型发动机排气系统示意图,双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅，气缸中残余的废气更少，可以充入更多的气体，发动机的功率和转矩都相应的有所提高。,材料： 排气歧管一般由铸铁或球墨铸铁制造，不锈钢愈来愈多。,二、排气歧管,三、排气消声器,功用：消减排气噪音。消声器通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动，使排气能量耗散殆尽。,原理： 1)多次地变动气流方向； 2)重复地使气流通过收缩而又扩大的断面； 3)将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动； 4)将气流冷却。,三、排气消声器,吸收式 干涉式 扩张式 共振式,结构形式,排气消声器,汽 车 公 害,1.排放污染,2.噪声,3.电波干扰,排气污染,汽油蒸发污染,曲轴箱通风污染,发动机噪声,消声器噪声,轮胎噪声,一、汽车排污的来源,第三节 排气净化装置,CO2、H2O、,O2、N2、,CO、HC、NOX、SO2 、炭烟,二、汽车排污的主要成分,一氧化碳（CO）,CO主要是由于发动机气缸中的混合气燃烧时缺少氧气，进行不完全燃烧而形成的。,CO是一种无色无味的窒息性有害气体，吸入人体后，会使心脏、头脑等重要器官严重缺氧，引起头晕、头痛、恶心等症状，轻度是使中枢神经受损，慢性中毒，严重时会使心血管工作困难，甚至死亡。,氮氧化合物（NOx）,NOx是由于燃烧高温使混合气中的氮气氧化而生成的氮氧化合物，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。其中主要是NO，约占95%，还有少量的NO2等。,NO只有轻度的刺激性，毒性并不大，但NO可被氧化成NO2，NO2是一种棕红色的强刺激性有毒气体，对人体的心脏、肝、肾都有影响。另外NO2也是地面附近大气中形成臭氧和酸雨的主要因素。,碳氢化物（HC）,HC的来源有三个：排气、蒸发和曲轴箱窜气。其中排气中的HC主要是由于混合气不完全燃烧、缸壁淬冷、进排气门开启重叠期间新鲜混合气的泄漏等形成的，约占55%。HC由油箱及供油系统等处蒸发的占20%，由曲轴箱窜气形成的占25%。,HC对眼睛、呼吸道和皮肤有强刺激作用，还是强致癌物。另外， HC还是引起光化学烟雾的主要物质。,光化学烟雾,HC和NOx在紫外线的强烈照射下，生成的浅蓝色烟雾，主要成分为臭氧（O3）和NO2。 它是一种难溶于水的二次污染物，能使植物变黑枯死，对人体的眼、鼻、喉刺激很大，与血液的亲和力强，进入血液后，可形成变性血红蛋白，使组织缺氧，对人体健康危害极大。,温室效应、臭氧层空洞,CO2含量增长过快，会引起温室效应，使全球变暖，造成大气循环偏差，异常现象及灾难频频发生。 过量的NOx 会破坏臭氧层，造成臭氧层空洞，使地球上的生命遭受紫外线辐射的伤害。,方法一：研制新型动力源 方法二：对现行发动机进行排气净化 1. 机内净化 2. 机外净化,三、汽车排气净化的途径,1.恒温进气系统 （进气温度自动调节系统）,功用,冷起动后向发动机供给热空气，促使汽油充分汽化和燃烧，减少CO和HC的排放，又改善了发动机低温运转性能；当发动机温度升高后，则供给未经加热的环境空气。,四、排气净化装置,多用于化油器式或节气门体喷射式发动机,1.恒温进 气系统,四、排气净化装置,恒温进 气系统示意图,进气温度自动调节系统,恒温进气控制装置工作原理,T30：温控开关打开通气阀开启冷气道阀门关闭热气道阀门打开。,热空气,恒温进气控制装置工作原理,30T53：温控开关打开冷气道阀门部分打开热气道阀门部分打开。,恒温进气控制装置工作原理,T53：温控开关关闭冷气道阀门完全打开热气道阀门完全关闭。,2.二次空气喷射系统,原 理,利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排气道或催化转换器，使废气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为CO2和H2O 。,二次空气喷射系统,二次空气喷射系统,空 气 泵,由发动机驱动，产生低压空气称做二次空气。,单向 止回 阀,防止废气倒流,分 配 管,将冷空气分配给各气缸,二次空气喷射系统工作原理,发动机起动后，电脑不使旁通线圈和分流线圈通电，于是这两个线圈同时把通向旁通阀和分流阀的真空隔断，这时空气泵送出的空气经旁通阀进入空气。这种状态称作起动工作状态，其持续时间的长短决定于发动机的温度。,二次空气喷射系统工作原理,发动机在预热期间，电脑同时使旁通线圈和分流线圈通电。这时进气管真空度分别经旁通线圈和分流线圈传送到旁通阀和分流阀。空气泵送出的空气此时经旁通阀进入分流阀，再由分流阀流入空气分配管，最后由空气喷管喷入排气道。,二次空气喷射系统工作原理,发动机在正常的冷却液温度下工作时，电脑只使旁通线圈通电，而不使分流线圈通电，通向分流阀的真空度被分流线圈隔断。这时，空气泵送出的空气经旁通阀进入分流阀，再经分流阀进入氧化催化转化器。,作用：利用催化剂，象滤清器那样通过排气，将有害成分CO、HC、NOX进行化学反应转化为无害的CO2、H2O和N2。,3、催化转换器（催化净化转换器）,类 型,氧化催化转换器 三效催化转换器,氧化催化转换器（二效催化转换器）,只将废气中的CO和HC氧化为CO2和H2O。通常用于空燃比控制精度不高的发动机，由于氧化催化器在富氧的条件下能充分发挥作用，必须向其中供给二次空气作为氧化剂，以获得较高的转化效率。,2CO + O22CO2 4HC+5O24CO2 + 2H2O,三效催化转换器,作用：可同时减少CO、HC和NOx 的排放，以废气中的CO和HC作为还原剂，把NOx还原成为N2和O2，而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。,三效催化转换器组成：,三元催化转换器一般由圆筒形外壳、涂有催化剂的载体等组成。,催化剂： 铂（Pt） 钯(Pd) 铑(Rh) 铈(Ce)稀土金属 整体蜂窝陶瓷载体是目前应用最广泛的一种载体,三元催化转换器组成：,三效催化转换器工作原理：,2CO+2NO2CO2+N2,4HC+10NO4CO2+2H2O+5N2,2CO+O22CO2,4HC+5O2 4CO2+ 2H2O,CO、HC与NOX互为氧化剂和还原剂，生成无害的CO2、H2O、N2。,剩余的CO和HC则进行下面的反应，生成无害的CO2、H2O。,三效催化转换器工作条件：严格,只能使用无铅汽油，否则会使催化剂的活性及转化效率下降。,催化反应的最佳温度，一般为350，在发动机起动时的低温下，三元催化转化器并不起作用。而发动机起动时的有害排放物是较高的，所以有的催化转化器带加热装置。,三效催化转换器工作条件：,必须供给比较理想的混合气（理论混合气），装用三元催化转换器的汽车必须装有氧传感器，需要发动机对空燃比进行精确控制。,为防止温度过高，影响转化效果，三元催化转化器一般安装在排气歧管后面，且距排气歧管出口有一段距离。,4、柴油机微粒过滤器,微粒过滤器的滤芯由多孔陶瓷制造，它有较高的过滤效率。,4、柴油机微粒过滤器,排气穿过多孔陶瓷滤芯进入排气管，而微粒则滞留在滤芯上。,过滤器工作一段时间后，需及时清除存积在滤芯上的微粒，以恢复过滤器的工作能力和减小排气阻力。,在过滤器入口处设置一个燃烧器，通过喷油器向燃烧器内喷入少量燃油，并供入二次空气，利用火花塞或电热塞将其点燃，将滞留在滤芯上的微粒烧掉。,EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.废气再循环装置,功用,把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。利用废气中CO2的吸热特性，降低燃烧行程的最高温度，减少NOx的生成量。,NOx是由于燃烧高温使混合气中的氮气氧化而生成的氮氧化合物。,EGR (Exhaust Gas Recircul-ation),5.废气再循环装置,1.低速、低水温（60）时：废气中NOX含量少，不需废气再循环投入工作。,EGR的控制原则：,2. 中等负荷时：废气中NOX含量多，需要废气再循环投入工作。且循环量应随着节气门开度增大而增加。,3.高速、大负荷时：侧重于发动机输出大功率，故不需废气再循环投入工作。,采用EGR系统后，虽然有效地降低了NOX的排放量，但却在一定程度上使发动机的动力性、经济性变差，而且HC排放量也会有所增加。,5.废气再循环装置,类 型,真空控制式,正背压式,电子控制式,EGR阀的安装位置（GM2.5L）,空气滤清器,节气门体,5.废气再循环装置,真空直接控制EGR阀,进气道真空度小，废气循环通道关闭,进气道真空度大，废气循环通道打开,废气循环通道打开程度，与进气道真空度成正比,5.废气再循环装置,真空直接控制EGR阀工作原理,5.废气再循环装置,正背压EGR阀,排气压力小，废气循环通道关闭,排气压力大，废气循环通道打开,废气循环通道打开程度与排气压力大小成正比,5.废气再循环装置,正背压EGR阀工作原理,5.废气再循环装置,电子控制式EGR阀,曲轴箱窜气的危害： 1.汽油蒸气凝结后将使机油变稀； 2.废气中的水蒸气凝结后形成泡沫, 破坏机油的供给。 3.废气中的SO2遇H2O生成H2SO3 2H2SO3+O2 2H2SO4 腐蚀 排放污染中HC的25%来自曲轴箱的窜气,第四节 强制式曲轴箱通风装置,将曲轴箱内的气体引入进气系统，进而进入气缸参与燃烧，使从气缸漏入曲轴箱的HC得到利用，以减少污染物的排放，又改善发动机的燃油经济性。,作用：,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,组成：,PCV阀,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,EQ6100Q发动机,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,福特发动机,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,闭式曲轴箱强制通风装置（PCV）,进气管回火时PCV阀的开度 防止回火进入曲轴箱而引起发动机爆炸,燃油蒸发是指由油箱及供油系统等处蒸发并排向大气的燃油蒸汽。主要成分是HC。 目前最常用的燃油蒸发控制系统是活性炭罐式燃油蒸汽吸附装置。,第五节 汽油蒸发控制系统,第五节 汽油蒸发控制系统,第五节 汽油蒸发控制系统,炭罐,双向阀,气液分离器,