柴油机进排气系统.ppt

1、柴油机的进排气系统、发动机的进排气系统的作用和在汽缸内燃烧产生的废气被排出，汽缸内填充尽可能多的新鲜气体，为了实现热工转换供给物质的进排气过程是间歇地进行的，所以进排气管中存在气流的脉动排气消音器三元催化剂的进排气系统的发展趋势1、进排气系统协调控制技术排气涡轮增压排气再循环2、可变技术可变增压技术可变进气技术、排气涡轮增压技术排气涡轮增压通过用排气能量驱动涡轮来驱动与涡轮同轴的压缩机，实现提高进气密度的目的提高发动机的动力性、经济性和排放性。 如何匹配车辆用发动机的涡轮增压器和发动机成为了重要的课题。 一般发动机转速低，排气流速低，涡轮转速低，增压效果差，不利于提高低速扭矩的发动机转速高时，

2、排气流速高，涡轮转速高，增压效果高，有利于提高发动机的高速扭矩。 但是，由于高速时容易引起发动机增压，机械负载和热负载考虑到排气涡轮增压发动机的高低速性能匹配的问题，广泛采用了可变增压、复合增压和二级增压等技术。 废气再循环技术的废气再循环是指，将废气中燃烧部分的废气再次导入进气管，与新鲜气体一起进入气缸，参与燃烧的过程。 降低废气中的NOx、HC、CO，但EGR量过多的话，在燃料经济性直接降低的同时，碳烟的排出也会增加。 因此，根据发动机的状况，有必要正确控制最合适的再循环排气量。 内部EGR和外部EGR实施的内部EGR只需要控制排气相位，不需要特别的系统，机构简单，再循环排气量可以通过配气

3、相位的精密控制来调节。 缺点是，由于再循环废气的温度高，降低NOx排出的效果达不到外部EGR，而且能够实施EGR的范围有限。 外部EGR通过在再循环管线上设置中间冷却器可以降低再循环废气的温度，提高通过EGR降低NOx排出的效果。 缺点是系统结构很复杂。 可变增压技术是针对涡轮增压器不能同时实现车辆发动机高低速性能的问题而开发的。 主要特征是通过在涡轮入口设置可变叶片，根据发动机转速控制涡轮入口的几何截面积，调整涡轮的工作转速，可变控制发动机转速下的增压比。 可变进气技术是根据发动机转速选择不同长度的进气管，从而兼顾高低发动机性能的技术。 吸气系统的进气系统的作用是尽可能多地向气缸内供给新鲜气

4、体和纯净的空气，使各气缸的进气量尽可能一致，为各气缸的热能转换提供物质基础。 空气滤清器：去除空气中的异物，向气缸供给清洁的新鲜气体和空气。 进气支管的长度和形状尽可能一致：目的是保证对一个汽缸的均匀进气。 进气系统的构成：现代汽油发动机的进气系统中，除了空气滤清器之外，还设置了检测进气量的空气流量计、能正确控制进气量的电子控制节气门等。 在实际情况下测量进入汽缸的进气量，根据目标空燃比控制喷射量。 柴油机的进气系统主要由空气滤清器、进气歧管、进气分支管等构成，为了提高发动机的输出功率、改善经济性和排气特性，车辆用柴油机广泛采用增压中冷技术，所以增压中冷柴油机的进气系统中采用了压缩机和联锁空气

5、滤清器以普通轿车为例，每消耗1L汽油就消耗500010000L的空气。 如果大量空气进入气缸，不清除其中的垃圾和灰尘，气缸的磨损一定会加速，发动机的寿命会缩短。实践证明，发动机没有安装空气滤清器，寿命缩短了2/3。 车辆用发动机空气滤清器的结构形式1、油浴式空气滤清器2、纸过滤器式空气滤清器3、复合式空气滤清器、油浴式空气滤清器在发动机工作时，通过壳体和过滤器盖之间的狭缝进入过滤器气流一弯曲，空气中的粗大异物就扔进油中附着，细小的异物就用过滤器过滤。 附着在滤芯上的异物被气流溅起的油冲洗，随机的油一起回到储油池中。 滤芯多由铁丝制成，可以去除空气中的杂质95%97%，油浴式空气滤清器的优点在于

6、，滤芯清洗后可以再使用。 从纸元件的空气滤清器、空气滤清器进气短管1经过过滤器3进入过滤器底部，经过纸元件和空气滤清器排气短管出过滤器，进入进气分支管。 空气中粗大的杂质被过滤器阻塞，微细的杂质用滤纸芯过滤。 纸元件的空气滤清器具有重量轻、成本低、过滤效果高等优点。 纸元件由经树脂处理的细孔滤纸构成，有干式和湿式两种。 干式滤纸可以反复使用，滤纸芯经浸油处理后为湿式纸元件，其优点是寿命长，吸附杂质能力强，过滤效果好，但不能反复使用，因此需要定期更换。 离心式及复合式空气滤清器，二段复合式空气滤清器的上体是纸元件的空气滤清器，下体是离心式空气滤清器。 空气从过滤器下体的吸气口进入旋转管，被引导到

7、旋转管内的螺旋引导面引起高速旋转运动。 此时，在离心力的作用下，空气中的尘埃的大部分被旋转管壁摆动落在烟灰缸中，过滤后的空气从旋转管的顶部进入纸元件的空气滤清器，空气中残留的微细异物进一步被纸元件过滤。 空气滤清器进气管为了提高发动机的共振进气效果，使空气滤清器进气管成为大容积。 但是，为了在导向器内确保一定的流速，导向器不能太粗，所以导向器必须变长。 长长的吸气管道有利于车外的吸气。 由于汽车行驶时车外空气温度一般比发动机室内的温度低30左右，所以从车外吸入的空气密度可以增大约10%，这样可以使发动机的耗油量降低3%。 电子节气门控制系统、油门踏板、油门踏板位置传感器、ECU、节气门、节气门

8、位置传感器、电子节气门控制系统并不是由油门踏板直接控制节气门，而是经由线缆对驾驶员操作油门踏板的信息进行控制在ECU对该信息进行运算处理而计算出相应的控制信号之后，通过向驱动节气门的伺服电动机发出控制指令来控制节气门的开度。 电子节气门的最大特征是，可以根据汽车行驶的实际条件，控制最佳的发动机输出扭矩。 因此，电子节气门控制系统可以设置各种功能来改善汽车驾驶的安全性和舒适性。 其中最常见的是牵引力控制系统(TCS )和巡航控制系统。 牵引力控制系统TCS是在汽车行驶、起步、突然加速时防止驱动轮打滑的牵引力控制系统，主要包括ECU、车轮转速传感器、节气门控制系统和车轮制动力控制系统。 在汽车行驶

9、中，ECU基于从动轮传感器的信息设定目标车速，检测驱动轮的车速，在根据驱动轮的转速计算出的车速超过目标车速的情况下，判定为驱动轮处于滑动状态，在该情况下，ECU通过控制电子控制节气门的开度和制动器，来控制驱动轮的当电子节气门控制系统接收到TCS系统的指令时，它只有从TCS系统接收到对节气门的控制指令，才能避免驾驶员的误操作。巡航控制系统ECU基于由车速传感器检测出的根据行驶阻力而变化的车速信息对节流阀的开度进行反馈控制，从而使行驶车速稳定在目标车速。 进气系统相对于电控多点喷射式汽油机，喷射器分别安装在各进气分支管上，废除了气化器，因此进气分支管的设计不受混合气形成条件的限制，能够进行动力设计

10、，其作用只需将清洁的空气均等地分配给各气缸的进气道因此，将各气缸进气支管的长度和形状设计得尽可能相同。 为了减少进气的流动阻力，提高进气能力，进气支管的内壁必须光滑。 进气共鸣进气共鸣是指，在进气中有效地利用进气管内的压力波的往复振动，来增加进气。 因为进气分支管经由冲击罐与进气歧管连接，冲击罐具有一定的容积，相对于进气分支管内的压力波构成一个开口边界，所以可以利用一定长度和直径的进气分支管和一定容积的冲击罐(共振室)来构成进气共振系统。 如果使其固有频率与进气阀的进气周期同步，则在以特定转速关闭进气阀之前，进气管内会产生大幅度的压力波，进气管接近进气阀的压力峰值变高，进气量增加。 这个效果称

11、为进气波动效果。 进气谐振系统的优点是没有运动子，工作可靠，成本低。 但是，只能增加特定转速下进气量和发动机扭矩，可变进气系统为了充分利用不同转速下的进气变动效果，为了改善发动机的高速和中低速下的经济性和动力性，要求发动机在高转速下配备粗短的进气分支管的中低速时可变进气分支管是为了满足这个要求而设计的。 可变进气分支管的细长进气分支管提高进气速度，增强气流惯性，增加进气量的现象也称为惯性增压。 发动机高速运转时，切换阀打开，通过空气滤清器和节流阀，空气直接进入粗进气分支管。 粗进气支管的进气阻力小，进气量也变多。 可变长度进气分支管不仅提高了发动机的动力性，还通过提高发动机中低速运转时的进气速

12、度，提高了气缸内的气流速度，改善了燃烧过程，提高了发动机中低速的油耗。 空气滤清器、节流阀、切换阀、切换阀控制机构、可变进气分支管在使用转速范围内，可使发动机扭矩平均提高8%，可变谐振管的压力波增压效果主要与发动机转速和进气管长度有关。 也就是说，为了在低速时得到压力变动的增压效果，进气管很长，在高速区域，为了降低高速时的气流的损失，要求短的进气管。 因此，根据发动机转速控制进气管的长度的变化，能在全旋转区域提高膨胀效率，改善发动机的性能。 当控制阀在高旋转时打开时，通过第二谐振箱的作用，实际的进气压力波所作用的管段成为从进气阀到第二谐振箱间的短部分。 当发动机转速下降到中低速时，控制阀关闭，

13、第二谐振腔不工作，因此实际进气压力波作用的管部是从进气阀到第一谐振腔的长部分。 因此，还具有根据转速的变化调节谐振管的长度的作用。 随着排气系统对节能减排的要求越来越严格，汽车用发动机的排气系统的作用不仅可以迅速排除气缸内燃烧的废气，保证补充新鲜气体，而且还可以尽量减少有害污染物的排放和噪音，尽可能地回收排气能量如果采用单排气系统和双排气系统、单排气系统、双排气系统、双排气系统、在各排气管上分别连接排气管、催化转换器、消音器和排气尾管的双排气系统，可以降低排气系统内的压力，使发动机的排气变得更顺畅后处理器汽油发动机通常排出的污染物主要是CO、HC、Nox，在排气管上安装三元催化转换器，可以降低

14、废气中CO、HC、Nox的含量。 混合气体过剩的空气系数在10.03范围内时，三元催化转换器的催化转换效率最高，转换效率高达96%。 柴油机混合气的平均过剩空气系数大于1，混合气极不均匀，因此不能用三元催化转换器净化CO、HC、Nox。 而且一般降低Nox的技术措施和降低碳烟排放的技术措施矛盾，成为现代柴油机排放控制的主要技术难点。 CO和HC使用氧化型催化剂转换装置进行氧化处理为CO2和h2o NOx使用还原型催化剂转换装置还原处理为N2的碳烟粒子用捕集器捕集并焚烧。 消音器排气管内的平均排气压力一般为0.30.5MPa，并且排气压力在排气管内变动。 因为这种压力变动不仅会引起排气系统的振动

15、，而且发动机燃烧的废气直接排放到大气中，会产生强、频谱复杂的排气噪音，直接影响社会环境的平稳和整车的舒适性，所以车辆用发动机配备了排气消音器。 排气消音器的作用：减少或衰减排气压力脉动，降低排气噪音。 消声器的结构根据其消音机制有很大差异，基本上有吸收式、干涉式、扩张式、谐振式等。 实际的围巾经常是这些结构的不同组合。 增压系统的增压是在发动机进气中压缩空气后再供给气缸，提高进气密度，增加进气量的技术。 吸入空气量增加时，可以相应地增加循环喷射量，增加发动机的上升力。 同时，增压不仅改善燃料经济性，也是抑制排放的有效技术之一。 增压系统的分类：根据提高进气密度的方式的不同和驱动压缩机的方式的不

16、同，增压发动机可以分为机械增压、排气涡轮增压、气波增压。 机械增压、机械增压是通过发动机的曲柄轴直接驱动压缩机，提高发动机进气压力的增压方式。 机械增压的特征是有效地提高发动机功率。 低速增压比涡轮增压更有效。 另外，机械式增压器容易与发动机匹配，结构紧凑。 但是，驱动增压器需要消耗发动机功率，所以燃料消耗率稍高。 排气涡轮增压主要由涡轮和空气机构构成，通过利用排气能量使涡轮旋转，驱动与涡轮同轴连接的压缩机来实现增压。 排气涡轮增压器没有与发动机机械连接。 这种增压方式能有效地回收利用排气能量，比机械增压和非增压发动机经济性好，能大幅降低有害气体的排出和排气噪音水平。 因为涡轮是流体机械，发动

17、机是动力机械，所以排气涡轮增压发动机的低速增压效果差，发动机过渡状态下的过渡响应特性差。 气波增压是利用排气压力波压缩空气，提高进气压力的方式。 气体波增压器内置有特殊形状的转子，由发动机曲柄带轮通过皮带驱动。 转子中从发动机排出的废气直接与空气接触，利用排气压力波压缩空气，提高进气压力。 气压增压器结构简单，加工方便，工作温度不高，不需要耐热材料，也不需要冷却。 与涡轮增压相比，低速扭矩特性好，但体积大，噪音高，安装位置受到限制。 这个增压器只能在低速区域使用。汽油发动机的增压技术难以应用的原因1、增压后的爆震倾向增加2、汽油发动机的混合气体的过剩空气系数小、燃烧温度高，因此增压后的汽油发动

18、机和涡轮增压器的热负荷大3、车辆用汽油发动机的状况变化频繁但是，如果节气门突然变大，混合气量急剧增加，则由于增压器转子的惯性，增压器的加速变慢，发动机的进气量的增加相对延迟。 根据一台发动机上设置的增压器的数量，排气涡轮增压系统可分为单级增压系统和二级复合增压系统。 二级涡轮增压系统主要用于大容量车用柴油机。 根据两个增压器的连接方式，二级增压系统分为串联二级增压和并联二级增压。 串联二级增压、并联二级增压、串联二级增压系统一般由小型增压器和大型增压器串联配置而成，根据发动机转速分别使用。 在中高速时，打开排气切换阀6和进气切换阀3，使排气流向大型增压器5，由此，增压发动机在高效区域匹配，从而提高发动机的经济性此时，小型增压器4的涡轮进出口压力相等，因此自动停止。 6缸机能采用并联式二级增压系统，与1、2、3