汽车构造 进排气系统及排放控制系统

第七单元第七单元 进排气系统及排放控制系统进排气系统及排放控制系统教学目标教学目标1.熟悉进排气系统的组成及功用熟悉进排气系统的组成及功用2.熟悉熟悉进排气系统各主要零部件的进排气系统各主要零部件的功用功用与结构特与结构特点点3.掌握进气增压系统的组成、功用及控制原理。掌握进气增压系统的组成、功用及控制原理。4.掌握发动机排放控制系统的功用、类型及控制掌握发动机排放控制系统的功用、类型及控制原理原理一、功用：一、功用：尽可能多地和尽可能均匀地向各汽缸供给可燃混合气或纯净尽可能多地和尽可能均匀地向各汽缸供给可燃混合气或纯净的空气。的空气。二、组成二、组成主要由空气滤清器、进气总管和进气歧管等组成。主要由空气滤清器、进气总管和进气歧管等组成。7.1 7.1 进气系统进气系统 1空气滤清器空气滤清器 2排气歧管排气歧管 3进气软管进气软管 4进气歧管进气歧管 5排气管排气管6三元催化转换器三元催化转换器 7中间消声器中间消声器 8主消声器主消声器7.1 7.1 进气系统进气系统三、各主要零部件的结构及原理三、各主要零部件的结构及原理一）空气滤清器一）空气滤清器1.功用功用:滤除空气中的杂质和尘埃。滤除空气中的杂质和尘埃。2.类型：类型：按工作原理：惯性式和过滤式按工作原理：惯性式和过滤式按滤芯材料：纸滤芯（干式及湿式）和铁丝网滤芯按滤芯材料：纸滤芯（干式及湿式）和铁丝网滤芯3.结构及原理（以纸滤芯为例）：结构及原理（以纸滤芯为例）：1进气导流管进气导流管 2蝶形螺母蝶形螺母 3滤清器盖滤清器盖 4滤清器滤清器 5滤芯滤芯6金属网金属网 7打褶滤纸打褶滤纸 8滤芯下密封面滤芯下密封面 9滤芯上密封面滤芯上密封面 7.1 7.1 进气系统进气系统纸滤芯形状纸滤芯形状7.1 7.1 进气系统进气系统4.带恒温进气装置的空气滤清器带恒温进气装置的空气滤清器功用：控制进气温度，使之保持在功用：控制进气温度，使之保持在3540之间。之间。结构：增设一套空气加热与控制系统，两个进气口分别结构：增设一套空气加热与控制系统，两个进气口分别接热空气管及冷空气进气导流管，由控制阀控制接热空气管及冷空气进气导流管，由控制阀控制2个进气个进气管的开闭。管的开闭。原理：原理：低于低于35时时热空气；热空气；超过超过53时时冷空气；冷空气；3540时时冷热空气冷热空气 1进气导流管进气导流管 2真空控制膜盒真空控制膜盒 3控制阀控制阀4进气温度传感器进气温度传感器 5空气滤空气滤清器清器6热炉热炉 7冷空气入口冷空气入口8排气歧管排气歧管9热空气出口热空气出口 10热空气管热空气管7.1 7.1 进气系统进气系统三、各主要零部件的结构及原理三、各主要零部件的结构及原理二）进气总管二）进气总管进气总管是指空气滤清器至进气歧管之间的管道。进气总管是指空气滤清器至进气歧管之间的管道。三）进气歧管三）进气歧管1.结构：指进气总管后向各汽缸分配空气的支管。结构：指进气总管后向各汽缸分配空气的支管。1喷油器喷油器 2燃油分配管燃油分配管 3进气歧管进气歧管 4油压调节器油压调节器 7.1 7.1 进气系统进气系统三、各主要零部件的结构及原理三、各主要零部件的结构及原理三）进气歧管三）进气歧管2.进气歧管的加热方式：进气歧管的加热方式：陶瓷热敏电阻器：陶瓷热敏电阻器：高温排气：高温排气：循环冷却液：循环冷却液：3.可变进气歧管结构及原理：可变进气歧管结构及原理：1转换阀转换阀 2转换阀控制机构转换阀控制机构 3控制单元控制单元 4节气门节气门 5空气滤清器空气滤清器7.2 7.2 排气系统排气系统一、功用：一、功用：汇集各汽缸的废气，减小排气噪声和消除废气中的火焰和汇集各汽缸的废气，减小排气噪声和消除废气中的火焰和火星，使废气安全地排入大气。火星，使废气安全地排入大气。二、组成：二、组成：主要由排气歧管、排气管及排气消声器等组成。主要由排气歧管、排气管及排气消声器等组成。1空气滤清器空气滤清器 2排气歧管排气歧管 3进气软管进气软管 4进气歧管进气歧管 5排气管排气管6三元催化转换器三元催化转换器 7中间消声器中间消声器 8主消声器主消声器7.2 7.2 排气系统排气系统三、各主要零部件的结构及原理三、各主要零部件的结构及原理一）排气歧管一）排气歧管不锈钢排气歧管（丰田汽车用）7.2 7.2 排气系统排气系统三、各主要零部件的结构及原理三、各主要零部件的结构及原理二）二）排气消声器排气消声器 1.功用：降低从排气管排出的废气的温度和压力，以消除火功用：降低从排气管排出的废气的温度和压力，以消除火星和噪声。星和噪声。2.结构：结构：1进入管进入管 2隔板隔板 3外壳外壳 4排出管排出管7.3 7.3 进气增压系统进气增压系统一、进气增压的概念：一、进气增压的概念：将空气预先压缩后再供入汽缸，以提高进气密度，增加进气将空气预先压缩后再供入汽缸，以提高进气密度，增加进气量，从而增加发动机的功率，改善燃油经济性，降低排放。量，从而增加发动机的功率，改善燃油经济性，降低排放。二、进气增压的方法二、进气增压的方法废气涡轮增压、机械增压、进气谐波增压等。废气涡轮增压、机械增压、进气谐波增压等。三、废气涡轮增压系统三、废气涡轮增压系统1.单涡轮增压系统单涡轮增压系统：1空气滤清器空气滤清器 2空气流量计空气流量计 3压气机叶轮压气机叶轮 4增压器增压器5涡轮机叶轮涡轮机叶轮 6排气旁通阀排气旁通阀 7进气旁通阀进气旁通阀 8排气旁通阀排气旁通阀控制装置控制装置 9节气门节气门10中冷器中冷器7.3 7.3 进气增压系统进气增压系统三、废气涡轮增压系统三、废气涡轮增压系统1.双涡轮增压系统双涡轮增压系统：1空气滤清器空气滤清器 2进气旁通阀进气旁通阀 3中冷器中冷器 4谐振室谐振室 5增压压力传感器增压压力传感器6进气管进气管 7喷油器喷油器 8火花塞火花塞 9涡轮增压器涡轮增压器 10排气旁通阀排气旁通阀11排气旁通阀控制装置排气旁通阀控制装置 12排气管排气管7.3 7.3 进气增压系统进气增压系统四、机械增压系统四、机械增压系统1.基本组成：基本组成：2.类型：挤压式和流动式。类型：挤压式和流动式。1排气管排气管 2发动机发动机 3进气歧管进气歧管 4机械增压器机械增压器 5叶片叶片 6空气流量计空气流量计 7皮带皮带7.3 7.3 进气增压系统进气增压系统五、进气谐波增压系统五、进气谐波增压系统1.原理：利用空气在进气管中的波动效应和惯性效应来达原理：利用空气在进气管中的波动效应和惯性效应来达到增压的目的。到增压的目的。1进气导流管进气导流管 2进气歧管进气歧管 3主谐振室主谐振室 4空气流量计空气流量计 5空气滤清器空气滤清器6副谐振室副谐振室7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统一、汽车上应用的主要排放控制装置一、汽车上应用的主要排放控制装置1.发动机结构优化技术。发动机结构优化技术。2.闭环电控发动机管理技术。闭环电控发动机管理技术。3.改进油料。改进油料。4.闭式曲轴箱强制通风（闭式曲轴箱强制通风（PCV）技术。）技术。5.汽油蒸发污染物控制（汽油蒸发污染物控制（EVAP）技术。）技术。6.废气再循环（废气再循环（EGR）技术。）技术。7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统二、曲轴箱强制通风系统二、曲轴箱强制通风系统 1.功用：将窜入曲轴箱内的混合气、废气以及机油产生的功用：将窜入曲轴箱内的混合气、废气以及机油产生的油雾吸入发动机汽缸燃烧，同时吸入新鲜空气，形成不断油雾吸入发动机汽缸燃烧，同时吸入新鲜空气，形成不断的对流，以保护环境。的对流，以保护环境。2.控制原理：控制原理：1空气滤清器空气滤清器 2空气软管空气软管 3新鲜空气新鲜空气4曲轴箱气体曲轴箱气体 5汽缸盖罩汽缸盖罩 6PCV阀阀7曲轴箱气体软管曲轴箱气体软管7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统3.PCV阀阀（1）功用：根据发动机工况的变化自动调节进入汽缸的）功用：根据发动机工况的变化自动调节进入汽缸的曲轴箱气体数量。曲轴箱气体数量。（2）组成：）组成：PCV阀体、弹簧、锥形阀和阀座。阀体、弹簧、锥形阀和阀座。（3）工作原理：）工作原理：1PCV阀体阀体 2弹簧弹簧 3锥形阀锥形阀 4阀座阀座 7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统三、汽油蒸发控制系统三、汽油蒸发控制系统1.功用：收集汽油箱内蒸发的汽油蒸气，并将汽油蒸气导功用：收集汽油箱内蒸发的汽油蒸气，并将汽油蒸气导入汽缸参加燃烧，同时，根据发动机不同工况要求，控制入汽缸参加燃烧，同时，根据发动机不同工况要求，控制导入汽缸参加燃烧的汽油蒸气量。导入汽缸参加燃烧的汽油蒸气量。2.组成：活性炭罐电磁阀、活性炭罐真空控制阀、蒸气管组成：活性炭罐电磁阀、活性炭罐真空控制阀、蒸气管路、真空管路等路、真空管路等。3.工作原理：工作原理：1油箱盖油箱盖 2油箱油箱 3单向阀单向阀 4排气管排气管 5活性炭罐电磁阀活性炭罐电磁阀 6节气门节气门7进气管进气管 8真空阀真空阀 9真空控制阀真空控制阀 10定量排放孔定量排放孔 11活性炭罐活性炭罐 7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统四、三元催化转换器四、三元催化转换器1.功用：利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气功用：利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体转变为无害气体。中的有害气体转变为无害气体。2.结构类型：结构类型：1陶瓷小球保持架陶瓷小球保持架 2内壳内壳 3隔热层隔热层 4外壳外壳 5填料孔螺塞填料孔螺塞 7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统3.影响影响TWC转换效率的因素：转换效率的因素：影响最大的是混合气的浓度和影响最大的是混合气的浓度和排气温度。排气温度。如左图只有在理论空燃比如左图只有在理论空燃比14.7附近，三元催化转化器的转附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送感器信号输送给给ECU，用来对空用来对空燃比进行反馈控制。燃比进行反馈控制。此外，发动机的排气温度过高此外，发动机的排气温度过高（815以上），以上），TWC转换效转换效率将明显下降。率将明显下降。7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统4.氧传感器：氧传感器：（1）功用：功用：氧传感器安装在三元催化转换器与发动机之间氧传感器安装在三元催化转换器与发动机之间的排气管或排气歧管上，其功用是将检测废气中氧气浓度信的排气管或排气歧管上，其功用是将检测废气中氧气浓度信号送给号送给ECU，ECU根据此信号对喷油量进行修正，使实际根据此信号对喷油量进行修正，使实际空燃比更接近理论空燃比。空燃比更接近理论空燃比。（2）类型：氧化锆（）类型：氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（）式和氧化钛（TiO2）式。）式。7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统（3）氧化锆式）氧化锆式氧传感器结构及原理：氧传感器结构及原理：1-排气入口排气入口 2-锆管锆管3-内电极内电极 4-弹弹簧簧5-绝缘体绝缘体6-导线导线7-保护管保护管 结构：由锆管（内、外电极）、导线和保护管等组成。结构：由锆管（内、外电极）、导线和保护管等组成。7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统控制原理：控制原理：在发动机工作时，废气流过传感器外表面。在高温作用下（在发动机工作时，废气流过传感器外表面。在高温作用下（300300左右），左右），氧分子发生电离，并且总是从氧离子浓度大的内表面向浓度小的外表面氧分子发生电离，并且总是从氧离子浓度大的内表面向浓度小的外表面移动，从而在内、外电极之间产生电压降。当混合气较稀时，废气中的移动，从而在内、外电极之间产生电压降。当混合气较稀时，废气中的氧含量较高，内外表面氧气浓度差较小，产生较低电压（接近氧含量较高，内外表面氧气浓度差较小，产生较低电压（接近0V0V或或0.45V 0.45V 0V 0V）；当混合气较浓时，废气中的氧含量较少，内外表面氧气）；当混合气较浓时，废气中的氧含量较少，内外表面氧气浓度差较大，产生较高电压（浓度差较大，产生较高电压（0.0.V V0.9V0.9V）。在理论空燃比附近，输出）。在理论空燃比附近，输出的电压信号有一突变（的电压信号有一突变（0.45V0.45V 0.0.V V），ECUECU可以检测到这一突变。可以检测到这一突变。在内、外表面氧浓度差发生变化时在内、外表面氧浓度差发生变化时，内外电极之间产生电压也不同，内外电极之间产生电压也不同，ECU以此信号来修正喷油量。以此信号来修正喷油量。7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统五、废气在循环控制系统（五、废气在循环控制系统（EGR）1.功用：将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低功用：将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少气缸的最高温度，以减少NOx的排放量。的排放量。2.类型：开环控制类型：开环控制EGR系统和闭环控制系统和闭环控制EGR系统。系统。3.开环控制开环控制EGR系统：系统：组成：组成：EGR阀和阀和EGR电磁阀等。电磁阀等。1废气再循环电磁阀废气再循环电磁阀2节气门节气门3废气再循环阀废气再循环阀4水温传感器水温传感器5曲轴位置传感器曲轴位置传感器 6ECU7启动信号启动信号7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统原理：原理：EGR阀安装在废气再循环通道阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。中，用以控制废气再循环量。EGR电磁阀按装在通向电磁阀按装在通向EGR真真空通道中，空通道中，ECU根据发动机冷根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电。通电或断电。ECU不给不给EGR电电磁阀通电时，控制磁阀通电时，控制EGR阀的真阀的真空通道接通，空通道接通，EGR阀开启，进阀开启，进行废气再循环；行废气再循环；ECU给给EGR电电磁阀通电时，控制磁阀通电时，控制EGR阀的真阀的真空度通道被切断，空度通道被切断，EGR阀关闭，阀关闭，停止废气在循环。停止废气在循环。1废气再循环电磁阀废气再循环电磁阀 2节气门节气门3废气再循环阀废气再循环阀 4水温传感器水温传感器5曲轴位置传感器曲轴位置传感器 6ECU7启动信号启动信号7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统4.闭环控制闭环控制EGR系统：系统：闭环控制闭环控制EGR系统，检测实际的系统，检测实际的EGR率或率或EGR阀开度作阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。为反馈控制信号，其控制精度更高。用用EGR阀开度反馈控制的阀开度反馈控制的EGR系统：系统：1废气再循环电磁阀废气再循环电磁阀 2、3废气再循环阀开度传感器废气再循环阀开度传感器7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统4.闭环控制闭环控制EGR系统：系统：用用EGR率反馈控制的率反馈控制的EGR系统系统：7.4 7.4 发动机排放控制系统发动机排放控制系统六、二次空气供给系统六、二次空气供给系统1.功用：在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废功用：在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步氧化，从而降低一氧气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步氧化，从而降低一氧化碳和碳氢化合物的排放量，同时加快三元催化转换器的化碳和碳氢化合物的排放量，同时加快三元催化转换器的升温。升温。2.组成及原理：组成及原理：1催化转换器催化转换器 2氧传感器氧传感器 3二次空气控制阀二次空气控制阀 4二次空气电磁阀二次空气电磁阀 点火开关接通后，蓄电池向二点火开关接通后，蓄电池向二次空气电磁阀供电，次空气电磁阀供电，ECU控制控制电磁阀搭铁回路。电磁阀不通电磁阀搭铁回路。电磁阀不通电时，关闭通向膜片阀真空室电时，关闭通向膜片阀真空室的真空通道，膜片阀弹簧推动的真空通道，膜片阀弹簧推动膜片下移，关闭二次空气供给膜片下移，关闭二次空气供给通道；通道；ECU给电磁阀通电，进给电磁阀通电，进气管真空度将膜片阀吸起，使气管真空度将膜片阀吸起，使二次空气进入排气管。二次空气进入排气管。