第六章-柴油机进、排气系统
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统结构原理及检修方法
第六章 掌握柴油机的进排气控制系统 结构原理及检修方法
❖ ．学习目标 ❖ 1.掌握柴油机的空气预热系统 ❖ 2.掌握柴油发动机的进气控制系统 ❖ 3.掌握柴油机的增压控制系统 ❖ 4.掌握柴油机废气再循环控制系统 ❖ 5.掌握柴油机尾气净化处理系统
一、废气涡轮增压系统
废气涡轮增压系统的功用是利用废气的能量，通过增 压器将发动机的进气先进行压缩，使增压后的空气密度 增大，实际充入的空气量增加（见图6-18和图6-19）。 这样，可以向气缸内喷入更多的燃料并能获得充分燃烧 ，因此提高了柴油机的输出功率。
图6-18废气涡轮增压器在汽车上的应用
图6-19废气涡流增压系统示意图
的一种增压控制系统。典型的电子控制式惯性增压系统 如图6-27所示。它主要由各种传感器、电子控制单元、 电磁阀空气室空气控制气缸、控制阀等组成。
图6-27电子控制式惯性增压系统
一、废气再循环控制系统的作用
EGR系统工作时，将一部分废气引入进气系统， 与新鲜的燃油混合气混合，使混合气变稀，从而降 低了燃烧速度，燃烧温度随之下降，从而有效的减 少NOX的生成，如图6-28所示。其关键部件是EGR 阀，其实物如图6-29所示。
1.涡轮增压器的结构 涡轮增压器一般由涡轮部分、中间壳体、压气机部
分三大部分组成（见图6-20）。
图6-20废气涡轮增压器的组成
2.中冷器的结构 废气涡轮增压系统一般加装有中冷器，以便对从涡
轮增压器压气机出来的温度升高的空气进行冷却，以 提高空气的密度，提高发动机的充气效率。其实物如 图6-21所示。
二、可变截面涡轮增压器
可变截面涡轮增压器的结构如图2-23所示。
图6-23可变涡轮增压系统的结构
六章节进排气系统及排气净化装置
➢ 消声器 发动机的排气压力为0.3～0.5MPa，温度在500～700℃。此外，由于
排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。 排气消声器的功用是降低排气噪声。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。
第三节 汽车的公害
①汽车排气对大气的污染； ②汽车噪声对环境的危害（污染）； ③汽车电气设备对无线通讯及电视广播等的电波干扰（污
四、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。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，需及时清除积存在滤芯上的微粒，以恢复过滤器的工作能力和减小排 气阻力。
通常，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。
恒温进气系统也称进气温度自动调节系统。它由空气加热装置(又称热炉) 和安装在空气滤清器进气导流管上的控制装置组成。
恒温进气系统的功用是在发动机冷起动之后，向发动机供给热空气，这 时即使供给的是稀混合气，热空气也能促使汽油充分汽化和燃烧，从而 减少了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，恒温进气系统向发动机供给未经加热的环境空气。
4. 无直接危害的物质
燃烧后产生的大量CO2 虽然不会对环境造成直接污染，但其大量积聚会对地球
环境造成不良影响，它导致的温室效应、臭氧层的增加，对 人类有害。
三、汽车排气污染物的成因
发动机各部位排出HC的比例：
➢ 排气管：55%~65%； ➢ 曲轴箱通风口漏出20%~25%； ➢ 化油器和油箱蒸发15%~20%。 二冲程汽油机的HC排放量因有扫气过程，较四冲程汽油
柴油机进排气系统
第五部分 柴油机进排气系统 五、排气旁通阀
旁通阀控制膜盒
排 气 压 力
情景一：涡轮增压技术
放气阀门
接压气机出口
膜 片 上 压 力
弹簧作用力
旁通阀控制膜盒
第五部分 柴油机进排气系统 五、排气旁通阀
情景一：涡轮增压技术
旁通阀控制膜盒
当旁通阀处于关闭 状态时，所有排气均经 过废气涡轮；当旁通阀 处于开启状态时，只有 部分废气经过废气涡轮。
第五部分 柴油机进排气系统
情景一：涡轮增压技术
五、排气旁通阀 为什么要设置旁通阀？
为了避免“过增压”现象和“增压不足”现象的发生，在 涡轮增压器上就设计了废气旁通装置，它是通过一系列机构， 在压气压力过高时，设法减少去向涡轮的废气，以降低涡轮 转速，从而限制进压气机的压气；而在压气压过低时，则增 加去向涡轮的废气，以提高涡轮转速，从而增加进压气机的 压气。
废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮、径流式压气机和废气旁通阀机构 组成的。
涡轮叶片
压气机叶片
第五部分 柴油机进排气系统
情景一：涡轮增压技术
四、涡轮增压器
废气涡轮增压器是由废气涡轮驱叶动片的涡轮、径流式压气机和废气旁通阀机构 组成的。
压气机叶片
废气旁通机构
第五部分 柴油机进排气系统
情景一：涡轮增压技术
增加，充量增大，配合 中冷技术、高压燃油喷 射、电控共轨喷射、多 气门技术等，可更有效 地控制微粒的排放。
第五部分 柴油Leabharlann 进排气系统情景一：涡轮增压技术
四、涡轮增压器
废气涡轮增压器是由废气驱动的涡轮、径流式压气机和废气旁通阀机构 组成的。
第五部分 柴油机进排气系统
情景一：涡轮增压技术
柴油机的进排气系统结构设计
柴油机的进排气系统结构设计1进气系统设计1.1进气系统的组成及其作用进气系统主要空气滤清器和进气支管组成。
1.2空气滤清器设计1.2.1作用燃油燃烧的时候需要消耗大量的空气，以一般的柴油机为例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空气。
这么多的空气，里面的杂质诸如灰尘等肯定会很多，如果不把这些杂质清除，一定会加速气缸的部件的磨损，缩短整个发动机的寿命。
有实验表明，如果不加装滤清器，发动机的寿命大概缩短三分之二，所以空气滤清器是很重要的。
为了保证柴油机气缸的寿命，我们决定采纳干式滤清器。
1.2.2进气导流管的设计在现在的这个柴油机车上，为了增强进气效果，能够利用发动机的谐振，这需要空气滤清器的进气导管有交大的容积，来增强发动的谐振，提升进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新奇空气的流速太低，反而不利于进气，为了使效果最佳，本次设计的柴油机的导流管应该做的又细又长。
1.2.3进气支管的设计进气支管对于柴油机或者气道燃油喷射式发动机来说，进气支管必须把新奇的空气分配到各个气缸的进气道里面来，而且是均匀的分配，从这个要求考虑，进气支管必须是等长的，而且为了保证空气具有较高的流速，进气支管的内壁的应该尽可能的光滑，以便提升进气水平。
一般进气道使用合金铸铁制造，但车辆轻量化是汽车的重点进展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采纳铝合金制造的进气支管，这种进气支管具有质量轻，导热性能优良的特点，随着科技的进步也有采纳复合材料的进气支管，而且应用越来越广。
这种进气支管，内壁光滑，质量很轻，关键是其无需特别加工，其内壁就特别光滑，这点十分重要，所以有增大应用的趋势。
1.3进气系统的方案为了充分利用进气歧管的谐波效应，使发动机在低速时获得大扭矩，在高速时获得大功率，保证在不同工况下具有良好的性能，汽车发动机采纳了可变进气系统。
每个进气歧管都有两个进气通道，一长一短。
根据汽油机的工作转速高低、负荷大小，由旋转阅A操纵空气经过哪一个通道流进气缸，可变进气管，它由两种长度的冲压管组成，可旋转阀A在外壳中转动；中低速时，空气由外侧通道经单独的进气管进入一长管，实现中、低速大扭矩；高速时，空气由内部通口经双进气管进入一短管，实现高速大功率。
柴油机进排气系统
• 发动机进排气系统的功用及组成
• 排出气缸内燃烧产生的废气，并向气缸内尽可能多的充入新鲜气体， 为实现热工转换提供物质基础 • 进排气过程是间歇进行的，因此进排气管中都存在气流脉动。 • 排气消声器 • 三元催化器
• 进排气系统的发展趋势
• • • • • • 1、进排气系统协调控制技术 废气涡轮增压 废气再循环 2、可变技术 可变增压技术 可变进气技术
• 后处理器
• 汽油机常规排放污染物主要由CO、HC、Nox，可以通过 在排气管上加装三元催化转换器降低尾气中CO、HC、 Nox的含量。当混合气过量空气系数处于1±0.03的范围 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量空气系数大于1，且混合气极不 均匀，因此不能采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 施相矛盾，成为现代柴油机排放控制的主要技术难点。 • CO和HC采用氧化型催化转换装置使之氧化处理为CO2和 H2O；Nox采用还原型催化转换装置来还原处理成N2；碳 烟颗粒则采用捕集器来捕集以后烧掉。
机械增压
机械增压是一种通过发动机曲轴直接驱动 压气机，以提高发动机进气压力的增压方 式。 机械增压的特点是能有效的提高发动机功 率。与涡轮增压相比，其低速增压效果更 好。另外，机械增压器与发动机容易匹配， 结构也比较紧凑。但是驱动增压器需要消 耗发动机功率，因此燃油消耗率略高。 废气涡轮增压主要由涡轮机和压气机构成， 利用废气能量推动涡轮机转动，由此驱动与 涡轮同轴连接的压气机实现增压。废气涡轮 增压器与发动机无机械连接。这种增压方式 能有效地回收利用排气能量，所以经济性比 机械增压和非增压发动机都好，并可大幅度 的降低有害气体的排放和排气噪声水平。缺 点是因涡轮机是流体机械，而发动机是动力 机械，因此废气涡轮增压发动机低速增压效 果差，而且在发动机过渡工况瞬态响应特性 较差。
柴油机的工作原理
柴油机的工作原理引言概述：柴油机是一种内燃机，利用燃料的燃烧产生的高温高压气体推动活塞运动，从而驱动机械设备。
本文将详细介绍柴油机的工作原理。
一、进气系统1.1 进气阀控制：柴油机进气阀的控制是由凸轮轴驱动的。
凸轮轴上的凸轮通过推杆和摇臂传递力量，使进气阀开启和关闭。
1.2 进气道：柴油机通过进气道从外部吸入空气。
进气道通常设有空气过滤器，以过滤空气中的杂质和灰尘。
1.3 涡轮增压器：柴油机中的涡轮增压器可以增加进气压力，提高燃烧效率和动力输出。
二、燃油系统2.1 燃油喷射泵：燃油喷射泵是柴油机中的关键组件，它负责将燃油以高压喷射到气缸中。
喷射泵的工作原理是通过凸轮轴驱动的柱塞来产生高压燃油。
2.2 喷油嘴：喷油嘴是燃油喷射泵的出口，通过喷油嘴将高压燃油喷射到气缸中。
喷油嘴的喷油时间和喷油量可以通过控制喷油泵的工作来调节。
2.3 燃油滤清器：燃油滤清器用于过滤燃油中的杂质和污染物，保证燃油的纯净度，防止喷油嘴堵塞。
三、压缩系统3.1 活塞压缩：柴油机中的活塞在上行过程中将进气气体压缩，使气体温度升高。
3.2 活塞环密封：活塞环的密封性能对柴油机的工作效率和排放有重要影响。
活塞环的主要作用是防止燃烧室内的高压燃气泄漏到曲轴箱。
3.3 缸盖和气缸：缸盖和气缸是柴油机中的关键组成部分，用于容纳活塞和形成燃烧室。
缸盖上通常还设有喷油嘴和气门。
四、燃烧系统4.1 点火：柴油机中的燃烧是通过高压燃油喷射到高温高压气体中引起的自燃。
柴油机不需要点火器来点燃燃油。
4.2 燃烧室：燃烧室是柴油机中燃烧过程发生的地方，它的形状和设计对燃烧效率和排放有重要影响。
4.3 燃烧产物：柴油机燃烧产生的主要产物是二氧化碳和水蒸气，同时还会产生一些氮氧化物和颗粒物。
五、排气系统5.1 排气阀：排气阀的控制是由凸轮轴驱动的，它负责打开和关闭气缸的排气通道。
5.2 排气管：排气管将废气从气缸中排出，通常还设有催化剂和消声器，以减少废气对环境的污染和噪音。
第六章 进排气系统排气净化装置(共72张PPT)
3、解决排气污染的途径
（1）研制无污染或低污染动力源。 （2）对现有发动机的排污进行净化
纸滤芯经过浸油处理后即成 为湿式纸滤芯，其主要优点是 使用寿命长、吸附杂质的能力 强和滤清效果好，但不能反复 使用，需定期更换。
1—滤芯 2—滤清器外壳 3—滤清器盖 4—蝶形螺母 5—进气导流管 6—金属网 7—打褶滤纸 8—滤芯下
密封面 9—滤芯上密封面
②油浴式空气滤清器
油浴式空气滤清 器用于多尘条件 下工作的发动机 上 ，滤芯清洗后 可以重复使用 。
汽油蒸发控制系统的功用就是将这些汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸燃烧，消除HC从汽油箱和化油器浮
子室向大气的排放。
气管相通的谐振腔。
1-电控单元 2-EGR阀 3-真空电磁阀(VSV) 4-三元催化器 5-氧传感器 6-水温传感器
进气谐振增压系统是 它们往往粘附有SO2等物质，对人和动物的呼吸道极为有害。
1—空气滤清器 2—节气门 3—转换阀 4—转换阀控制机构 5—发动机
电控单元
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工作原理：
当发动机中、低速运转时，电脑发出指令，转 换阀控制机构关闭转换阀，此时空气沿着左图 箭头所示的路径，经过细而长的进气歧管进入 气缸，使进气增多；当发动机高转速时，转换 阀开启，空气沿右上角图中箭头所示的路径， 经过粗而短的进气歧管进入气缸，使进气增多。
b.可变双通道进气支管
1—短进气通道 2—旋转阀 3—长进气通道 4—喷油器 5—进气道 6—进气门
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二、发动机的排气系统
1. 功用和组成 2. 单排气系统和双排气系统 3. 排气支管 4. 消声器
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1、排气系统的功用和组成
功用：尽可能小的排气阻力和噪声，将缸内废气排入大气 中。
柴油机的进排气系统结构设计精品资料
1进气系统设计
1.1进气系统的组成及其作用进气系统主要空气滤清器和进气支管组成。
1.2空气滤清器设计
1.2.1作用燃油燃烧的时候需要消耗大量的空气，以一般的柴油机为例，每消耗一升柴油大概要消耗6000-10000L空气。这么多的空气，里面的杂质诸如灰尘等肯定会很多，如果不把这些杂质清除，一定会加速气缸的部件的磨损，缩短整个发动机的寿命。有实验表明，如果不加装滤清器，发动机的寿命大概缩短三分之二，所以空气滤清器是很重要的。为了保证柴油机气缸的寿命，我们决定采用干式滤清器。
1.2.2进气导流管的设计在现在的这个柴油机车上，为了增强进气效果，可以利用发动机的谐振，这需要空气滤清器的进气导管有交大的容积，来增强发动的谐振，提高进气效能，但进气导管又不能做的太粗，否则在里面流动的新鲜空气的流速太低，反而不利于进气，为了使效果最佳，本次设计的柴油机的导流管应该做的又细又长。
1.2.3进气支管的设计进气支管对于柴油机或者气道燃油喷射式发动机来说，进气支管必须把新鲜的空气分配到各个气缸的进气道里面来，而且是均匀的分配，从这个要求考虑，进气支管必须是等长的，而且为了保证空气具有较高的流速，进气支管的内壁的应该尽可能的光滑，以便提高进气能力。一般进气道使用合金铸铁制造，但车辆轻量化是汽车的重点发展方向之一，为了配合这种趋势，近来也采用铝合金制造的进气支管，这种进气支管具有质量轻，导热性能优良的特点，随着科技的进步也有采用复合材料的进气支管，而且应用越来越广。这种进气支管，内壁光滑，质量很轻，关键是其无需特别加工，其内壁就特别光滑，这点十分重要，所以有增大应用的趋势。
2.2.2形状设计排气管的形状是很重要的，如果形状设计的不佳，就会发生各缸排气相互干扰，而且会出现排气倒流的现象，为了避免这种现象，同事为了尽可能的利用惯性排气，进一步降低排气的阻力，我们希望排气管做的尽可能长，同时各缸的排气管应该相互独立，且等长。但从消除排气干扰的角度讲，对于4缸柴油机一起，二者很好的满足以上的要求。
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工作原理：
从柴油机气缸排出的燃气具有一定的温度和压力，燃气 进入涡轮机继续膨胀作功，有涡轮带动同轴的压气机旋转， 空气经压气机压缩，压力和温度升高，再经中冷器使温度降 低，然后进入柴油机气缸。
第二节 涡轮增压系统
柴油机的涡轮增压系统除包括涡轮增压器外，还包 括排气管道和进气管道。
根据排气管路的结构及布置形式不同，涡轮增压系 统可分为三种基本类型：
第六章 进、排气系统
第一节 柴油机的增压概述
柴油机进、排气系统向气缸提供清洁的充足的新鲜空 气，排除作功后的废气。增压柴油机还有进一步利用排出 气缸的燃气能量，使进入气缸的空气预先增压和冷却，， 从而增加气缸的进气密度，达到提高柴油机动力性能和经 济性的目的。
将进入气缸的新鲜空气预先压缩，使进气压力提高， 这种方法称为柴油机增压。增压后的空气，压力提高伴随 着温度的升高，如果在进入气缸之前将增压空气降低温度， 则称为增压空气中间冷却。
进气通路：
排气支管
排气总管 增压器
大气 空气过滤器 增压器的压气机 扩散弯管 中冷器 收 敛弯管 进气稳压箱 进气支管 气缸盖进进气中的灰尘和杂质，以减 少气缸套、活塞环、活塞机气门等机件的磨损和故障， 同时减少对机油的污染。
机车用空气滤清器的形式有离心回旋式、叠纸滤芯式、 金属板网式、泡沫塑料滤芯式、油浴式。
东风4B型内燃 机车采用离心回 旋——金属板网复 合式空气滤清装置。
第四节 中冷器
机车柴油机的中冷器大都采用管片式水—空冷却 器，用低温水流过冷却管来降低管外增压空气的温度。
16V240ZJB型柴油机油两台扁管—肋片式水—空中 冷器，分别安装在柴油机前后端的上方。
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1.定压涡轮增压系统 2.脉冲涡轮增压系统
3.脉冲转换涡轮增压系统
16V240ZJB型柴油机的进、排气系统
16V240ZJB型柴油机采用定压涡轮增压系统。排 气系统包括排气支管、排气总管、涡轮机及排气烟道等； 进气系统包括空气滤清器、压气机、中冷器、进气稳压 箱及进气支管等。
排气通路：
气缸 排气门 气缸盖排气管 涡轮机 排气烟道 大气