内燃机构造课件：机体组与曲柄连杆机构-

1、,*,5.1,进气系统,5.2,排气系统,5.3,内燃机增压,5.4,排气净化装置,5.5,强制曲轴箱通风系统,机体组与曲柄连杆机构,机体组与曲柄连杆机构,教学提示：,进排气系统提供了气体进出内燃机的通道。采用谐振、可变长度歧管和增压措施是为了提高进气量；为降低环境污染，采用了消声器、催化转换器、微粒捕集器、,EGR,、强制曲轴箱通风装置和汽油蒸发控制系统。,教学要求：,掌握进排气系统的组成和空气滤清器、进排气歧管、消声器的结构；掌握增压原理，了解废气涡轮增压系统及增压器结构,;,掌握排气净化装置原理和结构；了解曲轴箱强制通风装置原理和结构。,5.1,进气系统,内燃机的进气系统由空气滤清器、进气歧管及进气导流管组成，如图,5.1,所示。为了加强进气效果，降低进气噪声，有的进气系统中还装有谐振进气歧管和可变进气歧管。对于汽油机，进气系统还包括燃料供给系统的一些装置，如空气流量计、节气门体、喷油器等。,5.1.1,空气滤清器,内燃机吸入的空气含有各种粒状异物，如果进入气缸，会加速活塞环、气缸壁、气门和气门座的早期磨损；若进入发动机的润滑系中，则会造成各轴承摩擦部位的磨损，影响发动机的使用寿

2、命，所以需要用空气滤清器滤除空气中的杂质。另外，空气滤清器还有消减进气噪声的作用。,空气滤清器一般由进气导流管、空气滤清器外壳和滤芯等组成。现在广泛用于内燃机上的空气滤清器有以下几种结构形式。,1,）纸滤芯空气滤清器,2,）油浴式空气滤清器,3,）离心式及复合式空气滤清器,纸滤芯空气滤清器泛用广泛，结构如图,5.2,所示，其滤芯是由经树脂处理过的微孔滤纸做成，为取得较大的过滤面积，滤纸折叠成波纹型。滤芯安装在滤清器外壳中，滤芯的上、下表面是密封面。滤芯外面是多孔金属网，用来保护滤芯在运输和保管过程中不使滤纸破损。在滤芯的上、下端浇上耐热塑料溶胶，以固定滤纸、金属网和密封面间的相对位置，并保持其间的密封。在内燃机工作时，空气穿过滤纸，随后流入进气管，而杂质被滤芯阻留在滤芯外面。,图,5.3,所示为油浴式空气滤清器。它由外壳、滤芯、油盘、滤清器盖等组成。滤芯由金属丝或毛毡等纤维材料制成。在油盘内装入适量的润滑油。空气由滤芯与外壳间的环形通道流到滤芯下部，再折向上通过滤芯后进入进气管，在转向处，空气流过润滑油表面层，其中大颗粒灰尘因惯性而甩向润滑油液面并被粘附，而小颗粒灰尘在随气流通过滤芯时

3、被滤芯阻挡或粘附在滤芯上，其滤清效率达,95%97%,。,离心式空气滤清器多用于大功率内燃机上。在许多自卸车或矿山用汽车上，还使用离心式与纸滤芯式相结合的双级复合式空气滤清器（图,5.4,）。双级复合式空气滤清器的上体是纸滤芯空气滤清器，下体是离心式空气滤清器。空气先从滤清器下体的进气口进入旋流管，并在旋流管内螺旋导向下产生高速旋转运动，在离心力的作用下空气中的大部分灰尘被甩向旋管并落入集灰盘中，空气再从旋流管顶部进入纸滤芯空气滤清器，空气中残存的细微杂质被纸滤芯滤除,。,5.1.2,进气导流管,在现代轿车上，为了增强内燃机的谐振进气效果，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（图,5.1,、,5.6,）。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舱内的温度约低,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%,。为了降低进气噪声，有的汽车在进气导流管上还设布置了谐振腔,。,5.1.3,进气歧管,1.,进气歧管结构,进气歧管指的是节气门体之后到气缸盖进气道之前的进

4、气管路，它的作用是将空气由进气管分配到各缸进气道（图,5.1,、图,5.5,）。进气歧管必须将洁净空气尽可能均匀地分配到各个气缸，为此进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等。为了减小气体流动阻力，提高进气能力，进气歧管的内壁应该光滑。一般进气歧管由合金铸铁制造，轿车内燃机多用铝合金制造，铝合金进气歧管质量轻、导热性好。近来，汽油机采用复合塑料进气歧管的发动机日渐增多。这种进气歧管质量极轻，内壁光滑，无需加工。,2.,谐振进气系统,由于进气过程具有间歇性和周期性，致使进气歧管内空气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来回反射。如果进气门关闭时，压力波正好到达进气歧管的气门端，就会使气门处压力大于正常的进气压力，从而增加气缸进气量，这种效应称作进气波动效应。在进气管旁设置与进气管相通的谐振腔构成谐振进气系统（图,5.6,），会使进气管内空气产生共振，进气压力波增强，更好的利用波动效应，更多地增加进气量，提高充量系数。,3.,可变进气系统,为了充分利用进气波动效应，尽量缩小发动机在高、低速运转时进气充量的差别，改善发动机经济性及动力性，特别是改善中、低速和中、小负荷时的经

5、济性和动力性，要求内燃机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管，而在中、低转速和中、小负荷时用细长的进气歧管，可变进气歧管就是为适应这种要求而设计的。,一种可变进气歧管如图,5.7,所示。其每个歧管都有两个进气通道，一长一短。根据发动机转速的高低，由旋转阀控制空气经哪一个通道流进气缸。,另一种能根据内燃机转速和负荷的变化而自动改变有效长度的进气歧管如图,5.8,所示。,5.2,排气系统,现代汽车内燃机排气系统由排气歧管、排气总管和排气消声器组成。在采用三元催化器降有害低排放的车用发动机上，排气系统还包括三元催化器等装置（图,5.9,）。所以排气系统的作用是以尽可能低的流动阻力顺利排出废气，并使有害物质尽量少，排气噪声尽可能低,。,5.2.1,排气歧管,一般排气歧管由铸铁或球墨铸铁制造（图,5.10,），近期采用不锈钢排气歧管（图,5.11,）的汽车愈来愈多，原因是不锈钢排气歧管质量轻，耐久性好，同时内壁光滑，排气阻力小。,发动机的排气压力约为,0.30.5Mpa,，温度约,500700,，这表明排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，必然在排气管内引起排气压力的脉动。若将发动机排气直接

6、排放到大气中，将产生强烈的噪声。,消声器的基本结构分为“抗式消声器”和“阻式消声器”。“抗式消声器”由多个串联的不同尺寸的扩张室（图,5.12,（,b,）、共振腔（图,5.12,（,c,）与不同长度的多孔反射管（图,5.12,（,d,）连接而成，废气在其中多次扩张、反射、冷却而降低压力，声波还互相干扰，减轻了振动；“阻式消声器”通过废气同玻璃纤维、钢纤维和石棉等吸声材料,图,5.12,（,a,）的摩擦而减少其能量。实际消声器多为上述基本结构组合在一起的“组合式消声器”，如图,5.13,所示。,5.3,内燃机增压,内燃机增压就是用增压器将空气压缩后供入气缸，进气充量密度提高，增加了进入气缸内的空气量，这样就可以增加循环供油量，从而提高内燃机功率；同时，还可以改善热效率，提高经济性，改善内燃机排放，降低噪声。,增压方式有机械增压、涡轮增压和气波增压三种。早期，柴油机多采用机械增压，由于机械增压消耗内燃机输出功率，逐渐被淘汰；现在，废气涡轮增压广泛应用。随着汽油喷射和电控技术的发展，以及增压技术的日益成熟，使得增压在汽油机上的应用也迅速增多。,5.3.1,机械增压,机械增压器由曲轴通过齿轮、

7、皮带、链条等传动装置驱动，将空气压缩后送入气缸，如图5.14所示。增压压力越高，压气机消耗功率越大。,机械增压器采用离心式或罗茨式压气机。罗茨式压气机是应用最为广泛的压气机，它有两个装在两根平行轴上的转子，如图5.15所示。相互啮合的转子之间以及转子与壳体之间都有很小的间隙，两个转子有一对齿轮驱动同步旋转。当转子旋转时，空气从压气机入口进入，在转子叶片的推动下加速，然后从压气机出口压出。转子有两叶的，也有三叶的，通常两叶转子为直线形，三叶转子为螺旋形。罗茨式压气机结构简单、工作可靠、寿命长、供气量与转速成正比，出口与进口压力比可达1.8。,5.3.1,废气涡轮增压,1.,废气涡轮增压工作原理,废气涡轮增压器工作原理如图,5.16,，内燃机的排气具有较高的温度和一定压力，废气经排气管进入涡轮壳内的喷嘴环，在其中膨胀加速，高速气流喷出后以一定的角度冲向涡轮，推动涡轮高速旋转；涡轮带动与其同轴的压气机叶轮同步旋转，高速旋转的叶轮把空气甩向叶轮外缘，使其速度和压力增加，接着进入扩压器。扩压器的进口小出口大，空气经过后，流速下降、压力升高，最后压缩后的空气经进气管进入气缸,。,2.,涡轮增压器,

8、废气涡轮增压器由涡轮机、压气机和中间体三部分组成，如图,5.17,所示。,涡轮增压器都采用离心式压气机，由进气道、叶轮、扩压器和压气机蜗壳等组成。叶片形状有前弯叶片、径向叶片和后弯叶片三种（图,5.18,）。前弯叶片压缩比高，后弯叶片效率高，径向叶片强度高,。,车用涡轮增压器广泛使用径流式涡轮（图,5.19,），由蜗壳、喷嘴环、叶轮、出气道等组成，在小流量条件下，径流式涡轮效率高，结构简单，可精密铸造，转动惯量小，适于变工况工作。涡轮机叶轮经常在,900,的高温下工作，并承受巨大的离心力和冲击力，所以采用镍基耐热合金钢和陶瓷材料制造。,涡轮叶轮、压气机叶轮、锁紧螺母及密封套等零件装在一根轴上，构成涡轮增压器转子。两个叶轮采用背对背、轴承内置结构（图,5.17,），压气机进口和涡轮机出口流道畅通，涡轮高温对压气机影响小，转子平衡性好。,5.3.3,气波增压,气波增压利用气体的压力波以及压力波的反射特性，使排气和进气之间直接交换能量，以增加进气量。气波增压器由转子、壳体和前后端盖组成（图5.20），转子上装有纵向叶片，叶片之间是气体通道，一个端盖接高压空气室和低压空气室，另一端盖接高压排气

9、室和低压排气室。,5.4,排气净化装置,内燃机工作时，排出的废气中有一氧化碳（,CO,）、碳氢化合物（,HC,）、氮氧化合物（,NO,X,）和微粒等有害物质。,CO,是燃油的不完全燃烧产物，是一种无色无臭无味的气体。它与血液中血红素的亲和力是氧气的,300,倍，因此当人吸入,CO,后，血液吸收和运送氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。当吸入含容积浓度为,0.3%,的,CO,气体时，可致人死亡。,NO,X,主要是指,NO,和,NO,2,，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。空气中,NO,X,含量达,1020ppm,时，可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当,NO,X,超过,500ppm,时，几分钟可使人出现肺气肿而死亡。,5.4.1,催化转换器,催化转换器是利用催化剂的作用，将排气中的,CO,、,HC,和,NO,X,转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置，也称作催化净化转换器,。,催化转换器有氧化催化转换器和三效催化转换器，用贵金属铂、钯或铑作催化剂。氧化催化转换器只将排气中的,CO,和,HC,氧化为,CO,2,和,H,2,O,，因此这种催化转换器也称做二效催化转换器，反映需要富氧环境。三效

10、催化转换器可同时减少,CO,、,HC,和,NO,X,的排放。,催化转化器是由壳体、减振密封衬垫、载体与催化剂构成（图,5.21,）。催化器壳体通常作成双层结构，并用奥氏体或铁素体镍铬耐热不锈钢板制造，以防止氧化皮脱落造成催化剂的堵塞,。,5.4.2,柴油机微粒捕集与再生装置,微粒是柴油机排放的突出问题。对车用柴油机排气微粒的处理，主要采用多孔介质过滤的方法，即采用微粒捕集器（,Diesel Particulate Filter,，缩写,DPF,）,。,目前，微粒捕集器滤芯多为蜂窝陶瓷（图,5.22,），其单位体积的表面积很大，材料壁薄，过滤效率高，阻力较小。蜂窝滤芯每相邻的两个通道，一个在进口处被堵住，另一个在出口处被堵住，这样，柴油机排气从一个孔道流入后，必须穿过陶瓷壁面从相邻孔道流出，,5.4.3,废气再循环（,EGR,）系统,排气再循环是指把内燃机的部分废气回送到进气系统，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。,再循环的废气量由排气再循环（,EGR,）阀控制，,EGR,阀一般由真空或电磁驱动。图,5.23,所示的是带排气背压控制的真空,EGR,阀。当发动机在怠速状态或小负荷运转时，排气

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