汽车构造发动机进排气系统

发动机进、排气系统是在其工作循环时，不断将新鲜空气或可燃混合气送入燃烧室，又将燃烧后的废气排到大气中，保证发动机连续运转。

1.发动机的进气系统

把空气或混合气导入发动机气缸的零部件集合体称为发动机进气系统。

进气系统包含了空气滤清器、进气歧管、进气门机构。空气经空气滤清器过滤掉杂质后，流过空气流量计，经进气道进入进气歧管，与喷油器喷出的汽油混合后形成适当比例的可燃混合气，由进气门送入气缸内点火燃烧，产生动力，如图2-67所示。

图2-67 发动机进气系统图

（1）空气滤清器 功用：清除空气中所含的尘土和沙粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损。

空气滤清器工作方式：空气滤清器究竟采用哪种滤清方式取决于发动机的用途和环境条件。一般汽车上多采用纸滤芯滤清器或油浴—过滤式组合滤清器。拖拉机、牵引车和工程机械用的内燃机因工作环境中灰尘多，需要采用两种或三种滤清方式的组合滤清器。船用内燃机因环境条件较清洁，常采用纸滤芯或金属滤芯的滤清器。

空气滤清器分类：空气滤清器有惯性式、过滤式和油浴式3种方式。①惯性式：由于杂质的密度较空气的密度大，当杂质随空气旋转或急转弯时，离心惯性力的作用能使杂质从气流中分离出来；②过滤式：引导空气流过金属滤网或滤纸等，将杂质阻挡并粘附在滤芯上；③油浴式：在空气滤清器底部设有机油盘，利用气流急转冲击机油，将杂质分离并粘滞在机油中，而被激荡起的机油雾滴随气流流经滤芯，并粘附在滤芯上。空气流过滤芯时能进一步吸附杂质，从而达到滤清的目的。

1）惯性式及复合式空气滤清器（图2-68a）。应用：多用于大型货车上，湿式滤芯滤清效率较高，但需定期更换，布置有能使空气旋转的装置。

2）过滤式纸滤芯空气滤清器结构（图2-68b）。广泛用于汽车发动机上，其干式纸滤芯可反复使用，恶劣环境下工作不可靠，一般维护周期为5000～10000km，湿式纸滤芯使用寿命长、吸附杂质的能力强且滤清效果好，但不能反复使用，需定期更换。

3）油浴式空气滤清器（图2-69）。用于在多尘条件下工作的发动机上，滤芯多为金属丝，清洗后可重复使用。油浴式空气滤清器滤清过程如图2-69所示。

图2-68 惯性式、过滤式发动机进气空气滤清器

图2-69 油浴式空气滤清器及滤清过程示意图

（2）进气管与排气管（如图2-70所示为发动机进排气管位于同侧的歧管结构图）

1）功用。

①进气管：将提供的可燃混合气或空气分别送到发动机的各个缸。

②排气管：汇集各气缸的废气，从排气消声器排出。

2）材料：铸铁、铝合金。

3）要求：进气歧管内气体流道的长度应尽可能相等，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；排气歧管应长，各缸歧管应相互独立，长度相等。

2.发动机的排气系统

排气系统的功能是以尽可能小的排气阻力和噪声，将气缸内的废气排到大气中。围绕阻力和噪声设计了排气管（这里我们把汽车的排气系统简称排气管，以下同），如图2-71所示。排气管通常泛指排气歧管、排气管、消声器和排气净化装置（三元催化转换器）四个部分。

图2-70 发动机进排气管位于同侧的歧管结构图

图2-71 排气系统示意及实物图

排气歧管的形状十分重要，一般人以为越短越好。短了废气可以早点排出，阻力小，其实不然。排气歧管太短排气是要倒流的，因此是越长越好，尽量利用惯性排气。又因为各缸的排气最后是汇在一起的，而各缸排气的时间也不同，相互要引起干扰。所以各缸的歧管要做得相互独立，长度相等。

（1）排气净化装置

1）作用：除去HC、CO、NO_x（HC一半窜入曲轴箱）。

2）方法：①机内净化；②机外净化，三元催化转换器、EGR（Exhaust Gas Recirculation废气再循环系统）。

三元催化转换器（如图2-72所示为发动机排气净化装置三元催化转换器结构示意及安装实物图）

三元催化转换器串接在排气歧管和消声器之间，氧传感器之后。三元催化转换器的内部结构是蜂窝状管道设计。在蜂窝管道壁上有铂、铑和钯等贵金属元素的涂层作为催化剂。三元催化转换器的最佳工作温度为375～800℃；短时耐受温度为900℃。空燃比14.6～14.7的混合气在发动机气缸内燃烧后经三元催化转换器过滤，转化成无害的气体排出。(www.xing528.com)

三元催化转换器上有许多小孔，在内表面上涂覆铂铑系列催化剂。该三元催化转换器能将一氧化碳和碳氢化合物氧化成对人体无害的二氧化碳和水，同时也能将氧化氮还原成氧气和氮气。

图2-72 发动机排气净化装置三元催化转换器结构示意及安装实物图

（2）排气消声器

1）功用：减小噪声和消除废气中的火焰及火星。

2）原理：多次地变动气流方向；重复地使气流通过收缩而又扩大的断面；将气流分割为很多小的支流并沿着不平滑的平面流动；将气流冷却。

消声器是汽车排气系统里的一个重要零件。在形式上，常分为阻性、抗性、复合性等。其中，阻性消声器主要由多孔管、吸声纤维（吸声棉）组成。后者的吸声系数随密度、直径大小等物理性质变化而变化，也就是说，纤维密度越大，直径越小，吸声系数越高。吸声系数值的大小又关系到整个消声器的效果，当然，影响消声效果的还有消声器的断面周长、有效长度、断面面积等多个因素，周长、有效长度越大，消声效果越好。

1）阻性消声器。阻性消声器有多孔管、吸声纤维，当废气通过多孔管与纤维接触时，后者产生振动并因为摩擦、粘滞而产生热能，噪声就是在这过程中被转化的，因此也叫吸声过程。阻性消声器有着体积小的特点，因而大多数原装车的中段都喜欢使用阻性，想充分发挥其消声功能的话，安装位置一般靠近发动机方向。大量试验表明，阻性消声器对发动机中、高频噪声的抑制效果要好于其对中低频的抑制效果，如图2-73a所示。

图2-73 消声器示意实物结构图

2）抗性消声器。抗性消声器（也有称之反射式）的结构里没有吸声棉，主要由隔板、膨胀室组成。一般消声器有三个膨胀室，大小不一。利用废气在这些腔室里反射、相互干涉（摩擦）而达到消声效果，大的腔室较有利于其处理噪声，但其大小也受到底盘形状所限，此外，其工作方式不同，抗性消声器的体积比阻性要大，也因而多被安装于车尾处。它具有对中、低频噪声抑制效果明显的特点，如图2-73b所示。

3）复合性消声器。顾名思义，复合性消声器的结构综合了前两种消声器的特点，如图2-74所示，它既有吸声棉又有膨胀室，上面说过两种消声器在对应发动机转速时互有长短，复合性则很好地平衡了两种特性，对应范围广，体积更灵活，但价格也相对较高。

图2-74 复合性消声器结构图

3.发动机的增压

所谓的增压就是增加进入气缸内的空气密度。增压的最大优点是能在不加大发动机排量的情况下就能较大幅度地提高发动机的功率及转矩力。一般而言，加装增压器后的发动机的功率及转矩要增大20%～30%。

增压方式通常有三种。①机械增压系统：增压器由发动机曲轴通过齿轮（或链条等）直接驱动，机械增压压气机除离心式压气机外还有罗茨式压气机；②气波增压系统利用高压废气的脉冲气波迫使空气压缩。这种系统低速增压性能好、加速性好、工况范围大，但尺寸大、笨重且噪声大；③废气涡轮增压系统：利用发动机排出的废气能量冲动涡轮机，带动与其同轴安装的压气机叶轮工作，新鲜空气在压气机内增压后进入气缸。

1）废气涡轮增压机按废气在涡轮中的流动方向，分为径流式涡轮增压（径向涡轮机、离心式压气机）和轴流式涡轮增压。

2）废气涡轮增压机构成如图2-75a所示。

图2-75 废气涡轮增压器构造及工作原理示意图

3）涡轮增压器的润滑及冷却（如图2-76所示为离心式压气机、径流式涡轮机）。

图2-76 涡轮增压器的润滑及冷却通道图

润滑：机油自主油道进入增压器，润滑和冷却增压器的轴和轴承，然后返回油底壳。

冷却：涡轮机侧设置冷却水套，并用软管与发动机的冷却系统相通。

4）涡轮增压器安装及安装组件如图2-77所示。

5）涡轮增压发动机的优缺点。

图2-77 涡轮增压器安装及安装组件实物图

优点：增压效率高于机械增压。

缺点：发动机动力输出略滞后于节气门的开启，加大节气门后一般需要等片刻，稍后发动机会有很大的动力爆发。