详解车辆发动机进排气系统的结构

来源：本站整理作者：佚名 2017-12-04 08:05:42

    二、排气系统的基本组成及结构
    排气系统的功用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。排气系统主要包括排气支管、排气管和消声器，催化反应器、传感器，有些柴油机上还装有颗粒滤清器。
    1．单排气系统及双排气系统
    直列型发动机在排气行程期间，气缸中的废气经排气门进入排气支管，再由排气支管进入排气管、催化转化器和消声器，最后由排气尾管排到大气中。这种排气系统称为单排气系统，如图25、图26所示为轿车用排气系统。

    V形发动机有两个排气支管。在大多数装配V形发动机的汽车上，仍采用单排气系统，即通过一个叉形管将两个排气支管连接到一个排气管上。来自两个排气支管的废气经同一个排气管、同一个消声器和同一个排气尾管排出（图27a）。但有些V形发动机采用两个单排气系统，即每个排气支管各自都连接一个排气管、催化转化器、消声器和排气尾管（图27b）。这种布置形式称为双排气系统。

    双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅，气缸中残余的废气较少，因而可以充人更多的空气与燃油混合气或洁净的空气，发动机的功率和转矩都相应地有所提高。

    2．排气支管
    废气从气缸盖排气道排出，流经各缸的排气支管进入排气管后端。
    排气管和排气道连接处为排气支管。在设计时，要求各缸排气不得干涉或出现回流现象，所以排气管末端形状十分重要。例如4缸发动机多数将2个缸的排气支管汇总，然后分别和汽车的排气总管相连。
为了使各缸的排气互不干涉，不出现排气回流，并尽可能地利用排气惯性提高排气效率。在设计排气管时，应遵守以下几项原则。
    ①使用尽可能长的排气支管；尽可能使各缸排气支管独立，这样可排除各缸排气的干涉。即设计等独立式排气管。
    ②各缸排气支管长度应相等；即设计等长度排气管。
    ③使用内表面光滑的排气管：这种排气管能防止排气紊流，最好使用不锈钢排气管。
    设计时应尽可能满足以上三个条件。设计人员中流行一种说法：“螃蟹脚状的排气管最好。”就是个意思。
    在汽车的发动机罩盖下空间尺寸十分狭小，如果排气管过长的话，很难布置开。再加上排气管温度很高，和其他装置不能靠得太近，这些都给整车的布置造成很大的困难。
    一般排气支管由铸铁或球墨铸铁制造，近年来采用不锈钢排气支管的汽车越来越多，其原因是不锈钢排气支管质量轻，耐久性好，同时内壁光滑，排气阻力小。
    排气支管的形状十分重要。为了不使各缸排气相互干扰及不出现排气倒流现象，并尽可能地利用惯性排气，应该将排气支管做得尽可能长，而且各缸支管应该相互独立，长度相等。图28a所示不锈钢排气支管的结构较好地满足了上述要求。相互独立的各个支管都很长，而且一、四缸排气支管汇合在一起，二、三缸汇合在一起，可以完全消除排气干扰现象。图28b所示为铸铁排气支管的结构。

    3．排气支管与消声器
    排气总管是排气支管与消声器之间、催化反应器与消声器之间以及消声器与消声器之间的连接管。轿车排气总管通常用不锈钢管制成，货车则常用薄壁钢管制成。其长度和截面积影响发动机的特性和噪声水平，因此大排量的车用发动机上常安装两根排气总管。
    发动机的排气压力为0. 3～0. 5MPa、温度500～700℃，这表明排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。如果将发动机排气直接排放到大气中势必产生强烈的噪声。排气消声器的功用就是通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力的脉动来消减排气噪声。
    消声器用来降低和消除发动机的排气噪声。
    根据发动机或车辆的尺寸可用一个或几个消声器，如图29、图30所示。在V形发动机中，两列气缸通常有各自的消声器和催化反应器，而在车辆尾部合而为一个大的消声器。

    消声器和排气系统管路构成了一个谐振系统。消声器的位置对消声效果有很大的影响。为提高结构刚度和隔热，通常采用双层壁结构，并有绝热层。
    发动机的排气噪声可分为脉动噪声和气流噪声两大方面。前者是气缸内高压燃气在每个排气行程中通过排气门时断续发出的声音，它是与发动机转速和气缸数有关的周期性噪声，属于较低频的范围；而后者是排气系统内排气流动时发生的紊流噪声、喷流声等流体噪声的总称，属于宽频带的高频噪声。发动机转速较低时，脉动噪声是主要的；随着转速升高，气流噪声逐渐变为主要噪声。