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汽車二次空氣噴射泵工作原理

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自從世界上第一個(gè)車輛排氣污染控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施以來，二次空氣噴射系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在汽車上，它實(shí)際上就是一種尾氣排放控制實(shí)用技術(shù)，用以減少排氣中的HC和CO的排放量。而且實(shí)踐也已證明，空氣噴射系統(tǒng)在汽、柴油汽車上都能取得良好的效果。它的工作原理是空氣泵將新鮮空氣送入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管內(nèi)，從而使排氣的HC和CO進(jìn)一步氧化和燃燒，即把導(dǎo)入的空氣中的氧在排氣管內(nèi)與排氣中的HC和CO進(jìn)一步化合形成水蒸氣和二氧化碳，從而降低了排氣中的HC和CO的排放量。 系統(tǒng)分類及工作原理 按其空氣噴入的部位可分為兩類： 第一類，新鮮空氣被噴入排氣歧管的基部，即排氣歧管與汽缸體相連接的部位，因此，排氣中的HC、CO只能從排氣歧管開始被氧化； 第二類，新鮮空氣通過汽缸蓋上的專設(shè)管道噴入排氣門后汽缸蓋內(nèi)的排氣通道內(nèi)，排氣中HC、CO的氧化便早進(jìn)行。二次空氣噴射系統(tǒng)按照結(jié)構(gòu)和工作原理的不同可以分為空氣泵型和吸氣器型兩種結(jié)構(gòu)類型。 按控制形式不同可分為： 空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng) 空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng)主要由空氣泵、分流閥、連接管道、空氣噴射歧管等組成。 工作原理是：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過曲軸傳動(dòng)帶帶動(dòng)空氣泵運(yùn)轉(zhuǎn)，泵送量大而壓力較低的空氣流通過軟管進(jìn)入分流閥。正常情況下，分流閥上閥門開啟，空氣流經(jīng)分流閥、單向閥進(jìn)入空氣噴射歧管。空氣噴射歧管將空氣流噴入發(fā)動(dòng)機(jī)排氣孔或排氣歧管，與排氣中的HC、CO反應(yīng)，使其進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成CO2和水蒸氣，以減少排氣污染。一旦空氣泵泵送的空氣壓力太高，釋壓閥起作用，瞬間切斷向空氣噴射歧管供應(yīng)的空氣，防止發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生回火，經(jīng)過幾秒后，雙向作用閥下落，又恢復(fù)向空氣噴射歧管供應(yīng)空氣，二次空氣噴射系統(tǒng)正常工作。 針對空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng)的詳細(xì)分析 空氣泵的結(jié)構(gòu) 空氣泵裝在發(fā)動(dòng)機(jī)前端，由一個(gè)離心式空氣濾清器和一個(gè)葉片泵組成。空氣泵由發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸帶輪經(jīng)傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)，向噴射系統(tǒng)供應(yīng)量大而壓力底的空氣。 離心式空氣濾清器裝在泵的轉(zhuǎn)子軸的一端與泵以同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。離心式空氣濾清器的作用是清潔進(jìn)入空氣泵的空氣。離心式空氣濾清器的濾清原理是，當(dāng)葉輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣中的塵粒與空氣相比，質(zhì)量較大，在離心力的作用下從進(jìn)入到空氣泵里的空氣流中分離出去。 葉片泵由泵殼、轉(zhuǎn)子、葉片、葉片密封槽、進(jìn)氣道和出氣道等組成。為了使葉片能與泵殼內(nèi)孔間形成大小不同的空腔，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心線與泵殼內(nèi)孔中心線并不重合。在帶輪帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)子在一條與泵殼內(nèi)孔不重合的軸線上旋轉(zhuǎn)。兩片葉片在轉(zhuǎn)子的槽中一夾角180°布置，并在槽中滑動(dòng)，葉片與轉(zhuǎn)子槽間有密封槽。 空氣泵的工作原理 a. 當(dāng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第1個(gè)葉片從進(jìn)氣孔上掃過，這一掃過逐漸增大了進(jìn)氣孔一邊由轉(zhuǎn)子、葉片和泵殼內(nèi)孔形成的進(jìn)氣室的容積，從而產(chǎn)生一定的真空度，在該真空的作用下，經(jīng)離心式空氣濾清器濾清的空氣則進(jìn)入進(jìn)氣室。 b. 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，第2個(gè)葉片又掃過進(jìn)氣孔，此時(shí)，上述第1個(gè)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)使吸入的空氣被限制在由兩個(gè)葉片、轉(zhuǎn)子和泵殼內(nèi)孔所密閉的較大的空間里，當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這部分空氣便被掃到一個(gè)較小的空間里，使其受到壓縮。 c. 轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦第1個(gè)葉片開始掃過泵的排氣孔，則該部分已被壓縮的空氣就從排氣孔泵送進(jìn)噴射系統(tǒng)中去，從而完成空氣泵的一個(gè)進(jìn)氣-壓縮-排氣循環(huán)。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1圈，完成上述2個(gè)循環(huán)。 當(dāng)泵的轉(zhuǎn)子以高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，上述循環(huán)則不間斷地進(jìn)行，源源不斷地為噴射系統(tǒng)提供新鮮空氣。 分流閥 分流閥常作為一個(gè)單獨(dú)的總成用螺栓裝在空氣泵上，而管路則用軟管與空氣泵和空氣噴射歧管相連。設(shè)置分流閥的目的是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速時(shí)，防止排氣系統(tǒng)“回火”到空氣泵。 當(dāng)節(jié)氣門突然關(guān)閉、發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速時(shí)，會(huì)在進(jìn)氣管里 很高的真空度，從而導(dǎo)致進(jìn)入汽缸的可燃混合氣邊的太濃，在作功行程里無法完全燃燒。排氣時(shí)，就有較多的沒有充分燃燒的混合氣經(jīng)排氣門排往排氣管。如果在這時(shí)，二次空氣噴射系統(tǒng)把新鮮空氣噴入排氣歧管或噴入*近排氣門的排氣孔，則新鮮空氣便加劇了未充分燃燒的混合氣在排氣管內(nèi)的燃燒，從而產(chǎn)生“回火”。而設(shè)置分流閥的作用在于發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速的最初時(shí)間里，瞬間把空氣泵送來的空氣排如大氣，使新鮮空氣不能噴入排氣管，從而防止了“回火”的發(fā)生。 當(dāng)節(jié)氣門開度突然減小、發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速時(shí)，在進(jìn)氣管產(chǎn)生了較大的真空度，該真空度通過管道傳到分流閥膜片表面，在該真空度的作用下，膜片克服彈簧力向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)雙向作用閥的下閥打開了下閥口，經(jīng)下閥口與釋氣孔（由消聲材料制作）相通，使從空氣泵來的空氣流無聲地瞬間排往大氣。但是，空氣泵來的空氣流被分流閥排往大氣的時(shí)間僅僅能進(jìn)行一瞬間，其原因是在膜片上加工有孔板流量孔，該孔能很快平衡膜片兩邊的氣壓。因此在彈簧力的作用下，膜片和雙向作用閥在幾秒內(nèi)又回到下面位置。雙向作用閥又關(guān)閉了下閥口，空氣泵便又開始向排氣歧管或排氣門區(qū)供應(yīng)新鮮空氣。 釋壓閥（限壓閥）主要由閥體、彈簧、閥門和閥座等組成，其作用是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣泵泵送的空氣流氣壓超過釋壓閥彈簧預(yù)調(diào)彈力時(shí)，空氣壓力克服彈簧彈力，促使閥門離開閥座，壓力過大的空氣則通過閥門與閥座間的通道經(jīng)釋氣孔排入大氣，從而使進(jìn)入空氣噴射歧管的空氣壓力基本上保持恒定；當(dāng)空氣泵送來的空氣其壓力低于彈簧預(yù)調(diào)彈力時(shí)，彈簧壓閥門回位，從而切斷了排往大氣的通路。由此可見，釋壓閥彈簧的預(yù)調(diào)彈力決定了各種工況下，空氣泵泵送到整個(gè)二次空氣噴射系統(tǒng)的空氣壓力。 單向閥 單向閥，裝在空氣噴射管上。它允許從空氣泵來的具有一定壓力的空氣進(jìn)入空氣噴射歧管，而防止高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)入連接軟管和空氣泵。也就是說，若空氣泵皮帶斷裂或傳動(dòng)打滑等原因造成空氣泵停轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速下降，空氣連接軟管漏氣等不能向噴射系統(tǒng)正常供應(yīng)空氣時(shí)，單向閥可以保護(hù)二次空氣噴射系統(tǒng)免受高溫的廢氣損害。 空氣噴射歧管 空氣氣噴射歧管通常是由不銹剛管焊接而成，其形狀和分支數(shù)目由發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和汽缸數(shù)目而定。空氣噴射歧管的作用是把空氣泵泵送的新鮮空氣分別噴射進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門附近的排氣孔里或噴入排氣歧管。 脈沖型二次空氣噴射系統(tǒng) 脈沖型二次空氣噴射系統(tǒng)也稱吸氣器型二次空氣噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)不是應(yīng)用空氣泵泵送空氣進(jìn)入噴射歧管，而是應(yīng)用排氣壓力的脈沖將新鮮空氣吸入排氣系統(tǒng)。研究發(fā)現(xiàn)，每次排氣門關(guān)閉時(shí)，都會(huì)有這么一個(gè)很短的時(shí)間周期，在該時(shí)間周期內(nèi)，排氣孔和排氣歧管內(nèi)的氣壓都低于大氣壓力，也就是說產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)壓（真空）脈沖。利用這個(gè)真空脈沖，經(jīng)空氣濾清器吸入一定量空氣進(jìn)入排氣歧管，用這部分空氣中的氧去氧化排氣中的HC和CO。如果該車還裝有催化式排氣凈化器，也可以用這部分空氣去供應(yīng)催化式排氣凈化器對氧的需要。這就是脈沖型或稱吸氣器型二次空氣噴射系統(tǒng)的工作原理。 常見的脈沖型二次空氣噴射系統(tǒng)由鋼管、單向吸氣器、軟管等組成。鋼管的一端接吸氣器，另一端用連接盤與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管相連通，把經(jīng)空氣濾清器、軟管、吸氣器的新鮮空氣導(dǎo)入排氣歧管。 吸氣器實(shí)際上是一個(gè)單向閥，它允許從空氣濾清器來的空氣經(jīng)鋼管流向排氣歧管，并防止排氣歧管中的廢氣鋼管回流到空氣濾清器。 裝有脈沖型二次噴射系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于排氣歧管內(nèi)的負(fù)壓脈沖使吸氣器閥門開啟。也就是說，在這種工況下，排氣閥門每關(guān)閉一次，在排氣歧管內(nèi)則出現(xiàn)一次負(fù)壓脈沖，吸氣器的單向閥就開啟一次，閥門開啟，在外界大氣壓力的作用下，新鮮空氣經(jīng)空氣濾清器、軟管、吸氣器、鋼管進(jìn)入排氣歧管，去進(jìn)一步氧化排氣中的HC、CO，減少排氣污染。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于排氣門的關(guān)閉頻繁，每次的負(fù)壓脈沖周期特別短，由于慣性作用，吸氣器的單向閥不可能開啟，因此，吸氣器的單向閥門實(shí)際是關(guān)閉的，此時(shí)它只起到一個(gè)阻止廢氣排入空氣濾清器的截止閥的作用。也就是說，在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖型二次空氣噴射系統(tǒng)實(shí)際上是停止工作的。 電控二次空氣噴射系統(tǒng) 電控空氣泵型二次空氣噴射系統(tǒng) 系統(tǒng)中的空氣由電控單元根據(jù)輸入信號(hào)通過控制相關(guān)電磁閥引往空氣濾清器、排氣管及催化式排氣凈化器中。該系統(tǒng)有兩套主控電磁閥，第一套電磁閥為分流閥，用于將空氣送往空氣濾清器；第二套電磁閥為開關(guān)電磁閥，用于將空氣送往排氣管或催化式排氣凈化器。該系統(tǒng)有以下幾種工作方式。 a. 在發(fā)動(dòng)機(jī)冷態(tài)和開環(huán)狀態(tài)工作時(shí)，由于催化式排氣凈化器不夠熱，不能使用額外空氣，因此電控單元控制分流電磁閥和開關(guān)電磁閥，使空氣經(jīng)分流電磁閥被送往開關(guān)電磁閥，而開關(guān)電磁閥將空氣引向排氣管。 b. 發(fā)動(dòng)機(jī)在正常工作或閉環(huán)狀態(tài)工作時(shí)，電控單元控制分流電磁閥和開關(guān)電磁閥，使空氣經(jīng)分流電磁閥被送往開關(guān)電磁閥，再由開關(guān)電磁閥將空氣送往催化式排氣凈化器中的氧化劑與還原劑之間，從而提高氧化劑的工作效率。 c. 當(dāng)催化凈化器過熱時(shí)，加入的空氣對催化式排氣凈化器中的催化劑會(huì)造成污染，在這種情況下，電控單元控制分流電磁閥，將空氣送往空氣濾清器。 電控脈沖型二次空氣噴射系統(tǒng) 系統(tǒng)由電控單元控制電磁閥的打開及關(guān)閉，電磁閥與單向閥（也稱檢查閥）相連，由于排氣中的壓力是正負(fù)交替的脈沖壓力波，當(dāng)排氣壓力為負(fù)時(shí)，來自空氣濾清器的空氣進(jìn)入排氣管；當(dāng)壓力為正時(shí)，單向閥關(guān)閉，空氣不能返回。 二次空氣噴射系統(tǒng)也常被稱為補(bǔ)燃系統(tǒng)或后燃系統(tǒng)。其原因是可燃混合氣在汽缸內(nèi)進(jìn)行第一次燃燒后，其中那些未完全燃燒的部分由于人為地引入新鮮空氣而使其在排氣過程中進(jìn)行了補(bǔ)燃，因而經(jīng)消聲器排入大氣時(shí)的尾氣很少有或者完全沒有火星。而排氣內(nèi)有火星是在有可燃?xì)怏w存在的情況下引發(fā)火災(zāi)的一大原因。因此，二次空氣噴射系統(tǒng)也是防止內(nèi)燃機(jī)尾氣引起火災(zāi)的一項(xiàng)重要技術(shù)和設(shè)施。除了在轎車上應(yīng)用外，它還廣泛應(yīng)用于安全性能要求更高的內(nèi)燃機(jī)車和專用汽車，如液化氣運(yùn)輸車、輕油運(yùn)輸車、機(jī)場加油車等。
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