1、I哈尔滨华德学院毕业设计（论文）开题报告专业车辆工程学生学号1140271208班号1402711指导教师开题日期2017年9月7日2017年9月6日IIIII一、课题题目和课题研究现状1课题题目汽车进排气系统传感器的发展与应用2课题研究现状汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。而汽车行业是目前国际上应用传感器最大的市场之一，从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。而进排气系统中的各个传感器的申报专利数，在汽车所有传感器中名列前茅，这反映了进排气系统中各
2、个传感器的技术难度和各国的重视程度。所以进排气系统中的传感器的市场前景非常广阔，对这些传感器的研究也成为了热点。二、选题的目的和意义1选题的目的在本次论文中将重点描述传感器汽车进排气系统上的功用，进一步的了解进排气系统中都有哪些类型传感器与它们的结构原理，以便于能够更加了解汽车发动机运行过程中会出现的一些状况与信息。2选题的意义我们都知道，发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整车的性能、寿命，所以在进气系统中安装传感器可以反映出发动机的工作状态。而排气系统主要是排放发动机工作时所排出的废气，所以在排气系统中安装传感器可以有效的减少
3、废气污染。所以对进排气系统中传感器的研究具有非常重要的意义。三、课题的基本内容随着传感器技术的不断更新，智能化、集成化和多功能化将成为汽车传感器的发展趋势。当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子控制系统中的重要组成部分。其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。四、研究方案及预期达到的目标1研究方法（1）实践分析法根据文献资料和数据了解研究对象，进一步分析来源与整个系统的要求。IV（2）文献检索法（3）调查研究法2目的了解发动机进排气系统以及进排气系统中各个传感器的工作原理及结构组成。五、为完
4、成课题已具备和所需的条件对选题做了充分的研究，并结合在校期间的实验课进行了分析和总结，翻阅了大量书籍找到了相关数据加以论证。六、预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施对各个类型的传感器的结构以及种类认识不足，希望能够通过与老师的沟通和在收集资料的过程中能够进一步的了解，以便更好地开展论文内容。七、进度安排2017年8月21日9月7日确定论文题目方向并开始收集资料撰写开题报告2017年9月8日9月29日整合收集的资料，构筑论文大纲2017年10月9日10月27日根据查找到的资料开始撰写论文，并对撰写过程中遇到的问题进行分析，确定解决方案进行修改，为论文中期检查做准备。2017年10月
5、30日11月24日完成论文初稿部分并向指导老师寻求意见，对论文进行进一步的完善。2017年11月25日12月10日整理论文并最终定稿，熟悉论文内容准备答辩。八、参考文献1吴建平传感器原理及应用M机械工业出版社，2016年版2胡向东传感器与检测技术M机械工业出版社，2013年版3张洪润传感器技术大全M北京航空航天大学出版社，2007年版4赵方庚车用传感器技术发展趋势J汽车维修与保养2011年01期38405孙路弘发动机电控系统M电子工业出版社，2009年版6毛峰汽车车身电控技术M机械工业出版社，2010年版7赵良红汽车底盘电控技术M机械工业出版社，2012年版8高兰恩，黄芳汽车导航技术及应用M电
6、子工业出版社，2015年版V摘要车用传感器发展趋势未来汽车电子传感器的发展方向，主要是新结构、新材料和新工艺的应用，总的发展趋势是多功能化、集成化、智能化、轻便化，其目标是高性能、高可靠性、低成本。汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。而汽车行业是目前国际上应用传感器最大的市场之一，当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子控制系统中的重要组成部分。其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。关键词进排气系统；传感器；发
7、展应用VIABSTRACTTHECARWITHTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFAUTOMOBILEELECTRONICSENSORSENSORDEVELOPMENTTRENDINTHEFUTURE,MAINLYNEWSTRUCTURE,APPLICATIONOFNEWMATERIALSANDNEWTECHNOLOGY,THEGENERALDEVELOPMENTTRENDISMULTIFUNCTIONAL,INTEGRATED,INTELLIGENT,PORTABLE,WITHTHEGOALOFHIGHPERFORMANCE,HIGHRELIABILITYANDLOWCOSTS
8、ENSOROFAUTOMOBILEEXHAUSTSYSTEMHASBEENHIGHLYVALUEDATHOMEANDABROAD,BECAUSETHESYSTEMOFENGINEINTAKEANDEXHAUSTSYSTEMISESSENTIAL,CANDIRECTLYAFFECTTHEENGINEWORKINGCONDITIONTHEAUTOMOBILEINDUSTRYISONEOFTHELARGESTAPPLICATIONSENSORMARKETSINTHEWORLDTODAY,THEAUTOMOTIVEINDUSTRYTODAY,THESENSORHASBECOMEANIMPORTANTP
9、ARTOFTHEAUTOMOTIVEELECTRONICCONTROLSYSTEMINTHEEXHAUSTSYSTEMTHESENSORCANREFLECTTHEOPERATIONSTATEOFTHEENGINE,THEELECTRONICCONTROLSYSTEMOFENGINEISIMPORTANTTHISTHESISMAINLYEXPOUNDSTHESTRUCTUREEFFECTOFCARSENSORINTHEEXHAUSTSYSTEMANDTHETRENDOFDEVELOPMENTKEYWORDSINTAKEANDEXHAUSTSYSTEMSENSORDEVELOPMENTANDAPP
10、LICATIONVII目录摘要V第一章绪论111引言112汽车进排气系统传感器发展现状113国内发展现状214汽车传感器应用215选题的目的316课题研究的意义及主要内容4161选题的意义4162主要内容4第二章进排气系统521进气系统5211进气系统功用5212进气系统组成5213进气歧管和垫的功用7214谐振进气系统9215可变进气歧管9216进气增压系统1022排气系统14221排气系统组成14222排气系统的三个主要功能1523本章小结19第三章传感器在汽车上的应用2031传感器在汽车上的应用20311温度传感器20312压力传感器20313位置和转速传感器21VIII314气体浓度传
11、感器21315爆震传感器2132传感器在车身控制系统的应用22321MEMS传感器在汽车上的应用22322侧向倾斜角度传感器在汽车上的应用23323车用雨量传感器的应用2433车用传感器的作用及性能要求2634本章小结27第四章进排气系统传感器2841安装在进气系统上的传感器28411进气流量传感器28412进气压力传感器28413进气温度传感器29414节气门位置传感器2942安装在排气系统上的传感器29421氧传感器在汽车进排气上的应用29422排气温度传感器3343本章小结33第五章汽车进排气系统传感器发展趋势34结论36致谢错误未定义书签。参考文献371第一章绪论11引言20世纪60年
12、代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。今天，传感器已是无处不在。在动力系统中，有用来测定各种流体温度和压力如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等的传感器；有用来确定各部分速度和位置的传感器如车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀EGR的位置等；还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器；确定座椅位
13、置的传感器；在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器；保护前排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器，还需要乘员位置、体重等传感器来保证其及时和准确的工作。面对制造商提供的侧量、顶置式气囊以及更精巧的侧置头部气囊，还要增加传感器。随着研究人员用防撞传感器测距雷达或其她测距传感器来判断和控制汽车的侧向加速度、每个车轮的瞬时速度及所需的转矩，使制动系统成为汽车稳定性控制系统的一个组成部分。12汽车进排气系统传感器发展现状汽车进排气系统的传感器在国内外得到了很高的重视，因为进排气系统是发动机必不可少的系统，可以直接影响到发动机的工作状态。而汽车行业是目前国
14、际上应用传感器最大的市场之一，从世界各国公布的专利情况来看，各主要汽车生产厂家和电气、元件生产厂家，都很重视汽车传感器的研制和生产。而进排气系统中的各个传感器的申报专利数，在汽车所有传感器中名列前茅，这反映了进排气系统中各个传感器的技术难度和各国的重视程度。所以进排气系统中的传感器的市场前景非常广阔，对这些传感器的研究也成为了热点。随着汽车行业的快速发展，传感器在汽车上的应用也随之不断扩大，它们在2汽车电子稳定性控制系统包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器、车道偏离警告系统和盲点探测系统包括雷达、红外线或者光学传感器各个方面都得到了使用。由于人们对于安全性、环保性、舒适性、通讯和娱乐的需求日益
15、增长，预计2012年全球汽车传感器市场将从2007年的80亿美元上升到135亿美元，复合年增长率为108。中国市场是车用传感器发展的沃土，最新调查数据显示，2006年中国汽车传感器的市场销售额达到39亿美元，同比增长率为428，2007年2010年期间中国汽车传感器市场销售额的年度复合增长率将超过35。预计2007年市场销售额将达到54亿美元，其同比增长率为363预计2009年市场销售额将接近105亿美元，其同比增长率为405预计2010年市场销售额将超过132亿美元，其同比增长率为3523。13国内发展现状我国的汽车传感器由于起步较晚，还没有形成系列化、配套化。只有零散的产品为化油器配套使用
16、，如曲轴位置、车速传感器采用的是电磁式或霍尔式，存在着准确度、分解能力、信号精度、匹配性、抗干扰性、低速检测、耐环境能力差等问题，而国外同类产品采用的是光电式，不存在上述问题。总体上讲，国内汽车传感器行业现阶段存在品种少、不配套、性能较落后、抗干扰性差等问题。许多传感器厂为了增强产品的竞争力，采用与国外同行业进行合资经营的方式，消化吸收国外先进的传感器技术，使产品升级换代，从而逐步发展壮大。但绝大多数企业还只是配套生产其它车用传感器，处于利润少、产品单一、产品质量和技术水平低下的状况。中国汽车传感器随着汽车大力发展而呈现强劲的增长势头，国内汽车传感器迅速增长起来。但中国汽车传感器大多被世界跨国
17、公司瓜分，加快汽车电子国产化是汽车电子行业的首要任务。为了帮助中国汽车传感器行业早日实现多功能化、集成化和智能化，盖世汽车网将于2010年10月举办“2010国际汽车电子应用技术研讨会”，邀请来自国内外的行业专家分享汽车传感器的最新应用技术，预测汽车电子的技术发展动向。随着电子技术的发展和汽车电子控制系统应用的日益广泛，通过新的结构设计和新的原理，微型化、多功能化、集成化和智能化的传感器将逐步取代传统的传感器，成为汽车传感器的主流。14汽车传感器应用汽车传感器应用发展汽车用传感器技术是促进汽车电子化发展的关键技术之一。车用传3感器技术已广泛用于发动机、底盘和车身等各个系统中。在汽车的各个系统中
18、传感器担负着信息的采集和传输，并由电子控制单元ECU对信息进行处理后向执行器发出指令，离合器锁定、油压控制及空调等自动控制提供依据川。传感器技术决定了汽车是否能实现真正的安全、舒适和智能化，据有关资料报道，一辆汽车一般要装用4050只各种传感器，其价值约占整个汽车费用的10左右。一些新型的传感器也逐渐在汽车中得到了应用，促进了汽车技术的不断发展。因此、汽车用传感器，已成为世界电子设备市场中增长最快的领域之一。汽车传感器是汽车电子控制系统的信息源和关键部件，也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。传感器在发动机控制系统的应用发动机用传感器作为电控发动机系统的关键部件，是发动机控制系统的信息源。为
19、了使发动机处于最佳工作状态，发动机传感器对发动机各种状态的信号采集尤为重要。发动机控制系统必须包括最佳点火提前角控制、最佳空燃比控制、怠速控制、废气再循环控制、可变进气控制、二次空气控制、涡轮增压控制、发动机排量控制、自我诊断等等通过发动机用传感器精确采集反映发动机各种状态的信号，并输入到发动机EUC中进行计算，最终由控制器综合控制。发动机控制系统用传感器种类很多，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。随着现代电子技术的发展，汽车的电子化程度越来越高，特别是电子计算机控制系统在汽车上的应用，使汽车的使用性能得到了明显改善和提高。但是，由于人们对
20、现代汽车安全、舒适、环保、经济性、动力性及自动化程度等性能要求的逐步提高，使得汽车必须能够实现对各部位进行精密的自动控制，而实现精密控制的第一信号源就是各种各样的传感器。汽车传感器作为汽车电子计算机控制系统的重要组成部件，其使用数量和技术性能的好坏，直接影响汽车电子控制系统的工作状况。普通汽车上大约安装几十只传感器，而高级豪华轿车上的传感器数量可达200多只，这些传感器主要分布在汽车各大系统中。汽车电子化越发达，智能化程度越高，对传感器的依赖性也就越大，因此，传感器是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。15选题的目的在本次论文中将重点描述传感器汽车进排气系统上的功用，进一步的了解进排气系统中都
21、有哪些类型传感器与它们的结构原理，以便于能够更加了解汽车发动机运行过程中会出现的一些状况与信息。416课题研究的意义及主要内容161选题的意义我们都知道，发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整车的性能、寿命，所以在进气系统中安装传感器可以反映出发动机的工作状态。而排气系统主要是排放发动机工作时所排出的废气，所以在排气系统中安装传感器可以有效的减少废气污染。所以对进排气系统中传感器的研究具有非常重要的意义。162主要内容随着传感器技术的不断更新，智能化、集成化和多功能化将成为汽车传感器的发展趋势。当今汽车行业中，传感器成为了汽车电子
22、控制系统中的重要组成部分。其中进排气系统中的传感器可以反映出发动机的运作状态，是发动机重要的电子控制系统。本篇论文主要阐述了汽车进排气系统中的传感器的结构作用以及发展趋势。5第二章进排气系统21进气系统211进气系统功用发动机工作时，驾驶员通过加速踏板操纵节气门的开度，以此来改变进气量，控制发动机的运转。进入发动机的空气经空气滤清器滤去尘埃等杂质后，流经空气流量计，沿节气门通道进入动力腔，再经进气歧管分配到各个气缸中发动机冷车怠速运转时，部份空气经附加空气阀或怠速控制阀绕过节气门进入气缸。进气系统在发动机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，保证内燃机连续
23、运转。212进气系统组成2121空气滤清器（1）空气滤清器的组成和功用空气滤清器组成主要由进气口，上壳体，滤芯，下壳体组成，其中滤芯是主要的过滤部分，承担着气体的过滤工作，而机壳是为滤芯提供必要保护的外部结构。空气滤清器的工作要求是能承担高效率的空气滤清工作，不为空气流动增加过多阻力，并能长时间连续工作。空气滤清器功用滤气空气中的尘埃和杂质，将清洁的空气或（空气与燃油的可燃混合气）送入燃烧室，以减少活塞与气缸套之间、活塞组之间和气门组之间的磨损（2）空气滤清器的应用领域和作用类型应用领域气滤清器主要应用在气动机械、内燃机械等领域，作用是为这些机械设备提供清洁的空气，以防这些机械设备在工作中吸入
24、带有杂质颗粒的空气而增加磨蚀和损坏的几率。作用类型空气滤清器按照不同的作用形式可以分为二个类型，分别是惯性式空气滤清器、过滤式空气滤清器1惯性式空气滤清器6惯性式空气滤清器是以离心力作用作为工作原理。惯性式空气滤清器在工作时会快速搅动空气，这样由于空气中所含的杂质的密度比空气密度大，因此在杂质随空气转动或转弯时，离心力的惯性作用就会使杂质自然的从空气中分离出来，达到滤清的目的。2过滤式空气滤清器过滤式空气滤清器是以过滤介质为主要过滤手段，当空气通过过滤式空气滤清器时，金属制的滤网或滤纸会阻挡空气中的杂质，并将它们粘在滤芯上，从而实现空气滤清的效果2212节气门（1）电动节气门的构成电动节气门的
25、构成大致可分归为一下几个部分节流阀、电磁驱动器、电位计、控制器有的没有，直接由ECU管着），旁通阀。（2）节气门的作用节气门上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为是汽车控制空气进入发动机的一道可控阀门，气体进入进气管后会和汽油混合成可燃混合气，从而燃烧做工。（3）节气门驱动方式节气门有传统拉线式和电子节气门两种，传统发动机节气门操纵机构是通过拉索（软钢丝）或者拉杆，一端连接油门踏板，另一端连接节气门连动板而工作。电子节气门主要通过节气门位置传感器，来根据发动机所需能量，控制节气门的开启角度，从而调节进气量的大小。（4）节气门故障特征电动节气门的故障特征分两类硬故障和软故障。1硬故障指机械损坏。
26、包括节气门控制单元、节气门电位计、节气门位置传感器等。2软故障指脏污，失调。它包括空气中的灰尘，机油蒸发等。（5）节气门如何清洗和手工初始化方法清洗首先将固定的金属束环上一点油，以免在拆卸的时候发生滑牙的现象。拆下节气门软管金属束环，将软管拆掉后，左端就是节气门的位置，拆掉电瓶负极，关闭点火开关，把节气门翻板扳直，往节气门内喷少量“化油器清洗剂”然后用涤纶抹布或者高纺“无纺布”小心擦洗，节气门深处，手够不着的地方可以用夹子夹住抹布小心擦洗。清洗节气门时可以不拆解，但是一定要把进汽的密封部位清洗干净，怠速马达必须拆下来才能够清洗干净，喷油嘴拆借清洗和免拆各有利弊，一般情况下建议免拆洗，防止出现其
27、他不必要的浪费，比如拆下来后需要更换密封圈或责其他一些垫片的安装，或者在拆装过程中出现漏油，气等现象7耽误时间。清洗完毕以后，再按照刚才拆卸的程序，装好后就要开始节气门的初始化，清洗节气门后，初始化是必须的，因为电脑调节气门开度的时候，是有记忆功能的，因为以前有油泥的堵塞，为了保证进气量，电脑会自动调节节气门的开度，让进气处于正常状态。手工初始化方法第一种是开钥匙第二挡，就是仪表指示全亮的那一挡了，然后等待20秒后，踩油门到底，保持10秒左右后，松油门，关闭点火开关，拔出钥匙，初始化就完成了。第二种是开钥匙第二挡，保持30秒，然后关闭点火开关，拔出钥匙。需要注意的是，两种方法做完后，都要等待一
28、段时间，才可以试着打火，一般等待1520秒即可，然后打火，看看加油是否正常，发动机故障灯是否熄灭，如果一次不成功，就做第二次，一直到成功为止，一般都可以一次成功的，最多二次。但是根据车子的不同，还原的方法是不一样的，有的车就必须要通过电脑才能完成初始化，如果是那种情况还是建议车主将爱车送到有专业设备的店里去清洗。213进气歧管和垫的功用（1）进气歧管的构造对于节气门体燃油喷射式发动机，进气歧管指的是节气门体之后到气缸盖进气道之前的进气管路。它的功用是将空气与燃油的混合气由节气门体分配到各缸进气道。对于气道燃油喷射式发动机或柴油机，进气歧管只是将洁净的空气分配到各缸进气道。进气歧管必须将空气燃油
29、混合气或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。一般节气门体燃油喷射式发动机的进气歧管由合金铸铁制造，轿车发动机多用铝合金制造。铝合金进气歧管质量轻、导热性好。气道燃油喷射式发动机除应用铝合金进气歧管外，近几年来采用复合塑料进气歧管的发动机也日渐增多。这种进气歧管质量极轻，内壁光滑，无需加工。分别为铝合金进气管和树脂进气管。8图1铝合金进气管图2树脂进气管（2）进气歧管的功用当空气进入节气门后，经过歧管缓冲统后，空气流道就在此分歧了，对应引擎汽缸的数量，将空气分别导入各汽缸中。以自然进气引擎来说，
30、由于进气歧管位于节气门之后，所以当引擎油门开度小时，汽缸内无法吸到足量的空气，就会造成歧管真空度高；而当引擎油门开度大时，进气歧管内的真空度就会变小。因此，喷射供油引擎都会在进气歧管上装设一个压力计，供给ECU判定引擎负荷，而给予适量的喷油。（3）塑料进气歧管的优越性和其材质的要求优越性塑料进气歧管最主要的优点是成本较低，质量较轻。此外，由于PA的导热性比铝低，燃油喷嘴和进入的空气温度较低。不仅可以改善热启动性能，提高发动机的功率和扭矩，同时冷启动时可以一定程度避免管内热量散失，加快提高气体温度，而且塑料进气歧管内壁光滑，可减小空气流动阻力，从而改善发动机的性能。成本方面，塑料进气歧管与铝进气
31、歧管材料费基本持平，塑料进气歧管一次成型，合格率高；而铝进气歧管毛坯铸造成品率低，机加工费用也比较高，因此塑料进气歧管生产成本可比铝进气歧管降低2035。材质要求1耐高温塑料进气歧管与发动机缸盖直接连接，发动机缸盖温度可达130150。因此，要求塑料进气歧管材料能承受180的高温。2高强度塑料歧管安装在发动机上，要承受汽车发动机振动负荷、节气门和传感器惯性力负荷、进气压力脉动负荷等，还要保证在发动机发生异常回火时不被高压脉动压力爆破。3尺寸稳定性进气歧管与发动机的连接尺寸公差要求很严格，歧管上各传感器、执行器等安装也要很准确。4化学稳定性塑料进气歧管在工作时直接接触汽油和防冻冷却液，汽油是很强
32、的溶剂，冷却液中的乙二醇也会对塑料性能产生影响，因此，塑料进气歧管材料化学稳定性要求很高，9需要经过严格测试。5热老化稳定性汽车发动机处于很苛刻的环境温度下工作，工作温度在30130往复变化，塑料材质必须能保证歧管的长期可靠性。（4）进气歧管垫的功用主要是密封和降低噪音。214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往复反射。如果利用一定长度和直径的进气歧管与一定容积的谐振室组成谐振进气系统（图3），并使其固有频率与气门的进气周期调谐，那么在特定的转速下，就会在进气门关闭之前，在进气歧管内产生大幅度的压力波，使进气歧管
33、的压力增高，从而增加进气量。这种效应称为进气波动效应。谐振进气系统的优点是没有运动件，工作可靠，成本低，但只能增加特定转速下的进气量和发动机转矩。图3谐振进气系统1节气门体2怠速控制阀3进气总管4喷油器5进气歧管6空气流量计7谐振腔8空气滤清器9进气导流管10节气门位置传感器11谐振腔215可变进气歧管为了充分利用进气波动效应和尽量缩小发动机在高、低速运转时进气速度的差别，从而达到改善发动机经济性及动力性，特别是改善中、低速和中、小负荷时的经济性和动力性的10目的，要求发动机在高转速、大负荷时装备粗短的进气歧管；而在中、低转速和中、小负荷时配用细长的进气歧管。可变进气歧管就是为适应这种要求而设
34、计的。一种能根据发动机转速和负荷的变化而自动改变有效长度的进气歧管，即可变长度进气歧管如图4所示。当发动机低速运转时，发动机电子控制装置5指令转换阀控制机构4关闭转换阀3，这时空气经空气滤清器1和节气门2沿着弯曲而又细长的进气歧管流进气缸。细长的进气歧管提高了进气速度增强了气流的惯性，使进气量增多。当发动机高速运转时，转换阀开启，空气经空气滤清器和节气门直接进入粗短的进气歧管。粗短的进气歧管进气阻力小，也使进气量增多。可变长度进气歧管不仅可以提高发动机的动力性，由于它提高了发动机在中、低速运转时的进气速度，而增强了气缸内的气流强度，从而还可以改善燃烧过程，使发动机中、低速的燃油经济性有所提高。
35、双通道可变进气歧管如图5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2控制空气经哪一个通道流进气缸。当发动机在中、低速运转时，旋转阀将短进气通道1封闭，空气沿长进气通道3、进气道5、进气门6进入气缸。当发动机高速工作时，旋转阀使长进气通道短路，将长进气通道也变为短进气通道空气同时经两个短进气通道进入气缸。可变进气歧管在所有转速下都可以使发动机转矩平均提高8。图4可变长度进气歧管图5双通道可变进气歧管1空气滤清器2节气门3转换阀1短进气通道2旋转阀3长进气通道4转换阀控制机构5发动机电子控制装置4喷油器5进气道6进气门216进气增压系统进气增压就是在进气道中设置1个
36、增压器，将空气或可燃混合气预先进行压缩后，再送入发动机气缸。采用增压系统后，在气缸排量不变的情况下，由于每个循环进入气缸的空气量增加，可以向气缸内提供更多的燃料而获得充分燃烧，从而提高了发动机的输出功率。发动机增压系统有多种类型，如机械驱动式增压、废气涡轮增压、惯性增压、气波增压等。目11前应用最广泛的是废气涡轮增压系统，如图6所示。A废气涡轮增压B机械驱动式增压图6进气增压系统的形式进气增压技术早期主要用于柴油机，化油器式汽油机由于可燃混合气形成方式的原因，不利于采用进气增压技术，所以应用很少。近年来，由于采用了直接喷射式汽油机，进气增压技术在汽油机上的应用也越来越多。1、机械增压系统最早应
37、用在汽车上的进气增压系统都是采用机械增压器，这种增压器在刚发明时被称为超级增压器SUPERCHARGE。机械增压器的驱动力来自发动机曲轴，一般都是利用曲轴带轮通过船动带驱动。机械增压器有多种类型，常见的有叶片VANE式和鲁兹ROOTS式。鲁兹增压器有双叶转子、三叶转子两种形式，图7所示为三叶转子的鲁兹增压器。在增压器的椭圆形壳体中装有两个转子，各转子上有3个茧形叶片，两转子的叶片之间保持极小的间隙而不直接接触，仅通过齿轮联动，其中一个转子与驱动轴上的带轮连接。带轮内装有电磁离合器，在不需要增压时即放开离合器以停止增压。离合器的开合则由计算机控制以达到省油的目的。由于机械增压器由曲轴直接带动，所
38、以其在低转速下便可获得增压。增压的动力输出也与曲轴转速成一定的比例，即机械增压发动机的动力输出随着转速的提高而增强，具有线性输出特性。机械增压器优点为体积小、结构简单，无需修改发动机本体，安装容易。而且工作温度介于70100，比涡轮增压器的400900的高温工作环境低得多，因此对于冷却系统、润滑系统的要求与自然吸气式发动机基本相目、尤其适合发动机的改装。然而机械增压器的进风量与阻力成正比关系，随着发动机转速的升高，增压器内部叶片的泵气阻力也会升高，当阻力达到某一界限时，会过多地消耗发动机的动力，严重影响转速的提升。因此，机械增压必须在增压程度与消耗的发动机动力之间取得平衡，以避免高增压12带来
39、的负面效应。图7机械增压器2、废气涡轮增压系统废气涡轮增压系统是利用发动机排出的废气能力来驱动增压器的涡轮，并带动同轴上的压气机叶轮旋转，将空气压缩后送入发动机进气管。涡轮与压气机装成一体，称为涡轮增压器。在废气涡轮增压系统中，涡轮增压器和发动机无任何机械传动连接，能充分利用排气能量，具有效率高、结构简单、体积小、较理想的动力特性、较好的燃料经济性等优点。废气涡轮增压系统由涡轮增压器和限压装置组成（见图8）。发动机排气歧管和涡轮机进口连接。排出的废气经过涡轮机后进入排气管；废气的压力推动涡轮转动，压气机叶轮与涡轮同轴转动；从空气滤清器进来的空气经空气流量计计量后进入压气机，经压缩后进入进气歧管
40、，以较高的密度充人气缸中。图8废气涡轮增压系统大部分涡轮增压系统都将增压后的空气冷却后再送人气缸，以进一步增大进入气缸的空气密度，提高发动机功率。13图9涡轮增压器涡轮增压器（见图9）由废气涡轮、压气机两个主要部分，以及支撑、密封、冷却、润滑等装置组成（见图10）。涡轮转子通常和轴做成一体。压气机叶轮用锁紧螺母固定在涡轮轴上，涡轮在工作时的转速通常为80L00KR/MIN，最高可达200KR/MIN，且在909附近的高温下工作。为了减小运转阻力，支撑装置采用特殊的浮动轴承。这是一种有孔的滑动轴承（见图11），与轴颈及轴承座孔都有一定的间隙。运转时大量润滑油在轴承中循环，产生液体润滑，使轴及轴承
41、悬浮在轴承座孔中高速旋转。润滑油由发动机润滑系提供，部分润滑油经油道喷向涡轮室壁面，起冷却作用。密封装置由转子两端的油封组成，防止机油从转子两端漏至发动机进气管或排气管。图10涡轮增压器的构造1螺母2压气机叶轮3、12、24卡环4密封板5O形密封圈6、23密封环7套管8挡油板9止推垫圈10隔圈11止推轴承13、27轴承14压气机壳15压气机壳同14定螺栓16卡箍20防热罩21涡轮壳22涡轮转子25油套26润滑油出口限压装置由排气旁通阀和执行器组成，其作用是控制增压压力。当进气歧管的压力达到规定值时，限压装置的膜片室使旁通阀打开，部分废气从旁通阀直接进入排气管排出，以降低涡轮转速，防止进气压力过
42、高，使发动机工作粗暴、增压器超速（见图12）。图11浮动轴承结构图12增压压力控制22排气系统221排气系统组成排气系统的组成排气系统由排气歧管、三元催化化器和氧催化器、消声器等组成。图1315222排气系统的三个主要功能（1）排气歧管是汇集各气缸工作后的废气并送到排气管和消声器，然后排入大气中。（2）三元催化器和氧催化器三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NOX等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。而氧化催化器只将排气中的CO和HC转化为CO2和H2O。必须向氧化催化器转化供给二次空气作为氧化剂，才能有效的工作。（3）消
43、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。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歧管，再由排气歧管人排气管、催化转化器和消声器，最后由排气尾管排到大气中。这种排气系统称作单排气统（图14）。图14单排气系统的组成1排气歧管2前排气管3催化转化器4排气温度传感器5副消声器6后排气管7主消声器8排气尾管V型发动机有两个排气歧管，在大多数装配V型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歧管连接到一个排气管上。来自两个排气歧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。但有些V型发动机采用两个单排气系统，即
44、每个排气歧管各自都连接一个排气管、催化转化器、消声器和排气尾管，如图15所示。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，气缸中残余昀废气较少，因而可以充人更多的空气一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。16图15V型发动机排气系统示意图1排气歧管2催化转化器3排气管4消声器2排气歧管排气歧管一般由铸铁或球墨铸铁制造，近些年来采用不锈钢排气歧管的汽车越来越多，其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。排气歧管状十分重要。为了使各缸排气不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，应该将排气歧管做得
45、尽可能长，而且各缸支管应该相互独立、长度相等。图16所示的不锈钢排气歧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1、4缸排气歧管汇合在一起，2、3缸汇合在一起，可以完全消除排气干扰现象。图17所示为铸铁排气歧管。图16不锈钢排气歧管（丰田汽车）图17铸铁排气歧管（捷达轿车）3消声器发动机的排气压力为0305MPA，温度为500700。C，这表明排气有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，在排气管内会引起排气压力的脉动。若将发动机排气直接排放到大气中，将产生强烈的、频谱比较复杂的噪声，其频率从几十赫兹到一万赫兹以上。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
46、压力的脉动，17使排气能量耗散殆尽。消声器有四种基本结构形式，如图18所示。实际应用的消声器多为这些基本形式的组合。ABCD图18消声器的基本结构形式A吸收式B）干涉式C）扩张式D）共振式红旗CA7220型轿车的排气系统装有前、中、后三个消声器（图19）。前消声器为扩张式，壳体由内、外壳和纤维夹层构成，纤维夹层为石棉陶瓷纤维，主要起隔热作用。壳体内用两个带孔隔板隔成三个扩张室。扩张式消声器主要用来降低中、低频噪声。前消声器为全金属结构，构造简单，耐高温、耐腐蚀，使用寿命长（图19A）。中消声器是吸收式与共振式的组合，其内部由两个多孔管和两个隔板形成两个共振室，其中装填多孔性吸声材料岩棉。吸声材
47、料能降低中、高频噪声，共振室对共振频率附近的噪声消减效果最好。吸声材料在高温和腐蚀性气体的作用下会丧失其消声能力，所以中消声器使用寿命较短图19B。后消声器是吸收式、扩张式与共振式的多种组合，其结构如图19C所示。排气在后消声器内循环流动，既能降低噪声，又可降低排气温度。图19消声器结构示意图（红旗轿车）A前消声器B）中消声器C）后消声器1进气管2前端盖3外壳4纤维夹层5内壳6多孔隔板7后端盖8一出气管9隔板10带孔管11吸声材料12带缝管184催化转化器以活塞式内燃机为动力的汽车是城市大气的主要污染源之一。汽车排放的污染物主要由一氧化碳CO、碳氢化合物HC蒸氧化合物NOX和微粒。1CO是燃油
48、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，因此当人吸人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03的CO气体时，可致人死亡。2NOX主要是指NO和N02，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。空气中NO。的浓度为101020X106时可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当NOX超过50010一A时，几分钟可使人出现肺气肿。3HC包括未燃烧和未完全燃烧的燃油和机油蒸气。HC和NO。在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要的生成物是臭氧03，它具有强氧化性，可使橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激人眼和咽喉。4微粒主要是指
49、柴油机排气中的炭烟，而汽油机的排气微粒微不足道。微粒表面吸附的有机物对人的呼吸道有害。当前汽车上装备的各种排气净化装置便是为了降低上述污染物的排放。汽车排出的废气，含有有害成分，如无色无味有毒气体CO；对呼吸系统有刺激作用，对农作物有害的HC；对人体有害，引起肺炎、肺气肿的NO；。催化转化器就是要降低这三种成介的含量。催化转化器内装有催化剂，促进空气与这些有害成分起化学反应，使CO氧化为CO，CH氧化为CO2和H2O，NO。因此，催化转化器就是利用催化剂的作用，将排气中的CO、HC和NOX，转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置，也称其为催化净化转换器。金属铂、钯或铑均可作催化剂。在化学反应过程中，催化剂只促进反应的进行，不参加反应。催化转化器有氧化催化转化器和三元催化转化器。氧化催化转化器只将排气中的CO和HC氧化为CO和H2O，因此这种催化转化器也称为二元催化转化器。必须向氧化催化转化器供给二次空气作为氧化剂，才能使其有效地工作。三元催化转化器可同时减少COHC和NOX的排放，它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOX还原为氮N和氧O，而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。当同时采用两种转化器时，通常把两者放在同一个转换器外壳内，且三元催化转化器置于氧化催化转化器前面。排气经过三元催化转化器之后，部分未被氧化的CO和HC继续在氧化催化转化器中与供
