汽车二次空气系统原理

小陈121

汽车二次空气系统原理

自从世界上第一个车辆排气污染控制标准实施以来，二次空气喷射系统已经被广泛地应用在汽车上，它实际上就是一种尾气排放控制实用技术，用以减少排气中的HC和CO的排放量。而且实践也已证明，空气喷射系统在汽、柴油汽车上都能取得良好的效果。它的工作原理是空气泵将新鲜空气送入发动机排气管内，从而使排气的HC和CO进一步氧化和燃烧，即把导入的空气中的氧在排气管内与排气中的HC和CO进一步化合形成水蒸气和二氧化碳，从而降低了排气中的HC和CO的排放量。

系统分类及工作原理

　　按其空气喷入的部位可分为两类：

　　第一类，新鲜空气被喷入排气歧管的基部，即排气歧管与汽缸体相连接的部位，因此，排气中的HC、CO只能从排气歧管开始被氧化；

　　第二类，新鲜空气通过汽缸盖上的专设管道喷入排气门后汽缸盖内的排气通道内，排气中HC、CO的氧化便早进行。二次空气喷射系统按照结构和工作原理的不同可以分为空气泵型和吸气器型两种结构类型。

　　按控制形式不同可分为：

　　空气泵型二次空气喷射系统

　　空气泵型二次空气喷射系统主要由空气泵、分流阀、连接管道、空气喷射歧管等组成。

　　工作原理是：当发动机工作时，通过曲轴传动带带动空气泵运转，泵送量大而压力较低的空气流通过软管进入分流阀。正常情况下，分流阀上阀门开启，空气流经分流阀、单向阀进入空气喷射歧管。空气喷射歧管将空气流喷入发动机排气孔或排气歧管，与排气中的HC、CO反应，使其进一步转化成CO2和水蒸气，以减少排气污染。一旦空气泵泵送的空气压力太高，释压阀起作用，瞬间切断向空气喷射歧管供应的空气，防止发动机产生回火，经过几秒后，双向作用阀下落，又恢复向空气喷射歧管供应空气，二次空气喷射系统正常工作。

　　针对空气泵型二次空气喷射系统的详细分析

　　空气泵的结构

　　空气泵装在发动机前端，由一个离心式空气滤清器和一个叶片泵组成。空气泵由发动机曲轴带轮经传动带驱动，向喷射系统供应量大而压力底的空气。

　　离心式空气滤清器装在泵的转子轴的一端与泵以同转速转动。离心式空气滤清器的作用是清洁进入空气泵的空气。离心式空气滤清器的滤清原理是，当叶轮高速转动时，空气中的尘粒与空气相比，质量较大，在离心力的作用下从进入到空气泵里的空气流中分离出去。

　　叶片泵由泵壳、转子、叶片、叶片密封槽、进气道和出气道等组成。为了使叶片能与泵壳内孔间形成大小不同的空腔，转子旋转中心线与泵壳内孔中心线并不重合。在带轮带动下，转子在一条与泵壳内孔不重合的轴线上旋转。两片叶片在转子的槽中一夹角180°布置，并在槽中滑动，叶片与转子槽间有密封槽。

　　空气泵的工作原理

　　a. 当泵转动时，第1个叶片从进气孔上扫过，这一扫过逐渐增大了进气孔一边由转子、叶片和泵壳内孔形成的进气室的容积，从而产生一定的真空度，在该真空的作用下，经离心式空气滤清器滤清的空气则进入进气室。

　　b. 转子继续转动，第2个叶片又扫过进气孔，此时，上述第1个叶片转动使吸入的空气被限制在由两个叶片、转子和泵壳内孔所密闭的较大的空间里，当转子继续转动时，这部分空气便被扫到一个较小的空间里，使其受到压缩。

　　c. 转子继续转动，一旦第1个叶片开始扫过泵的排气孔，则该部分已被压缩的空气就从排气孔泵送进喷射系统中去，从而完成空气泵的一个进气-压缩-排气循环。转子每转1圈，完成上述2个循环。

　　当泵的转子以高速运转时，上述循环则不间断地进行，源源不断地为喷射系统提供新鲜空气。

　　分流阀

　　分流阀常作为一个单独的总成用螺栓装在空气泵上，而管路则用软管与空气泵和空气喷射歧管相连。设置分流阀的目的是当发动机突然减速时，防止排气系统“回火”到空气泵。

　　当节气门突然关闭、发动机突然减速时，会在进气管里 很高的真空度，从而导致进入汽缸的可燃混合气边的太浓，在作功行程里无法完全燃烧。排气时，就有较多的没有充分燃烧的混合气经排气门排往排气管。如果在这时，二次空气喷射系统把新鲜空气喷入排气歧管或喷入*近排气门的排气孔，则新鲜空气便加剧了未充分燃烧的混合气在排气管内的燃烧，从而产生“回火”。而设置分流阀的作用在于发动机突然减速的最初时间里，瞬间把空气泵送来的空气排如大气，使新鲜空气不能喷入排气管，从而防止了“回火”的发生。

　　当节气门开度突然减小、发动机突然减速时，在进气管产生了较大的真空度，该真空度通过管道传到分流阀膜片表面，在该真空度的作用下，膜片克服弹簧力向上运动，带动双向作用阀的下阀打开了下阀口，经下阀口与释气孔（由消声材料制作）相通，使从空气泵来的空气流无声地瞬间排往大气。但是，空气泵来的空气流被分流阀排往大气的时间仅仅能进行一瞬间，其原因是在膜片上加工有孔板流量孔，该孔能很快平衡膜片两边的气压。因此在弹簧力的作用下，膜片和双向作用阀在几秒内又回到下面位置。双向作用阀又关闭了下阀口，空气泵便又开始向排气歧管或排气门区供应新鲜空气。

　　释压阀（限压阀）主要由阀体、弹簧、阀门和阀座等组成，其作用是当发动机高速运转，空气泵泵送的空气流气压超过释压阀弹簧预调弹力时，空气压力克服弹簧弹力，促使阀门离开阀座，压力过大的空气则通过阀门与阀座间的通道经释气孔排入大气，从而使进入空气喷射歧管的空气压力基本上保持恒定；当空气泵送来的空气其压力低于弹簧预调弹力时，弹簧压阀门回位，从而切断了排往大气的通路。由此可见，释压阀弹簧的预调弹力决定了各种工况下，空气泵泵送到整个二次空气喷射系统的空气压力。

　　单向阀

　　单向阀，装在空气喷射管上。它允许从空气泵来的具有一定压力的空气进入空气喷射歧管，而防止高温的发动机废气进入连接软管和空气泵。也就是说，若空气泵皮带断裂或传动打滑等原因造成空气泵停转或转速下降，空气连接软管漏气等不能向喷射系统正常供应空气时，单向阀可以保护二次空气喷射系统免受高温的废气损害。

　　空气喷射歧管

　　空气气喷射歧管通常是由不锈刚管焊接而成，其形状和分支数目由发动机的结构和汽缸数目而定。空气喷射歧管的作用是把空气泵泵送的新鲜空气分别喷射进发动机排气门附近的排气孔里或喷入排气歧管。

　　脉冲型二次空气喷射系统

　　脉冲型二次空气喷射系统也称吸气器型二次空气喷射系统。该系统不是应用空气泵泵送空气进入喷射歧管，而是应用排气压力的脉冲将新鲜空气吸入排气系统。研究发现，每次排气门关闭时，都会有这么一个很短的时间周期，在该时间周期内，排气孔和排气歧管内的气压都低于大气压力，也就是说产生了一个负压（真空）脉冲。利用这个真空脉冲，经空气滤清器吸入一定量空气进入排气歧管，用这部分空气中的氧去氧化排气中的HC和CO。如果该车还装有催化式排气净化器，也可以用这部分空气去供应催化式排气净化器对氧的需要。这就是脉冲型或称吸气器型二次空气喷射系统的工作原理。

　　常见的脉冲型二次空气喷射系统由钢管、单向吸气器、软管等组成。钢管的一端接吸气器，另一端用连接盘与发动机排气歧管相连通，把经空气滤清器、软管、吸气器的新鲜空气导入排气歧管。

　　吸气器实际上是一个单向阀，它允许从空气滤清器来的空气经钢管流向排气歧管，并防止排气歧管中的废气钢管回流到空气滤清器。

　　装有脉冲型二次喷射系统的发动机在怠速或低速运转时，由于排气歧管内的负压脉冲使吸气器阀门开启。也就是说，在这种工况下，排气阀门每关闭一次，在排气歧管内则出现一次负压脉冲，吸气器的单向阀就开启一次，阀门开启，在外界大气压力的作用下，新鲜空气经空气滤清器、软管、吸气器、钢管进入排气歧管，去进一步氧化排气中的HC、CO，减少排气污染。当发动机高速运转时，由于排气门的关闭频繁，每次的负压脉冲周期特别短，由于惯性作用，吸气器的单向阀不可能开启，因此，吸气器的单向阀门实际是关闭的，此时它只起到一个阻止废气排入空气滤清器的截止阀的作用。也就是说，在发动机高速运转时，脉冲型二次空气喷射系统实际上是停止工作的。

　　电控二次空气喷射系统

　　电控空气泵型二次空气喷射系统

　　系统中的空气由电控单元根据输入信号通过控制相关电磁阀引往空气滤清器、排气管及催化式排气净化器中。该系统有两套主控电磁阀，第一套电磁阀为分流阀，用于将空气送往空气滤清器；第二套电磁阀为开关电磁阀，用于将空气送往排气管或催化式排气净化器。该系统有以下几种工作方式。

　　a. 在发动机冷态和开环状态工作时，由于催化式排气净化器不够热，不能使用额外空气，因此电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀，使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀，而开关电磁阀将空气引向排气管。

　　b. 发动机在正常工作或闭环状态工作时，电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀，使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀，再由开关电磁阀将空气送往催化式排气净化器中的氧化剂与还原剂之间，从而提高氧化剂的工作效率。

　　c. 当催化净化器过热时，加入的空气对催化式排气净化器中的催化剂会造成污染，在这种情况下，电控单元控制分流电磁阀，将空气送往空气滤清器。

　　电控脉冲型二次空气喷射系统

　　系统由电控单元控制电磁阀的打开及关闭，电磁阀与单向阀（也称检查阀）相连，由于排气中的压力是正负交替的脉冲压力波，当排气压力为负时，来自空气滤清器的空气进入排气管；当压力为正时，单向阀关闭，空气不能返回。

　　二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统。其原因是可燃混合气在汽缸内进行第一次燃烧后，其中那些未完全燃烧的部分由于人为地引入新鲜空气而使其在排气过程中进行了补燃，因而经消声器排入大气时的尾气很少有或者完全没有火星。而排气内有火星是在有可燃气体存在的情况下引发火灾的一大原因。因此，二次空气喷射系统也是防止内燃机尾气引起火灾的一项重要技术和设施。除了在轿车上应用外，它还广泛应用于安全性能要求更高的内燃机车和专用汽车，如液化气运输车、轻油运输车、机场加油车等。