动力系统结构及工作原理分析

1.发动机的构造及附件

（1）发动的两大机构及作用 发动机的两大机构是曲柄连杆机构和配气机构。

1）曲柄连杆机构的作用是将热能经机构由活塞的直线往复运动转变为曲轴旋转运动而对外输出动力。曲柄连杆机构组成如图2-1所示。

2）配气机构的作用是定时地将进、排气门打开或关闭。配气机构组成如图2-2所示。

图2-1 曲柄连杆机构组成

图2-2 配气机构组成

（2）发动机附件 发动机附件系统主要由散热器、中冷器、空滤器、燃油箱和消音器五部分组成，如图2-3所示。

图2-3 发动机附件组成

（3）发动机在动力传动系统中的作用（图2-4）

图2-4 发动机在动力传动系统中的作用

（4）发动机三大循环系统（图2-5）

图2-5 发动机三大循环系统

（5）发动机的四大系统 发动机的四大系统包括燃料供给系统、润滑系统、冷却系统和起动系统。

2.进气系统组成及功用

（1）进气系统组成 发动机的进气系统由进气管总成、空气滤清器总成、增压器、中冷器、进气歧管和进气阀等组成。

（2）进气系统功用 发动机燃烧柴油时，需要消耗大量空气中的氧气。空气中的杂质、灰尘会造成发动机严重的早期磨损问题，进而引发柴油机的其他质量问题。进气系统的功用是：向发动机提供清洁、干燥、温度适当的空气进行燃烧，以最大限度地降低发动机磨损，并保持最佳的发动机性能。

3.空气滤清器的功用

空气滤清器的功用主要是滤去进入缸内的灰尘，让洁净的空气进入气缸，以减少气缸和活塞的磨损。实践证明，发动机不安装空气滤清器，其寿命将缩短2/3，另外，灰尘还能堵塞喷油器孔，使其不能正常工作。空气滤清器也有消减进气噪声的作用。

4.排气系统功用及组成

把气缸内燃烧废气导出的零部件集合体称为柴油机排气系统。

（1）发动机排气系统的功用 发动机燃烧后排出高温、有害气体并产生很大的噪声。故其排气系统的功用如下。

1）将发动机产生的排气噪声降低到满足法规的要求。

2）将燃烧后排出的有害气体（可吸入微粒物、CO、CO₂、NO_x等）排到远离进气口的地方。

3）使排出废气远离发动机进气口和冷却、通风系统，以降低发动机工作温度并保证其性能。

（2）排气系统的组成 柴油机排气系统主要由排气管路及支架、消音器、排气尾管组及蝶阀组成。

5.冷却系统

（1）冷却系统功用 在发动机工作期间，最高燃烧温度可能高达2500℃，即使在怠速或中等转速下，燃烧室的平均温度也在1000℃以上。因此，与高温燃气接触的发动机零件受到强烈加热。在这种情况下，若不进行适当的冷却，发动机将会过热，导致气缸内空气温度过高，易发生早燃或爆燃；润滑条件恶化；功率下降；金属材料力学性能下降，变形甚至开裂。

因此，柴油机必须进行冷却。但是冷却过度也是有害的。过度冷却或使发动机长时间在低温下工作，均会使摩擦损失增加、零件磨损加剧、发动机功率下降及耗油量增加。

综上所述，柴油机的温度过高或过低，都会影响发动机的动力性、经济性和使用寿命。实验证明，当冷却系水温在80～90℃时，柴油机的工况处在最佳状态。因此，冷却系统的功用就是及时地将零件所吸收的热量散走，以保持它们在80～90℃范围内工作。

（2）柴油机冷却系组成 柴油机冷却系主要由膨胀水箱、水泵、散热器、风扇、水温表和放水开关组成。柴油机的冷却方式分为空气冷却和液体冷却两种，一般汽车起重机用柴油机多采用液体冷却。

（3）冷却液 长效防冻冷却液，是由一定比例的水和乙二醇组成的混合溶液，根据使用的环境温度而使用不同的配比。汽车起重机底盘的冷却液是含有50%的水和50%的乙二醇的溶液，防冻液除进行热交换外，还具有防冻和防沸的双重特性，同时还具有防腐蚀等功能。使用这种长效防冻防锈液，可以防止冷却器内腔结垢，减少散热器穴蚀和锈蚀。汽车起重机装配人员进行防冻液加注时，应注意以下三点。

1）乙二醇有毒，切勿用口吸。

2）乙二醇对橡胶有腐蚀作用。

3）易渗漏，要求冷却系统密封性好。

（4）散热器 散热器的作用是将循环水从发动机中吸收的热量散布到空气中，以降低防冻液的温度，以便再次循环对柴油机进行冷却。

散热器由上储水室、下储水室和散热器芯组成。上储水室的上部有加水口并装有散热器盖，后侧有进水管，用橡胶管与发动机上的出水管相连。下储水室的下部有放水开关，后侧有出水管，也用橡胶管与水泵的进水管相连。

（5）膨胀水箱 随着汽车工业的发展，对柴油机冷却系的散热能力的要求也越来越高，闭式冷却系已不能满足需要，这是因为闭式冷却系的水、气不能分离，造成冷却系中的零部件氧化腐蚀和冷却效果降低。为解决这个问题，在冷却系中增设了膨胀水箱，汽车起重机专用底盘动力系统当然也不例外。

膨胀水箱一般由三根细管组成，其上部由两根细管分别与最易产生蒸汽的两个部位相连，一个是气缸的出水管处，另一个是散热器上散热器盖蒸气阀。膨胀水箱底部用水管与发动机水泵进水口相连。当温度达到一定程度时，两处的空气和蒸汽都将被引至膨胀水箱里，进行水气分离。

对于汽车起重机专用底盘动力系统而言，其膨胀水箱的上部一般会有三条细管，多出来的一条是与发动机的排气口相连的，且膨胀水箱一般安装在吊臂支架上。图2-6所示是膨胀水箱水管的连接图。

6.国Ⅳ发动机后处理系统

（1）基本组成 国Ⅳ发动机后处理系统主要由尿素罐、尿素泵、尿素喷嘴、催化消音器、尿素管路及控制单元等组成，如图2-7所示。

1）催化消音器（图2-8）。催化消音器是一个集催化器和消音器于一体的催化消音装置。催化消音器内部有三个串联并相互独立的单元组成，包括氨扩散器、催化器和消音器。为了防止氨气腐蚀，催化消音器整体采用不锈钢材料制造，其内部催化器工作过程中需要表面最低温度达到200℃。催化器入口必须位于距增压器出口1～4m的地方。催化器前后设有两个温度传感器，用于检测催化器前后温度，以此来判断催化器表面温度，确定AdBlue（柴油机尾气处理液）的喷射量。(www.xing528.com)

图2-6 膨胀水箱水管的连接图

a）膨胀水箱上部水管连接 b）膨胀水箱底部水管连接

图2-7 国Ⅳ发动机后处理系统组成

图2-8 催化消音器外形图

2）尿素罐总成（图2-9）。尿素罐采用聚四氟乙烯材料，具有坚实可靠、耐蚀性强、结构简单、使用方便等特点，理论容积35L。SCR系统所使用的是32.5%的尿素水溶液，即尿素。尿素罐的体积由尿素用量决定，对于欧Ⅳ系统，用量相当于燃油消耗量的5%，对于欧Ⅴ系统，用量是燃油消耗量的7%。尿素在-11℃时开始结冰，结冰时体积将膨胀9%，因此尿素罐内将提供10%的膨胀容积。

图2-9 尿素罐总成外形图

3）计量泵（图2-10）。计量泵内部由一个24V电动泵和计量系统组成，与来自车辆压缩空气系统的空气共同作用，将雾化的尿素通过喷嘴喷入催化器上游的排气系统内。计量泵需要从车辆系统获得6～12×10⁵Pa的供气压力。压力调节器（4.5×10⁵Pa）和阀总成安装在计量泵上。空气电磁阀工作时温度较高，不应封闭起来或位于易受热量影响的底盘部件附近。为保护计量泵，使压缩空气系统中污染物不能进入，在所有配备SCR的车辆上都要求使用一个专用的滤清器。

图2-10 计量泵外形及结构组成图

4）喷嘴（图2-11）。喷嘴在管内必须居中且最好安装在直的排气管上，但可以安装在与排气管中心线垂直的任意径向角度，喷嘴尖端的朝向应与排气流动方向一致。

喷嘴的安装点距催化消音器入口端不少于450mm。喷嘴前至少有100mm的直管段，喷嘴后至少有270mm的直管段。

5）尿素罐加热电磁阀（图2-12）。阀体上标有流动方向，安装时要求电磁阀朝上。

图2-11 喷嘴外形图

图2-12 尿素罐加热电磁阀外形图

6）后处理控制单元DCU（图2-13）。DCU的主要功能是通过对发动机的相关数据及后处理系统各传感器数据的采集和处理，来计算尿素喷射量、控制系统化及OBD（车载自动诊断系统）功能的实现。系统的控制过程为：通过CAN总线和发动机ECU通信，获取发动机运行状态数据，同时采集催化器前后温度信号，根据事先标定好的各种脉谱，适时计算发动机实际工作情况下SCR系统的尿素喷射量，从而使发动机排气中的NO_x成分被精确还原。

7）油气分离器（图2-14）。进入计量泵的压缩空气需经过油气分离过滤、水气分离过滤和颗粒过滤（过滤直径不大于100μm），因此需要安装油气分离器。油气分离器应垂直安装，放气口朝下。油气分离器上标有气体流动方向，安装时请注意。

图2-13 后处理控制单元DCU外形图

图2-14 油气分离器外形图

8）排气温度传感器（图2-15）。传感器导线弯曲不能超过90°，在连接传感器尾部的导线曲率半径不能小于25mm。

9）氮氧传感器（图2-16）。氮氧传感器必须要以一种正确方式进行安装，应垂直于排气管在-80°～80°之间，一定要保证在感应元件软管里面没有任何水分。

（2）工作原理 当国Ⅳ发动机后处理系统工作时，电控单元采集柴油机的转速和转矩信号、排气管中的排气温度信号、催化器温度信号后，电控单元根据输入参数，查找存储的尿素喷射脉谱图，计算出此时所需的尿素量。经过驱动电路，转化为喷射脉冲信号，控制尿素泵动作。尿素泵将一定量的尿素从尿素罐中抽出，加压过滤后送到计量控制单元，形成具有一定压力的尿素待用。同时压缩空气接通，当发动机的排气温度达到要求时，计量控制单元将一定量的尿素喷出，并与压缩空气混合喷入国Ⅳ发动机后处理系统催化器入口前端。在排气管的混合区，尿素遇高温（≥200℃）分解成NH₃和H₂O，与排气充分混合后进入SCR反应装置。在催化反应区（≥250℃才正常工作），NH₃和NO_x反应生成N₂和H₂O，排到大气中。

图2-15 排气温度传感器外形图

图2-16 氮氧传感器

（3）国Ⅳ发动机后处理器的维修与保养

1）尿素罐的维修与保养。

①尿素液添加：最高液位应添加尿素溶液至100%，当尿素溶液消耗到20%时，需要添加尿素溶液。

②不定期检查，如发现通气阀或加液口处出现白色结晶，可用清水冲洗，也可用湿布擦拭。

③不定期检查插件及管路接头是否良好。

④通气阀如发现堵塞，可旋下，用清水清洗或更换。

⑤每12个月对尿素罐清洗1次：打开尿素罐底部放水堵头进行清洗，放出罐内沉淀物。

⑥每隔24个月更换罐内滤网1次。

2）喷嘴的维修与保养。如发生喷嘴堵塞现象，可使用50～60℃的纯净水进行浸泡。浸泡6h后仍不能排除故障，则需更换喷嘴。

3）油气分离器的维修与保养。油气分离器内部滤网一般是铜质的，正常不用更换，每12个月用煤油或汽油清洗1次，并晾干或用清洁压缩空气吹干。

4）温度传感器及氮氧传感器的维修与保养。国Ⅳ柴油机的碳烟排放极低，正常情况下不会有积炭现象发生，一般的积炭也不会影响温度传感器和氮氧传感器的性能。如果出现较严重的积炭现象，导致传感器工作不良，可以用软毛刷对传感器进行清洁，不允许用机械手段或者液体清洗等方式对传感器进行清洁。

温度传感器及氮氧传感器均不允许进行反复的装拆，以防止损坏该零件。