项目四 进排气系统零部件的检测与修复 - 图文

项目四 进排气系统零部件的检测与修复

一、项目描述

通过进排气系统工作过程、系统主要零部件（空气滤清器、消音器、进排气管总成、增压器、三元催化转化器等）构造及装配关系、装配要求和调整方法的学习，能使用专业工具判断进排气系统是否堵塞和泄漏，能对进排气系统零部件常见故障进行分析、判断并能排除故障。 【学习目标】 能力目标 1、 能正确清洗、更换空气滤清器滤芯； 2、 能正确拆检及修复进、排气歧管。 3、 能排除增压器出现的常见故障。 知识目标 4、 能正确描述进排气系统的作用及工作过程； 5、 会正确描进排气系统的组成、主要零部件的构造和装配连接关系； 6、 能正确描述进排气系统的装配要求和调整方法。 【学习要求】

1、 了解进排气系统的组成及功用；

2、 了解空气滤清器的结构及分类，重点学习纸滤芯空气滤清器、离心式及复合式空气滤清

器的结构及工作原理；

3、 了解空气滤清器常见故障及故障原因，掌握空气滤清器的清洁与滤芯的更换（方法、步

骤、注意事项）；

4、 了解进气歧管的构造与功用，掌握可变进气歧管结构； 5、 了解单排气系统及双排气系统组成及功用，掌握排气歧管结构； 6、 了解消音器的结构型式，掌握消音器结构； 7、 掌握三元催化转化器的结构及功用；

8、 掌握进、排气歧管的拆检及修复方法、步骤及维修标准；

9、 了解进气增压系统的功用与类型，掌握机械增压系统、废气涡轮增压系统组成及工作原

理；

10、了解增压器故障现象及故障原因，掌握增压器检查方法。

【理论知识】

进气系统的功用是尽可能多和尽可能均匀地向各气缸供给可燃混合气或纯净的空气。进 气系统一般主要包括空气滤清器和进气歧管。为了增强进气效果，有的进气系统还装有谐振 器。在汽油喷射式发动机的进气系统还包括空气计量装置。图4-1所示为桑塔纳2000GSi 型轿车空气供给系。

排气系统的功用是收集并且排放废气的系统，包括排气歧管、消音管、三元催化转化器、

技能目标 1、 能使用专业工具判断进排气系统是否堵塞和泄漏； 2、 能对进排气系统零部件常见故障进行分析、判断并能排除故障。 素质目标 1、 仔细、认真的工作态度； 2、 吃苦耐劳、有责任心、且团结协作的职业素养； 3、 积极、努力、勤于思考的学习态度； 4、 良好的语言表达、沟通能力； 排气尾管等。

一、空气滤清器

1、空气滤清器的功用

燃油燃烧需要大量的空气。以普通轿车为例，每消耗1L汽油需要消耗5000~10000L空气。大量的空气进入气缸，若不将其中的杂质或灰尘滤除，必然加速气缸的磨损，缩短发动机使用寿命。实践证明，发动机不安装空气滤清器，其寿命将缩短2/3。

空气滤清器的功用主要是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸。另外，空气滤清器也有降低进气噪声的作用。

图4-1桑塔纳2000GSi型轿车空气供给 1-空气滤清器2-节气门体3-进气歧管

2、空气滤清器结构

空气滤清器一般由进气导流管、空气滤清器盖、空气滤清器外壳和滤芯等组成。现在广泛用于汽车发动机上的空气滤清器仍有多种结构形式。按滤清方式，可以分为惯性式和过滤式；按是否用机油，努为干式和湿式。把它们组合起来有干惯性式、干过滤式、湿惯性式、湿过滤式、综合两种以上的叫综合式。 2.1纸滤芯空气滤清器

纸滤芯空气滤清器被广泛用于各类汽车发动机上。桑塔纳2000GSi型轿车的干式纸滤芯空气滤清器的结构如图4-2所示。空气从空气滤清器进气短管l经滤网3进入滤清器底部，再经纸滤芯5和空气滤清器出气短管7流出滤清器，进入进气歧管。空气中粗大的杂质被滤网阻留，而细微杂质则被纸滤芯滤除。 纸滤芯空气滤清器有质量轻、成本低和滤清效果好等优点。纸滤芯由经过树脂处理的微 孔滤纸制成，有干式和湿式两种。干式纸滤芯可以反复使用，如图4-3所示。纸滤芯经过 浸油处理后即为湿式纸滤芯，其优点是使用寿命长，吸附杂质的能力强，滤清效果好，但不 能反复使用，需定期更换。

2.2离心式及复合式空气滤清器

离心式空气滤清器多用于大型货车。在许多自卸车或矿山用汽车上还使用离心式与纸滤芯式相结合的双级复合式空气滤清器（图4-4）。

双级复合式空气滤清器的上体7是纸滤芯空气滤清器，下体12是离心式空气滤清器。空气从滤清器下体的进气口10首先进入旋流管1 1，并在旋流管螺旋导向面16的引导下产生高速旋转运动。在离心力的作用下，空气中的大部分灰尘被甩向旋流管壁并落入集灰盘

14中，空气则从旋流管顶部进入纸滤芯空气滤清器。空气中残存的细微杂质被纸滤芯2滤除。

图4-2 干式纸滤芯空气滤清（桑塔纳2000GSi型轿车）

1-空气滤清器进气短管 2-下壳体 3-滤网 4-上壳体 5-纸滤芯 6-密封圈 7-空气滤清器出气短管

图4-3纸质空气滤芯

(3)干过滤式空气滤清器

图4-5所示为干过滤式空气滤清器。

图4-4双级复合式空气滤清器

1-卡簧2-纸滤芯3-滤清器上盖4-蝶形螺母5-密封垫6、9、13-密

封圈7-上体8-出气口10-进气口11-旋流管12-下体

14-集灰盘15 -卡箍16 -旋流管螺旋导向面

图4-5干过滤式空气滤清器

1-主滤芯2-安全滤芯3-叶片环4-集尘排尘袋

二、进气歧管

1、进气歧管的构造与功用 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。图4-6、图4-7所禾分别为铝合金进气管和树脂进气管。

图4-6 铝合金进气管 图4-7 树脂进气管

2、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4-8），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4-8 谐振进气系统

1-节气门体2-怠速控制阀3一进气总管4-喷油器5-进气歧管

6一空气流量计7-谐振腔8一空气滤清器9-进气导流管10 -节气门位置传感器11-谐振腔

3、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 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4-9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。

双通道可变进气歧管如图4-10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：这酎空气 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4-9 可变长度进气歧管 图4-10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

三、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4-11）。

图4-11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4-12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。

图4-12 V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

四、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尽可能长，而且各缸支管应该相互独立、长度相等。图4-13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4-14所示为铸铁排气歧管。

图4-13 不锈钢排气歧管（丰田汽车） 图4-14铸铁排气歧管（捷达轿车）

五、消声器

发动机的排气压力为0.3~0.5MPa，温度为500~700。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压力的脉动，使排气能量耗散殆尽。

消声器有四种基本结构形式，如图4-15所示。实际应用的消声器多为这些基本形式的组合。

a) b) c) d)

图4-15 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4-16）。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4-16a）。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 4-16b)。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4-16c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4-16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

六、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。

1) CO是燃油的不完全燃烧产物，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0. 3%的CO气体时，可致人死亡。

2) NOx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10×10“~20 x10—6时可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当NOx超过500×10一a时，几分钟可使人出现肺气肿。

3) HC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C07和H20，NO。还原为N：。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H20，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CO. HC 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(0：)，而CO和HC在还原反应中被氧化为C02和H200。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入的二次空气行氧化反应。图4-17所示为三元催化转化器。

图4-17三元催化转化器

1-入口 2-外壳 3-石棉隔热垫 4-陶瓷蜂窝载体 5-出口

七、进气增压系统

进气增压就是在进气道中设置1个增压器，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。目前应用最广泛的是废气涡轮增压系统，如图4-18所示。

(a)废气涡轮增压 (b)机械驱动式增压

图4 -18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4-19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70℃~100℃，比涡轮增压器的400℃~900℃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，以避免高增压带来的负面效应。

④涡轮增压器损坏不转。

⑤废气旁通阀增压压力不正确。

①废气旁通阀或废气旁通阀执行器卡滞。 ②控制阀卡在关闭位置。 ③真空软管被切断或夹紧。 ④动力控制单元故障。

①废气旁通阀卡在打开位置。 ②控制阀卡在打开位置。 ③动力控制单元装置故障。

注意：涡轮增压发动机排气管在发动机中的位置较高，必须小心操作，避免意外碰到排气管，造成烫伤。 4.3判断与排除。

4.3.1检查涡轮增压器的内部状况。 ①检查废气旁通阀的机械运动。

②转动压气机叶轮，检查有无黏滞、拖拽及其他不良状况。 ③检查壳体内部有无油污和灰尘，并进行相应的清洁。 ④检查压气机油封有无损坏或泄漏，视情况更换。 4.3.2涡轮增压器检查。

①涡轮增压器工作情况检查。在发动机怠速、中速及变换转速情况下检查，增压器应运转均匀，无金属撞击或金属摩擦异响，无喘振或不正常振动现象。

②涡轮增压器外部检查。检查增压器固定情况、排气和导管是否漏气、润滑油管和接头是否漏油。例如，装配水冷却增压器，要检查冷却水管和接头密封是否漏水。

③涡轮增压器涡轮及空压轮检查。涡轮和空压轮应完整清洁，涡轮背面如有积炭，则是机油焦化或机油燃烧产生的。空压轮背面如有积尘，则是进气管路漏气导致酌。 ④涡轮增压器密封环检查。要经常检查密封环是否密封，密封不良可导致机油进入进气管道及气缸燃烧，造成发动机机油烧损。

思考题

1、进气系统的作用是什么？有哪些主要组成部件？ 2、进气增压系统的作用是什么？有几种常见类型？ 3、废气涡轮增压系统由哪些部件组成？是如何工作的？ 4、涡轮增压器由哪些主要部件组成？是如何工作的？ 5、涡轮增压器的限压装置有何作用？是如何工作的？

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