3.4 進(jìn)、排氣系統(tǒng)

進(jìn)、排氣系統(tǒng)的作用是供給發(fā)動(dòng)機(jī)新鮮空氣，并將燃燒后的廢氣排出。進(jìn)、排氣系統(tǒng)直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性。

3.4.1 進(jìn)氣系統(tǒng)

進(jìn)氣系統(tǒng)的作用是盡可能多且均勻地向各氣缸供給可燃混合氣或新鮮空氣，保證發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。進(jìn)氣系統(tǒng)通常由空氣濾清器、節(jié)氣門體和進(jìn)氣歧管等部件組成，如圖3-4-1所示。

圖3-4-1 進(jìn)氣系統(tǒng)的組成

空氣濾清器的主要作用是濾除空氣中的雜質(zhì)，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。

發(fā)動(dòng)機(jī)大多使用干式紙濾芯空氣濾清器，它由紙濾芯和濾清器外殼組成，濾清器外殼包括濾清器蓋和濾清器外殼底座。

節(jié)氣門的作用是控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，空氣中的部分雜質(zhì)遇熱后會(huì)凝結(jié)在節(jié)氣門上，造成怠速抖動(dòng)、熄火等現(xiàn)象，因此要對(duì)節(jié)氣門進(jìn)行定期清洗。

進(jìn)氣歧管指節(jié)氣門之后到氣缸蓋進(jìn)氣道之前的進(jìn)氣管道。進(jìn)氣歧管必須將空氣盡可能均勻地分配給各氣缸，因此各路進(jìn)氣歧管長(zhǎng)度應(yīng)盡量相等。

3.4.2 進(jìn)氣系統(tǒng)維修要點(diǎn)

1.節(jié)氣門拆卸與清洗操作要點(diǎn)

1）使用螺釘旋具將進(jìn)氣軟管與空氣濾清器殼體和節(jié)氣門體連接處的卡箍擰松，如圖3-4-2和圖3-4-3所示。

圖3-4-2 進(jìn)氣軟管與空氣濾清器殼體連接卡箍

圖3-4-3 進(jìn)氣軟管與節(jié)氣門體的連接卡箍

2）取下進(jìn)氣軟管，可看到節(jié)氣門體的4顆內(nèi)六角緊固螺栓以及節(jié)氣門體上的連接管路和電氣插頭，如圖3-4-4所示。

圖3-4-4 拆卸進(jìn)氣軟管

3）拆卸節(jié)氣門體上的連接管路（曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)管、節(jié)氣門加熱器出口管、節(jié)氣門加熱器入口管）和電氣插頭，如圖3-4-5所示。

圖3-4-5 拆卸節(jié)氣門體上的連接管路和電氣插頭

4）如圖3-4-6所示，使用內(nèi)六角扳手拆卸節(jié)氣門體上的4顆緊固螺栓。

5）節(jié)氣門清洗要點(diǎn)。將化油器清洗器噴灑在節(jié)氣門體主通道、節(jié)氣門等處并浸泡一段時(shí)間。然后用清洗劑將溶解后的積炭、雜質(zhì)等沖洗掉。最后用干凈的棉布浸上清洗劑將節(jié)氣門體主通道、節(jié)氣門等擦拭干凈，如圖3-4-7所示。

圖3-4-6 拆卸節(jié)氣門體緊固螺栓

圖3-4-7 清洗節(jié)氣門

2.進(jìn)氣歧管拆卸更換要點(diǎn)

下面以吉利帝豪GS車型4G18發(fā)動(dòng)機(jī)為例講解。

1）拆卸噴油器油軌的2顆固定螺栓，并取下噴油器和油軌總成，如圖3-4-8所示。

圖3-4-8 拆卸噴油器油軌總成

2）拆卸節(jié)氣門體。

3）拆卸進(jìn)氣壓力/溫度傳感器緊固螺栓，并取下傳感器，如圖3-4-9所示。

圖3-4-9 拆卸進(jìn)氣壓力/溫度傳感器

4）分別拆下曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)管卡箍（圖3-4-10a）、真空助力器軟管卡箍（圖3-4-10b）和炭罐電磁閥軟管卡箍（圖3-4-10c），并拔下上述軟管插頭。

圖3-4-10 拆卸卡箍并拔下插頭

5）按照?qǐng)D3-4-11所示的順序拆卸進(jìn)氣歧管2顆固定螺母和3顆固定螺栓。

6）輕輕敲擊進(jìn)氣歧管本體，使其松動(dòng)，然后取下進(jìn)氣歧管，如圖3-4-12所示。

圖3-4-11 進(jìn)氣歧管緊固螺栓拆卸順序

圖3-4-12 取下進(jìn)氣歧管

3.4.3 排氣系統(tǒng)

汽車排氣系統(tǒng)指收集并排放廢氣的系統(tǒng)，它主要由排氣歧管、排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器、諧振器、消聲器、排氣尾管等部件組成。汽車排氣系統(tǒng)主要有以下作用：

①將廢氣引到車尾排放，防止有害氣體進(jìn)入駕駛室。

②改善發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性，減少對(duì)大氣的污染。

③降低發(fā)動(dòng)機(jī)排放廢氣時(shí)的噪聲。

1.排氣系統(tǒng)的類型

排氣系統(tǒng)一般有單排氣系統(tǒng)和雙排氣系統(tǒng)兩種類型，單排氣系統(tǒng)應(yīng)用于直列發(fā)動(dòng)機(jī)和部分V型發(fā)動(dòng)機(jī)，雙排氣系統(tǒng)用于V/W型發(fā)動(dòng)機(jī)。

（1）單排氣系統(tǒng)

直列發(fā)動(dòng)機(jī)在排氣行程中，氣缸中的廢氣經(jīng)排氣門進(jìn)入排氣歧管，再由排氣歧管進(jìn)入排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器和消聲器，最后由排氣尾管排到大氣中，如圖3-4-13所示。V型發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)排氣歧管，在大多數(shù)裝配V型發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛上仍采用單排氣系統(tǒng)，即通過一個(gè)叉形管將兩個(gè)排氣歧管連接到一個(gè)排氣管上。

（2）雙排氣系統(tǒng)

有些V/W型發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)單排氣系統(tǒng)，即每個(gè)排氣歧管各自連接一個(gè)排氣管、三元催化轉(zhuǎn)化器、諧振器、消聲器和排氣尾管，采用這種布置形式的排氣系統(tǒng)稱為雙排氣系統(tǒng)，如圖3-4-14所示。雙排氣系統(tǒng)降低了排氣系統(tǒng)內(nèi)的壓力，使發(fā)動(dòng)機(jī)排氣更為順暢。

圖3-4-13 單排氣系統(tǒng)

圖3-4-14 雙排氣系統(tǒng)

2.排氣系統(tǒng)的組成

（1）排氣歧管

排氣歧管的作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣引向排氣管，如圖3-4-15所示。直列發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)排氣歧管，V型發(fā)動(dòng)機(jī)左右兩側(cè)各有一個(gè)排氣歧管。按照發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸數(shù)不同，一個(gè)排氣歧管可有3個(gè)、4個(gè)或者6個(gè)通道，這些通道的另一端并聯(lián)到一起，再連接到排氣管。

圖3-4-15 排氣歧管（帶渦輪增壓器）

（2）消聲器

排氣門剛打開時(shí)，排氣壓力和溫度非常高，廢氣具有一定的能量。同時(shí)，由于排氣的間歇性，排氣管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生排氣壓力脈動(dòng)。如果讓廢氣直接排入大氣，必然產(chǎn)生強(qiáng)烈的、頻譜比較復(fù)雜的噪聲。讓排氣通過消聲器（圖3-4-16），可以逐漸降低排氣壓力并衰減排氣脈動(dòng)，從而降低排氣噪聲。

圖3-4-16 消聲器

（3）三元催化轉(zhuǎn)化器

三元催化轉(zhuǎn)化器是排氣系統(tǒng)中最重要的凈化裝置，它可將廢氣中的各種有害氣體轉(zhuǎn)化為無害氣體。廢氣經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，其內(nèi)部的活性物質(zhì)使有害氣體進(jìn)行一定的化學(xué)反應(yīng)，生成各類無害氣體。三元催化轉(zhuǎn)化器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管后方，一般由外殼、隔熱墊和催化劑載體（表面附著有催化劑）組成，如圖3-4-17所示。

圖3-4-17 三元催化轉(zhuǎn)化器

3.4.4 排氣系統(tǒng)維修要點(diǎn)

1.排氣歧管（不帶渦輪增壓器）拆卸與更換操作要點(diǎn)

1）舉升車輛，如圖3-4-18所示，在車底拆卸排氣管和三元催化轉(zhuǎn)化器的2顆緊固螺母，并將排氣管和三元催化轉(zhuǎn)化器分開。必要時(shí)將排氣管拴在底盤上。

排氣歧管與三元催化器的拆裝

圖3-4-18 拆卸三元催化轉(zhuǎn)化器和排氣管緊固螺母

2）降下車輛，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)拆卸排氣歧管隔熱罩緊固螺栓，并取下隔熱罩，如圖3-4-19所示。

3）拔下前后氧傳感器插頭，如圖3-4-20所示。

圖3-4-19 拆卸排氣歧管隔熱罩

圖3-4-20 拔下氧傳感器插頭

4）拆卸排氣歧管緊固螺栓，并取下排氣歧管總成，如圖3-4-21所示。

2.三元催化轉(zhuǎn)化器的診斷方法

三元催化轉(zhuǎn)化器出現(xiàn)故障后，要及時(shí)診斷。常用診斷方法一般有敲擊檢查、排氣背壓檢查、三元催化轉(zhuǎn)化器表面溫度檢查以及催化轉(zhuǎn)化效率測(cè)試等。

圖3-4-21 拆卸排氣歧管緊固螺栓并取下排氣歧管

（1）敲擊檢查

用一個(gè)橡膠錘輕輕敲擊三元催化轉(zhuǎn)化器外殼。如果其內(nèi)部材料已經(jīng)損壞，則在敲擊時(shí)會(huì)出現(xiàn)“咯、咯”聲。如果出現(xiàn)異響，則需要更換三元催化轉(zhuǎn)化器。

（2）背壓檢查

1）真空表檢查排氣背壓。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為2000～2500r/min時(shí)，可使用真空表檢查進(jìn)氣歧管的真空度以判斷排氣背壓，再通過排氣背壓來判斷三元催化轉(zhuǎn)化器是否堵塞。如果排氣阻塞，則進(jìn)氣歧管真空度會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速時(shí)逐漸下降。

真空度下降是廢氣在發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能順利通過排氣系統(tǒng)所致。在約1min的時(shí)間內(nèi)，積累在阻塞點(diǎn)前的排氣壓力可能會(huì)影響排氣行程終了時(shí)的氣缸壓力。因此，在進(jìn)氣行程開始時(shí)，缸內(nèi)殘余廢氣的壓力會(huì)使進(jìn)氣歧管的真空度降低。如果排氣阻塞嚴(yán)重，則會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。

2）壓力表檢查排氣背壓。使用壓力表也可檢查排氣背壓。將一個(gè)舊氧傳感器去掉頭部，并擰到氧傳感器安裝孔上，再將一小段制動(dòng)系統(tǒng)的金屬管插入舊氧傳感器內(nèi)部制成適配器。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣背壓應(yīng)低于10kPa。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2500r/min時(shí)，排氣背壓應(yīng)低于15kPa。

（3）溫度檢查

在達(dá)到工作溫度的條件下，三元催化轉(zhuǎn)化器才能將氮氧化物（NO_x）轉(zhuǎn)化為氮?dú)猓∟₂）和氧氣（O₂），并將一氧化碳（CO）和炭氫（HC）氧化為二氧化碳（CO₂）和水（H₂O）。在這一系列化學(xué)反應(yīng)中，三元催化轉(zhuǎn)化器的溫度至少要提升10%。

檢查時(shí)，首先預(yù)熱三元催化轉(zhuǎn)化器。保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在2500r/min最少2min，使用紅外線測(cè)溫儀對(duì)三元催化轉(zhuǎn)化器的進(jìn)口和出口溫度進(jìn)行測(cè)量。

3.4.5 排氣系統(tǒng)常見故障診斷

排氣系統(tǒng)常見故障有排氣系統(tǒng)堵塞、排氣系統(tǒng)泄漏、排氣系統(tǒng)噪聲大等，故障原因和排除方法見表3-4-1。

表3-4-1 排氣系統(tǒng)常見故障原因及排除方法

3.4.6 進(jìn)氣增壓系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣增壓裝置的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

①當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要輸出大功率時(shí)提高進(jìn)氣壓力。

②在進(jìn)、排氣門疊開時(shí)，增壓后的空氣可以將燃燒室內(nèi)的廢氣掃除得更干凈。

③增壓后的空氣可以降低缸蓋、活塞和氣門的溫度，延長(zhǎng)其使用壽命。

④即使在高海拔地區(qū)，大氣壓力較低的情況下仍能保證足夠的增壓壓力。

機(jī)械增壓器由曲軸通過傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)，利用內(nèi)部的壓氣機(jī)將空氣壓縮后輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管。渦輪增壓器依靠發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣驅(qū)動(dòng)，渦輪帶動(dòng)泵輪運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮。機(jī)械增壓器輸送的空氣量取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，一般可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力提升約20%。

1.機(jī)械增壓

根據(jù)壓氣機(jī)工作原理的不同，機(jī)械增壓器可分為離心式、羅茨式、螺旋式、滑片式和轉(zhuǎn)子活塞式等類型。目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上常用的增壓器主要是離心式和羅茨式，其中羅茨式的應(yīng)用最為廣泛。

羅茨式雙螺桿結(jié)構(gòu)機(jī)械增壓器主要由兩個(gè)帶有螺旋齒形葉片的螺桿式轉(zhuǎn)子、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、進(jìn)氣旁通執(zhí)行器及電磁閥等部件組成，如圖3-4-22所示。兩個(gè)螺桿的螺旋齒形葉片的漸開線為60°，并相互嚙合。兩個(gè)螺桿的前端分別裝配主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪。主動(dòng)齒輪與增壓器驅(qū)動(dòng)輪同軸相連并與從動(dòng)齒輪相互嚙合。增壓器驅(qū)動(dòng)輪與曲軸驅(qū)動(dòng)輪通過傳動(dòng)帶相連。

圖3-4-22 機(jī)械增壓系統(tǒng)

2.渦輪增壓

渦輪增壓器利用排氣的能量來驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪帶動(dòng)進(jìn)氣側(cè)的泵輪對(duì)進(jìn)氣進(jìn)行壓縮。渦輪增壓器不會(huì)像機(jī)械增壓器那樣消耗發(fā)動(dòng)力動(dòng)力，同時(shí)將排氣能量充分利用起來，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣效率。

渦輪增壓器包含由中間殼體連接的兩個(gè)腔室，如圖3-4-23所示。兩個(gè)腔室內(nèi)分別裝有渦輪和泵輪，兩個(gè)輪之間通過貫穿于中間殼體的軸連接。渦輪的腔室連通排氣歧管，泵輪的腔室連通來自空氣濾清器的進(jìn)氣軟管。為得到最大的排氣驅(qū)動(dòng)力，渦輪增壓器要盡量靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管安裝。當(dāng)廢氣通過渦輪時(shí)，渦輪帶動(dòng)同軸的泵輪一起旋轉(zhuǎn)，泵輪對(duì)來自空氣濾清器的空氣進(jìn)行壓縮，增壓后的空氣進(jìn)入中冷器進(jìn)行冷卻，冷卻后的空氣通過節(jié)氣門進(jìn)入進(jìn)氣歧管。

圖3-4-23 渦輪增壓系統(tǒng)

3.4.7 進(jìn)氣增壓系統(tǒng)維修要點(diǎn)

1.渦輪增壓器的拆卸

下面以吉利帝豪GS的4G13TB發(fā)動(dòng)機(jī)為例介紹渦輪增壓器的拆卸要點(diǎn)。

（1）拆卸增壓器進(jìn)油管

先使用扳手拆卸進(jìn)油管與渦輪增壓器間的緊固螺栓（圖3-4-24a），再拆卸進(jìn)油管與氣缸體間的緊固螺栓（圖3-4-24b），并取下增壓器進(jìn)油管。

注意：

復(fù)裝時(shí)應(yīng)更換油管密封墊。

圖3-4-24 拆卸增壓器進(jìn)油管

（2）拆卸增壓器回油管

先使用扳手拆卸回油管與渦輪增壓器間的緊固螺栓（圖3-4-25a），再拆卸回油管與氣缸體間的緊固螺栓（圖3-4-25b），并取下增壓器回油管。

圖3-4-25 拆卸增壓器回油管

注意：

復(fù)裝時(shí)應(yīng)更換油管密封墊。

（3）拆卸增壓器進(jìn)水管

先使用扳手拆卸進(jìn)水管與渦輪增壓器間的緊固螺栓（圖3-4-26a），再拆卸進(jìn)水管與氣缸體間的緊固螺栓（圖3-4-26b），并取下增壓器進(jìn)水管。

圖3-4-26 拆卸增壓器進(jìn)水管

注意：

復(fù)裝時(shí)應(yīng)更換油管密封墊。

（4）拆卸增壓器回水管

先使用扳手拆卸增壓器回水管與增壓器間的連接螺栓（圖3-4-27a），再用卡箍鉗松開增壓器回水管連接軟管的固定卡箍（圖3-4-27b），并取出增壓器回水管。

圖3-4-27 拆卸增壓器回水管

（5）拆卸增壓器

1）使用卡箍鉗松開增壓器連接軟管、真空控制閥軟管的固定卡箍，如圖3-4-28所示。

圖3-4-28 松開連接軟管卡箍

2）拆卸增壓器與排氣歧管間的緊固螺栓（圖3-4-29a），并取出增壓器、增壓器墊片、增壓器與排氣歧管之間的墊片（圖3-4-29b）。

圖3-4-29 拆卸增壓器緊固螺栓并取下增壓器