第三章空气供给系统维护与故障诊断

汽车电控发动机构造与维修第三章空气供给系统维护与故障诊断第三章空气供给系统维护与故障诊断学习目标：1.掌握空气供给系统组成、结构、工作原理、可变进气系统的作用与工作原理、废气涡轮增压系统的作用与工作原理；2.掌握空气供给系统故障对电控发动机工作的影响；3.能够进行空气供给系统的维护作业；4.能够进行空气供给系统的故障诊断，能够进行可变进气系统的检查与维修。学习目标：1.掌握空气供给系统组成、结构、工作原理、可变进气系统的作用与工作原理、废气涡轮增压系统的作用与工作原理；2.掌握空气供给系统故障对电控发动机工作的影响；3.能够进行空气供给系统的维护作业；4.能够进行空气供给系统的故障诊断，能够进行可变进气系统的检查与维修。一任务引入二任务分析三相关知识四任务实施一任务引入空气供给系统用于将大气中的空气过滤后，按照发动机负荷的不同向发动机提供不同量的清洁空气。负荷越大，所提供的空气越多；反之，负荷越小，所提供的空气也越少。当空气供给系统发生阻塞、泄漏等故障时，必然引起进气量与发动机负荷的不协调，从而导致发动机运转不良。一般情况下，当空气供给系统发生阻塞故障时，发动机会因为进气不畅而动力不足，直至不能运转。当空气供给系统发生泄漏故障时，一般会对怠速产生较大影响：对于L型电控发动机（采用空气流量计的电控发动机），往往会造成怠速不稳或没有怠速（一松加速踏板就熄火）；对于D型电控发动机（采用进气压力传感器的电控发动机），往往会造成怠速偏高（松加速踏板后怠速高于设定值）。可见，当发动机出现动力不足、怠速不稳或没有怠速以及怠速偏高等现象时，往往需要对空气供给系统进行检查、维护或维修，以排除因阻塞或泄漏所造成的发动机故障现象。二任务分析空气供给系统一般由空气滤清器、进气管、节气门体以及进气歧管等部分组成，如图3-1所示。个别汽车还配有起谐振作用的谐振气室和起调节进气作用的控制阀，如图3-2所示。空气供给系统的阻塞故障通常发生于空气滤清器内部滤芯处，一般通过清洁作业就可以排除，个别情况下需要更换滤芯。但对于不同类型的空气滤清器，清洁作业的方法存在不同的差别。空气供给系统的漏气故障通常发生于节气门体之后的进气管、进气歧管等与其他部件的结合处，一般是由于密封垫片失效所致，通常需要更换作业，但找出漏气点是更换作业前的关键环节。三相关知识1.空气供给系统的工作原理2.空气滤清器3.可变进气系统4.废气涡轮增压控制空气供给系统的组成如图3-3所示。空气经过空气滤清器过滤后，通过空气流量计（D型电控发动机无此装置，另设进气压力传感器）、节气门、进气总管、进气歧管进入各汽缸。L型电控发动机的空气流量计或D型电控发动机的进气压力传感器都是用于检测空气流量的，其工作原理将在模块3中介绍。空气流量受节气门开度的控制，而节气门开度又由驾驶人通过加速踏板（俗称油门）控制（如图3-4所示）。踩下加速踏板时，节气门开度增大，空气流量加大，发动机功率增大，反之，发动机功率减小。驾驶人不踩加速踏板时，节气门完全关闭，空气由旁通气道通过，发动机处于怠速运转状态。怠速空气流量通过怠速调整螺钉和怠速控制阀调节，从而实现对怠速转速的控制与调节。调整螺钉用于人工调节怠速转速，怠速控制阀则用于ECU对怠速转速的控制。低温起动以及暖机时，怠速控制阀开度较大，发动机处于高怠速运转状态；随着水温的升高，怠速控制阀开度逐渐减小，发动机转速逐渐降至正常怠速。2.空气滤清器空气滤清器内装有一个滤清器芯，在外部空气进入发动机时，可从空气中除去灰尘和其他颗粒。空气滤清器滤芯必须定期清洗或更换。常见的空气滤清器滤芯有三种类型，纸质滤芯（汽车上使用的最广泛的类型）；织物滤芯（内装有织物，可洗）；油浴式滤芯（湿型，内含有油池），如图3-5所示。采用纸质滤芯的空气滤清器如图3-6所示，由壳体和滤芯两部分组成，具有质量轻、成本低等优点，在汽车上的应用最为广泛。织物滤芯则可以在清洗后重复使用，应用也较为广泛。采用油浴式滤芯的空气滤清器如图3-7所示，滤芯由金属纤维制成，在滤清器壳底部储有机油，空气穿过滤芯之前急转弯，由于惯性作用使大部分杂质被机油吸附，少量杂质被滤芯过滤并被带上来的油滴“清洗”下来。另外，还有一种离心式空气滤清器，常用作空气的预滤清，如图3-8所示。工作原理是利用翅片使空气产生旋转运动，依靠离心力将灰尘从空气中分离出来，然后将灰尘送往集尘器，空气则输送至另一个空气滤清器。有些空气滤清器则将纸质滤芯与离心滤清结合了起来，空气先被离心预滤，再进入纸质滤芯，如图所示。3.可变进气系统为了进一步提高发动机的工作性能，部分汽车发动机采用了可变进气系统。可变进气系统的主要目的是利用发动机进气管中空气的波动效应来增大进气量，或利用进气旋流作用于改善燃烧过程。进气波动效应比较复杂，这里不作介绍。一般来讲，由于这种波动效应，使细而长的进气管对发动机低速性能有利，粗而短的进气管对发动机高速性能有利。进气旋流则可以加快燃烧过程。不同车型的发动机所采用的可变进气系统在结构上存在不同的差异，但工作原理却基本相同，以下仅以４个典型案例来加以说明。1)V62)3)4)1)V6图3-10为奥迪V6发动机的可变进气系统。在发动机每个进气歧管内都设置了进气转换阀，该转换阀则由ECU通过电磁真空阀和真空拉力腔控制。当发动机转速低于4100r/min时，转换阀处于关闭状态，空气经过细而长的进气通道进入汽缸，如图3-10a）所示，使发动机在低速时的扭矩增大，有利于汽车克服阻力；当发动机转速高于4100r/min时，转换阀处于开启状态，空气经过粗而短的进气通道进入汽缸，如图3-10b）所示，使发动机在高速时的功率增大，有利于汽车提高车速。2)图3-11为日产汽车发动机可变进气系统。当发动机处于低速中、小负荷工作时，转换阀关闭，空气仅通过细而长的进气通道进入汽缸，并在汽缸中产生强烈的进气旋流。细长管的波动效应增大了进气量，进气旋流又加快了燃烧，从而改善了发动机的低速扭矩特性。当发动机处于高速大负荷工作时，转换阀开启，空气通过粗而短的进气通道进入汽缸，从而增大了进气量，提高了发动机的高速时的功率。3)图3-12为丰田汽车发动机可变进气系统。每个汽缸配有2进2排共4个气门，2个进气门各配有一个进气管道，其中一个进气管道中设有进气转换阀。在发动机低速中、小负荷工作时，转换阀关闭，因此只有一个进气通道进气，进气流速加大，细长管的波动效应增大了进气量，从而改善了低速中、小负荷时的转矩特性。当发动机高速大负荷工作时，转换阀开启，因此有两个进气通道进气，通道截面加大，进气阻力减小，增大了进气量，从而改善了发动机的高速大负荷工作时的动力性。4)各车可变进气转换阀的控制方法并不完全一样。图3-13为丰田发动机可变进气转换阀的控制原理图（图中只画了带进气转换阀的进气通道）。图中进气转换阀的开启与关闭受膜片式执行器的控制，膜片室的工作压力则取决于三通电磁阀的状态，而三通电磁阀则在ECU的控制下控制着执行器膜片室是通滤清器（通大气）还是通真空罐。当发动机的转速低于5200r/min时，三通电磁阀断电，切断与滤清器相连的通道，同时开启与真空罐相连的通道，真空罐中的真空进入执行器膜片室，吸力作用拉动进气转换阀关闭，如图3-13a）所示。当发动机的转速高于5200r/min时，三通电磁阀通电，开启与滤清器相连的通道，同时切断与真空罐相连的通道，大气中的空气进入执行器膜片室，膜片弹簧作用推动进气转换阀开启，如图3-13b）所示。4.废气涡轮增压控制为了进一步提高发动机的功率，部分汽车还采用了废气涡轮增压技术。该技术的基本原理是：利用发动机排出的废气推动涡轮高速运转，再由涡轮带动泵轮，然后由泵轮增大进气压力，从而增加发动机的进气量，如图3-14所示。但是，进气压力提高后，发动机比较容易过热，且爆震的倾向也加大了。为了避免过热和爆震，ECU必须对增压压力进行控制。图3-15为奥迪汽车发动机所用的废气涡轮增压系统原理图。排气管中的废气推动动力涡轮高速旋转，动力涡轮则带动进气管中的增压涡轮高速旋转，进气管中的压力则在增压涡轮的作用下被提高。当发动机出现过热和爆震倾向时，ECU向增压压力控制电磁阀发出指令，通过该电磁阀提高控制阀膜片室中的压力，从而通过推杆使旁通阀门开度增大，部分废气通过旁通通道排出，减少了通过涡轮的废气量，从而使增压器转速下降，增压压力减小。反之，当ECU判定需要提高增压压力时，则减小旁通阀门开度，从而增大通过涡轮的废气量，使增压器转速上升。四任务实施1.实训目的2.设备准备3.实训步骤4.实训要求1.实训目的2.设备准备33.实训步骤1)2)3)1)(1)基本要求(2)纸质滤芯的检查(3)可清洗式滤芯的检查与清洁(4)油浴式空气滤清器的检查与清洁(5)组合式空气滤清器的检查与清洁(1)基本要求每20000km或2年（不同汽车的要求有所不同），应该检查和清洁滤芯；每40000km或4年（不同汽车的要求有所不同），应更换滤芯。当行驶在沙地或尘土飞扬的地区，清洁/更换滤芯的间隔就要变短（因为它会更快阻塞）(2)纸质滤芯的检查拆下空气滤清器，取出纸质滤芯。清洁：检查前首先要进行清洁，清洁方法如图3-16所示，拆出滤芯后，用压缩空气反向吹清滤芯（从内侧向外侧吹），同时清除滤清器盖内污物。检查：空气滤清器滤芯中是否有灰尘、积聚微粒或者破裂。安装：检查空气滤清器滤芯上的橡胶密封是否良好，确保其没有裂纹或者其他损坏。(3)可清洗式滤芯的检查与清洁检查：主要检查空气滤清器滤芯是否有泥土、阻塞或者破裂情况。清洁：步骤如下。①使用压缩空气（从内向外）完全吹出滤芯内部的灰尘；②将滤芯浸入水中并且上下移动10min或者更长时间，如图3-17所示。③更换清水，重复该过程直到水干净为止。④通过摇晃滤芯或者在其上面吹压缩空气的方式将多余的水清除掉。⑤擦掉空气滤清器壳内部的灰尘。注意：切勿敲打或者跌落滤芯。安装条件：检查垫片是否牢固地安装于空气滤清器滤芯中以及垫片是否有裂纹或者损坏。(4)油浴式空气滤清器的检查与清洁①拆卸空气滤清器壳体。②通过在煤油中搅动、擦洗的方式来清洗空气滤清器壳和滤清器芯，如图3-18所示。③用干净的布擦干空气滤清器壳和滤清器芯。④将空气滤清器壳放在一个水平工作台上。⑤加注清洁的发动机机油直到其达到油位标记。⑥将滤清器芯放在托盘中，然后使用清洁的发动机机油浸泡滤清器芯。(5)组合式空气滤清器的检查与清洁主要检查空气滤清器滤芯是否有泥土、阻塞情况：①使用压缩空气快速、彻底地从滤芯的内侧向外侧吹气，从而清洁滤芯（如图3-19所示）；然后再从外侧向内侧吹气。②取出集尘器，并将尘土从里面清除。检查：滤芯是否牢固地安装于空气滤清器壳体内；滤芯中以及滤芯是否有裂纹或者损坏。2)通常采用阻燃法查找漏气点：起动并运转发动机，然后向可疑漏气点喷阻燃剂。如果发动机转速下降，则说明该处存在漏气现象。3)可变进气系统的检查包括：①进气转换阀门是否能够正常打开与关闭，有无卡滞情况存在；②进气转换控制电磁阀是否能够正常工作（可以用人工通电、断电的方法进行测试）；③进气转换控制电磁阀的真空通道能否正常通断（人工对电磁阀的真空通道施加真空，并对电磁阀人工通电、断电，观察通道能否通断）；④检查真空管路是否存在漏气、阻塞等情况；⑤起动发动机，空载加速，检查进气转换控制电磁阀是否受ECU控制而动作。4.实训要求①达到实训目的；②保持现场卫生，水、油等不得洒于地面，应在规定位置排放；③实训后的空气滤清器、压缩空气设备、水盆等应清洁、完好，并摆放于指定位置；④做好安全防护措施。小结空气供给系统一般由空气滤清器、进气管、节气门体以及进气歧管等部分组成，为了进一步提高发动机的工作性能，部分汽车发动机采用了可变进气系统，其目的是利用发动机进气管中空气的波动效应来增大进气量，或利用进气旋流作用于改善燃烧过程。一般来讲，细而长的进气管对发动机低速性能有利，粗而短的进气管对发动机高速性能有利。进气旋流则可以加快燃烧过程，为此，不同车系采用了各自不同的方法来对进气系统进行调节。为了进一步提高发动机的功率，部分汽车还