新型汽车直喷发动机进排气系统部件-故障检修

1.空气滤清器

空气滤清器的作用是滤去空气中的尘土和砂粒，以减少气缸、活塞和活塞环的磨损，延长发动机的使用寿命。

目前，汽车发动机广泛采用纸质干式空气滤清器，它属于过滤式。这种滤清器具有结构简单、质量轻、成本低、使用方便以及滤清效果好的优点。纸质干式滤清器滤清效率可达99.5%以上。

纸质干式空气滤清器有许多形式和形状。其滤芯是用树脂处理的微孔滤纸制成的，如图5-1所示。滤芯呈波折状，具有较大的过滤面积。滤芯的上、下两端有塑料密封圈，以保证滤芯两端的密封。发动机工作时，空气由盖与外壳之间的空隙进入空气滤清器，经纸质滤芯被滤清后，通过外壳下端的进气口进入气缸。

（1）检查或更换间隔7500～15000km更换一次。具体应参考相应车型的维修手册或根据实际情况确定。当汽车行驶在沙地或尘土飞扬的地区，清洁、更换滤芯的间隔应缩短。

（2）更换操作步骤 首先松开卡夹或拧开螺栓，将滤芯从罩中取出，对外部检查有无损伤；对滤芯进行吹尘或更换。注意吹尘时应从空气流动相反方向进行，如图5-2所示。更换和安装滤芯时，应将滤清器罩内部擦干净，按拆卸相反的顺序安装。

2.空气流量传感器

（1）作用 空气流量传感器的作用是发动机控制单元利用该测量值计算喷油量、点火时刻和废气再循环率。

信号中断的影响：信号失效时，控制单元将根据发动机转速信号、节气门开度信号、进气温度信号等计算一个固定值来替代。

图5-1 大众直喷发动机滤清器的结构图

1—弹簧卡箍 2—进气软管（至废气涡轮增压器） 3—空气流量计G70 4—螺钉 5—空气滤清器壳上部件 6—滤芯 7—防雪网（不是所有汽车上都安装） 8—空气滤清器壳下部件 9—排水软管接头 10—排水软管 11—止回阀 12—进气导管

图5-2 滤清器的维护

（2）构造 热膜式空气流量传感器是热线式空气流量传感器的改进产品，其结构与热线式基本相同，只是它的发热体是热膜（由发热金属铂固定在薄的树脂膜上制成），而不是热线。热膜式空气流量传感器发热体不直接承受空气流动所产生的作用力，增加了发热体的强度，提高了流量计的可靠性。同时与热线式流量传感器相比，热膜式流量计的热膜电阻的阻值较大，消耗电流较小，使用寿命也较长。但是由于其发热元件表面的一层保护薄膜存在辐射热传导作用，因此响应特性稍差。热膜式空气流量传感器内部的进气通道上设有一个矩形护套（相当于取样套），热膜电阻设在护套中。为了防止污物沉积到热膜电阻上影响测量精度，在护套的空气入口一侧设有空气过滤层，用以过滤空气中的污物。为了防止空气温度变化使测量精度受到影响，在热膜电阻附近的气流上游设有铂金属膜式温度补偿电阻。热膜式空气流量传感器的结构及内部元件如图5-3所示。

图5-3 热膜式空气流量传感器的结构及内部元件

（3）工作原理 热膜式空气流量传感器与热线式空气流量传感器的工作原理大致一样。传感器的热膜电阻R_H、温度补偿电阻R_T、精密电阻R₁及R₂、信号取样电阻R_S在电路板上以惠斯顿电桥的方式连接，如图5-4所示。当空气气流流经发热元件并使其受到冷却时，发热元件即热膜电阻温度降低，阻值减小，电桥电压失去平衡，控制电路将增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于温度补偿电阻温度一个固定值（一般仍为100℃）。电流增量的大小取决于发热元件受到冷却的程度，即取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，信号取样电阻R_S上的电压就会升高，从而将空气流量的变化转化为电压信号U_S的变化。信号电压输入ECU后，ECU可根据信号电压的高低计算出空气流量的大小。

当发动机怠速或空气为热空气时，因为怠速时节气门关闭或接近全闭，所以空气流速低，空气量少；又因空气温度越高，空气密度越小，所以在体积相同的情况下，因此发热元件受到冷却的程度小，阻值减小的幅度小，所以电桥平衡需要的电流小，如图5-5所示，故信号取样电阻上的信号电压低。控制单元ECU根据信号电压即可计算出空气量。

当发动机负荷增大或空气为冷空气时，因为节气门开度增大，空气流速加快使空气流量增大；冷空气密度大，在体积相同的情况下冷空气质量大，所以发热元件受到冷却的程度增大，阻值减小幅度大，保持电桥平衡需要的电流增大，因此当发动机负荷增大时，信号电压升高。

图5-4 热膜式空气流量传感器电路

a）热膜式空气流量计的连接电路 b）流量计内电阻组成的电桥电路 R_T—温度补偿电阻 R_H—热膜电阻 R_S—信号取样电阻 R₁、R₂—精密电阻 U_CC—电源电压 U_S—信号电压 A—控制电路

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图5-5 热膜式空气流量传感器的测量原理

3.EGR废气再循环阀结构

大众直喷发动机装备有外部废气再循环装置。它通过初级催化转化器上的一根连接管来抽取废气。由发动机控制单元精确计算出的废气供应量经废气节流阀（由一个电动机来驱动）被抽入，如图5-6所示。废气节流阀的位置值由电位计来监控并用于计算废气量以及自诊断。导回到燃烧室的废气用于降低最高燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成量。

图5-6 废气再循环连接方式

废气再循环阀（N18）设计成一个模块，它由下述部件构成：一个节流阀、一个电动机（带有废气再循环电位计G212），结构如图5-7所示，电路图如图5-8所示。

图5-7 废气再循环阀结构

图5-8 废气再循环控制电路图

废气再循环发生在分层充气模式/均质模式且转速不超过4000r/min的中等负荷状态。怠速时不会出现废气再循环。

4.三元催化转化器结构

（1）三元催化转化器结构 三元催化转化器由催化剂载体、催化剂和外壳等组成，其结构如图5-9所示。三元催化转化器串接在排气歧管和消声器之间、氧传感器之后。

图5-9 三元催化转化器结构图

大多数三元催化转化器以蜂窝状陶瓷作为承载催化剂的载体，经特殊工艺处理的蜂窝状陶瓷载体能提供非常大的表面积，以促进化学反应快速进行。在陶瓷载体上浸渍铂（或钯）和铑的混合物作为催化剂。铂和钯是氧化催化剂，当HC和CO与布满铂、钯的热表面接触时，HC和CO就会分别与氧气化合成H₂O和CO₂。铑是还原催化剂，当NO_x与灸热的铑接触时，NO_x就会脱去氧，还原为N₂。

排放物流入三元催化转化器，被吸附在催化剂表面上，吸附物质与气体分子或相邻的被吸附分子进行化学反应，形成低能量的反应产物，这种反应产物很容易从表面上脱附，并随排气流排出，进入外部空间，催化剂本身并不参加反应。

催化剂要在理论空燃比的混合气浓度下，铂促使HC和CO氧化，而铑同时使NO_x还原。因为NO_x在催化转化器中的还原需要HC和CO作为还原剂，如果氧过量，即燃用稀混合气时，这些还原剂首先和氧反应，则NO_x的还原反应就不能进行。而如果空气不足即氧浓度不够时，HC和CO就不能被完全氧化。

（2）工作条件

1）三元催化转化器的最佳工作温度为：375～800℃，短时耐受温度为900℃。

2）14.6～14.7空燃比的混合气在发动机气缸内燃烧后流经三元催化转化器过滤，转化成无害的气体排出。

3）装用催化器的发动机只能使用无铅汽油。

4）发动机调节不当，如混合气过浓或气缸缺火，都将引起转换器严重过热。