6.2排气系统拆装与检修（教案）-《汽车发动机构造与维修》同步教学（电子工业版）

授课项目及 任务名称 项目六 进、排气系统检修 任务二 排气系统拆装与检修 教学目标 素养目标 1．培养学生勤奋、谦虚、认真、刻苦的学习习惯。 2．让学生养成敢动手、勇于创新的进取精神，具备自主学习新技术的能力。 3．培养具有良好的职业道德观念和较强的质量意识和客户意识。 4．培养良好的5S职业素养。 知识目标 1．了解排气系统的功用和组成。 2．掌握排气系统各零部件的功用与结构或类型。 3．理解涡轮增压和废气再循环的工作原理。 能力目标 1．知道排气系统各零部件的安装位置。 2．能够熟练拆装或更换氧传感器。 3．熟练掌握排气歧管的拆装步骤和方法。 教学重点 1．排气系统各零部件的功用、结构、类型。 2．排气系统各零部件的拆装与检测 教学难点 1. 排气系统的正确拆装。 2. 氧传感器的熟练检测。 教法学法 借助于多媒体课件、排气系统各零部件等讲授排气系统的组成。通过动画或微课使学生形象了解排气系统的组成、各零部件的功用、结构类型、安装位置等。 通过真实的实训车辆，教师讲解，学生指认练习、亲自动手操作等教学环节使学生熟悉并掌握项目所学内容。 课前准备（教具、活动准备等） 1.排气系统工作过程动画、组成图片等多媒体教学资源； 2.实训车辆、举升机； 3.万用表、故障诊断仪、吹尘枪、常用拆装套装工具、氧传感器专用拆装工具、扭力扳手、工具车及其他辅助清洁用品手套、抹布等。 授 课 主 要 内 容 任务导入 王先生驾驶着一辆2015年产雪佛兰科鲁兹1.6L型汽车，在进行车辆年检时工作人员告诉王先生他的汽车尾气排放不合格。请同学们利用预习到的知识讨论一下王先生的汽车尾气排放不达标的原因可能是什么？ 任务准备 一、排气系统的功用 汽车排气系统的功用是收集发动机工作过程中所产生的废气并排出到气缸外，而且随着现代社会对环保要求的不断提高，发动机排出的废气污染要尽最大可能降低，噪声也要减小。 二、排气系统的组成 1．排气歧管 排气歧管直接安装在发动机气缸盖上，如图6-20所示。排气歧管的设计要求主要是尽量减少排气阻力，并避免各气缸之间相互干扰。若排气歧管的结构设计不合理，则各气缸排气之间会产生相互干涉或者废气回流现象，影响发动机的排气顺畅度，进而影响发动机的动力性。 图6-20 排气歧管 因排气系统工作条件比较恶劣（高温、循环交变温度状态下工作），要求排气歧管材料具有良好的高温性能和良好的铸造性能。良好的高温抗氧化性能、稳定的显微组织、热膨胀系数小、优良的高温强度、良好的工艺性能和低成本。 制造排气歧管的材料主要有铸铁和不锈钢。 2．三元催化转换器 三元催化转换器靠着排气歧管安装，是汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它的功用是利用转换器中的催化剂将废气中的有害气体转变为无害气体。一般为整体不可拆卸式。三元催化转换器内部的催化剂一般是铂（或钯）与铑贵重金属的混合物。 三元催化转换器的工作原理：当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化转换器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水（H2O）和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。 3．氧传感器 氧传感器的功用是测定发动机燃烧后的排气中的氧气含量，并把氧气含量转换成电压信号传递到ECU，使发动机能够实现以过量空气系数为目标的闭环控制；确保三元催化转换器对排气中的碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化合物（NOx）三种污染物都有最大的转化效率，最大程度地进行排放污染物的转化和净化。 氧传感器的类型有氧化锆式（ZrO2）和氧化钛式（TiO2）两种。其中应用广泛的是氧化锆式。氧化锆式氧传感器主要由锆管、加热元件、电极引线、护管、壳体等组成。 图6-23 氧化锆式传感器的结构 氧传感器的工作原理：高温下，部分氧分子发生电离，形成氧离子。这些氧离子可以渗过某些固体电解质（二氧化锆、氧化钛等）。当这些电解质两个表面之间的氧离子浓度不同时，浓度高处的氧离子就会向浓度低的一侧扩散，如果在固体电解质两个表面之间设置电极，就可以得到电动势，氧化锆式氧传感器就是根据这个原理制成的，其电解质材料为锆管（即二氧化锆），锆管内侧与氧离子浓度较高的大气相通，外侧与氧离子浓度较低的废气相通，锆管的内、外侧之间存在氧离子浓度差，因而会产生一定的电动势，该电动势即为传感器的输出信号。 氧化锆式氧传感器的工作特性，当供给发动机的可燃混合气较浓时，废气中氧离子含量较少，锆管内外表面之间的氧离子浓度差较大，两个电极之间的电动势较大，约为0.9V，反之当可燃混合气较稀时，两个电极之间的电动势极小，约为0.1V。 4．排气软管 排气软管又称排气波纹管，排气波纹管可以起到减振降噪、方便安装和延长排气消声系统寿命的功用。并且可以吸收和补偿排气歧管的热胀冷缩、防止刚性件破裂。 5．排气管 排气管是发动机排气系统的一部分，是位于排气歧管和三元催化转换器或消声器之间的连接管。排气管在排气系统中起连接功用。 6．排气消声器 汽车排气消声器的功用是降低发动机工作时产生的噪声，并使高温废气能安全有效地排出。排气消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够的强度。排气消声器要经受500～700℃高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 汽车消声器按消声原理与结构可分为： （1）抗性消声器。 （2）阻性消声器。 （3）阻抗复合型消声器。 7．排气尾管 排气尾管的功用是将废气从消声器中输送到汽车尾部。尾管由一系列挂钩支撑，使排气系统在汽车行驶时可以弯曲和移动，避免发生干涉造成排气管的损坏。 三、排气系统的类型 根据发动机排气管数目的不同可以分为单管排气系统和双管排气系统，一般情况下气缸排列形式是直列的采用单管排气系统。单管排气系统布置方便，占用空间较少，大多数汽车采用这种形式。 气缸是V形排列的发动机采用双管排气系统。另外有时为了外表看上去美观和大方还有采用如下形式的排气系统，单排气歧管双排气口。这种布置形式的缺点是占用空间较大，一般应用在高档汽车上，而经济型汽车不采用这种布置。 排气系统类型 排气管数目 单管排气系统 双管排气系统 单排气口 双排气口 双排气口 发动机布置形式 直列 V型排列 优 点 结构简单 美观大方 造型美观 缺 点 造型一般 占用空间大 制造成本高 结 构 四、排气净化装置 汽油发动机的主要排气污染物是CO、NOx和HC，燃烧含铅汽油的还会产生铅污染。柴油发动机最重要的排气污染物是微粒和NOx。发动机排气中另一种主要的污染物是二氧化碳，它是正常燃烧的主要产物，虽然二氧化碳本身是无毒的，但它却是引起“温室效应”的主要成分。为降低污染物的排放，汽车上一般装备下面几种排气净化装置。 1．三元催化转换器 三元催化转换器外形与消声器类似如图6-29所示。它的外面用双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料—石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化功用的，也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。 图6-29 三元催化转换器结构图 2．废气再循环（EGR）系统 废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2等多原子气体，而CO2等气体不能燃烧却由于其比热容高而吸收大量的热，使气缸中混合气的最高燃烧温度降低，从而减少了NOx的生成量。废气再循环是降低排气中NOx浓度的专业方法。混合气中引入废气后其燃烧时的热值降低，使发动机的有效功率下降。为了保证即降低NOx的排放，又兼顾发动机的动力性，需根据发动机的实际工况对引入的废气量加以控制。NOx的生产量随发动机的负荷的增大而增多，因此参与燃烧的废气量也应随负荷的增大而增加。 废气再循环的引入原则是：在暖机期间或者怠速时，NOx的生成量不多，为了保持发动机运转的稳定性，不进行废气再循环；在全负荷或高转速下工作时，为了让发动机有足够的动力性，也不进行废气再循环。 3．汽油蒸发排放控制系统（EVAP） 汽油发动机在工作过程中，是通过燃烧汽油产生能量对外做功的。由于汽油是极易挥发的燃料，产生的油蒸气如果排入大气中将会污染环境同时也降低了燃油的经济性，所以在采用汽油发动机的车辆上均使用了汽油蒸发排放控制系统（EVAP），如图6-31所示，实现对油蒸气的回收以及再利用，不但解决了对环境的污染而且提高了车辆的燃油经济性。 图6-31 EVAP 五、氧传感器的拆装与外观检查 1．氧传感器的拆装 （1）车辆处于熄火状态，断开氧传感器线束连接器。 （2）用专用工具拆下氧传感器。 （3）安装新的氧传感器，若使用维修后的氧传感器，则在螺纹上涂抹螺纹胶。 （4）用扭力扳手按照维修手册规定的力矩（42N·m）紧固。 2．氧传感器的外观检查 氧传感器是否损坏有时可从外观的颜色即可判断，具体判断方法是： （1）顶端工作面呈棕色。这是铅中毒引起的。原因是使用含铅汽油行驶500km以上，发生铅中毒后氧传感器的信号电压失准，发动机工作异常，为保证发动机的正常工作应当更换新的氧传感器。 （2）顶端工作面呈白色。在维修过程中使用硅密封胶、硅密封圈等引起的硅中毒。 （3）顶端工作面呈黑色。这是积碳引起的。积碳过多时会影响氧传感器的灵敏度，应加以避免。 六、三元催化转换器的拆装 （1）打开发动机舱盖。 （2）断开蓄电池负极电缆。 （3）断开加热型氧传感器线束插头。 （4）拆下机油尺套管。 （5）拆下线束托架螺栓和线束托架，如图6-32所示。 （6）拆下排气歧管隔热罩螺栓，如图6-32所示。 （7）拆下排气歧管隔热罩，如图6-32所示。检查催化转换器的外观是否有锈蚀、漏气等现象。 1—线束托架；2—线束托架螺栓；3—排气歧管隔热罩；4—排气歧管隔热罩螺栓 图6-32 三元催化转换器 （8）用专用工具拆下氧传感器，如图6-33所示。 （9）按如下顺序预松并拆下三元催化转换器至挠性排气管螺母、排气歧管撑杆螺栓、三元催化转换器至气缸盖螺母，如图6-33所示。 1—三元催化转换器至挠性排气管螺母；2—挠性排气管；3—三元催化转换器至挠性排气管衬垫；4—排气歧管撑杆螺栓； 5—三元催化转换器；6—排气歧管撑杆；7—加热型氧传感器；8—三元催化转换器至气缸盖螺母； 9—三元催化转换器至气缸盖衬垫 图6-33 三元催化转换器 （10）取下三元催化转换器。 （11）三元催化转换器的安装与拆卸的顺序相反，在安装过程中要按照维修手册规定力矩对各螺栓进行紧固。 七、汽车尾气排放检测流程 （1）车辆在工位内停放周正，安放车轮挡块，铺设内饰三件套和外部的防护三件套。 （2）启动发动机并怠速运转至发动机温度达正常值。 （3）启动尾气分析仪并打开计算机上相应的尾气分析软件，如图6-34所示。 图6-34 尾气分析仪检测界面 （4）按照软件的提示进行检漏操作，检漏完成后将取样探头插入排气管中，注意深度不少于400mm。 （5）数据读取，至少读取两次CO、HC的数值并记录。 （6）测量完成后先拔出取样探头，清洁探头并复位。 （7）先关闭测量软件，再关闭分析仪。注意顺序不能搞反。 （8）车辆熄火，取下尾气抽排和各种防护物品，整理、回复、清洁工位。 任务实施 一、任务名称 排气系统的拆装与检修 二、任务目标 1．掌握氧传感器和三元催化转换器的拆装与检修方法； 2．规范使用相关工具、量具、仪表等。 三、技术标准 1．正确、熟练的拆装排气系统各零部件； 2．正确熟练的检测氧传感器和三元催化转换器，根据检测数值判断元件异常。 四、任务操作流程 1．连接故障诊断仪； 2．读取静态和动态故障码、读取数据流等，根据测量值初步判断故障范围； 3．连接尾气分析仪，检查尾气排放，确诊具体故障部位； 4．拆卸氧传感器并做外观检查； 5．用万用表、示波器等对氧传感器进行详细检测； （1）氧传感器加热器电阻的检测。 （2）氧传感器加热器电源电压的检测。 （3）氧传感器加热器与ECU之间的线路检测。 （4）氧传感器信号的检测。 6．填写检测记录表，制定维修方案。 五、安全注意事项 1．实训区域内严格遵守实训室要求、规范着装、穿戴好防护用品，不嬉戏打闹，不乱丢杂物，服从指导教师安排； 2．操作过程中，有不会的、不懂的可以组内讨论或请教老师，严禁随意拆卸、不按要求操作或者暴力操作； 3．工位污物及时清洁，工具、零件及设备有序摆放； 4．操作完毕，工具、设备及时归位，清洁工位，及时完成相关数据和实训报告的填写。 附板书设计： 项目六 排气系统拆装与检修 一、排气系统的功用 二、排气系统的组成 排气歧管、排气管、三元催化转换器、氧传感器、排气消声器和排气尾管等 三、排气系统的类型 四、排气净化装置 1．三元催化转换器 2．废气再循环（EGR）系统 3．汽油蒸发排放控制系统（EVAP） 五、氧传感器的拆装与外观检查 六、三元催化转换器的拆装 七、汽车尾气排放检测流程 课后反思： 8 学科网（北京）股份有限公司 $$