6.1进气系统检修（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 任务一 进气系统检修 教学目标 素养目标 1．提升学生观察能力，理论联系实际的能力。 2．培养学生空间想象能力，逻辑思维能力。 知识目标 1．了解进气系统的功用和组成。 2．理解进气系统的工作原理。 3．掌握进气系统主要零部件的结构及工作原理。 能力目标 1．能够根据实物或图片识别进气系统的结构连接情况。 2．能够根据实际工况对进气系统进行简单的故障判别。 3．能够对进气系统中的传感器进行检测。 教学重点 1． 进气系统的功用 2． 进气系统的组成 3．进气系统的工作原理 4．进气系统主要零部件的结构及工作原理 教学难点 1．进气系统的工作原理 2．进气系统主要零部件的结构及工作原理 教法学法 借助于多媒体课件，讲授进气系统的功用。通过动画模拟进气系统的组成及工作情况，使学生更形象了解系统各部分的组成和工作原理。 通过真实的发动机实训台架，教师讲解，学生指认练习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.汽车进气系统工作原理动画、多媒体教学资源； 2.发动机台架实物； 3.多媒体教学设备、手套、抹布等。 授 课 主 要 内 容 任务导入 王先生到店后称自己的汽车最近油耗偏高，怠速不稳定，冷车启动时存在熄火的现象，经初步问询和预检查后发现该车已购买10年，行驶里程约160000km，若你是维修人员，你准备了哪些进气系统的专业知识和技术为王先生的汽车进行检测和维修？ 任务准备 一、进气系统的功用和组成 1．进气系统的功用 燃油在发动机气缸内燃烧需要一定数量的空气，进气系统的任务就是为发动机提供适量的空气，同时向ECU传递此信息，并根据ECU的指令完成空气量的调节。 2．进气系统的组成 进气系统由进气导流管、空气滤清器、空气流量计、节气门、进气歧管压力传感器、节气门位置传感器、怠速控制装置、进气总管、进气歧管和增压控制装置等组成，如图6-1所示。 图6-1 发动机进气系统组成 二、进气系统的类型及工作原理 1．质量流量方式进气系统（L）型工作原理 质量流量方式进气系统（L）型，如图6-2所示。在气缸内进气冲程真空吸力的功用下，经空气滤清器过滤的空气，流经空气流量计、节气门体与怠速控制阀、进气总管、进气歧管，然后与喷油器喷出的汽油混合，吸入到气缸内燃烧。空气流量计测量进气量，ECU根据进气质量流量和发动机工况所需的空燃比计算燃油的基本喷射量。 图6-2 质量流量方式进气系统（L）型 2．速度密度方式进气系统（D）型工作原理 速度密度方式进气系统（D）型，如图6-3所示。进气歧管压力传感器测量进气歧管内的气体压力，然后ECU根据该压力和发动机转速计算出发动机每一工作循环吸入的空气质量，并根据进气质量和发动机工况所需的空燃比计算出燃油的基本喷射量。 图6-3 速度密度方式进气系统（D）型 三、进气系统主要零部件的功用和结构 （一）空气滤清器 电控燃油喷射发动机安装的空气滤清器一般都是干式纸质滤芯式，它的功用是防止空气中灰尘、杂物等随空气吸入气缸，同时还可以防止发动机回火时火焰传到外面，空气滤清器由外壳和滤芯两部分组成，如图6-4所示。 图6-4 空气滤清器 （二）空气流量计 1．功用 空气流量计的功用是测量进入发动机的空气量，将此信号输送给 ECU，ECU 根据此信号决定将要喷射的油量。空气流量计准确测量每一瞬间吸入发动机的空气量，如果空气流量计出现问题，ECU接收不到准确的进气量信号，此时，喷油量就不能准确控制，将会造成混合比过浓或过稀，使发动机不能正常工作。 2．类型 常见的空气流量计有翼片式空气流量计、卡门旋涡式空气流量计、热线（膜）式空气流量计，如图6-5所示，目前常见的空气流量计有热线式和热膜式两种。 图6-5 空气流量计类型 3．热线（膜）式空气流量计 热线（膜）式空气流量传感器的主要元件是热式电阻，可分为热线式和热膜式两种类型，其结构和工作原理基本相同。 （1）热线（膜）式空气流量计的结构如图6-6所示，主要由防护网、采样管、热式电阻、温度补偿电阻和控制电路板等组成。热式电阻和温度补偿电阻安装在主进气道中，控制电路板安装在流量传感器下方。进气管连接侧的防护网用于防止回火和脏物进入空气流量传感器。 图6-6 热线（膜）式空气流量计的结构 （2）热线（膜）式空气流量计的工作原理如图6-7所示，利用热线或热膜作为发热元件，发热电阻Rh和温度补偿电阻（进气温度传感器）Rt分别连接在惠斯顿电桥电路的两个臂上，当发热元件的温度高于进气温度时，电桥电压才能达到平衡，并由具有电流放大功用的电路 A控制加热电流（50～120mA）来保持发热元件Th与补偿电阻温度Tt之差保持恒定（即T = Th -Tt =120℃）。 图6-7 空气流量计的工作原理图 当空气气流流经发热元件使其受冷却时，发热元件温度降低，电阻值减小，电桥失去平衡，控制电路增大供给发热元件的电流，使其温度保持高于该电阻温度120℃。电流增量的大小，取决于发热元件受到冷却的程度，也就是取决于流过传感器的空气量。当电桥电流增大时，取样电阻Rs上的电压就会增高，从而将空气流量的变化转化为电压信号Us的变化。信号电压输入ECU后，ECU便可根据信号电压的高低计算出空气量的大小。 （三）节气门总成 1．节气门总成的组成及功用 节气门体如图6-9所示，节气门体装在空气流量计后方的进气总管上，节气门体就是通过加速踏板控制节气门开启角度确定进气量，从而调节喷油量的设备。加速踏板越深，节气门角度越大，进气量越多，喷油量越大。它包含节气门、节气门位置传感器、怠速旁通气道和调整螺钉等。为防止在寒冷地区使用时节气门转动部位结冰，有些节气门体的外围设有发动机冷却液通道，用以对节气门体加温。 2．节气门位置传感器的类型 节气门位置传感器常见有开关式、滑动电阻式、综合式。 （1）开关式节气门位置传感器。开关式节气门位置传感器有两对触点，分别为怠速开关和全负荷开关。当节气门处于全闭位置时，怠速开关的触点闭合，ECU对发动机按怠速工况的要求控制喷油量；当节气门打开，怠速开关触点张开，ECU根据这一信号按小负荷工况控制喷油量，当节气门接近全开时，全负荷开关的触点闭合，ECU根据这一信号进行全负荷加浓控制。如图6-10所示为开关式节气门位置传感器。 图6-9 节气门体 图6-10 开关式节气门位置传感器 （2）滑动电阻式节气门位置传感器。利用触点在电阻体上的滑动来改变电阻值，测得节气门开度的线性输出电压，可知节气门开度。全关时电压信号约为0.5V，随节气门增大，信号电压增强，全开时电压信号约为5V。如图6-11所示为滑动电阻式节气门位置传感器。 图6-11 滑动电阻式节气门位置传感器 （3）综合式节气门位置传感器。采用一个怠速开关和一个线形可变电阻相结合的方式，怠速开关用来产生怠速信号，线性可变电阻用来反映节气门开度。 （四）进气歧管压力传感器 1．进气歧管压力传感器的功用 检测节气门后方进气歧管内的进气压力，计算进气量，决定基本喷油量和基本点火提前角。进气压力越大，进气量越多，喷油越多，点火提前角越小。 进气歧管绝对压力传感器通常安装在进气歧管上，也可以做成一个装在ECM上的元件。它的类型很多，根据信号产生的原理分为半导体压敏电阻式、电容式、膜盒传动的可变电感式和表面弹性波式等。如图6-8所示为半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器。 图6-8 半导体压敏电阻式进气歧管压力传感器 2．进气歧管压力传感器的工作原理 进气歧管压力传感器最常用的是半导体压敏电阻式，该传感器转换元件是利用半导体的压阻效应制成的硅膜片，硅膜片的一面是真空室，另一面导入进气歧管压力。进气歧管内绝对压力越高硅膜片的变形越大，其变形量与压力成正比，附在硅膜片上的应变电阻阻值产生与变形量成正比的变化，利用这种原理把进气歧管内的压力变化转换成为电信号。因其具有尺寸小、精度高、成本低，以及响应性、再现性和抗震性较好等优点，现今得到了广泛的应用。 （五）怠速控制系统 怠速是指发动机在无负荷（对外无功率输出）情况下的稳定运转状态。怠速控制是由汽车电脑对发动机的怠速进行控制。其内容包括：启动后的控制、暖机过程的控制、负荷变化的控制、减速时的控制等。 怠速转速控制的实质是对怠速时进气量、喷油量、点火提前角的控制，通过对这三者的增减，以达到适合各工况的稳定转速。对怠速进气量控制的对策、方式随车型的不同有所不同，目前可分为节气门直动式、空气旁通式两种基本类型。这两种形式都是通过调节空气通路截面来控制气缸进气流量。 1．节气门直动式 节气门直动式怠速进气量调节是通过调节怠速时的节气门开启度来控制怠速进气量，又可分为怠速节气门电动机调节式和电子节气门两种类型。 （1）怠速节气门电动机调节式。在怠速工况下，通过控制节气门开启角度，调节空气通路的截面，达到控制进气量，实现怠速控制的目的。节气门直动式怠速控制机构具有较强的工作能力，控制位置稳定性好，目前应用较多。 （2）电子节气门。电子节气门控制系统将加速踏板操作转换成电气信号，利用电子控制单元，根据驾驶状况来控制节气门控制阀的开、关，取消了节气门拉线，节气门在整个开启范围内均依靠直流电机驱动。它不仅负责怠速控制，还可以作为牵引防滑系统、电子稳定系统、巡航控制的执行元件，如图6-12所示。 图6-12 电子节气门 2．空气旁通式 空气旁通式怠速控制系统可分为怠速步进电机、占空比电磁阀、旋转电磁阀等形式。 （1）怠速步进电机。汽车电脑根据节气门开关信号（怠速开关）、 车速信号判断发动机是否处于怠速状态。再由冷却液温度传感器、空调信号、动力转向信号、自动变速器挡位信号等负荷情况，通过存储器存储参考数据，确定相应的目标转速。将发动机实际转速和目标转速相比较，根据比较得出的差值确定相应目标转速控制量，去驱动步进电机。使步进电机转子旋转改变阀门与阀座之间的距离，调节旁通空气道的空气流量，使发动机怠速转速达到所要求的目标转速，如图6-13所示。 图6-13 步进电机式怠速控制阀 （2）占空比电磁阀。占空比电磁阀主要由活动铁芯、电磁线圈、阀杆、固定铁芯、复位弹簧、阀芯、阀座等组成，如图6-14所示。 占空比电磁阀工作时，由ECU确定控制脉冲信号的占空比，电磁线圈中平均电流的大小取决于占空比。占空比越大，电磁线圈中平均电流越大，磁场强度越大，阀门升程越大，旁通道开度越大。 图6-14 占空比电磁阀 （3）旋转电磁阀。旋转电磁阀主要由永久磁铁、旋转滑阀、复位弹簧、电枢等组成。 旁通空气阀固定在电动机的电枢轴上，在电动机的驱动下，可以在限定的90°转角范围内转动，通过改变旁通空气开启面积的大小来增减进气量。电动机的磁极用永久磁铁制成，电枢由电枢铁芯、两个线圈、换向器和电枢轴组成，如图6-15所示。 图6-15 旋转电磁阀 任务实施 一、任务名称 空气滤清器的拆装与更换 节气门体的拆装与清洗 二、准备工作 （1）汽车进入工位前，将工位清理干净，准备好相关的器材、设备。 （2）将汽车停驻在举升机中央位置。 （3）拉紧驻车制动器操纵杆，并将变速杆置于空挡（N）或驻车挡（P）位置。 （4）套上转向盘护套、变速杆手柄套和座位套，铺设脚垫。 （5）在车内拉动发动机舱盖手柄，在车外打开并支撑发动机舱盖。 （6）铺设翼子板和前格栅护垫。 三、技术标准 1．正确拆装与更换空气滤清器 2．正确拆装与清洗节气门体 四、任务操作流程 （1）检查进气系统各管路及线束是否正常，清洁空气滤清器罩。 （2）用螺丝刀预松一遍螺钉，然后松开全部螺钉。 （3）掀开空气滤清器上罩，取出空气滤清器芯。 （4）检查空气滤清器芯是否损坏，其上的橡胶密封是否良好，若有损坏、脏污严重或使用时间已达规定时间则更换空气滤清器芯。 （5）更换新的空气滤清器芯时应检查是否与使用手册规定的一致。 （6）检查滤清器内部是否有异物并清洁里面的灰尘。 （7）安装空气滤清器芯，注意滤芯的安装方向。 （8）盖好空气滤清器罩，按手册规定紧固罩盖螺钉。 （1）检查节气门体总成外观有无异常并清洁。 （2）将冷却液排放干净。 （3）拔下空气流量计插接器。 图6-16 拧松并拆下节气门体螺栓 （4）拆下空气滤清器到节气门总成的进气管。 （5）拔出节气门位置传感器插接器。 （6）拆除曲轴箱通风软管和节气门加热管。 （7）拧松并拆下节气门体螺栓，如图6-16所示。 （8）拆下节气门体和密封件。 （9）用化油器清洗剂对节气门体进行彻底清洗（注意节气门轴两端的清洁）。 （10）节气门体清洁晾干后组装并更换新的密封件。 （11）节气门体螺栓的紧固力矩8N·m。 （12）按照与拆卸相反的顺序安装曲轴箱通风软管和节气门加热管等元件。 （13）加注新的冷却液到适量。 （14）启动发动机并用诊断仪对清洁后的节气门进行匹配。 （15）回收各种工具、防护物品等，整理、恢复、清洁工位。 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，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．操作完成后，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 进气系统检修 一、进气系统的功用和组成 二、进气系统的类型及工作原理 三、进气系统主要零部件的功用和结构 课后反思： 10 学科网（北京）股份有限公司 $$