3.4 进、排气系统
进、排气系统的作用是供给发动机新鲜空气，并将燃烧后的废气排出。进、排气系统直接影响发动机的动力性、经济性及排放性。
3.4.1 进气系统
进气系统的作用是尽可能多且均匀地向各气缸供给可燃混合气或新鲜空气，保证发动机持续稳定运转。进气系统通常由空气滤清器、节气门体和进气歧管等部件组成，如图3-4-1所示。
图3-4-1 进气系统的组成
空气滤清器的主要作用是滤除空气中的杂质，让洁净的空气进入气缸。
发动机大多使用干式纸滤芯空气滤清器，它由纸滤芯和滤清器外壳组成，滤清器外壳包括滤清器盖和滤清器外壳底座。
节气门的作用是控制发动机的进气量。在发动机工作过程中，空气中的部分杂质遇热后会凝结在节气门上，造成怠速抖动、熄火等现象，因此要对节气门进行定期清洗。
进气歧管指节气门之后到气缸盖进气道之前的进气管道。进气歧管必须将空气尽可能均匀地分配给各气缸，因此各路进气歧管长度应尽量相等。
3.4.2 进气系统维修要点
1.节气门拆卸与清洗操作要点
1）使用螺钉旋具将进气软管与空气滤清器壳体和节气门体连接处的卡箍拧松，如图3-4-2和图3-4-3所示。
图3-4-2 进气软管与空气滤清器壳体连接卡箍
图3-4-3 进气软管与节气门体的连接卡箍
2）取下进气软管，可看到节气门体的4颗内六角紧固螺栓以及节气门体上的连接管路和电气插头，如图3-4-4所示。
图3-4-4 拆卸进气软管
3）拆卸节气门体上的连接管路（曲轴箱强制通风管、节气门加热器出口管、节气门加热器入口管）和电气插头，如图3-4-5所示。
图3-4-5 拆卸节气门体上的连接管路和电气插头
4）如图3-4-6所示，使用内六角扳手拆卸节气门体上的4颗紧固螺栓。
5）节气门清洗要点。将化油器清洗器喷洒在节气门体主通道、节气门等处并浸泡一段时间。然后用清洗剂将溶解后的积炭、杂质等冲洗掉。最后用干净的棉布浸上清洗剂将节气门体主通道、节气门等擦拭干净，如图3-4-7所示。
图3-4-6 拆卸节气门体紧固螺栓
图3-4-7 清洗节气门
2.进气歧管拆卸更换要点
下面以吉利帝豪GS车型4G18发动机为例讲解。
1）拆卸喷油器油轨的2颗固定螺栓，并取下喷油器和油轨总成，如图3-4-8所示。
图3-4-8 拆卸喷油器油轨总成
2）拆卸节气门体。
3）拆卸进气压力/温度传感器紧固螺栓，并取下传感器，如图3-4-9所示。
图3-4-9 拆卸进气压力/温度传感器
4）分别拆下曲轴箱强制通风管卡箍（图3-4-10a）、真空助力器软管卡箍（图3-4-10b）和炭罐电磁阀软管卡箍（图3-4-10c），并拔下上述软管插头。
图3-4-10 拆卸卡箍并拔下插头
5）按照图3-4-11所示的顺序拆卸进气歧管2颗固定螺母和3颗固定螺栓。
6）轻轻敲击进气歧管本体，使其松动，然后取下进气歧管，如图3-4-12所示。
图3-4-11 进气歧管紧固螺栓拆卸顺序
图3-4-12 取下进气歧管
3.4.3 排气系统
汽车排气系统指收集并排放废气的系统，它主要由排气歧管、排气管、三元催化转化器、谐振器、消声器、排气尾管等部件组成。汽车排气系统主要有以下作用：
①将废气引到车尾排放，防止有害气体进入驾驶室。
②改善发动机的排放性，减少对大气的污染。
③降低发动机排放废气时的噪声。
1.排气系统的类型
排气系统一般有单排气系统和双排气系统两种类型，单排气系统应用于直列发动机和部分V型发动机，双排气系统用于V/W型发动机。
（1）单排气系统
直列发动机在排气行程中，气缸中的废气经排气门进入排气歧管，再由排气歧管进入排气管、三元催化转化器和消声器，最后由排气尾管排到大气中，如图3-4-13所示。V型发动机有两个排气歧管，在大多数装配V型发动机的车辆上仍采用单排气系统，即通过一个叉形管将两个排气歧管连接到一个排气管上。
（2）双排气系统
有些V/W型发动机采用两个单排气系统，即每个排气歧管各自连接一个排气管、三元催化转化器、谐振器、消声器和排气尾管，采用这种布置形式的排气系统称为双排气系统，如图3-4-14所示。双排气系统降低了排气系统内的压力，使发动机排气更为顺畅。
图3-4-13 单排气系统
图3-4-14 双排气系统
2.排气系统的组成
（1）排气歧管
排气歧管的作用是将发动机排出的废气引向排气管，如图3-4-15所示。直列发动机有一个排气歧管，V型发动机左右两侧各有一个排气歧管。按照发动机气缸数不同，一个排气歧管可有3个、4个或者6个通道，这些通道的另一端并联到一起，再连接到排气管。
图3-4-15 排气歧管（带涡轮增压器）
（2）消声器
排气门刚打开时，排气压力和温度非常高，废气具有一定的能量。同时，由于排气的间歇性，排气管内会产生排气压力脉动。如果让废气直接排入大气，必然产生强烈的、频谱比较复杂的噪声。让排气通过消声器（图3-4-16），可以逐渐降低排气压力并衰减排气脉动，从而降低排气噪声。
图3-4-16 消声器
（3）三元催化转化器
三元催化转化器是排气系统中最重要的净化装置，它可将废气中的各种有害气体转化为无害气体。废气经过三元催化转化器时，其内部的活性物质使有害气体进行一定的化学反应，生成各类无害气体。三元催化转化器安装在发动机排气歧管后方，一般由外壳、隔热垫和催化剂载体（表面附着有催化剂）组成，如图3-4-17所示。
图3-4-17 三元催化转化器
3.4.4 排气系统维修要点
1.排气歧管（不带涡轮增压器）拆卸与更换操作要点
1）举升车辆，如图3-4-18所示，在车底拆卸排气管和三元催化转化器的2颗紧固螺母，并将排气管和三元催化转化器分开。必要时将排气管拴在底盘上。
排气歧管与三元催化器的拆装
图3-4-18 拆卸三元催化转化器和排气管紧固螺母
2）降下车辆，在发动机舱内拆卸排气歧管隔热罩紧固螺栓，并取下隔热罩，如图3-4-19所示。
3）拔下前后氧传感器插头，如图3-4-20所示。
图3-4-19 拆卸排气歧管隔热罩
图3-4-20 拔下氧传感器插头
4）拆卸排气歧管紧固螺栓，并取下排气歧管总成，如图3-4-21所示。
2.三元催化转化器的诊断方法
三元催化转化器出现故障后，要及时诊断。常用诊断方法一般有敲击检查、排气背压检查、三元催化转化器表面温度检查以及催化转化效率测试等。
图3-4-21 拆卸排气歧管紧固螺栓并取下排气歧管
（1）敲击检查
用一个橡胶锤轻轻敲击三元催化转化器外壳。如果其内部材料已经损坏，则在敲击时会出现“咯、咯”声。如果出现异响，则需要更换三元催化转化器。
（2）背压检查
1）真空表检查排气背压。在发动机转速为2000～2500r/min时，可使用真空表检查进气歧管的真空度以判断排气背压，再通过排气背压来判断三元催化转化器是否堵塞。如果排气阻塞，则进气歧管真空度会在发动机保持恒定转速时逐渐下降。
真空度下降是废气在发动机高速运转时不能顺利通过排气系统所致。在约1min的时间内，积累在阻塞点前的排气压力可能会影响排气行程终了时的气缸压力。因此，在进气行程开始时，缸内残余废气的压力会使进气歧管的真空度降低。如果排气阻塞严重，则会使发动机熄火。
2）压力表检查排气背压。使用压力表也可检查排气背压。将一个旧氧传感器去掉头部，并拧到氧传感器安装孔上，再将一小段制动系统的金属管插入旧氧传感器内部制成适配器。当发动机怠速运转时，排气背压应低于10kPa。当发动机的转速达到2500r/min时，排气背压应低于15kPa。
（3）温度检查
在达到工作温度的条件下，三元催化转化器才能将氮氧化物（NOx）转化为氮气（N2）和氧气（O2），并将一氧化碳（CO）和炭氢（HC）氧化为二氧化碳（CO2）和水（H2O）。在这一系列化学反应中，三元催化转化器的温度至少要提升10%。
检查时，首先预热三元催化转化器。保持发动机转速在2500r/min最少2min，使用红外线测温仪对三元催化转化器的进口和出口温度进行测量。
3.4.5 排气系统常见故障诊断
排气系统常见故障有排气系统堵塞、排气系统泄漏、排气系统噪声大等，故障原因和排除方法见表3-4-1。
表3-4-1 排气系统常见故障原因及排除方法
3.4.6 进气增压系统
发动机进气增压装置的优势主要表现在以下几点：
①当发动机需要输出大功率时提高进气压力。
②在进、排气门叠开时，增压后的空气可以将燃烧室内的废气扫除得更干净。
③增压后的空气可以降低缸盖、活塞和气门的温度，延长其使用寿命。
④即使在高海拔地区，大气压力较低的情况下仍能保证足够的增压压力。
机械增压器由曲轴通过传动带驱动，利用内部的压气机将空气压缩后输送到发动机进气歧管。涡轮增压器依靠发动机排出的废气驱动，涡轮带动泵轮运转，对发动机进气进行压缩。机械增压器输送的空气量取决于发动机的转速，一般可以将发动机的动力提升约20%。
1.机械增压
根据压气机工作原理的不同，机械增压器可分为离心式、罗茨式、螺旋式、滑片式和转子活塞式等类型。目前，汽车发动机上常用的增压器主要是离心式和罗茨式，其中罗茨式的应用最为广泛。
罗茨式双螺杆结构机械增压器主要由两个带有螺旋齿形叶片的螺杆式转子、主动齿轮、从动齿轮、进气旁通执行器及电磁阀等部件组成，如图3-4-22所示。两个螺杆的螺旋齿形叶片的渐开线为60°，并相互啮合。两个螺杆的前端分别装配主动齿轮和从动齿轮。主动齿轮与增压器驱动轮同轴相连并与从动齿轮相互啮合。增压器驱动轮与曲轴驱动轮通过传动带相连。
图3-4-22 机械增压系统
2.涡轮增压
涡轮增压器利用排气的能量来驱动涡轮转动，涡轮带动进气侧的泵轮对进气进行压缩。涡轮增压器不会像机械增压器那样消耗发动力动力，同时将排气能量充分利用起来，大大提高了发动机的进气效率。
涡轮增压器包含由中间壳体连接的两个腔室，如图3-4-23所示。两个腔室内分别装有涡轮和泵轮，两个轮之间通过贯穿于中间壳体的轴连接。涡轮的腔室连通排气歧管，泵轮的腔室连通来自空气滤清器的进气软管。为得到最大的排气驱动力，涡轮增压器要尽量靠近发动机的排气歧管安装。当废气通过涡轮时，涡轮带动同轴的泵轮一起旋转，泵轮对来自空气滤清器的空气进行压缩，增压后的空气进入中冷器进行冷却，冷却后的空气通过节气门进入进气歧管。
图3-4-23 涡轮增压系统
3.4.7 进气增压系统维修要点
1.涡轮增压器的拆卸
下面以吉利帝豪GS的4G13TB发动机为例介绍涡轮增压器的拆卸要点。
（1）拆卸增压器进油管
先使用扳手拆卸进油管与涡轮增压器间的紧固螺栓（图3-4-24a），再拆卸进油管与气缸体间的紧固螺栓（图3-4-24b），并取下增压器进油管。
注意：
复装时应更换油管密封垫。
图3-4-24 拆卸增压器进油管
（2）拆卸增压器回油管
先使用扳手拆卸回油管与涡轮增压器间的紧固螺栓（图3-4-25a），再拆卸回油管与气缸体间的紧固螺栓（图3-4-25b），并取下增压器回油管。
图3-4-25 拆卸增压器回油管
注意：
复装时应更换油管密封垫。
（3）拆卸增压器进水管
先使用扳手拆卸进水管与涡轮增压器间的紧固螺栓（图3-4-26a），再拆卸进水管与气缸体间的紧固螺栓（图3-4-26b），并取下增压器进水管。
图3-4-26 拆卸增压器进水管
注意：
复装时应更换油管密封垫。
（4）拆卸增压器回水管
先使用扳手拆卸增压器回水管与增压器间的连接螺栓（图3-4-27a），再用卡箍钳松开增压器回水管连接软管的固定卡箍（图3-4-27b），并取出增压器回水管。
图3-4-27 拆卸增压器回水管
（5）拆卸增压器
1）使用卡箍钳松开增压器连接软管、真空控制阀软管的固定卡箍，如图3-4-28所示。
图3-4-28 松开连接软管卡箍
2）拆卸增压器与排气歧管间的紧固螺栓（图3-4-29a），并取出增压器、增压器垫片、增压器与排气歧管之间的垫片（图3-4-29b）。
图3-4-29 拆卸增压器紧固螺栓并取下增压器