卡罗拉发动机排放系统检测_与分析_毕业论文.doc

编号 淮安信息职业技术学院淮安信息职业技术学院 毕毕业业论论文文 题 目 卡罗拉发动机排放系统检测卡罗拉发动机排放系统检测 与分析与分析 学生姓名高强 学 号81111126 院 系汽车工程系 专 业汽车电子技术 班 级811111 指导教师施海凤 讲师 顾问教师 二 一三年十一月 摘 要 摘 要 汽车发动机在运行的过程中会排放出大量的污染物 对环境造成危害 发 动机排放控制系统就由此产生 但是由于各种零部件的故障导致发动机排放控 制系统故障率相对较高 使之不能正常工作 汽车上常见的减少排放污染的装置有 三元催化器 燃油蒸发控制系统 曲轴箱强制通风系统等 其中 三元催化器直接安装在排放管道上 排气中的 HC CO NOX经过催化反应后生成二氧化碳和水气体排入大气 曲轴箱强制通风 系统的工作原理由曲轴箱强制通风阀控制 它可将窜入曲轴箱的废气重新引入 气缸燃烧 本文简单介绍了卡罗拉发动机总体结构 工作原理及排放控制系统的概述 重点介绍了卡罗拉发动机排放控制系统的组成 结构原理 详细分析了卡罗拉 轿车发动机排放控制系统的检测过程 最后结合具体的故障实例分析了卡罗拉 轿车发动机排放控制系统的故障排除 关键词关键词 卡罗拉轿车 发动机排放控制系统 结构原理 I Abstract Automobile engine in the process of running emits large amounts of pollutants damage to the environment the resulting engine emission control system But due to various parts of fault engine emission control system failure rate is relatively high can t work normally Common reducing emissions pollution of the device are three yuan catalysts fuel evaporation control system the positive crankcase ventilation system etc Among them three yuan catalysts directly installed on the discharge pipe the exhaust of HC CO NOX after catalytic reaction generates carbon dioxide and water gas discharged into the atmosphere The positive crankcase ventilation system works by the positive crankcase ventilation valve control it can be reintroduced to cylinder burn into the crankcase This article simply introduces the corolla engine overall structure working principle and an overview of the emission control system focus on corolla engine emission control system of the composition structure principle and detailed analysis of the corolla car engine emission control system testing process and finally combined with concrete example analysis of the corolla car engine emission control system troubleshooting Keywords corolla car Engine emission control system Structure principle 目 录 目目 录录 摘摘 要要 2 ABSTRACT III 第一章第一章 卡罗拉发动机概述卡罗拉发动机概述 1 1 1 卡罗拉发动机的总体结构 1 1 2 卡罗拉发动机的工作原理 1 1 3 汽车排放控制系统概述 3 第二章第二章 发动机排放控制系统发动机排放控制系统 5 2 1 三元催化器 5 2 2 氧传感器 6 2 3 微机控制废气再循环系统 8 2 4 燃油蒸发控制系统 8 2 5 减速废气净化装置 10 2 6 二次空气喷射系统 11 2 6 1 空气泵型二次空气喷射系统 12 2 6 2 脉冲型二次空气喷射系统 14 2 7 曲轴箱强制通风装置 PCV 15 第三章第三章 卡罗拉发动机排放系统的检测卡罗拉发动机排放系统的检测 17 3 1 三元催化器的检测 17 3 1 1 三元催化器故障原因及危害内在因素 17 3 1 2 三元催化器堵塞问题的解决 18 3 2 氧传感器的检测 19 3 2 1 氧传感器检测方法 19 3 2 2 氧传感器的常见故障 19 3 3 微机控制废气再循环系统的检测 20 3 4 燃油蒸发控制系统检测 21 3 4 1 就车检测 21 3 4 2 电磁阀的单件检测 22 3 5 曲轴箱强制通风装置 PCV 的检测 23 第四章第四章 案例分析案例分析 24 第五章第五章 总结与展望总结与展望 26 5 1 总结 26 5 2 展望 26 致致 谢谢 28 参考文献参考文献 29 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 0 第一章 卡罗拉发动机概述 发动机 是将某一种形式的能量转换为机械能的机器 本章简单介绍了 卡罗拉发动机的总体结构 工作原理以及排放控制系统的概述 1 11 1 卡罗拉发动机的总体结构卡罗拉发动机的总体结构 1 两大机构 曲柄连杆机构 配气机构 2 五大系统 冷却系 润滑系 燃料供给系 点火系 起动系 1 曲柄连杆机构 1 作用 将燃料燃烧时产生的热量转变为活塞往复运动的机械能 再通过 连杆将活塞往复运动变为曲轴的旋转运动而对外输出动力 2 组成 由气缸体和曲轴箱组 活塞连杆组 曲轴飞轮组组成 2 配气机构 作用 使可燃混合气及时充入气缸并及时从气缸中排出废气 组成 它由进气门 排气门 挺杆 推杆 摇臂 凸轮轴 正时齿轮等组 成 3 冷却系 1 作用 把受热零件的热量散到大气中去 以保证发动机正常工作 2 组成 它由水泵 散热器 风扇 分水管 水套等组成 4 润滑系 1 作用 润滑 冷却 清洗 密封等 2 组成 由机油泵 滤清器 限压阀 油道等组成 5 燃料供给系 1 作用 按需要向气缸内供应已配制好的可燃混合气 燃烧后排出废气 2 组成 化油器式由燃油箱 汽油泵 化油器 进 排气管 滤清器等组 成 直喷式由燃油箱 电动汽油泵 油压调节器 喷油器 进 排气管 滤清 器等组成 6 点火系 1 作用 按规定时刻及时点燃气缸内的混合气 2 组成 由蓄电池 分电器 点火线圈 火花塞等组成 7 起动系 1 作用 使静止的发动机起动 2 组成 由起动机及附属装置组成 1 21 2 卡罗拉发动机的工作原理卡罗拉发动机的工作原理 如图 1 1 所示四行程汽油机的运转是按进气行程 压缩行程 作功行程和 排气行程的顺序不断循环反复的 第一章 卡罗拉发动机概述 1 图 1 1 发动机工作原理 1 进气行程 由于曲轴的旋转 活塞从上止点向下止点运动 这时排气门关闭 进气门 打开 进气过程开始时 活塞位于上止点 气缸内残存有上一循环未排净的废 气 因此 气缸内的压力稍高于大气压力 随着活塞下移 气缸内容积增大 压力减小 当压力低于大气压时 在气缸内产生真空吸力 空气经空气滤清器 并与化油器供给的汽油混合成可燃混合气 通过进气门被吸入气缸 直至活塞 向下运动到下止点 在进气过程中 受空气滤清器 化油器 进气管道 进气 门等阻力影响 进气终了时 气缸内气体压力略低于大气压 约为 0 075 0 09MPa 同时受到残余废气和高温机件加热的影响 温度达到 370 400K 实际汽油机的进气门是在活塞到达上止点之前打开 并且延迟到下 止点之后关闭 以便吸入更多的可燃混合气 2 压缩行程 曲轴继续旋转 活塞从下止点向上止点运动 这时进气门和排气门都关闭 气缸内成为封闭容积 可燃混合气受到压缩 压力和温度不断升高 当活塞到 达上止点时压缩行程结束 此时气体的压力和温度主要随压缩比的大小而定 可燃混合气压力可达 0 6 1 2MPa 温度可达 600 700K 压缩比越大 压缩终 了时气缸内的压力和温度越高 则燃烧速度越快 发动机功率也越大 但压缩 比太高 容易引起爆燃 所谓爆燃就是由于气体压力和温度过高 可燃混合气 在没有点燃的情况下自行燃烧 且火焰以高于正常燃烧数倍的速度向外传播 造成尖锐的敲缸声 会使发动机过热 功率下降 汽油消耗量增加以及机件损 坏 轻微爆燃是允许的 但强烈爆燃对发动机是很有害的 汽油机的压缩比一 般为 6 10 3 作功行程 作功行程包括燃烧过程和膨胀过程 在这一行程中 进气门和排气门仍然 保持关闭 当活塞位于压缩行程接近上止点 即点火提前角 位置时 火花塞产 生电火花点燃可燃混合气 可燃混合气燃烧后放出大量的热使气缸内气体温度 和压力急剧升高 最高压力可达 3 5MPa 最高温度可达 2200 2800K 高温高 压气体膨胀 推动活塞从上止点向下止点运动 通过连杆使曲轴旋转并输出机 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 2 械功 除了用于维持发动机本身继续运转外 其余用于对外作功 随着活塞向 下运动 气缸内容积增加 气体压力和温度降低 当活塞运动到下止点时 作 功行程结束 气体压力降低到 0 3 0 5MPa 气体温度降低到 1300 1600K 4 排气行程 可燃混合气在气缸内燃烧后生成的废气必须从气缸中排出去以便进行下一 个进气行程 当作功接近终了时 排气门开启 进气门仍然关闭 靠废气的压 力先进行自由排气 活塞到达下止点再向上止点运动时 继续把废气强制排出 到大气中去 活塞越过上止点后 排气门关闭 排气行程结束 实际汽油机的 排气行程也是排气门提前打开 迟关闭 以便排出更多的废气 由于燃烧室容 积的存在 不可能将废气全部排出气缸 受排气阻力的影响 排气终止时 气 体压力仍高于大气压力 约为 0 105 0 115MPa 温度约为 900 1200K 曲轴 继续旋转 活塞从上止点向下止点运动 又开始了下一个新的循环过程 可见 四行程汽油机经过进气 压缩 作功 排气四个行程完成一个工作循环 这期 间活塞在上 下止点往复运动了四个行程 相应地曲轴旋转了两圈 1 31 3 汽车排放控制系统概述汽车排放控制系统概述 1 排放控制系统与整车的关系 汽车排放控制系统是现代车不可缺少的重要的组成部分 它将汽车的有害 物质控制在最低程度 以减少对大气的污染 排放控制系统与整车其他系统在 设计中是统一的 在过去传统的汽车及发动机设计中 主要考虑的性能指标是 动力性和可靠性 随着汽车有害物质对大气污染日趋严重 世界各国限制汽车 排放污染的法规越来越严格 为了达到新的规定和要求 排放控制系统必须和 车上其他的系统在设计上是统一的 才能使得新汽车达到规定要求 包括排放 性能在内的综合性能指标的要求 排放控制系统与汽车上其他的系统是相互交 融的 由于采用统一设计 各个系统统都相互依赖 实质上排放控制系统难以 与其他系统严格区分开来 例如燃油提供不当 不仅会增加耗油 动力性能下 降 而且排放也会增加 现代汽车上的控制系统已经达到 电子化 即电子系 统 计算机 控制汽车 使汽车上的控制逐步 一体化 以达到更高的综合性 能指标 因此 排放控制系统不仅要把它看作单一控制系统来解决单一排放问 题 而且要视其为整车控制系统的一部分 它关系到总体性能的指标 2 减少排污的基本方法 1 汽车燃油的改用 1 采用无铅汽油 以代替有铅汽油 可减少汽油尾气毒性物质的排放量 2 掺入添加剂 改变燃料成分 3 选用恰当的润滑添加剂 机械摩擦改进剂 4 采用绿色燃料同样可减少汽车尾气有毒气体排放量 第一章 卡罗拉发动机概述 3 5 采用多种燃料作为汽车燃料来源 6 节约能源 有利环境 大力推广车用乙醇汽油 2 汽车发动机内部的调试 1 减少喷油提前角 减少喷油提前角 可降低发动机工作的最高温度 1500 摄氏度 使 NOX的生成量减少 2 改善喷油器的质量 控制燃烧条件 燃比 燃烧温度 燃烧时间 可使 燃料燃烧完全 从而可减少 CO HC 和煤烟 3 调整喷油泵的供油量 可降低发动机的功率 使雾化的燃料有足够的氧 气进行完全燃烧 从而也可以减少 CO CH 和煤烟的生成 3 发动机外部尾气净化措施 即汽车尾气由原有毒气体 变成为无毒气体 再排放到大气中 从而可减 少对大气环境的污染 1 采用催化剂 将 CO 氧化成 CO2 HC 氧化成 CO2和 H2O NOX被还原成为 N2 等 采用的催化剂有氧化锰 一氧化铜 氧化铬 一氧化镍 一氧化铜等金属 氧化物和白金属 铂 等贵金属 它们都可以净化 CO HC 催化反应器设置在 排气系统中排气歧管与消音器之间 2 水洗 通过水箱 使汽车尾气中的碳烟粒子经过水洗和过滤及蒸气的淋 浴 可支队粘在碳粒上的有毒物质 使碳粒子胀大而给予去除 4 发动机内部净化处理措施 1 正曲轴箱通气系统的设计 把从汽缸窜入曲轴箱的气体 主要是未燃气 体 再循环进入进气歧管 使其再次燃烧 改变过去将其直接排入大气所造成 的污染 2 排气再循环设计 发动机排气口用控制阀与进气歧管相连接 使排出的 气体经过再次循环 以降低氮氧化物的排放量 3 蒸发排放控制系统的设计 将化油器浮子室中的汽油蒸发汽引入进气系 统 而将油箱中的蒸发汽引入储存系统 可大大减少污染物的排放 3 排放控制系统的组成部分 因为汽车运行中 燃料的不完全燃烧 燃烧过后所产生的废气 以及油箱 内所溢出的燃油蒸汽 他们都能造成空气污染 所以 在汽车排放控制系统中 一般就设置了一些装置有针对性的减少各种排放污染物 例如 为了减少燃油 蒸汽的溢出 就设置了燃油蒸发控制装置 以减少燃油的蒸发和减少空气污染 此外针对排放污染物的种类 如一氧化碳 氮氧化的控制排放 有些汽车上还 装有二次空气喷射装置 对于丰田卡罗拉 它物和炭氢化合物 设置了废气再 循环系统和三元催化转换装置 此外为了更好的排放控制系统主要由四大系统 和装置组成 燃油蒸汽排放控制装置 EVAP 废气再循环系统 EGR 三元催化 转换装置 曲轴箱强制通风装置 PCV 等 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 4 第二章 发动机排放控制系统 5 第二章 发动机排放控制系统 排放控制系统是把发动机排放的污染物转化为无害物的装置 如图 2 1 所示 发动机排放控制系统包括三元催化器 氧传感器 微机控制再循环系统燃油蒸 发系统 减速废气净化装置 二次空气喷射系统 曲轴强制通风装置等 图 2 1 发动机排放系统 2 12 1 三元催化器三元催化器 三元催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置 载体部件是 一块多孔陶瓷材料 安装在特制的排气管当中 称它是载体 是因为它本身并 不参加催化反应 而是在上面覆盖着一层铂 铑 钯等贵重金属 它可以把废 气中的 HC CO 变成水和 CO2 同时把 NOX分解成氮气和氧气 HC CO 是有毒气 体 过多吸入会导致人死亡 而 NOX会直接导致光化学烟雾的发生 经过研究证 明 三元催化器是减少这些排放物的最有效的方法 通过氧化和还原反应 一 氧化碳被氧化成二氧化碳 碳氢化合物被氧化成水和二氧化碳 氮氧化合物被 还原成氮气和氧气 三种有害气体都变成了无害气体 如图 2 2 所示 三元催 化剂最低要在 350 摄氏度的时候起反应 温度过低时 转换效率急剧下降 而 催化剂的活性温度 最佳的工作温度 是 400 到 800 左右 过高也会使催化 剂老化加剧 在理想的空燃比 14 7 1 下 催化转化的效果也最好 它安装 在发动机排气管中 通过氧化还原反应 二氧化碳和氮气 故又称之为三元 效 催化转化器 通过催化前 通过催化后 图 2 2 气体通过三元催化器的变化 1 三元催化器工作原理 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 6 1 三元催化器是指安装在发动机排气管路中 通过氧化与还原反应 能将 发动机排气中的三种污染物 一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 和氮氧化合物 NOX 同时转化成无害的水 H20 二氧化碳 CO2 和氮气 N2 的装置 它 作为一种有效的机外净化技术 广泛应用于汽车污染物排放控制中 2 当高温的汽车尾气通过净化装置时 三元催化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 H20 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 2 22 2 氧传感器氧传感器 1 氧传感器作用 电喷车为获得高排气净化率 降低排气中 CO 一氧化碳 HC 碳氢化合 物和 NOx 氮氧化合物成份 必须利用三元催化器 但为了能有效地使用三元 催化器 必须精确地控制空燃比 使它始终接近理论空燃比 催化器通常装在 排气歧管与消声器之间 氧传感器具有一种特性 在理论空燃比 14 7 1 附 近它输出的电压有突变 这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑 以控制空燃比 当实际空燃比变高 在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混 合气稀的精确控制空燃比 所以氧传感器还能弥补由于机械及电喷系统其它件 磨损而引起空燃比的误差 可以说是电喷系统中唯一有 智能 的传感器 传感器的作用是测定发动机燃烧后的排气中氧是否过剩的信息 即氧气含 量 并把氧气含量转换成电压信号传递到发动机计算机 使发动机能够实现以 过量空气因数为目标的闭环控状态 小电动势 0 伏 通知 ECU 当空燃比比理 论空燃比低时 在排气中氧气的浓度降低 而氧传感器的状态 大电动势 1 伏 通知 ECU 电脑 ECU 根据来自氧传感器的电动势差别判断空燃比的低或高 并相应地控制喷 油持续的时间 但是 如氧传器有故障使输出的电动势不正常 ECU 电脑就 不能制 确保三元催化转化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 如图 2 3 所示 第二章 发动机排放控制系统 7 图 2 3 氧传感气体变化 2 氧传感器原理 氧传感器是汽车上的标准配置 它是利用陶瓷敏感元件测量汽车排气管道 中的氧电势 由化学平衡原理计算出对应的氧浓度 达到监测和控制燃烧空燃 比 以保证产品质量及尾气排放达标的测量元件 氧传感器广泛应用于各类煤 燃烧 油燃烧 气燃烧等炉体的气氛控制 它是目前最佳的燃烧气氛测量方式 具有结构简单 响应迅速 维护容易 使用方便 测量准确等优点 运用该传 感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量 又可缩短生产周期 节约能源 汽车上的氧传感器工作原理与干电池相似 传感器中的氧化锆元素起类似 电解液的作用 其基本工作原理是 在一定条件下 利用氧化锆内外两侧的氧 浓度差 产生电位差 且浓度差越大 电位差越大 大气中氧的含量为 21 浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧 稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产 生的废气中含有较多的氧 但仍比大气中的氧少得多 在高温及铂的催化下 带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上 由于大气中的氧气比废气中 的氧气多 套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子 两侧离子的 浓度差产生电动势 当汽车套管废气一侧的氧浓度低时 在氧传感器电极之间产生一个高电压 0 6 1V 这个电压信号被送到汽车 ECU 放大处理 ECU 把高电压信号看作浓 混合气 而把低电压信号看作稀混合气 根据氧传感器的电压信号 电脑按照 尽可能接近 14 7 1 的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气 因此氧传感器是电 子控制燃油计量的关键传感器 氧传感器只有在高温时 端部达到 300 以上 其特性才能充分体现 才能输出电压 它在 9 约 800 时 对混合气的变化反应 最快 而在低温时这种特性会发生很大变化 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 8 2 32 3 微机控制废气再循环系统微机控制废气再循环系统 1 废气再循环 EGR 系统 如图 2 4 所示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 而 CO2不能燃 烧却吸收大量的热 使气缸中混合气的燃烧温度降低 从而减少了 NOx的生成量 图 2 4 废气再循环系统 废气再循环 EGR 系统的开启状态 EGR 阀 废气再循环阀 通常在下列 条件下开启 1 发动机暖机运转 2 转速超过怠速 ECM 根据发动机冷却水温 传感器 节气门位置传感器和空气流量传感器来控制 EGR 系统 汽油发动机在 重负下时起作用 柴油发动机在发动机暖机状态时不起作用 2 废气再循环系统 ERG 的工作原理 废气再循环系统 简称 EGR 其作用是将柴油机产生的一小部分废气再送回 气缸 再循环废气由于具有惰性将会延缓燃烧过程 这就是氮氧化合物会减少 的主要原因 另外 提高废气再循环率会使总的废气流量减少 因此废气排放 中总的污染物输出量将会相对减少 EGR 系统的任务就是使废气的再循环量在每 一个工作点都达到最佳状况 从而使燃烧过程始终处于最理想的情况 最终保 证排放物中的污染成份最低 尽管提高废气再循环率对减少氮氧化物 NOX 的 排放有积极的影响 但同时这也会对颗粒物和其他污染成份的减少产生消极的 影响 废气再循环 EGR 系统是目前用于降低发动机 NOX排放的一种有效措施 它 将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧 从而实现再循环 并对进入进气系统的排气进行最佳控制 2 42 4 燃油蒸发控制系统燃油蒸发控制系统 1 燃油蒸发控制系统的作用 第二章 发动机排放控制系统 9 图 2 5 燃油蒸发控制系统结构图 燃油蒸发控制系统的作用是防止汽车油箱内蒸发的汽油蒸气排入大气 它 由蒸气回收罐 亦称活性炭罐 控制电磁阀 蒸气分离阀及相应的蒸气管道和 真空软管等组成 如图 2 5 所示 蒸气分离阀安装在油箱的顶部 油箱内的汽油 蒸气从该阀出口经管道进入蒸气回收罐 该阀的作用是防止汽车翻倾时油箱内 的燃油从蒸气管道中漏出 蒸气回收罐内充满了活性炭颗粒 故又称为活性炭 罐 活性炭可以吸附汽油蒸气中的汽油分子 当油箱内的汽油蒸气经蒸气管道 进入蒸气回收罐时 蒸气中的汽油分子被活性炭吸附 蒸气回收罐上方的另一 个出口经真空软管与发动机进气歧管相通 软管中部有一个电磁阀控制管路的 通断 当发动机运转时 如果电磁阀开启 则在进气歧管真空吸力的作用下 新鲜空气将从蒸气回收罐下方进入 经过活性炭后再从蒸气回收罐的出口进入 软管的发动机进气歧管 把吸附在活性炭上的汽油分子 重新蒸发的 送入发 动机燃烧 使之得到充分利用 蒸气回收罐内的活性炭则随之恢复吸附能力 不会因使用太久而失效 进入进气歧管的回收燃油蒸气量必须加以控制 以防 破坏正常的混合气成分 这一控制过程由微机根据发动机的水温 转速 节气 门开度等运行参数 通过操纵控制电磁阀的开 闭来实现 在发动机停机或怠 速运转时 微机使电磁阀关闭 从油箱中逸出的燃油蒸气被蒸气回收罐中的活 性炭吸收 当发动机以中 高速运转时 微机使电磁阀开启 储存在蒸气回收 罐内的汽油蒸气经过真空软管后被吸入发动机 此时 因为发动机的进气量较 大 少量的燃油蒸气不会影响混合气的成分 由于昼夜温差变化和发动机运转所产生高温的影响 使油箱和化油器内汽 油温度升高并通过各自的通气孔向大气中排放有害的燃油气体 碳氢化合物 HC 污染环境 影响人类健康 国 规定 对于燃油蒸发必须进行控制 使 之低于规定的限值 2 燃油蒸发控制系统的工作原理 1 当环境温度升高时 加速了油箱内的汽油蒸发 汽油蒸发气体 HC 通 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 10 过吸附管 倾倒阀等流入炭罐 其内的活性炭将燃气吸收 2 当车辆倾倒时 大于 60 度 倾倒阀关闭 使汽油无法流入炭罐 3 炭罐的吸附过程 1 当发动机运转时 进气管内产生负压 PCV 阀打开 使炭罐内储存的燃 气通过脱附管吸入到节气门板前方 并进入气缸进行燃烧 节气门开度不同 PCV 阀开度也不同 脱附的燃气量不同 2 当车辆倾倒时 大于 60 度 倾倒阀关闭 使汽油无法流入炭罐 2 52 5 减速废气净化装置减速废气净化装置 1 减速废气净化装置作用 为使汽车减速而突然关闭节气门时 发动机转速瞬间未下降 进气歧管内 出现高真空 此时 进入气缸的混合气锐减 随之 混合气中残存废气的比例 猛增 气缸内燃烧条件恶化 排气中 HC 迅速增加 因此 当节气门突然关闭而 进气歧管的真空度超过限定值时 应给气缸提供额外的混合气 以帮助气缸内 的混合气燃烧 降低 HC 的排放量 这就是减速废气净化装置所要起的作用 常 见的减速废气净化装置有三种 混合比加浓式减速废气净化装置 进气管真空 控制阀和减速断油控制 2 混合比加浓式减速废气净化装置的结构和工作原理 混合比加浓式减速废气净化装置如图2 6所示 这就是当进气歧管的真空度 超过该装置的调定值时 真空室 I 的真空吸力使膜片 I 上拱 从而带动真空控 制阀上移 使真空室 I 与真空室 相通 真空室 的吸力使膜片 下拱时 旁 通空气控制阀打开 于是 来自旁通气道的空气进入进气总管 由于这部分空 气是经空气流量传感器计量的 所以微机控制喷油器喷射相应的燃油量 变速 器处于 N 空档 或 P 停车 位置时 微机限制开关接通 混合比加浓 电磁阀通电 真空室 则通大气 这时 无论进气歧管的真空度有多高 旁通 空气阀始终处于关闭位置 即混合比加浓减速废气净化装置在汽车停车状态下 不起作用 图 2 6 混合比加浓式减速废气净化装置 1 真空室 2 真空室 3 进气总管 4 旁通空气控制阀 5 膜片 第二章 发动机排放控制系统 11 6 限制开关 7 蓄电池 8 混合比加浓电磁阀 9 真空电磁阀 10 膜片 2 62 6 二次空气喷射系统二次空气喷射系统 一个车辆排气污染控制标准实施以来 二次自从世界上第一空气喷射系统 已经被广泛地应用在汽车上 它实际上就是一种尾气排放控制实用技术 用以 减少排气中的 HC 和 CO 的排放量 而且实践也已证明 空气喷射系统在汽 柴 油汽车上都能取得良好的效果 它的工作原理 如图 2 7 所示 是空气泵将新鲜 空气送入发动机排气管内 从而使排气的 HC 和 CO 进一步氧化和燃烧 即把导 入的空气中的氧在排气管内与排气中的 HC 和 CO 进一步化合形成水蒸气和二氧 化碳 从而降低了排气中的 HC 和 CO 的排放量 图 2 7 二次空气喷射系统示意图 按其空气喷入的部位可分为两类 第一类 新鲜空气被喷入排气歧管的基部 即排气歧管与汽缸体相连接的 部位 因此 排气中的 HC CO 只能从排气歧管开始被氧化 第二类 新鲜空气通过汽缸盖上的专设管道喷入排气门后汽缸盖内的排气 通道内 排气中 HC CO 的氧化更早进行 二次空气喷射系统按照结构和工作原 理的不同可以分为空气泵型和吸气器型两种结构类型 2 6 12 6 1 空气泵型二次空气喷射系统空气泵型二次空气喷射系统 空气泵型二次空气喷射系统主要由空气泵 分流阀 连接管道 空气喷射 歧管等组成 1 工作原理 当发动机工作时 通过曲轴传动带带动空气泵运转 泵送量大 而压力较低的空气流通过软管进入分流阀 正常情况下 分流阀上阀门开启 空气流经分流阀 单向阀进入空气喷射歧管 空气喷射歧管将空气流喷入发动 机排气孔或排气歧管 与排气中的 HC CO 反应 使其进一步转化成 CO2和水蒸 气 以减少排气污染 一旦空气泵泵送的空气压力太高 释压阀起作用 瞬间 切断向空气喷射歧管供应的空气 防止发动机产生回火 经过几秒后 双向作 用阀下落 又恢复向空气喷射歧管供应空气 二次空气喷射系统正常工作 当汽车冷启动时会要求比平常高的空燃比才能保证运转平稳 由于这个原 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 12 因 电子控制模块 ECU 在冷启动时会命令发动机在开路循环模式 固定空燃 比 运转 20 到 120 秒 直到氧传感器达到正常温度 而在这个过程中 尾气中 会生成大量一氧化氮和碳氢化合物等大气污染物 这些一氧化碳和碳氢化合物 是可以继续被氧化而减小污染的 只可惜此时的尾气中没有足够的氧气来进行 氧化 2 空气泵的结构 空气泵装在发动机前端 由一个离心式空气滤清器和一个叶片泵组成 空 气泵由发动机曲轴带轮经传动带驱动 向喷射系统供应量大而压力底的空气 离心式空气滤清器装在泵的转子轴的一端与泵以同转速转动 离心式空气 滤清器的作用是清洁进入空气泵的空气 离心式空气滤清器的滤清原理是 当 叶轮高速转动时 空气中的尘粒与空气相比 质量较大 在离心力的作用下从 进入到空气泵里的空气流中分离出去 叶片泵由泵壳 转子 叶片 叶片密封槽 进气道和出气道等组成 为了 使叶片能与泵壳内孔间形成大小不同的空腔 转子旋转中心线与泵壳内孔中心 线并不重合 在带轮带动下 转子在一条与泵壳内孔不重合的轴线上旋转 两 片叶片在转子的槽中一夹角 180 布置 并在槽中滑动 叶片与转子槽间有密封 槽 3 空气泵的工作原理 1 当泵转动时 第 1 个叶片从进气孔上扫过 这一扫过逐渐增大了进气孔 一边由转子 叶片和泵壳内孔形成的进气室的容积 从而产生一定的真空度 在该真空的作用下 经离心式空气滤清器滤清的空气则进入进气室 2 转子继续转动 第 2 个叶片又扫过进气孔 此时 上述第 1 个叶片转动 使吸入的空气被限制在由两个叶片 转子和泵壳内孔所密闭的较大的空间里 当转子继续转动时 这部分空气便被扫到一个较小的空间里 使其受到压缩 3 转子继续转动 一旦第 1 个叶片开始扫过泵的排气孔 则该部分已被压 缩的空气就从排气孔泵送进喷射系统中去 从而完成空气泵的一个进气 压缩 排 气循环 转子每转 1 圈 完成上述 2 个循环 当泵的转子以高速运转时 上述 循环则不间断地进行 源源不断地为喷射系统提供新鲜空气 4 分流阀 分流阀常作为一个单独的总成用螺栓装在空气泵上 而管路则 用软管与空气泵和空气喷射歧管相连 设置分流阀的目的是当发动机突然减速 时 防止排气系统 回火 到空气泵 当节气门突然关闭 发动机突然减速时 会在进气管里很高的真空度 从 而导致进入汽缸的可燃混合气边的太浓 在作功行程里无法完全燃烧 排气时 就有较多的没有充分燃烧的混合气经排气门排往排气管 如果在这时 二次空 气喷射系统把新鲜空气喷入排气歧管或喷入近排气门的排气孔 则新鲜空气便 加剧了未充分燃烧的混合气在排气管内的燃烧 从而产生 回火 而设置分流 第二章 发动机排放控制系统 13 阀的作用在于发动机突然减速的最初时间里 瞬间把空气泵送来的空气排如大 气 使新鲜空气不能喷入排气管 从而防止了 回火 的发生 当节气门开度突然减小 发动机突然减速时 在进气管产生了较大的真空 度 该真空度通过管道传到分流阀膜片表面 在该真空度的作用下 膜片克服 弹簧力向上运动 带动双向作用阀的下阀打开了下阀口 经下阀口与释气孔 由消声材料制作 相通 使从空气泵来的空气流无声地瞬间排往大气 但是 空气泵来的空气流被分流阀排往大气的时间仅仅能进行一瞬间 其原因是在膜 片上加工有孔板流量孔 该孔能很快平衡膜片两边的气压 因此在弹簧力的作 用下 膜片和双向作用阀在几秒内又回到下面位置 双向作用阀又关闭了下阀 口 空气泵便又开始向排气歧管或排气门区供应新鲜空气 5 释压阀 限压阀 释压阀 主要由阀体 弹簧 阀门和阀座等组成 其作用是当发动机高速 运转 空气泵泵送的空气流气压超过释压阀弹簧预调弹力时 空气压力克服弹 簧弹力 促使阀门离开阀座 压力过大的空气则通过阀门与阀座间的通道经释 气孔排入大气 从而使进入空气喷射歧管的空气压力基本上保持恒定 当空气 泵送来的空气其压力低于弹簧预调弹力时 弹簧压阀门回位 从而切断了排往 大气的通路 由此可见 释压阀弹簧的预调弹力决定了各种工况下 空气泵泵 送到整个二次空气喷射系统的空气压力 6 单向阀 单向阀 装在空气喷射管上 它允许从空气泵来的具有一定压力的空气进 入空气喷射歧管 而防止高温的发动机废气进入连接软管和空气泵 也就是说 若空气泵皮带断裂或传动打滑等原因造成空气泵停转或转速下降 空气连接软 管漏气等不能向喷射系统正常供应空气时 单向阀可以保护二次空气喷射系统 免受高温的废气损害 7 空气喷射歧管 空气气喷射歧管通常是由不锈刚管焊接而成 其形状和分支数目由发动机 的结构和汽缸数目而定 空气喷射歧管的作用是把空气泵泵送的新鲜空气分别 喷射进发动机排气门附近的排气孔里或喷入排气歧管 2 6 22 6 2 脉冲型二次空气喷射系统脉冲型二次空气喷射系统 脉冲型二次空气喷射系统也称吸气器型二次空气喷射系统 该系统不是应 用空气泵泵送空气进入喷射歧管 而是应用排气压力的脉冲将新鲜空气吸入排 气系统 研究发现 每次排气门关闭时 都会有这么一个很短的时间周期 在 该时间周期内 排气孔和排气歧管内的气压都低于大气压力 也就是说产生了 一个负压 真空 脉冲 利用这个真空脉冲 经空气滤清器吸入一定量空气进 入排气歧管 用这部分空气中的氧去氧化排气中的 HC 和 CO 如果该车还装有催 化式排气净化器 也可以用这部分空气去供应催化式排气净化器对氧的需要脉 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 14 冲型或称吸气器型二次空气喷射系统的工作原理 常见的脉冲型二次空气喷射系统由钢管 单向吸气器 软管等组成 钢管 的一端接吸气器 另一端用连接盘与发动机排气歧管相连通 把经空气滤清器 软管 吸气器的新鲜空气导入排气歧管 吸气器实际上是一个单向阀 它允许从空气滤清器来的空气经钢管流向排 气歧管 并防止排气歧管中的废气钢管回流到空气滤清器 装有脉冲型二次喷射系统的发动机在怠速或低速运转时 由于排气歧管内 的负压脉冲使吸气器阀门开启 也就是说 在这种工况下 排气阀门每关闭一 次 在排气歧管内则出现一次负压脉冲 吸气器的单向阀就开启一次 阀门开 启 在外界大气压力的作用下 新鲜空气经空气滤清器 软管 吸气器 钢管 进入排气歧管 去进一步氧化排气中的 HC CO 减少排气污染 当发动机高速 运转时 由于排气门的关闭频繁 每次的负压脉冲周期特别短 由于惯性作用 吸气器的单向阀不可能开启 因此 吸气器的单向阀门实际是关闭的 此时它 只起到一个阻止废气排入空气滤清器的截止阀的作用 也就是说 在发动机高 速运转时 脉冲型二次空气喷射系统实际上是停止工作的 1 电控空气泵型二次空气喷射系统 系统中的空气由电控单元根据输入信 号通过控制相关电磁阀引往空气滤清器 排气管及催化式排气净化器中 该系 统有两套主控电磁阀 第一套电磁阀为分流阀 用于将空气送往空气滤清器 第二套电磁阀为开关电磁阀 用于将空气送往排气管或催化式排气净化器 该 系统有以下几种工作方式 1 在发动机冷态和开环状态工作时 由于催化式排气净化器不够热 不能 使用额外空气 因此电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀 使空气经分流电 磁阀被送往开关电磁阀 而开关电磁阀将空气引向排气管 2 发动机在正常工作或闭环状态工作时 电控单元控制分流电磁阀和开关 电磁阀 使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀 再由开关电磁阀将空气送往 催化式排气净化器中的氧化剂与还原剂之间 从而提高氧化剂的工作效率 3 当催化净化器过热时 加入的空气对催化式排气净化器中的催化剂会造 成污染 在这种情况下 电控单元控制分流电磁阀 将空气送往空气滤清器 电控脉冲型二次空气喷射系统 系统由电控单元控制电磁阀的打开及关闭 电磁阀与单向阀 也称检查阀 相连 由于排气中的压力是正负交替的脉冲压 力波 当排气压力为负时 来自空气滤清器的空气进入排气管 当压力为正时 单向阀关闭 空气不能返回 二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统 其原因是可燃混合气 在汽缸内进行第一次燃烧后 其中那些未完全燃烧的部分由于人为地引入新鲜 空气而使其在排气过程中进行了补燃 因而经消声器排入大气时的尾气很少有 或者完全没有火星 而排气内有火星是在有可燃气体存在的情况下引发火灾的 第二章 发动机排放控制系统 15 一大原因 因此 二次空气喷射系统也是防止内燃机尾气引起火灾的一项重要 技术和设施 除了在轿车上应用外 它还广泛应用于安全性能要求更高的内燃 机车和专用汽车 如液化气运输车 轻油运输车 机场加油车等 2 72 7 曲轴箱强制通风装置 曲轴箱强制通风装置 PCVPCV 硫酸和二氧化硫 遇水生成亚硫酸 亚硫酸遇到空气中的氧生成硫酸 水 蒸气凝结在机油中形成泡沫 破坏机油供给 这种现象在冬季尤为严重 二氧 化硫 装置的必要性在发动机工作时 总有一部分可燃混合气和废气经活塞环 窜到曲轴箱内 窜到曲轴箱内的汽油蒸气凝结后将使机油变稀 性能变坏 废 气内含有水蒸气这些酸性物质的出现不仅使机油变质 而且也会使零件受到腐 蚀 由于可燃混气和废气窜到曲轴箱内 曲轴箱内的压力将增大 机油会从曲 轴油封 曲轴箱衬垫等处渗出而流失 流失到大气中的机油蒸气会加大发动机 对大气的污染 发动机装有曲轴箱通风装置就可以避免或减轻上述现象 1 作用 1 防止机油变质 2 防止曲轴油封 曲轴箱衬垫渗漏 3 防止各种油蒸气污染大气 2 工作机理 当发动机工作时 进气管真空度吸引新鲜空气经空气滤清器 空气软管进 入气缸盖罩 再由汽缸盖和机体上的孔道进入曲轴箱 在曲轴箱内新鲜空气和 曲轴箱气体混合后经汽缸盖罩 PCV 阀和曲轴箱气体软管进入进气管 最后经进 气门进入燃烧室烧掉 根据发动机不同的工况 PCV 阀的开度不同 通过的空气 量也不同 由此对曲轴箱通风进行控制 3 工作特点 丰田卡罗拉的曲轴箱强制通风装置是一种闭式通风系统 该种装置里有单 向阀和油气分离器 单向阀是为了防止发动机在低速小负荷时进气管的真空度 太大而将机油从曲轴箱内吸出 而油气分离器作用是把从曲轴箱内抽吸的油 气进行分离 使液态的油流回曲轴箱 气态的气吸入进气管 这样可以减少机 油的消耗 有了这两个部件 保证了发动机在任何工况下机油润滑的稳定性 见下图 2 8 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 16 图 2 8 曲轴通风装置的特点 4 PCV 阀 制通风装置的重要组成部分 这种系统是在开式系统的基础上密封曲轴箱 在空气滤清器与节流阀体之间增加一与曲轴箱连通的通风管 新鲜空气先经空 气滤清器 通风管进入曲轴箱中与窜气混 PCV 阀是曲轴箱强合 在进气管真空 作用下经过 PCV 阀进入气缸进行燃烧 1 PCV 阀组成及其作用 PCV 阀由阀体 阀门 阀盖 弹簧组成 不可分解 其主要作用是 将曲轴 箱内的气体通过 PCV 阀导入进气歧管 并有少量的空气由空气滤清器经 PCV 阀 直接进入进气歧管 这就避免了节气门处结冰 燃烧不充分 排放恶化等现象 防止窜气进入大气 同时防止机油变质 2 PCV 阀工作原理 PCV 阀是一个计量控制阀 安装在发动机曲轴箱通风系统与进气系统之间 PCV 阀由真空度来控制 调节曲轴箱通风系统产生的油烟进入进气系统的流量 当发动机高速运转时的量要比低速时要高 同时当发动机发生回火时 PCV 阀应 能切断通风防止曲轴箱爆炸 当发动机常速或转速比较慢时 气流量小 窜气 也少 PCV 阀开度较小甚至关闭 因而被强制吸入燃烧的窜气也比较少甚至没有 当发动机加速或转速比较高时 气流量大 窜气也大 PCV 阀开度较大 因而被 强制吸入燃烧的窜气也比较多 第三章 卡罗拉发动机排放系统的检测 17 第 3 章 卡罗拉发动机排放系统的检测 丰田卡罗拉轿车发动机排放控制系统主要由燃油蒸发三效催化转化器 氧 传感器 燃油蒸发控制系统和曲轴箱强制通风 PCV 系统等组成 下面介绍它们 的检测方法 3 13 1 三元催化器的检测三元催化器的检测 3 1 13 1 1 三元催化器故障原因及危害内在因素三元催化器故障原因及危害内在因素 1 三元中毒失效原因 三元中毒失效造成三元中毒失效的原因很多 也很复杂 若排除暂时性的 不确定因素影响 那么造成三元中毒失效的根本原因就是汽油和润滑油 汽油 中含有一定量的硫及金属灰份 如铁 锰 铅等 汽油在储运过程中也会混入 大量金属灰份 还有就是机油中含有大量的硫 磷及金属灰份 含量虽大 但 因其渗入燃烧室参与燃烧的量极少 危害性小于汽油 但已经变质的机油情况 就不同了 汽车燃烧后排出的废气通过三元催化器 部份硫 磷吸附在氧传感 器及三元催化器表面 形成化学络合物薄膜 在氧 一氧化碳 金属灰份 水 共存的状况下 这种共存是必然的 硫 磷极易与它们发生反应生成相应的化 学络合物 这些络合物会对贵金属催化剂产生屏闭 严重影响催化剂的活性 大大降低净化功能 造成三元中毒失效 2 三元催化器堵塞 三元催化器堵塞物主要成份是大量的铁锈 FeO Fe2O3 Fe3O4 少量碳垢及 锰 铅等的氧化物和硫 磷的化学络合物 其主要来源有两个方面 一是汽油 汽油在储运中混入的锈渍 二是腐蚀生锈的排气支管中的锈垢 特别是排气管 有过高温的车辆 这些堵塞物如同一个个 一片片封了孔的马蜂窝 堵塞在三 元催化器蜂窝状陶瓷体的入口处 当有效通孔截面积总和接近排气管截面积时 会造成排气不畅 背压上升 功率下降 油耗增加 温度上升等不良状况 当 有效通孔截面积总和小于排气管截面积时 排气背压急速上升 会引发严重事 故 如 排气管放炮 气门及凸轮轴损坏 排气支管烧红 发动机温度快速上 升 熄火 引擎损坏等 1 汽油 汽油含硫量高容易在三元催化器形成化学合物造成堵塞 油质差 胶质多汽油容易造成三元催化器堵塞 使用含铅或含锰抗爆剂汽油容易造成三 元催化器堵塞 尽管我国已严禁使用含铅汽油 但有些地区汽油在运输贮存过程 中铅污染严重 有些小炼油厂为了降低成本 仍在违法使用含铅抗爆剂 含锰 抗爆剂在发达国家已禁止使用 但我国大部分地区仍在使用 使用乙醇汽油容 易造成三元催化器堵塞 乙醇汽油容易在燃烧时形成积碳 同时乙醇汽油对进 气系统 燃烧系统胶质积碳有冲洗作用 冲洗下来的胶质积碳很容易在三元催 化器形成堵塞 淮安信息职业技术学院毕业设计论文 18 2 机油 长期使用含硫 磷抗氧剂的机油容易造成三元催化器堵塞 3 道路 由于汽车在加速 减速状况下产生不完全燃烧物更多 所以长期 在拥堵道路上行驶容易造成三元催化器堵塞 4 喷油嘴 进气道免拆清洗 由于在清洗过程中户冲洗下来大量胶质积碳 所以很容易造成三元催化器堵塞 这也是有些车辆在进行喷油嘴 进气道免拆 清洗后油耗增加的原因 5 涡轮增压 带涡轮增压的车辆容易发生三元催化器堵塞 这主要是由于 驾驶员不正确操作造成的 3 1 23 1 2 三元催化器堵塞问题