汽车发动机电控系统原理与维修

1 第5章排放控制系统 2 5 1概述 根据污染物来自排气管 燃油系统和曲轴箱的不同 汽车的排放污染物控制分为排气污染物控制和非排气污染物控制两种 3 5 1 1排气污染物控制1 排气污染物汽车的排气污染物主要是指从排气管排出的一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化合物 NOx 等有害的污染物 2 排气污染物控制系统针对排气污染物的控制系统包括以下方面 1 三无催化技术 2 废气再循环控制 EGR 系统 3 二次空气喷射 AI 系统 4 5 1 2非排气污染物控制非排气污染物是指从排气管以外的其他途径排放到大气中的有害污染物 这类污染物是碳氢化合物 来自于曲轴箱和燃油系统的窜气 针对非排气污染物的控制系统包括以下方面 1 燃油蒸发控制 EVAP 系统 2 曲轴箱强制通风 PCV 系统 5 5 2氧传感器 在使用三元催化技术降低排气污染物的汽车上 氧传感器是必备的 通过在排气系统中安装氧传感器检测排气气流中氧的浓度 进而修正喷油量 可以将发动机实际的空燃比控制在理论值附近 从而提高三元催化转换器的转换效率 有效地降低废气中的有害气体含量 下图所示为氧传感器的实物图 6 5 2 1氧传感器的结构及工作原理1 氧化锆式氧传感器1 氧化锆式氧传感器的结构氧化锆式氧传感器是使用二氧化锆 ZrO2 作为内部敏感元件 是由锆管 电极 保护管组成的 如下图所示 2 氧化锆式氧传感器的工作原理发动机的排气气流从锆管表面的陶瓷层渗入 与负极接触 内部的正极与大气接触 锆管内外存在一定的O2浓度差 使得氧化锆电解质内部的氧离子开始向负极扩散 扩散的结果造成正 负极之间产生电势差 并且浓度差越大 电势差就越大 7 2 氧化钛式氧传感器1 氧化钛式氧传感器的结构氧化钛式氧传感器是使用二氧化钛 TiO2 作为内部敏感元件 是由厚膜无件 连接线 保护套管等组成的 如下图所示 8 2 氧化钛式氧传感器的工作原理二氧化钛的电阻值在正常情况下是稳定不变的 但是当它的表面的缺氧时 其电阻值则会大大降低 氧化钛式氧传感器就是利用二氧化钛的这种特性制成的 9 5 2 2氧传感器的故障及检测1 氧传感器常见的故障现象氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障 尤其是经常使用含铅汽油的汽车 即使是新的氧传感器 也只能工作几千公里 如果只是轻微的铅中毒 接着使用一箱不含铅的汽油 就能消除氧传感器表面的铅 使其恢复正常工作 但往往由于过高的排气温度 而使铅侵入其内部 阻碍了氧离子的扩散 使氧传感器失效 这时就只能更换了 另外 氧传感器发生硅中毒也是常有的事 一般来说 汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅 硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体 都会使氧传感器失效 因而要使用质量好的燃油和润滑油 修理时要正确选用和安装橡胶垫圈 不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等 10 2 氧传感器的检查方法1 氧传感器加热器电阻的检查拔下氧传感器线束插头 用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻 其阻值为4 40 如不符合标准 应更换氧传感器 2 氧传感器反馈电压的测量测量氧传感器的反馈电压时 应拔下氧传感器的线束插头 对照车型的电路图 从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线 然后插好线束插头 在发动机运转中 从引出线上测出反馈电压 11 5 3三元催化技术 三元催化技术是目前汽车上采用最多的一种排气污染物处理净化技术 TWC连接在排气系统中 当排气气流进入催化器时 废气中的有害气体CO HC和NOx在三元催化剂 铂 钯和铑的混合物 的作用下以生化学反应 生成CO2 N2 和H2O 废气中的三类气体通过TWC后均变成了无害气体 使废气得到净化 12 5 3 1三元催化转换器的工作原理1 三元催化转换器的结构TWC由金属外壳 载体 催化剂和金属丝网等组成 如下图所示 13 2 三元催化转换器的工作原理当发动机排出的废气流经安装在排气管上的TWC时 在三元催化剂的作用下 CO和HC发生氧化反应 NOx发生还原反应 化学反应方程式如下 14 5 3 2三元催化转换器的检测与维修1 使用注意事项1 装有氧传感器和TWC装置的汽车 禁止使用含铅汽油 2 装用蜂巢型转换器的汽车 一般汽车每行驶80000 应更换转换器芯体 3 装用颗粒型转换器的汽车 其颗粒形催化剂的重量低于规定值时 应更换 15 2 热型氧传感器加热器的检查检测加热器线圈的电阻 如 丰田LS400在20 时线圈阻值应为5 1 6 3 3 氧传感器信号检查发动机高速运转 直到氧传感器的工作温度达到400 以上再维持怠速运转 然后反复踩动加速踏板 并测量氧传感器输出信号电压 加速时应为高电压信号 减速时应输出低电压信号 16 4 TWC的更换以通用车型为例 介绍如何更换TWC 1 拆卸TWC 顶起并支撑好汽车 从排气歧管处拆下排气管螺栓 如下图所示 支撑好TWC并从TWC的后部拆下螺栓 拆下TWC和排气管总成 2 安装新的TWC 安装TWC和排气管总成 将排气管螺栓安装在排气歧管上 拧紧扭矩为30N m 接上TWC的后螺栓 拧紧扭矩为47N m 然后放下汽车 17 18 5 4废气再循环控制系统 5 4 1EGR控制系统的工作原理1 EGR控制系统功能将适当的废气重新引入气缸参加燃烧 从而降低气缸的最高温度 以减少NOx的排放量 种类 开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统 19 2 控制EGR系统控制原理原理 EGR阀安装在废气再循环通道中 用以控制废气再循环量 EGR电磁阀安装在通向EGR真空通道中 ECU根据发动机冷却液温度 节气门开度 转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电 ECU不给EGR电磁阀通电时 控制EGR阀的真空通道接通 EGR阀开启 进行废气再循环 ECU给EGR电磁阀通电时 控制EGR阀的真空度通道被切断 EGR阀关闭 停止废气在循环 EGR率 EGR量 进气量 EGR量 100 20 3 EGR闭环控制系统EGR闭环控制系统 检测实际的EGR率或EGR阀开度作为反馈控制信号 其控制精度更高 与开环相比 只是在EGR阀上增设一个EGR阀开度传感器 EGR阀开度传感器安装在进气总管中的稳压箱上 新鲜空气经节气门进入稳压箱 参与再循环的废气经EGR电磁阀进入稳压箱 传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度 并转换成电信号送给ECU ECU根据此反馈信号修正EGR电磁阀的开度 使EGR率保持在最佳值 21 5 4 2EGR控制系统的检测与维修1 一般检查拆下EGR阀上的真空软管 发动机转速应无变化 用手触试真空软管应无真空吸力 发动机温度达到正常工作温度后 怠速时检查结果应与冷机时相同 若转速提高到2500r min左右 拆下真空软管 发动机转速有明显提高 2 EGR电磁阀的检查冷态测量电磁阀电阻应为33 39 电磁阀不通电时 从进气管侧吹入空气应畅通 从滤网处吹应不通 接上蓄电池电压时 应相反 22 3 EGR阀的检查如下图所示 用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15kPa的真空度 EGR阀应能开启 不施加真空度 EGR阀应能完全关闭 23 5 4二次空气喷射 AI 系统 自从世界上第一个车辆排气污染控制标准实施以来 二次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 24 5 4 1二次空气喷射系统的工作原理1 空气泵系统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 空气泵的工作原理如下 a 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 25 b 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 c 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 26 2 脉冲空气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 这就是脉冲型或称吸气器型二次空气喷射系统的工作原理 27 5 5 2二次空气喷射系统的检测与维修1 空气泵系统的检测与维修 1 检查空气系统中的真空软管 2 检查空气泵皮带 3 检查空气泵中的滤清器 4 检查系统线路 5 检测空气旁通阀 6 检测空气分流阀 28 2 脉冲空气泵系统的检测与维修 1 拆下空气滤清器盖 发动机冷起动后 应能听到二次空气控制舌长簧阀发出的 嗡嗡 声 否则应更换二次空气控制阀 2 从空气滤清器上拆下二次空气供给软管 用手指堵住空气软管 如果发动机运转过程符合正常工作条件 说明二次空气喷射系统工作正常 3 检测二次空气控制阀的膜片阀 4 检查二次空气控制阀的舌簧阀 5 检查二次空气控制阀 29 5 6燃油蒸发控制 EVAP 系统 导致燃油系统产生燃油蒸气 HC 的原因是多方面的 其主要原因有以下3种情况 1 热传递 燃油系统回没管中的燃油把发动机的热量传递给燃油箱 2 扰动汽车行驶时的晃动会促使燃油气化 3 温差 昼夜温差会促使燃油气化 30 1 电控EVAP系统的组成如图所示 电控EVAP系统是由活性炭罐 炭罐控制电磁阀 双通阀 发动机ECM以及管路等组成的 31 2 电控EVAP系统的工作原理通常在以下几种情况下 发动机ECU会控制炭罐控制电磁阀通电 1 发动机运转一定时间后 2 发动机处于暖机工况 3 怠速触点断开 4 发动机转速高于规定值 32 5 6 2燃油蒸发控制系统的检测与维修1 就车检测就车检测可按下述顺序进行 1 将发动机预热至正常工作温度 并使之怠速运转 2 拔下蒸气回收罐上的真空软管 检查软管内有无真空吸力 若燃油蒸发控制系统工作正常 在发动机怠速运转中电磁阀应关闭 真空软管内无真空吸力 如果此时真空软管内有真空吸力 则用万用表V挡检查电磁阀线束连接器端子上是否有电压 若电磁阀线束连接器端子上有电压 说明微机有故障 若无电压 则说明电磁阀有故障 卡死在开启位置 33 3 踩下加速踏板 当发动机转速大于2000r min时 检查上述真空软管内有无真空吸力 若真空软管内有真空吸力 则说明该系统工作正常 若真空软管内无真空吸