排放控制系统

1、汽车发动机电控技术汽车发动机电控技术排放控制系统排放控制系统 随着汽车工业的发展，汽车的保有量不断增加，汽车排放污染对人类环境的危害已成为一种严重的社会公害。汽车的排放污染主要来源于发动机排出的废气（约占65以上）、曲轴箱窜气（约占20）和燃料供给系统中蒸发的燃油蒸汽（约占1020），汽油机的主要排放污染物是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx），柴油机的主要排放污染物是HC、NOx和碳烟。 针对汽车污染源和各种污染物的产生机理，近年来，在汽车尤其是轿车上装用了多种排放控制系统，主要包括：曲轴箱强制通风（PCV）系统、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统、废气再循环（EGR）系

2、统、三元催化转换（TWC）系统、二次空气供给系统和热空气供给系统等。三元催化转换器（三元催化转换器（TWCTWC） 所谓“三元”，是指能同时处理CO、HC和NOx三种有害气体，三元催化转换器安装在排气管中部，其功能是利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体HC、CO和NOx转变为无害气体H2O、CO2和N2。奔驰车系三元催化转化器的安装情况4TWCTWC的构造的构造以整体式三元催化传换器为例，其主要由四部分组成：载体、涂在载体上的催化活性层、承纳载体的钢板壳体和钢板壳体之间的隔离层或缓冲层。5三元催化转换器内部的化学反应过程TWCTWC工作原理工作原理 TWC先利用内含的贵重金属

3、铑做催化剂，将NOx还原成无害的氮气(N2)和二氧化碳（CO2)。还原过程中所生成的O2，再加上TWC内由二次空气导管所导入的新鲜空气中的O2（有些车型才有），以铂（Pt)或钯(Pd)做催化剂一起和CO、HC进行氧化反应，使其转变成无害的CO2和H2O，这种还原氧化的过程又称为二段式转化。 空燃比反馈系统空燃比反馈系统 空燃比由发动机计算机控制，即控制喷油量，喷油量的大小取决于氧传感器送给计算机废气之中氧含量的多少。发动机计算机根据氧传感器的信号调节喷油量，这就是所谓的发动机闭环控制闭环控制。7TWC的转换效率与混合气浓度的关系闭环控制工作原理闭环控制工作原理 当空燃比维持在14.7：1上下0

4、.3%时，三元催化传换的效率几乎可达到90以上，如图所示。因混合气浓时，HC、CO含量将增多，使转换的效率降低；但若混合气稀的话，NOx排量也会增加，如此亦将使转换的效率下降。 实际空燃比精确地控制在理论空燃比14.7附近一个极小的范围内，以保证三元催化器以较高的转换效率工作。 8闭环控制的条件闭环控制的条件 在装有氧传感器的电控燃油喷射发动机上，电控燃油喷射（EFI）系统并不是在所有工况下都进行闭环控制，在发动机起动、怠速、暖机、加速、全负荷、减速断油等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，仍采用开环控制方式。此外，氧传感器温度在400以下、氧传感器或其电路发生故障时，也只能采用开环控制。电

5、控燃油喷射系统进行开环控制还是进行闭环控制，由ECU根据相关输入信号确定 。短期短期/ /长期燃油修正长期燃油修正 9 当发动机处于闭环状态时，短期燃油修正将对空燃比进行小的、临时的调整。短期燃油修正连续不断地监测来自氧传感器的输出电压。短期燃油修正的数值用-100%-+100%之间的百分比表示（或用0-255个修正步表示），中间点为0%（或为128步）。如果短期燃油修正的数值为0%，则表示空燃比为为理想值14.71，混合气既不太浓，也不太稀（如图5-5所示）。如果短期燃油修正显示高于0%的正值，则表示混合气较稀，ECU在对供油系统进行增加喷油量的调整。如果短期燃油修正显示低于0%的负值，则表

6、示混合气较浓，ECU在对供油系统进行减少喷油量的调整。如果混合气过稀或过浓的程度超过了短期燃油调整的范围，这时就要进行长期燃油调整。短期燃油修正转换示意图10 长期燃油修正值是由短期燃油修正值得到，并代表了燃油偏差的长期调整值。长期燃油修正表示方式与短期燃油修正表示方式一致，如果长期燃油修正显示%表示为了保持ECU所控制的空燃比，供油量正合适；如果长期燃油修正显示的是低于%的负值，则表明混合气过浓，喷油量正在减少（喷油脉宽减小）；如果长期燃油显示的是高于%的正值，则表明混合气过稀，ECU正在通过增加供油量（喷油脉宽增大）进行补偿，长期燃油修正可以表示出短期燃油修正向稀薄或浓稠方向调整的趋势。长

7、期燃油修正例子11 短期燃油修正和长期燃油修正的数值可以帮助维修人员判断混合气过浓或过稀是由燃油喷射系统内部故障引起的，还是由相关传感器故障造成的。ECU控制长期燃油修正微调的最大值在-25%-+20%范围内，短期燃油微调的权限在-27%-+27%之间，如果SHORT FT或LONG FT超过10，将警告有潜在故障。12短期短期/ /长期燃油修正的特点长期燃油修正的特点在闭环工况下起作用。ECU通过对喷油量进行微调来控制空燃比。短期燃油修正是ECU依据氧传感器的电压信号进行喷油量的修正。长期燃油修正是ECU通过对短期燃油修正（长时间修正的趋势）的计算得来的，其目的是尽可能地让短期燃油修正的数值

8、接近%，如果长期燃油调整的数值超过5%，则表示发动机系统有故障，应该进行检查。OBDII系统需经过两个发动机驱动循化才能置出有关燃油修正的故障码。短期燃油修正值是临时存储的，在点火开关后自动消失。长期燃油修正值是被存储在记忆单元中，并被用于确定基本喷油量，对开环和闭环中喷油器的喷射量控制都有影响。千万记住燃油修正的方向与故障码是相反的。（1）装有氧传感器和TWC的汽车，禁止使用含铅汽油，以防止催化剂“铅中毒”而失效。（2）TWC固定不牢或汽车在不平路面上行驶时的颠簸，容易导致转换器中的催化剂载体损坏。（3）装用蜂巢型TWC的汽车一般每行驶80000Km应更换转换器芯体。装用颗粒型TWC的汽车，

9、其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应全部更换。（4）如果发动机的排气温度过高（815以上），TWC的转换效率将明显下降。有些TWC中装有排气温度报警装置，当报警装置发出报警信号时，应停机熄火，查明排气温度过高的原因，予以排除。在实际使用中，排气温度过高一般是由于发动机长时间在大负荷下工作或因故障而燃烧不完全所致。三元催化转换器的检修三元催化转换器的检修氧传感器氧传感器 氧(O2)传感器可用于电子控制燃油喷射装置中的反馈系统。用以检测排放气体中的氧气浓度、空燃比的浓稀监测气缸内是否按理论空燃比(14.7: 1)进行燃烧，并向计算机反馈。 单床双床氧传感器的类型： 按材质分类： 分为氧化锆（ZrO

10、2）式和氧化钛（TiO2）式和宽带型氧传感器两种类型； 按作用分类：分为非加热型的和加热型的； 按在排气管中的安装数量分类氧传感器分为单氧传感器和双氧传感器。 双氧传感器用在采用OBDII系统的车辆上，一个氧传感器安装在催化转换器前面排气管上（上游氧传感器），另一个安装在催化转换器的后面排气管上（下游氧传感器）。氧化锆氧传感器氧化锆氧传感器由于氧化锆只能在400以上的高温时才能正常工作，为保证发动机在进气量少、排气温度低时也能正常工作，有的氧化锆式氧传感器内还装有加热器，加热器也由发动机ECU控制。不带加热器的氧传感器称为普通型氧传感器，带加热器的氧传感器称为热型氧传感器。氧化锆氧传感器的工作

11、原理： 二氧化锆管的内、外表面均涂覆有薄薄一层铂，铂既可以成为电极又具有电势放大作用。二氧化锆管的外表面处于氧气浓度较低的汽车所排放的气体中，而管的内表面则导入周围空气，两表面氧气浓度之差就会产生电动势。当混合气过稀时，排出的废气中氧含量高，锆管内、外侧氧浓度差小，产生的电压很低(接近0V)；当混合气过浓时，排出的废气中氧含量低，锆管内、外侧氧浓度差大，两电极间产生的电压高(接近1V)。带加热功能的氧化锆氧传感器的电路原理图氧化锆氧传感器常见引脚数： 单引线：氧传感器只有一根信号线，以外壳做搭铁回路。该种氧传感器依靠排气管散发的热量才能正常工作，当发动机怠速工作达不到正常工作温度时，ECU会以

12、一固定值代替氧传感器信号值。 两线式：一条为信号线，另一条则为搭铁线。 三线式：使用在加热型的氧传感器上，其中两条引线同上述，第三条线为来自继电气（或点火开关）的12V加热电源线。 四线式：信号线与加热线各自有搭铁回路，即有两条搭铁线。氧化锆氧传感器信号特征氧化锆氧传感器信号特征：氧化钛氧传感器氧化钛氧传感器 这种氧传感器利用化学反应强、对氧气敏感、易于还原的半导体材料氧化钛与氧气接触时发生化学反应，从而导致电阻值变化的原理工作的，它是一种电阻型传感器，有耐铅中毒能力强、产品体积小的优点。 二氧化钛型氧传感器的结构如图所示。主要有二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子组成。氧化钛氧传感器的工作

13、原理：氧化钛氧传感器的工作原理： 混合气稀，尾气中氧的含量高，则氧化钛氧传感器呈现高电阻的状态，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压，返回ECU的输出信号OX电压低于0.45V；混合气浓，尾气中氧的含量少，则氧化钛氧传感器因缺氧而形成低电阻的氧化半导体，此时1V电源电压经氧传感器电阻降压,返回ECU的信号电压高于0.45V。所以，二氧化钛氧传感器的阻值在理论空燃比附近处急剧变化，输出电压也急剧地变化。 用二氧化钛制作的氧传感器有3个端子，即“基准电源”、“输出”和“搭铁”。二氧化钛的阻值随温度的变化情况如左图所示。与二氧化钛元件串联的热敏电阻起温度补偿作用。当温度很低时，二氧化钛的阻值很大而无法

14、正常工作，对此进行快速预热激活，所以传感器上配装了加热器。氧传感器的控制电路氧传感器的控制电路日本丰田凌志LS400轿车氧传感器控制电路 氧传感器的常见故障：氧传感器的常见故障： 1.氧传感器中毒；2.积炭；3.氧传感器陶瓷碎裂；4.加热器电阻丝烧断；5.氧传感器线路问题。 通过观察氧传感器顶尖部位的颜色可以判断故障： 淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色； 白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器； 棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器； 黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。 废气再循环(EGR)系统用于降低废气中的氮氧化物

15、 (NOX)的排出量。汽车废气是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)，在燃烧室内不参与燃烧。 它通过吸收燃烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力，以减少氧化氮的生成量。为了避免影响电控燃油喷射的性能，一些比较新的发动机已不需要EGR系统来降低排放，而是利用进、排气门的重叠开启时刻，吸入一些废气到气缸内重新燃烧。废气再循环废气再循环(EGR)(EGR)系统系统 其功能是在发动机工作过程中，将一部分废气引入进气管，与新鲜空气（或混合气）混合后返回汽缸进行再循环。电控式EGR控制系统主要有两种类型开环控制EGR系统闭环控制EGR系统开环控制开环控制EGREGR系统系统 1-EGR真空电磁阀 2-节气门

16、3-EGR阀 4-冷却液温度传感器 5-曲轴位置传感器 6-ECU 7-起动信号闭环控制闭环控制EGREGR系统系统 ECU根据EGR率传感器信号对EGR控制阀实行反馈控制。 （1）在冷机起动后，立即拆下EGR阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管口应无真空吸力。（2）当发动机温度达到正常工作温度后，怠速时按上述方法检查，其结果应与冷机时相同。（3）当发动机温度达到正常工作温度后，若将转速提高到2500r/min左右，折弯真空软管后并从EGR阀上拆下软管，发动机转速应有明显提高（因中断废气再循环）。 若不符合上述要求，说明EGR系统工作不正常，应查明故障原因，进行维修。EGR控制

17、系统的检修控制系统的检修 检查的方法与步骤，见图所示。 （1）在冷态下测量EGR真空电磁阀电阻，阻值一般应为3339。 （2）当不给EGR真空电磁阀通电时，从通进气管侧接头吹入空气，应畅通；从通大气的滤网处吹入空气，应不通。 （3）当给EGR真空电磁阀接通蓄电池电源电压时，吹气通畅情况应与上述相反。 若不符合上述要求，应更换电磁阀。 检查的方法与步骤，见图所示。 （1）用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15kPa的真空度时，EGR阀应能开启。 （2）不施加真空度时，EGR阀应能完全关闭。 若不符合上述要求，应更换EGR阀。汽油蒸发回收控制系统汽油蒸发回收控制系统 阻止燃油箱内蒸发的汽油蒸气泄

18、漏到大气中，以免污染环境；将燃油箱的汽油蒸气进行收集后，适时的送入进气管与空气混合，然后进入发动机燃烧，使汽油得到充分利用，提高了燃油的经济性。 u汽油蒸发回收控制系统的组成与工作原理汽油蒸发回收控制系统的组成与工作原理 油箱内的汽油蒸气超过一定压力时，单向阀开启，汽油蒸气经蒸气回收管进入活性炭罐，活性炭罐内的活性炭利用物理原理将燃油蒸气吸附在炭罐内。发动机工作时，活性炭罐内的汽油蒸气经定量排放孔、吸气管被吸入进气管。 （1）在使用中，应经常检查各连接管路有无破损或漏气，必要时更换连接软管。 （2）检查活性炭罐壳体有无裂纹、底部进气滤芯是否脏污，必要时更换炭罐或滤芯。 （3）一般汽车每行驶20

19、000km，应更换活性炭罐底部的进气滤芯。汽油蒸发回收控制系统的检修汽油蒸发回收控制系统的检修 从活性炭罐上拆下真空控制阀，用手动真空泵由真空管插头给真空控制阀施加约5kPa真空度时，从活性炭罐侧孔吹入空气，应畅通；不施加真空度时，吹入空气则不通。若不符合上述要求，应更换真空控制阀。 （1）发动机不工作时，拆开电磁阀进气管一侧的软管，用手动真空泵由软管插头给电磁阀施加一定的真空度，电磁阀不通电时应能保持真空度；若给电磁阀接通蓄电池电压，真空度应释放。 （2）拆开电磁阀线束插接器，测量电磁阀两端子间的电阻，阻值一般应为3644。 若不符合上述要求，应更换控制电磁阀。二次空气供给控制系统二次空气供给控制系统 发动机二次空气喷射系统（AIR）利用空气