关于汽车维修培训第十章

福田服务站培训指南·54·第十章汽油机排放控制系统及装置为了减少汽车的排气污染，现代汽车汽油发动机几乎全部装用电控系统。发动机压缩比8.5：1以上，最高转速5000～6500转/分。根据各国、各地区排放控制法规标准的不同，车辆上配置有不同的排放控制系统及装置。典型系统有三元催化转换；废气再循环（EGR）；活性碳罐蒸发控制；曲轴箱通风控制（PCV阀）等。深刻了解、正确使用这些排放污染控制系统，才能使汽车排放达到最佳状态，以达到排放法规的要求。10.1曲轴箱强制通风系统（PCV阀）发动机运转时，空气必须通过曲轴箱循环，其原因在于：在发动机工作的某些时期，曲轴箱会出现水和液态汽油。在压缩和燃烧冲程，腐蚀性较强的气体通过活塞环窜入曲轴箱。窜缸气体包括来自燃烧室的废气和未燃烧的燃油、碳粒，以及水蒸汽。发动机漏气的原因是：㈠燃烧室的高压；㈡活塞环在环槽中必须的工作间隙；㈢活塞环上下的正常运动有时会使两个或更多的环的端口对齐；㈣活塞运动方向的变化，使活塞环的密封接触面减少。水蒸汽、HC气体会稀释机油、降低机油的润滑性能。这些气体如不及时排出曲轴箱，还会使曲轴箱压力增大，造成油封和密封垫漏油。如简单排出曲轴箱外又会造成对大气的污染。因此现代汽车都装有带PCV阀的曲轴箱强制通风系统。曲轴箱强制通风系统的作用是曲轴箱内的气体送入进气歧管，并阻止这些气体反向运动。曲轴箱强制通风有两种：一种是开式系统，另一种是闭式系统（见图4-1）。开式系统的呼吸器直通大气，可以通过这里释放曲轴箱的压力。闭式系统的呼吸器系统是密封的，PCV阀是个流量调节器，它把活塞、活塞环泄漏窜入曲轴箱的气体和空气混合，并一起吸入进气管。图4-1典型的开式和闭式PCV阀系统10.2催化净化器电控系统发动机虽然克服了化油器机械控制的缺点，可以较精确地控制空燃比，改善了排放，但汽车尾气排放仍达不到排放法规的要求，因此现代汽车普遍采用催化净化器，使废气中80%以上的有害气体转换成无害气体后再排放。10.2.1氧化催化净化器（OC）这类净化器使用比较普遍，介质可以是粉末或是整体式（见图4-2）。催化剂是铂或钯（或只是铂）。HC和CO在催化器中进行氧化反应，产生CO2和H2O。第十章汽油机排放控制系统及装置·55·图4-2典型的氧化催化净化器（粉末型）示意图10.2.2三元催化净化器（TWC）三元催化剂是铂（或钯）和铑的混合物。它与HC、CO和NOx发生反应，HC和CO在催化器中进行氧化反应，即利用排气中残留的或另外供给二次空气的氧使CO和HC完全氧化；NO2在催化器中进行还原反应，其反应过程如下，CO和HC进行氧化反应：CO＋1/2O2----CO2CH4＋2O2------CO2＋2H2ONOx在催化器中进行还原反应：NO＋CO------1/2N2＋CO2NO＋1/4CH4-----1/2N2＋1/4CO2＋1/2H2O为了使大量气体迅速反应，把催化剂金属分布在载体表面上，载体中所用的催化剂是有200～300m2/g的表面积，从而扩大了催化剂的表面积。目前汽车上使用的催化器净化率达80～90%以上寿命8万公里的催化器剂。排气净化催化剂的特点之一是利用排气本身热量使活化开始。催化剂的使用范围，以活化开始温度为下限，而将过热而劣化的极限温度为上限。一般发动机起动后2分钟内反应不起作用，大致预热4～5分钟以后起作用。三元催化转换器转换效率与空燃比的关系见图4-4。从图中可看出，只有发动机在标准的理论空燃比14.7：1运转时，三元催化转换器的转换效率最佳。为此，必须对空燃比进行精确的控制，把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。4.2.3三元催化＋氧化催化净化器（TWC＋OC）这种催化净化器是一个共同的壳体内装有一个三元催化器和一个氧化催化净化器，靠一个很小的空气隙将他们分开（参见图4-3）。两种催化剂被称为净化器填充物，废气先通过三元催化器。三元催化净化器起分离作用，降低NOx、HC和CO三种排气污染物。废气离开第一级填充物后，经过空气隙进入第二级净化器（OC）的催化剂填充物。图4-3典型三元催化器＋氧化催化净化器10.3传感器在发动机开环控制过程中ECU只是根据转速、进气量、进气压力、温度等信号确定喷油量，即控制混合气空燃比。但对实际空燃比的控制是不可能很精确的，很难将实际空燃比控制在14.7:1附近很窄的范围内。为了将实际空燃比精确地控制在14.7:1附近(见图4-4)，在发动机控制系统中普遍采用氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，即闭环控制方式。福田服务站培训指南·56·图4-4三元催化转换器转换效率与空燃比关系在三元催化转换器前面的排气歧管或排气管内装有氧传感器。其功用是用来控制排气中的氧气含量，以确定实际空燃比是比理论空燃比浓还是稀，并向ECU反馈相应的电压信号。ECU根据氧传感器反馈的空燃比浓、稀信号，控制喷油量的增加或减少。氧传感器结构如图4-5所示。在敏感元件陶瓷材料（氧化锆）的内外表面都覆盖了薄层铂，图4-5氧传感器的结构传感器内侧通大气，外侧直接与排气接触。在400℃以上的高温时，若氧化锆内表面处气体中氧的浓度与外表面处排气中氧的浓度有很大差别，氧化锆元件内外侧两铂电极之间将会产生一电压。当混合气稀时（空燃比大）排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧浓度差小，氧化锆元件内外侧两电极之间产生的电压很低（接近0V）；反之，混合气浓（空燃比小）时，在排气中几乎没有氧，传感器元件内外侧氧浓度差很大，内外侧电极之间产生的电压高(约1V).在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一突变，如图4-6所示，在陶瓷材料氧化锆的表面覆盖铂层起催化作用，能使排气中的氧与CO反应，减少排气中含氧量，提高传感器的灵敏度。图4-6氧传感器输出特性由于氧化锆只有在400℃以上的温度时才能正常工作，为保证发动机在进气量小、排气温度低也能正常工作，有的氧传感器中还装有对氧化锆元件进行加热的加热器，加热器亦受ECU控制。氧传感器与ECU的连接线路如图4-7。第十章汽油机排放控制系统及装置·57·图4-7氧传感器与ECU的连接在闭环控制过程中，当实际空燃比比理论空燃比小（混合气浓）时，氧传感器向ECU输入的高电压信号（0.75～0.9V）。此时ECU将减少喷油量，空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比14.7:1时，氧传感器输出电压信号将突变下降至0.1V左右。此信号输入ECU后，ECU立即控制增加喷油量，空燃比开始减小。只要空燃比刚减到理论空燃比以下时，氧传感器输出电压信号又突变，上升至0.75V以上，反馈给ECU后，ECU又将控制减少喷油量。如此反复，就能将空燃比精确地控制在理论空燃比14.7:1附近一个极小的范围内。而此时三元催化转换器也保证工作在最佳状态。由上述可知，闭环控制的实质在于保持实际空燃比为14.7:1，但任何需要以非理论空燃比运行的发动机工况都只能采用开环控制。下列工况时应采用开环控制：①怠速运转时；②节气门全开、大负荷时；③减速断油时；④发动机起动时；⑤发动机冷却水温度低或氧传感器温度未达到工作温度（400℃）时；⑥氧传感器失效或其配线发生故障时。发动机进入开环或闭环控制，由ECU根据有关输入信号确定。10.4废气再循环控制（EGR阀）EGR废气再循环是发动机工作过程中，将部分废气吸引到新鲜空气(或混合气)中返回气缸进行再循环的方法，该方法被广泛用于减少NOx的排放量。因为废气是惰性气体，在燃烧过程中，废气吸收热量，这样将降低最高燃烧温度，也减少了NOx的生成量，因为NOx主要是在高温富氧的条件下生成的。但是过度的废气再循环将会影响发动机的正常运行，特别是在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。因此应根据工况及工作条件的变化自动调整参数与再循环的废气量。根据发动机结构不同，进入进气歧管的废气量一般在6～13%之间变化。图4-8EGR阀在EGR系统中，通过一个特殊的通道将排气歧管与进气歧管连通，在该通道上装有EGR阀，通过控制EGR阀的开度从而控制再循环量。如图4-9所示。EGR阀开启或关闭是由阀上真空气室的真空度控制，而真空度则由ECU控制的EGR真空电磁阀控制。EGR控制系统如图4-9所示。CVC阀的功用是保持进入EGR真空电磁阀的真空度恒定。图4-9中，EGR阀通过管道将排气管与进气歧管连通，其真空度气室上方的真空度受EGR电磁阀控制，EGR电磁阀受ECU控制。ECU根据发动机转速、空气流量、温度等信号控制EGR电磁线圈通电时间的长短来控制进入福田服务站培训指南·58·EGR阀真空气室上方的真空度，从而控制EGR阀的开度来改变参与再循环的废气量。图4-9EGR控制系统图4-9中，在EGR阀上部还有一EGR位置传感器，其作用是检测EGR阀的开度并利用电位计将其位置转变为相应的电压信号，反馈给EGR，作为控制废气再循环的参考信号。10.5活性碳罐蒸发圬物控制为防止燃油箱向大气排放燃油蒸汽而产生的污染，在发动机控制系统中普遍采用了由ECU控制的活性碳罐蒸发污物控制装置。图4-10为活性碳罐蒸发污物控制装置图。如图所示，油箱的燃油蒸汽通过单向阀进入活性碳罐上部，空气从碳罐下部清洗活性碳。在碳罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀，排放控制阀上部的真空度由碳罐控制电磁阀控制，而碳罐控制电磁阀受ECU控制。第十章汽油机排放控制系统及装置·59·图4-10活性碳罐蒸发圬物控制装置图发动机工作时，ECU根据发动机转速、温度、空气流量等信号，控制碳罐电磁阀的开闭来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放控制阀的开度。当排放控制阀打开时，燃油蒸汽通过排放控制阀被吸入进气歧管。福田服务站培训指南·60·10.6汽油机排气净化措施表4-1汽油机排气净化措施分类净化措施效果备注COHCNOx微粒前处理现用燃料处理：汽油无铅化下降气门磨损上升，适用于催化反应器应采用降NOx措施，存储不利代用燃料甲醇下降下降气体燃料下降下降上升低污染发动机设计（机内净化）燃烧系降低面容比S/V下降降低压缩区下降下降缩小激冷区下降下降加强涡流下降下降点火系点火系延迟点火提前角下降下降使Ne下降ge上升加强点火能量（高能点火）下降电子控制点火下降下降供给系自动恒温进气下降下降怠速CO下降，减速HC下降改进化油器下降下降改进配气相位下降汽油喷射下降下降Ne上升ge下降，结构复杂Ge下降，结构复杂按工况控制稀薄燃烧（层状给气）下降下降废气再循环（EGR）下降后处理二次空气喷射法下降下降消耗气泵功消耗燃料，不宜用氧化、还原或三元催化净化简单易行热反应器下降下降再次燃烧法下降下降催化反应器下降下降下降曲轴箱封闭系统下降防止汽油蒸发措施下降复习思考题1、氧传感器工作原理如何？2、EGR阀如何工作？在什么工况下不工作？