汽车发动机电控系统资源

4.1汽车排放的污染物4.2废气再循环控制系统（EGR）4.3三元催化转换器（TWC）4.4燃油挥发控制模块四排放控制系统4.1.1发动机排放的有害气体4.1.2排气净化的措施4.1.3发动机尾气成分异常分析4.1汽车排放的污染物1.一氧化碳（CO）排气中的CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃燃料不完全燃烧产生的，因此CO的排出量基本上受空燃比所支配，通常在空燃比过小时易产生2.碳氢化合物（HC）是发动机废气中未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，造成燃烧不充分。3.氮氧化合物（NOX）当气缸内的温度越高，燃烧后残留的氧气浓度越大，高温持续的时间越长，NOx越多4、二氧化碳（CO2）是发动机排放主要产物5、炭烟（PM）主要是柴油发动机燃烧不完全的产物，其内还有大量黑色的炭颗粒4.1.1发动机排放的有害气体1.机内净化技术机内净化技术是在发动机的工艺结构设计上入手，保证燃料能够在机内尽可能的燃烧完全。这种技术的研究，主要集中在：a．改变燃料的供给方式，采用燃油喷射系统。b．点火系统的电子化设计。2.机外净化措施发动机本身的改进，尚不能符合排放的规定时，就要附加净化处理装置。主要有：汽油蒸气挥发控制、废气再循环控制、二次空气供给、三元催化转换器和空燃比反馈控制等。3.能源替代技术主要是改变汽车所使用的能源，采用污染小或清洁的能源来替代燃油。如用煤气或天然气替代燃油的汽车，电动汽车，太阳能汽车等。4.1.2排气净化的措施1.尾气分析的主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、HC、CO2和氧（O2），还有空燃比（A/F）或过量空气系数（λ）。2.成分异常分析HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧CO的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。CO的含量过高，表明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。CO2是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高；当发动机混合气出现过浓或过稀时，CO2的含量都将降低。O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标，燃烧正常时，只有少量未燃烧的氧气通过汽缸，尾气中O2的含量应为1～2%。O2的读数小于1%，说明混合气过浓；O2的读数大于2%，表示混合气太稀。4.1.3发动机尾气成分异常分析4.2.1废气再循环系统的基本概念4.2.2废气再循环系统主要分类及控制方式1、EGR系统的分类（1）按是否有反馈信号分开环控制EGR系统闭环控制EGR系统（2）按工作方式分真空膜片式电子控制电磁式2、EGR控制系统的基本模式4.2废气再循环控制系统（EGR）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。4.2.1废气再循环系统的基本概念图4-1EGR控制系统的组成当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，ECU控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，ECU控制少部分废气参与再循环，而且，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的NOx最低。如右图，主要由EGR阀和EGR电磁阀等组成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电磁阀按装在通向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。2.开环控制EGR系统1、EGR电磁阀2、节气门3、EGR阀4、水温传感器5、曲轴位置传感器6、ECU7、起动信号3.闭环控制EGR系统闭环控制EGR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，控制原理如图，EGR率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。下一页用EGR阀开度反馈控制的EGR系统用EGR率反馈控制的EGR系统图4-3闭环控制EGR系统图4-5装有背压修正阀的电控EGR系统真空膜片式EGR系统主要有正背压废气再循环系统和负背压废气再循环系统。其主要通过电磁阀控制传送到EGR阀内部膜片上部控制管路中的真空度，再结合发动机在不同工况下的排气压力和进气岐管绝对压力（MAP）差值综合控制EGR阀的开关程度。真空膜片式EGR系统电子控制EGR除了可实现EGR率的精确控制外，还可实现比机械式EGR量值更大的EGR率控制。电子控制的EGR根据传感器测得的发动机转速、负荷、温度状态等工况信号，由ECU计算出符合当时工况的最佳的EGR率，并控制EGR执行器进行相应的操作。更为精确的EGR控制系统还对EGR率进行闭环控制，将实际的EGR率反馈给ECU，供ECU对输出的控制信号进行修正，以便实际的EGR率与控制目标更为逼近。电子控制式EGR系统2、EGR控制系统的基本模式⑴当发动机低速运转，水温低于60℃时，EGR阀关闭，不进行废气再循环，以防止发动机怠速不稳。为避免燃烧不稳定，发动机冷却水温超过100℃，EGR阀关闭，不进行废气再循环。⑵当发动机中速运转、中等负荷下工作时，ECU控制EGR阀开启，进行废气再循环⑶当发动机在大负荷工作时，空燃比（A/F）较小，NOx生成量不多，EGR阀减小甚至关闭，降低废气再循环，以保证发动机有足够的功率输出。4.3.1三元催化转换器（TWC）1.TWC功能2.TWC的构造3.工作过程4.3.2氧传感器与空燃比A/F反馈控制1、氧传感器的功用2、氧传感器的类型（1）氧化锆式（2）氧化钛式3、空燃比反馈控制4.3.3氧传感器的使用与检修注意事项4.3.4.TWC的使用与检测4.3.三元催化转换器（TWC）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转变为无害气体。1.TWC功能2.TWC的构造如上图，三元催化剂一般为铂（或钯）与铑的混物。影响因素影响最大的是混合气的浓度和排气温度。如上图只有在理论空燃比14.7附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送给ECU，用来对空燃比进行反馈控制。此外，发动机的排气温度过高（815℃以上），TWC转换效率将明显下降。工作过程：当含有HC和CO的废气在有氧的情况下通过转换器时,铂催化剂开始氧化，HC和CO与氧化生成水蒸气和CO2。此次氧化反应对NOx的减少无影响，要减少氮氧化合物(N0x)，需进行一次还原反应。在三元催化反应器中，用铑作催化剂,将N0x分解成氮、氧元素。污染物的高效转换是在大约250℃的工作温度下开始的3.工作过程及影响因素1.氧传感器功用来检测废气中的氧的浓度，以确定实际的空燃比比理论值大还是小，并把信号输送给ECU，ECU根据氧传感器反馈的此信号，对喷油量进行修正，使实际的空燃比A/F约为14.7，过量空气系数λ控制在0.98～1.02之间，故氧传感器也称为λ传感器。图4-11氧传感器的安装位置（1）氧化锆氧传感器扫4-10和4-11氧化锆氧传感器及其输出特性a）结构b）输出特性1—法兰2—铂电极3—氧化锆管4—铂电极5—加热器6—涂层7—废气8—套管9—大气下一页（1）氧化锆氧传感器结构如右图ａ，在400℃以上的高温时，若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在铂电极之间将会产生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低（接近0V），反之，如排气中几乎没有氧，内外侧的之间电压高（约为1V）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变。如右图ｂ氧化锆氧传感器及其输出特性a）结构b）输出特性1—法兰2—铂电极3—氧化锆管4—铂电极5—加热器6—涂层7—废气8—套管9—大气（2）氧化钛氧传感器结构如右图，主要由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等组成。当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用适当的电路对电阻变量进行处理，即转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际的空燃比。1—二氧化钛元件2—金属外壳3—陶瓷绝缘体4—接线端子5—陶瓷元件6—导线7—金属保护套下一页（3）氧氧化钛传感器控制电路氧化钛氧传感器的工作电路，如图所示。ECU2#端子将一个恒定的1V工作电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与ECU4#端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考电压时，ECU判定混合气过浓；当4#端子上的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的4#端子上的电压也是在0.1～0.9V之间不断变化3、空燃比反馈控制假定开始时混合气的实际空燃比偏浓，此时氧传感器输出高电平信号。ECU收到这一信号后，通过减小(开始骤降，然后缓降)反馈修正系数，使喷油持续时间缩短，喷油器的喷油量减少。由于喷油量减少，混合气很快变稀。当混合气浓度低于理论空燃比时，氧传感器输出低电位信号。ECU接收到这一信号后，又使反馈修正系数增大（开始快升，然后缓升)，结果使喷油持续时间延长，喷油器的喷油增加，致使混合气又很快变浓。如此反复循环，不断地对空燃比进行反馈控制，最终使混合气的实际空燃比在稳定在理论值附近。4.3.3氧传感器的使用与检修注意事项氧传感器使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换，新型的能保证行驶8～11万km。。更换时应清除排气管上安装螺纹孔内的沉积物，在安装时还需用专用的防粘剂，该防粘剂含有石墨和玻璃粉，石墨烧掉后留下玻璃粉在螺纹上易于拆卸。在维修保养的过程中，应避免在氧传感器附近使用橡胶润滑剂、皮带油或者含硅的喷剂。硅化合物会堆集在传感器通大气一侧，造成不正确电压信号，使电脑误以为是稀混合气信号，而将混合气调整过淡。使用含铅汽油则效果正相反，铅化合物堆集在传感器通废气一侧，使电脑误以为是浓混合气信号，而将混合气调整过稀。检测可用各类扫描仪器、数字电压表来测量氧传感器的信号电压信号随混合气浓度变化的情况，以及ECU对电压信号的反应。在检测时不要用模拟(指针)式电压表，因其内阻小，通过的检测电流足以烧坏传感器。不要使用电阻表，以防输入检测电流烧坏。不要短接二线式氧传感器两接柱，或将单线式的输出导线接地，以免造成损坏。使用注意事项⑴保持发动机良好的工作状态，即理想的空燃比和安全燃烧，避免安装前排气污染物浓度过大(CO≥8%、CH≥0.5%)。⑵禁止使用含铅汽油，会降低催化剂活性。⑶催化剂最适合的工作温度是400～800℃，不能超过1000℃，否则会促进催化剂过早老化，缩短使用寿命；⑷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；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。⑸行驶应注意避免撞击，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞；避免灌水、浸水,否则将会大幅度降低催化器的净化效果。⑹尽量将热车状态的三元催化转换器远离易燃物，以免引起火灾。三元催化转化器的检修⑴技术状况检查⑵功能检查⑶典型的颗粒式催化转化器的维修方法4.4燃油挥发控制4.4.1EVAP控制系统功能4.4.2EVAP控制系统的组成与工作原理收集汽油箱和浮子室内蒸气的汽油蒸气，并将汽油蒸气导入气缸参加燃烧，从而防止气油蒸气直接排出大气而防止造成污染。同