发动机电控系统结构原理与检修项目一：汽车发动机电控系统诊断与维修1.5.6

任务1

任务2

任务3

任务4

任务5

任务6

三元催化净化器检修废气排放控制系统的认知蒸发控制系统检修废气再循环控制系统检修二次空气喷射系统检修尾气分析与分析仪使用情境描述一辆2016年款一汽大众迈腾B7轿车，装备CEA汽油电控发动机，因年检时尾气排放不合格报修。需要再次检测尾气成分，以便进一步维修。你的主管把这个检修任务分配给你，你能完成吗？情境提示我国的燃油质量普遍较差，容易导致电子控制部分如节气门积碳、三元催化堵塞等故障，其他排放控制系统故障也会导致汽车发动机故障指示灯点亮。汽车出现该故障，肯定会产生故障代码。作为维修技师应学会根据故障代码对相应的尾气排放控制系统进行检修。作为维修技师，必须熟悉尾气排放控制有关的各个系统，才能进行系统的诊断。情境导入技能目标1.能够使用尾气分析仪、并对汽车尾气进行分析。学习目标知识目标1.能描述我国尾气的排放标准与检测；2.能描述汽车尾气分析仪的使用。基本知识随着汽车尾气污染的日益严重，汽车尾气排放立法势在必行，世界各国早在六、七十年代就对汽车尾气排放建立了相应的法规制度，通过严格的法规推动了汽车排放控制技术的进步，而随着汽车排放控制技术的不断提高，又使更高标准的制订成为可能。汽车排放是指从废气中排出的CO(一氧化碳)、HC+NOx(碳氢化合物和氮氧化物)、PM(微粒，碳烟)等有害气体。它们都是发动机在燃烧作功过程中产生的有害气体。这些有害气体产生的原因各异，CO是燃油氧化不完全的中间产物，当氧气不充足时会产生CO，混合气浓度大及混合气不均匀都会使排气中的CO增加。HC是燃料中未燃烧的物质，由于混合气不均匀、燃烧室壁冷等原因造成部分燃油未来得及燃烧就被排放出去。NOx是燃料(汽油)在燃烧过程中产生的一种物质。PM也是燃油燃烧时缺氧产生的一种物质，其中以柴油机最明显。因为柴油机采用压燃方式，柴油在高温高压下裂解更容易产生大量肉眼看得见的碳烟。1.我国汽车尾气排放的标准与检测（1）我国尾气排放标准概述基本知识为了抑制这些有害气体的产生，促使汽车生产厂家改进产品以降低这些有害气体的产生源头，欧洲和美国都制定了相关的汽车排放标准。其中欧洲标准是我国借鉴的汽车排放标准，国产新车都会标明发动机废气排放达到的欧洲标准。欧洲标准是由欧洲经济委员会(ECE)的排放法规和欧共体(EEC)的排放指令共同加以实现的，欧共体(EEC)即是欧盟(EU)。排放法规由ECE参与国自愿认可，排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规(指令)标准1992年前已实施若干阶段，欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ(欧Ⅰ型式认证排放限值)、1996年起开始实施欧Ⅱ(欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值)、2000年起开始实施欧Ⅲ(欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值)、2005年起开始实施欧Ⅳ(欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值)。汽车排放的国标与欧标不一样。国标是根据我国具体情况制定的国家标准。欧标是欧共体国家成员通行的标准。欧标略高于国标。基本知识自2001年，我国参照欧洲排放标准出台了中国第一阶段排放标准，接下来就是国二、国三、国四、国五排放标准。目前，在我国国内汽车尾气的排放标准是国V标准，国五的排放标准是2017年1月1日正式实施的，国六标准也于2020年实施。国四汽车尾气排放标准，指的是国家第四阶段机动车污染物排放标准，汽车排放污染物主要有碳氢化合物、氮氧合物、一氧化碳、微粒等。通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，控制和减少汽车排放污染物到规定数值以下的标准。国五汽车尾气排放标准，相当于欧盟的欧五标准。欧盟从2009年起开始执行，其对碳氢化合物、氮氧合物、一氧化碳和悬浮粒子等机动车排放物的限制更为严苛。从国一到国五，每提高一次标准，单车污染物减少30%到50%。国六排放标准相比国五排放标准在测试标准以及污染物排放方面更加严苛，测试循环由NEDC更改为WLTC标准，增加实际道路行驶排放测试，污染物限值更严苛，国六相比国五加严了40%到50%左右，CO和HC限值相比国五加严三分之一。基本知识目前，我国在用汽车排放污染物检测方法可分为怠速法及双怠速法、稳态工况法、瞬态工况法、简易瞬态工况法。按《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法（双怠速法及简易工况法）》（GB18285-2005）的规定，自该标准实施之日起全国点燃式发动机在用汽车排放监控，采用本标准规定的双怠速法排气污染物限值及测量方法；在机动车保有量大、污染物严重的地区，也可采用稳态工况法、瞬态工况法和简易瞬态工况法三种简易工况法中的一种方法作为在用汽车排气污染物检测方法。采用简易工况法的地区应制定地方排气污染物排放限值。（2）点燃式发动机尾气检测方法基本知识怠速法是让汽车静止不动，发动机处于怠速工况，不带负荷，即关闭空调和和动力转向泵等，然后将排气采样管插入汽车排气管尾端，按照规范对汽车排气中的CO和HC浓度进行检测的方法。怠速检测的特点：只能反应发动机怠速状态下空负荷排放情况，这时发动机为贫氧偏浓燃烧，主要产生CO和HC，产生少量或不产生NOx。怠速检测操作方便快捷，检测仪器价格和使用成本偏低。怠速时排放的CO和HC化合物浓度虽高，但汽车怠速运行时间占总运行时间的比例却不大，检测结果缺乏全面性，为了提高测量精度，我国已经开始采用双怠速法进行排放测量。怠速法的测量条件：测量时，首先使汽车处于怠速工况。怠速工况是指发动机无负载运转状态，及离合器处于结合位置（对于自动变速器的车应处于“N”或“P”挡），加速踏板处于完全松开位置，然后等发动机达到规定的热状态后，再按照制造厂规定的调整方法将发动机转速调至规定怠速转速和点火正时。在确定排气系统无泄漏的情况下，用排气分析仪进行测量。怠速法的测试程序：

a.发动机由怠速升到0.7倍的额定转速，维持60S再降至怠速状态；b.发动机在怠速状态下维持15s后开始读数，读取30S内的最低值及最高值，其平均值即为测量结果。c.若为多排气管时取各排气管测量结果的算术平均值1）怠速工况法基本知识双怠速法是指在怠速工况下和高怠速工况下测试汽车的排放浓度，高怠速工况是指满足怠速条件下，用加速踏板将发动机转速稳定在50%的额定转速或制造厂技术文件中规定的高怠速转速时的工况。轻型汽车的高怠速转速规定为（2500±100）r/min，重型汽车的的高怠速转速规定为（1800±100）r/min。如有特殊规定的按照制造厂技术文件规定的高怠速转速。双怠速法测量程序：a.应保证被测车辆处于制造厂规定的正常状态，发动机进气系统应装有空气滤清器，排气系统应装有排气消声器，并不得有泄露。b.应在发动机上安装转速计，点火正时仪，冷却液和润滑油测温计等测量仪器。测量时发动机冷却液和润滑油温度应不低于80℃，或者达到汽车使用说明书规定的热车状态。c.发动机从怠速状态加速至70%额定转速，运转30s后进入高怠速状态。将取样探头插入排气管中，深度不得少于400mm，并固定在排气管上，维持15s后，由具有平均功能的仪器读取30s内的平均值，或者人工读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为高怠速污染物的测结果。对于使用闭环控制的电子燃油喷射系统和三元催化技术的汽车，还应同时读取过量空气系数λ的数值。d.若为多排气管时，取各排气管测量结果的算术平均值作为测量结果。e.若车辆排气管长度小于测量深度时，应使用排气加长管2）双怠速法基本知识即将车辆置于底盘测功机上，车辆按规定车速在底盘测功机上“行驶”。驱动轮带动滚筒转动，滚筒并非处于自身无阻力可旋转状态，底盘测功机会按照检测标准事先设定向滚筒、最终向驱动轮施加一定的负荷，来模拟汽车道路行驶阻力。车辆按一定的速度、克服一定的阻力，走完试验工况，同时测量尾气中污染物含量。由于在用车的有载荷检测法与新车试验的完全工况法相比，设备、仪器做了简化，试验时间也缩短很多，故称为“简易工况法”。3）简易工况：基本知识简易稳态工况法是美国加州汽车维修管理局（简称Bar）提出的一种更为简单的工况法，该方法主要是稳定的匀速过程，加载保持固定值。有两个等速工况段：一是ASM5025工况，车速为25公里/小时。按车辆加速度为1.47米/秒平方时负荷的50%作为设定功率对车辆进行加载。二是ASM2540工况，车速为40公里/小时。按车辆加速度为1.47米/秒平方时负荷的25%作为设定功率对车辆进行加载。注意：对于可使用两种燃料的车辆，要求使用两种燃料分别进行稳态工况法排放检测，使用两种燃料的检测结果都应合格，最终结果取两次测试值中较差的一次。4）汽油车简易稳态工况法（ASM）基本知识稳态工况法有两个等速工况段：一是ASM5025工况，车速为25公里/小时，按车辆加速度为1.47m/s2时负荷的50％对该工况进行加载，故称为ASM5025工况；二是ASM2540工况，车速为40公里/小时，按车辆加速度为1.47m/s2时负荷的25％对该工况进行加载，故称为ASM2540工况，如图6-6-2所示。图6-6-2稳态工况法实验运转循环基本知识ASM5025工况测试程序：a.启动：经预热后的车辆加速至25.0km/h，测功机以车辆速度为25.0km/h、加速度为1.475m/s2时的输出功率的50%作为设定功率对车辆加载，工况计时器开始计时（t=0s）。车辆25.0km/h±1.5km/h的速度持续运转5s，如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开始后持续3s超出所规定误差范围，工况计时器将重新开始计时（t=0）。如果再次出现该情况，检测将被停止。b.10s快速检查工况:系统开始预置10s之后开始快速检查工况，计时器为t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算10s内的排放平均值。运行10s（t=25s）ASM5025快速检查工况结束。快速检查工况的10s内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的50％，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至90s工况。c.90s检查工况:车辆运行至90s（t=90s）ASM5025工况结束。测功机在车速25.0km/h±1.5km/h的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。扭矩允许误差为该工况设定扭矩的±5%。在测量过程中，任意连续10s内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于±0.5km/h，测试结果有效。如果所有检测污染物连续10秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为ASM5025工况合格，继续进行ASM2540检测；如任何一种污染物连续10秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。在检测过程中如任意连续10s内的任何一种污染物10次排放值经修正后均高于限值的500％，则测试不合格，检测结束。基本知识a.启动：车辆从25km/h直接加速至40km/h，测功机根据测试工况要求加载，工况计时始计时（t=0s），车辆保持40km/h±1.5km/h持续运转5s，如果底盘测功机模拟的惯量值在计时开始后持续3s超出所规定误差范围，工况计时器将重新开始计时（t=0）。如果再次出现该情况，检测将被停止。系统将根据分析仪最长响应时间进行预制，（如果分析仪响应时间为10s，则预时间为10s，t=15）然后系统开始取样。b.10s快速检查工况:系统开始预置10s之后开始快速检查工况，计时器t=15s时分析仪器开始测量，每秒钟测量一次，并根据稀释修正系数及湿度修正系数计算10s内的排放平均值。运行10s（t=25s）ASM2540快速检查工况结束。快速检查工况的10s内的排放平均值经修正后如果等于或低于限值的50％，则测试合格，检测结束；否则应继续进行至90s工况。c.90s检查工况:车辆运行至90s（t=90s）ASM2540工况结束。测功机在车速40.0km/h±1.5km/h的允许误差范围内，加载扭矩应随车速的变化做相应的调整，保证加载功率不随车速改变。扭矩允许误差为该工况设定扭矩的±5%。在测量过程中，任意连续10s内第一秒至第十秒的车速变化相对于第一秒小于±0.5km/h，测试结果有效。如果所有检测污染物连续10秒的平均值均低于或等于限值，则该车应判定为合格。如任何一种污染物连续10秒的平均值超过限值，则测试不合格，检测结束。在检测过程中如任意连续10s内的任何一种污染物10次排放值经修正后如高于限值的500％，则测试不合格，检测结束。ASM2540工况测试程序：基本知识尾气分析不仅是当前检测排放污染物治理效果的基本途径，而且还是对发动机工作状况及性能判定的重要手段。尾气分析是在发动机不同工作状况下，通过检测废气中不同成分气体的含量来判断发动机各系统故障的方法，其目的是对发动机的燃烧状况进行综合评价。主要分析内容有混合气空燃比、点火正时及催化转化器效率等。主要分析的参数有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、二氧化碳（CO2）和氧（O2）等的含量，还有空燃比（A/F）或过量空气系数λ等。对于这些参数进行分析需要使用四/五气分析仪。2.汽车尾气分析基本知识通过对汽车尾气中的HC、CO、CO2和O2成因的深入了解，可以帮助人们熟练使用尾气分析仪进行辅助诊断，上述4种气体的成因如下。a.尾气中CO2可以反映出燃烧的效率。当发动机中的混合气充分燃烧时，CO2将达到峰值，不管是否装有三元催化转换器，CO2峰值均为13.8%~14.8%。在点火失灵或发动机故障被排除之后，通过CO2便可以检测出混合气燃烧的好坏。当混合气变浓或变稀时，CO2均会降低。b.O2是反映空燃比的最好指标。燃烧正常时，排气中应含有1%~2%的O2。燃油滤清器滤芯太脏、燃油压力低、喷油器堵塞、真空泄漏以及EGR阀泄漏等，都可能导致混合气过稀。如果混合气过浓，O2的读数就低，CO的读数就高；反之，混合气稀，O2的读数就高，CO的读数就低。若混合气偏向失火点，O2的读数就会上升的很快，同时，CO值低，HC值高，而且不稳定。（1）尾气主要组分的成因基本知识c.HC的读数高则说明燃油没有充分燃烧。尾气中的HC主要由燃烧室内壁的激冷而形成。气缸压力不足、发动机温度过低、油箱中的燃油蒸发、混合气由燃烧室向曲轴箱泄漏、混合气过浓或过稀、点火正时不对、间歇性失火、冷却液温度传感器不良、喷油器泄漏或堵塞以及油压过高或过低等因素都将导致HC读数过高。d.CO是因为燃烧不完全引起的。混合气过浓将产生大量的CO，混合气过稀引起失火，将生成过多HC。高的CO值表示燃油系统发生了故障。如混合气不洁净、活塞环胶结阻塞、燃油供应太多、空气太少以及点火太迟等。如果电喷发动机的CO过高，很可能是喷油器漏油、燃油压力过高或电控系统产生了故障。e.过量空气系数可以直观地告诉人们空燃比的情况，过量空气系数为0.97%~1.04%,可以看成是理想的匹配。大于该值，说明空燃比过大，混合气过稀；小于该值，则为空燃比过小，混合气过浓。一辆车况良好的电喷车，在主要的尾气排放组分中，HC大约为55×10-6以下，CO低于0.5%，O2为1.0%~2.0%，CO213.8%~14.8%。汽车尾气测试值与系统故障的判断分析如表6-1-3所列。（2）尾气基本项目分析基本知识下面举例说明燃油修正的工作过程：假定一汽车在恒定负荷下以稳定车速行驶，发动机完全暖机并且系统处于闭环模式，其他输入信号也保持恒定，CPU查找到基本燃油计算值是5.46ms的脉宽。CPU向喷油器发出5.46ms的指令。燃油混合气以最终空燃比在燃烧室燃烧后，废气到达氧传感器，氧传感器向CPU发回报告，表示混合气“稍微偏浓”。CPU对此作出反应，在随机存储器芯片内记录-3﹪的短期燃油修正值。CPU下一次开启喷油器时，仍然看到基本值是5.46ms，但现在被STFT减去3﹪（0.16ms）。因此，下一次喷油脉宽是5.30ms。当然，现在氧传感器看到混合气稍微偏稀并通知CPU，CPU可能会存储＋3﹪的短期修正值。下一次喷油时，CPU就使用基本值5.46ms并加上3﹪（0.16ms），总的脉冲宽度是5.62ms。最终结果就是系统在闭环模式下工作时，喷油脉宽在5.30～5.62ms之间变化，使用故障诊断仪观察，氧传感器值也上下跃变，保持平均值为450mV左右。此时，可在示波器上看到喷油脉宽的变化，这表明系统在闭环模式下工作。当进气系统中有空气泄漏时，现在CPU注意到氧传感器平均值不在是450mV左右，而只有300mV。CPU在长期燃油修正值中存储5﹪的数值。下一次CPU计算喷油脉宽时，基本喷油量仍为5.46ms，并且仍然继续使用短期燃油修正值，但现在还要使用长期燃油修正值来修正总的喷油脉宽，基本喷油量要加上基本值的5﹪（0.27ms）。结果在闭环工作时，喷油脉宽不再5.30～5.62ms之间变化，而是在5.57～5.89ms之间变化，最后尽管有空气泄漏，还是继续获得了理论空燃比。1.燃油修正的工作过程基本知识大众车系中，维修人员习惯上将短期燃油修正值称为调节值，其正常修正范围为-10%--10%。,修正限值为±25%；将长期燃油修正值称为学习值。怠速时长期燃油修正值的正常范围为-4%--4%，部分负荷时长期燃油修正值的正常范围为-8%--8%，修正限值为±20%。修正值为正值，表示加浓修正：即如果不修正，当前混合气偏稀，过最空气系数大于1；修正值为负值，表示稀释修正：即如果不修正，当前混合气偏浓，过量空气系数小于1。若长期燃油修正值超出正常范围一定时间，发动机控制单元会存储故障代码"17535----混合气自适应空气系统太浓”或"17536----混合气自适应空气系统太稀”。与混合气有关的测最值放在发动机数据流的30组--49组。其中31组1区是过量空气系数的实际值，2区是过量空气系数的目标值；32组1区是怠速时长期燃油修正值，2区是部分负荷时长期燃油修正值；33组1区是短期燃油修正值。2区是G39输出信号电压。帕萨特领驭车安装的是宽频型氧传感器，当氧传感器输出信号电压为1.5V时，过量空气系数为1；电压大于1.5V时，过量空气系数大于1混合气过稀：电压小于1.5V时，过量空气系数小于1，混合气过浓。基本知识如果发动机状况恶化，动力控制模块试图在燃油修正程序内进行响应，只是不能进行足够的调整，也就是说燃油修正值已达到了临界点。在这种情况下，PCM就不能再维持理论空燃比，排放会增加，动力性和燃油经济性也会受到影响。当燃油修正值过大时，说明系统内出现一定的问题。正的燃油修正值过大，混合气稀，可能的原因有：燃油系统压力过低，空气未经流量计计量而泄漏到进气系统，空气泄漏到氧传感器上游的排气系统，节气门体/轴磨损，喷油器堵塞或喷油雾化不良，燃油泵工作不良，燃油中有水，二次空气系统故障等。负的燃油修正值过大，混合气浓，可能的原因有：曲轴箱内的燃油污染，活性碳罐电磁阀常开，EGR流量率过大，燃油压力调节器泄漏，燃油系统压力过高，喷油器滴漏