排放控制系统认识与检修概述

项目五：排放控制系统认识与检修排放控制系统认识与检修概述第1页一、项目要求1、掌握曲轴箱强制通风系统、汽油蒸汽排放系统、废气再循环系统、三元催化转换器和空燃比反馈控制系统、二次空气供给系统机构组成和工作原理。2、能正确快速识别汽油发动机排放控制各系统基本组成部件；能正确对汽油发动机排放控制各系统进行检修，并能对常见故障进行排除。排放控制系统认识与检修概述第2页二、相关知识汽车排放污染起源：发动机排出废气（约占65％以上）曲轴箱窜气（约占20％）燃料供给系统中蒸发燃油蒸汽（约占10％～20％）汽油机主要污染物：一氧化碳CO、碳氢化合物HC、氮氧化合物NOX排放控制系统认识与检修概述第3页（一）曲轴箱强制通风PCV系统1、功用：处理窜缸混合气对机油及曲轴箱损环问题。排放控制系统认识与检修概述第4页在曲轴箱和进气歧管间安装一根管子和一个强制通风阀（PCV阀）。利用歧管真空度将窜气吸入进气管燃烧，经过PCV阀改变进入气缸重新燃烧窜缸混合气量。曲轴箱排气通风控制系统视频排放控制系统认识与检修概述第5页（二）汽油蒸汽排放控制系统功用：

搜集汽油箱内蒸发汽油蒸汽，并将汽油蒸汽导入气缸参加燃烧，预防汽油蒸汽直接排入大气而造成污染。同时，还必须依据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧汽油蒸汽量。排放控制系统认识与检修概述第6页为了控制燃油箱逸出燃油蒸汽，电控发动机普遍采取了碳罐，油箱中燃油蒸汽在发动机不运转时被碳罐中活性碳所吸附，当发动机运转时，依靠进气管中真空度将燃油蒸汽吸入发动机中。电子控制单元依据发动机工况经过电磁阀控制真空度通或断到达燃油蒸汽控制。采取燃油蒸汽控制可降低大气中HC和节约燃料排放控制系统认识与检修概述第7页机械式EVAP控制系统机构组成排放控制系统认识与检修概述第8页电控EVAP控制系统机构组成控制方式：1、ECU→电磁阀→真空→真空控制阀→进气歧管吸入燃油蒸汽排放控制系统认识与检修概述第9页排放控制系统认识与检修概述第10页工作原理发动机工作时，ECU依据发动机转速、温度、空气流量等信号，控制炭罐电磁阀开闭来控制真空控制阀上部真空度，从而控制真空控制阀开度。当真空控制阀打开时，燃油蒸汽经过真空控制阀被吸入进气歧管。发动机怠速或温度较低时，ECU使电磁阀断电，关闭吸气通道，活性炭罐内燃油蒸汽不能被吸入进气歧管。排放控制系统认识与检修概述第11页在部分电控EVAP控制系统中，活性碳罐上不设真空控制阀，而将受ECU控制电磁阀直接装在活性碳罐与进气管之间吸气管中。比如：韩国当代轿车EVAP系统，大众控制方式：ECU→清污电磁阀→进气歧管吸入燃油蒸汽

燃油蒸气控制系统视频炭罐视频排放控制系统认识与检修概述第12页检修（1）普通维护经常检验管路是否漏气，滤芯是否堵塞（2）检验活性炭罐

按图示方法吹入压缩空气（294kPa）后，压缩空气应能从图中箭头所表示方向流出。排放控制系统认识与检修概述第13页（3）检验真空控制阀从活性炭罐上拆下真空控制阀，用手动真空泵由真空管接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通畅，不施加真空度时，吹入空气则不通。排放控制系统认识与检修概述第14页（4）检验电磁阀

发动机不工作时，拆开电磁阀进气管一侧软管，用手动真空泵由软管接头给电磁阀施加一定真空度，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。拆开电磁阀线束连接器，测量电磁阀两端子间电阻应为36-44Ω。排放控制系统认识与检修概述第15页（三）废气再循环EGR系统NOX是空气中氮气与氧气在高温、高压条件下形成，发动机排出NOX量主要与气缸内最高温度相关，气缸内最高温度越高，排出NOX量越多。1、功用：

将适量废气重新引入气缸内参加燃烧，从而降低气缸内最高温度，以降低NOX排放量。排放控制系统认识与检修概述第16页因为废气再循环也会使发动机功率降低，使发动机在怠速、低速等工况下运转不稳定，所以需由ECU依据发动机工况控制废气再循环系统工作。排放控制系统认识与检修概述第17页由负荷控制EGR系统由水温和负荷控制EGR系统不采取ECU控制开环EGR系统2、开环控制EGR系统排放控制系统认识与检修概述第18页ECU控制开环控制EGR系统组成：EGR阀、EGR电磁阀等ECU依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EGR电磁阀通电或断电。排放控制系统认识与检修概述第19页工作原理：发动机工作时，ECU依据冷却液温度、节气门开度、转速、起动等信号控制EGR电磁阀搭铁电路来控制EGR电磁阀开度，从而控制进入EGR阀真空度，即控制EGR阀开度，改变参加再循环废气量。控制方式：ECU→EGR电磁阀→真空→EGR阀→部分废气进入进气歧管排放控制系统认识与检修概述第20页ECU控制开环控制EGR系统工作过程排放控制系统认识与检修概述第21页不进行废气再循环工况有：●起开工况。●怠速工况。●暖机工况。●转速低于900r/min或高于3200r/min。

EGR率指废气再循环量在进入气缸内气体中所占比率，即：●

EGR率=[EGR量/（进气量+EGR量）]×100%排放控制系统认识与检修概述第22页有些发动机中，EGR电磁阀采取占空比控制电磁阀开度，调整作用在EGR阀上真空度，控制EGR阀开度，以实现对废气再循环量控制。

在开环控制EGR系统中，ECU依据各传感器信号确定发动机工况，并按其内存EGR率与转速、负荷对应关系进行控制，而对其控制结果不进行检测。排放控制系统认识与检修概述第23页3、闭环控制EGR系统

在闭环控制EGR系统中，检测实际EGR阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。（1）用EGR阀开度作为反馈信号闭环控制EGR系统：

EGR阀开度传感器：向ECU反馈电磁阀开度信号。ECU依据此信号修正电磁阀开度，使EGR率保持在最正确值。其结构为电计式。排放控制系统认识与检修概述第24页用EGR阀开度反馈控制EGR系统排放控制系统认识与检修概述第25页（2）用EGR率作为反馈信号闭环控制EGR系统：

EGR率传感器：安装在进气总管中稳压箱上，新鲜空气进入稳压箱，参加再循环废气经EGR电磁阀也进入稳压箱。传感器检测稳压箱内气体中氧浓度并转换成电信号输送给ECU，ECU依据此信号修正电磁阀开度，使EGR率保持在最正确值。排放控制系统认识与检修概述第26页用EGR率反馈控制EGR系统废气再循环控制系统视频排放控制系统认识与检修概述第27页4、EGR控制系统检修（1）普通检验怠速时，拆下EGR阀上真空软管，发动机转速应无改变，用手触试真空管口应无吸力；转速达2500r/min以上，一样拆下此真空软管，发动机转速应显著升高（中止了废气再循环）。排放控制系统认识与检修概述第28页（2）检验EGR电磁阀测量电阻值，应为33～39Ω。不通电时，从通进气管侧接头吹入空气应通畅，从通大气滤网处吹入空气应不通。通电时，与上述刚好相反。排放控制系统认识与检修概述第29页（3）检验EGR阀用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15kPa真空度时，EGR阀应能开启；不施加真空度时，EGR阀应完全关闭。排放控制系统认识与检修概述第30页（四）三元催化转换器TWC与空燃比反馈控制系统1、三元催化转换器TWC：三元催化转换器也称为触媒转换器，简称触媒。（1）功用：

利用转换器中三元催化剂，将发动机排出废气中有害气体CO、HC和NOX转变为无害气体。排放控制系统认识与检修概述第31页（2）结构：

三元催化转换器安装在排气消声器前面，由三元催化转换芯子和外壳等组成。大多数三元催化转换芯子以蜂窝状陶瓷作为承载催化剂载体，在陶瓷载体上浸渍铂（或钯）和铑混合物作为催化剂。排放控制系统认识与检修概述第32页（3）工作情况：

在正常情况下，废气中HC、CO、NOx及O2在一起加热到500℃也不会产生化学反应，假如让这些气体经过上述催化剂后，就会转化为无害CO2、H2O和N2。汽车上假如使用含铅汽油，催化剂表面就会因铅覆盖而失效。排放控制系统认识与检修概述第33页影响TWC转换效率原因影响最大是混合气浓度和排气温度。只有在标准混合气附近，对废气中有害气体CO、HC和NOX转换效率才最正确。排放控制系统认识与检修概述第34页在装用TWC汽车，普通装用氧传感器检测废气中氧浓度，并将此信号送给ECU后，对空燃比进行反馈闭环控制。装用TWC后，发动机排气温度须在300℃～815℃之间。低于300℃，氧传感器将不能产生正确信号，所以部分氧传感器内有加热线圈；高于815℃，TWC转换效率下降。排放控制系统认识与检修概述第35页2、氧传感器OxygenSensor

(O2S)（1）功用：用来检测排气中氧含量，以确定实际空燃比是比理论空燃比浓还是稀，而且向ECU反馈对应电压信号，ECU依据氧传感器反馈空燃比浓稀信号来控制喷油量降低或增加。排气中氧含量越多，空燃比越大。【分类】氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种。【别名】λ传感器排放控制系统认识与检修概述第36页（2）氧化锆式氧传感器●

结构：如图所表示；排放控制系统认识与检修概述第37页工作原理当温度较高时，若陶瓷体内（大气）与陶瓷体外（废气）两侧含氧量不一样时，氧气发生电离产生氧离子，氧离子从大气侧向废气侧扩散，在锆管两铂电极间产生电压。排放控制系统认识与检修概述第38页混合气稀时，排气中氧含量高，锆管内外两侧氧浓度差小，氧离子扩散量少，信号电压低；混合气浓时，排气中氧含量低，锆管内外两侧氧浓度差大，氧离子扩散量多，信号电压高。信号电压范围：0.1-0.9VECU收到小于0.45V信号电压，确认混合气稀；收到大于0.45V信号电压，确认混合气浓。氧传感器工作过程排放控制系统认识与检修概述第39页因为氧化锆只有在400℃以上温度时才会工作,所认为了确保发动机在进气量小,排气温度低时候也能正常工作,一些传感器还加装了对氧化锆进行加热加热器,此加热器受ECU控制,称为加热型氧传感器。氧传感器视频排放控制系统认识与检修概述第40页（3）氧化钛式氧传感器●

结构：如图所表示；二氧化钛元件金属外壳陶瓷绝缘体接线端子陶瓷元件导线金属保护套排放控制系统认识与检修概述第41页工作原理

这是一个电阻型气敏传感器。利用化学反应强、对氧气敏感、易于还原半导体材料氧化钛与氧气接触时发生氧化还原反应，从而造成电阻值改变原理工作。当废气中氧浓度高时，二氧化钛电阻值增大；反之，废气中氧浓度低时，二氧化钛电阻值减小。利用适当电路对电阻变量进行处理，即可转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际空燃比。排放控制系统认识与检修概述第42页废气中氧浓度高时，二氧化钛电阻值增大；废气中氧浓度较低时二氧化钛电阻值减小。排放控制系统认识与检修概述第43页（4）氧传感器电路两个热型氧传感器两个普通型氧传感器日本丰田LS400轿车氧传感器控制电路。排放控制系统认识与检修概述第44页氧传感器外部接线：单线：信号线、外壳接地；双线：信号线、接地线；三线：电源、加热、信号（外壳接地）；四线：电源、加热、信号、接地；排放控制系统认识与检修概述第45页3、开环与闭环控制（1）区分：

二者区分在于是否用反馈信号监控空燃比，即使用氧传感器监控空燃比。（2）闭环控制：排放控制系统认识与检修概述第46页EFI系统闭环控制过程改变短改变长喷油器加长

缩短

决定基本喷射时间判定为空燃比稀判定为空燃比浓ECU浓稀电动势大电动势小氧浓度增加

氧浓度降低O2S发动机进气排气压缩膨胀闭环控制过程视频排放控制系统认识与检修概述第47页在带氧传感器EFI系统中，并不是全部工况都进行闭环控制。以下工况不使用闭环控制：●怠速运转时；●节气门全开大负荷时；●减速断油时；●起动时；●发动机冷却液温度低时或氧传感器温度未到达工作温度400℃时●氧传感器失效时；排放控制系统认识与检修概述第48页4、检修使用注意事项禁用含铅汽油，预防催化剂失效；三元催化转换器固定不牢或汽车在不平路面上行驶时颠簸，轻易造成转换器中催化剂截体损坏；装用蜂巢型转换器汽车，普通汽车每行驶80000km应更换转换器心体。装用颗粒型转换器汽车，其颗粒形催化剂重量低于要求值时，应全部更换。排放控制系统认识与检修概述第49页（1）检验加热型氧传感器加热器：测量其加热器线圈电阻。如：凌志LS400轿车氧传感器加热器线圈，在20℃时电阻为5.1～6.3Ω。（2）检验氧传感器信号：

连接好氧传感器线束连接器，使发动机以较高转速运转，直到氧传感器温度到达400℃以上时再怠速运转。重复踩加速踏板，并测量传感器输出信号电压，加速时输出高电压信号（0.75-0.9V），减速时输出低电压信号（0.1-0.4V）。排放控制系统认识与检修概述第50页（五）二次空气供给系统1、功用：

在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中CO、HC深入氧化，从而降低CO、HC排放量。排放控制系统认识与检修概述第51页2、组成：排放控制系统认识与检修概述第52页3、工作原理

ECU控制VSV阀搭铁回路。当VSV阀不通电时，关闭通向AS阀真空通道，AS阀膜片在弹簧作用下下移，关闭二次空气供给通道，系统不工作。当ECU给VSV阀通电时，VSV阀开启AS阀真空通道，进气管真空度将膜片吸起，二次空气进入排气管。控制方式：ECU→二次空气电磁控制阀VSV→真空→二次空气控制阀→新鲜空气排放控制系统认识与检修概述第53页二次空气供给系统不工作条件：以下情况ECU不给二次空气电磁阀通电：●电控燃油喷射系统进入闭环控制●冷却液温度超出要求范围●发动机转速和负荷超出要求值●

ECU发觉有故障排放控制系统认识与检修概述第54页4、检修（1）检验AS阀（二次空气控制阀）：

拆下AS阀，从空滤器侧软管接头吹入空气应不漏气；用手动真空泵从真空管接头施加20kPa真空度，从空滤器侧软管接头吹入空气应通畅，从排气管接头吹入空气应不漏气。排放控制系统认识与检修概述第55页（2）检验VSV阀（二次空气电磁阀）：测量电磁阀电阻值，普通为36-44Ω。拆开VSV阀上软管，电磁阀不通电时，从进气管侧接头吹入空气应不通，从通大气滤网处吹入空气应通畅。当给电磁阀接通蓄电池电压时，吹气通畅情况与上述相反。排放控制系统认识与检修概述第56页（3）整体检验：

从空滤器上拆下二次空气供给软管，用手指盖住软管口检验：发动机温度在18-63℃范围内怠速运转时，有真空吸力；发动机温度在63℃以上，起动后70s内应有真空吸力，起动70s后应无真空吸力；发动机转速从4000r/min急减速时，应有真空吸力。排放控制系统认识与检修概述第57页三、项目实施书中相关内容排放控制系统认识与检修概述第58页四、拓展知识柴油发动机最新排放控制技术柴油发动机污染物质：微粒排放物质、氮氧化物（NOx）和硫微粒排放物质（烟灰）大部分是由碳或碳化物微小颗粒（尺寸小于1

m）所组成柴油发动机中所排放出烟灰为致癌物质排放控制系统认识与检修概述第59页柴油机机内净化技术1）EGR：降低NOx。2）电控高压喷射技术，如共轨、泵喷嘴降低PM、NOx

上述办法能够满足欧3排放要求。但上述机内净化技术不足以满足欧4、欧5排放法规要求排放控制系统认识与检修概述第60页柴油机后处理技术1）降PM技术(满足欧4要求)：DOC氧化催化转换器；DPF微粒捕集器；C-DPF(C代表过滤器内表面涂层,其中