第七章排放控制系统.docx
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第七章排放控制系统
第七章排放控制系统
课程名称
发动机电控技术
总学时：
6学时
讲课：
4学时
实习：
2学时
课程性质
理实一体化课
任课教师
潘俊真
职称
助教
授课对象
专业年班级
教学目的和
要求
熟悉曲轴箱强制通风系统的功用、结构与工作原理
熟悉燃油蒸发控制系统的功用、结构与工作原理
了解二次空气喷射系统的功用、结构与工作原理
熟悉废气再循环控制系统的功用、结构与工作原理
教学重点和
难点
掌握在控制排放方面使用哪些电子控制技术
掌握废气再循环控制系统的功用、结构与工作原理
教学进程
第次课
第1次课
授课章节
排放控制系统
学时
2
备注
教案（章节备课）
学时
排放控制系统
教
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废气产生的原因：
理想的燃料/空气混合比为1∶14.7，最理想的燃烧结果：
CO2，H2O，N2，不平衡燃烧及泄漏的气体。
①氧化氮（Nox）NONO2——产生：
过热（1357℃），混合比12∶1-18∶1。
清除：
EGRTWC，难于检测。
②碳氢化合物（HC）——产生：
燃烧不完全，燃油蒸汽，曲轴箱漏气。
清除：
EVAPTWCPAIRPCV
③一氧化碳（CO）——产生：
缺氧。
清除：
TWCPAIR
④二氧化碳（CO2）——完全燃烧结果。
⑤氧（O2）——氧气过剩。
一、曲轴箱强制通风系统的功用
利用发动机的真空度将新鲜空气吸入曲轴箱，同时将窜气重新导入进气系统并在气缸中烧掉，以防止曲轴箱内的窜气排入大气。
既可以减少空气污染，还能够提高燃油经济性。
PCV必要性：
曲轴箱内窜缸混合气中，70%～80%是未燃烧气体（HC），燃烧的副产品（水蒸汽和各种气化的酸）则占20%～30%。
所有这些都能破坏机油，产生油泥，使曲轴箱锈蚀。
为防止这一情况，以前的车辆都是安装从曲轴箱引出的通风管道，让这些气体逸入大气。
但由于许多排放法规不允许这样做，这些窜缸混合气必须回到燃烧室重新燃烧。
曲轴箱强制通风（PCV）系统
二、曲轴箱强制通风系统的类型、结构与工作原理
类型：
可分为开式和闭式两种。
由于排放法规的限制，开式已经不再采用。
结构：
闭式曲轴箱强制通风系统，主要由空气滤清器、曲轴箱通风管、曲轴箱、PCV阀、进气歧管组成。
工作原理：
发动机在工作时，进气管的真空度作用到PCV阀上，此真度还吸引新鲜空气经空气滤清器、软管、气缸盖罩上的孔道进入曲轴箱与窜缸气体进行混合，混合后在进气管真空度的作用气缸盖罩上的孔道，PCV阀，软管时入时气管和新鲜空气混后时入气缸燃烧掉。
PCV阀的内部结构：
PCV阀是一个锥形阀，主要是由阀体3、阀芯1、弹簧2组成，如图所示。
工作原理：
1.发动机停机或回火时，由于其自身重量和弹簧重量，PCV阀关闭。
2.怠速运转或减速时，负压很强，所以PCV阀向上移动（打开）。
但是由于真空通道仍然狭窄，窜缸混合气量还很少。
3.正常运转时，真空度正常，真空通道扩宽，部分打开。
4.加速或高负荷时，PCV阀完全打开，真空通道也完全打开。
三、曲轴箱强制通风系统常见的故障
表曲轴箱强制通风系统的常见故障及维修
故障现象
原因
维修
怠速不稳，频繁熄火
PCV阀粘滞；
PCV滤清器堵塞；
PCV阀出口粘住
更换PCV阀
更换PCV滤芯
更换PCV阀
废气从空气滤清器里冒出
PCV阀堵塞
更换PCV阀
空气滤清器上积聚机油
PCV阀堵塞；若发动机磨损，问题更为严重
更换PCV阀
机油过渡沉积或变稀
系统中的管路、接头堵塞；
PCV阀粘住或堵塞
清洗管路接头
更换PCV阀
燃油蒸发控制（EVAP）系统
一、燃油蒸发控制系统的功用
燃油蒸发控制（EVAP）系统能够收集和存储燃油系统（油箱）产生的燃油蒸气（HC），并适时地送入进气歧管，与空气混合后进入气缸参与燃烧，防止污染大气，同时也使燃油得到充分利用，提高了燃油的经济性。
二、燃油蒸发控制系统的结构与工作原理
1、真空控制的燃油蒸发控制系统
图真空控制的燃油蒸汽回收（EVAP）系统
在发动机运转时，真空管的负压带动驱气控制阀，活性炭罐内蒸发的汽油蒸汽就通过驱气量孔经吸进燃烧室燃烧。
燃油蒸发控制（EVAP）系统
2、电子控制的燃油蒸发控制系统
图燃油蒸发控制系统
组成：
电子控制的燃油蒸发控制系统由燃油箱、油气分离阀、活性炭罐、电磁阀、ECU及相应的蒸气管道和真空软管组成。
分离阀：
安装在油箱的顶部，作用是防止汽车倾翻时，油箱内的燃油从蒸气管道中漏出。
活性炭罐：
炭罐内的活性炭吸附燃油蒸汽，同时起到油箱释压的作用。
电磁阀：
用于控制清洗炭罐的气流。
工作原理：
在发动机停机或怠速运转时，ECU使电磁阀关闭，从油箱中逸出的燃油蒸气被活性炭罐的活性炭吸收。
当发动机以中、高速运转时，ECU使电磁阀开启，储存在蒸气回收罐内的汽油蒸气经过真空软管后被吸入发动机。
此时，因为发动机的进气量较大，少量的燃油蒸气不会影响混合气的成分，同时ECU会根据氧传感器的反馈对喷油进行微量调整。
为了防止未燃的燃油蒸汽进入三元催化器，当出现节气门全开而燃油供应须切断（飞车断油）的时候，清除电磁阀必须立即关闭。
三、燃油蒸发控制系统常见的故障与检测
表燃油蒸发控制系统的常见故障及排除
故障现象
故障原因
排除方法
燃油及蒸气泄漏
油箱过满；
燃油管、蒸气通风管破裂；
油箱盖有故障；
炭罐堵塞；
汽油挥发性高
放出多余燃油
更换
更换
更换
更换适当汽油
油箱被压坏
油箱盖不合适或故障
更换
油箱内压力过高
油气分离阀堵塞；
通风管堵塞
炭罐堵塞
更换
修理或更换
更换
发动机怠速不稳
通风管路堵塞或连接错误；
炭罐滤芯堵塞；
燃油挥发性过高
疏通或更换
更换
使用适当汽油
（1）就车检测
A：
将发动机预热至正常工作温度，保持怠速运转；拔下活性炭罐上的真空软管，检查软管内有无真空吸力。
若燃油蒸发控制系统工作正常，在发动机怠速运转过程中电磁阀应关闭，真空软管内无真空吸力，如图所示。
B：
如果此时真空软管内有真空吸力，则用万用表电压挡检查电磁阀线束连接器端子上是否有电压。
若电磁阀线束连接器端子上有电压，说明电磁阀线束或ECU有故障；若无电压，则说明电磁阀有故障（卡死在开启位置）。
C：
踩下加速踏板，当发动机转速大于2000r/min时，检查上述真空软管内有无真空吸力。
若真空软管内有真空吸力，则说明该系统正常工作；若真空软管内无真空吸力，则用万用表电压挡检查电磁阀线束连接器端子上是否有电压。
若电压正常，说明电
磁阀有故障；若电压异常，则说明ECU或控制线路有故障。
（2）电磁阀检测
图燃油蒸发控制系统的检测
A：
检查电磁阀线圈的电阻值。
拔下电磁阀线束连接器，用万用表电阻挡测量电磁阀线圈的电阻值,电阻值应符合规定，否则应更换电磁阀。
B：
检查电磁阀的工作。
拆下电磁阀，首先向电磁阀内吹气，电磁阀应不通气；然后将蓄电池电压加到电磁阀连接器的两端子上，并同时向电磁阀内吹气，此时电磁阀应通气。
如电磁阀的状态与上述情况不符，则电磁阀有故障，应更换。
废气再循环（EGR）控制系统
一、废气再循环控制系统的功用
图废气再循环EGR系统
废气再循环（ExhustGasReciculation）简称EGR系统，它把发动机排出的一部分废气引入进气系统中，和混合气一起再进入气缸中燃烧，以抑制氮氧化物（NOX）的生成。
废气再循环（EGR）控制系统
二、废气再循环控制系统的类型、结构与工作原理
1、废气再循环控制系统的工作时机
（1）发动机达到工作温度并处于中高速时EGR系统工作；
（2）冷车、怠速、低负荷、高速、大负荷等工况下不工作。
2、废气再循环阀的驱动控制
按EGR阀的驱动方式不同，EGR系统可分为真空驱动型和电驱动型两种类型。
（1）真空驱动型EGR阀
真空驱动型的EGR系统中，EGR阀利用真空（负压）的吸力开启。
EGR阀为气动膜片式，其结构见图。
EGR阀的真空驱动膜片动作时，由膜片拉杆带动阀移动，以控制废气再循环，废气再循环量取决于EGR阀的开度、排气管压力和进气管真空度。
废气再循环（EGR）控制系统
真空驱动型的EGR系统根据真空源的控制方式，又可以分成以下几种控制方式：
1）直接真空控制
EGR阀的真空由节气门控制，真空管接至节气门前方，当发动机加速时，真空源即作用于EGR阀上。
这种控制方式和发动机温度无关。
图直接真空控制废气再循环EGR系统
2）温控阀控制
图温控阀控制的EGR系统
这种类型和直接真空控制相似，区别是真空源增加了温控阀来根据冷却液的温度控制。
3）电磁阀真空控制
该控制系统主要由ECU、EGR阀和EGR电磁阀等组成。
EGR阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。
EGR电磁阀安装在通向EGR阀的真空通道中，ECU根据发动机转速、负荷和冷却液温度等信号来控制电磁阀的通电或断电。
EGR电磁阀不通电时，控制EGR阀的真空通道被切断，EGR阀关闭，停止废气再循环；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。
EGR电磁阀采用占空比控制型，ECU通过控制电磁阀的开度，调节作用在EGR阀上的真空度，以控制EGR阀的开度，实现对EGR流量的控制。
4）负压调节器控制
系统中增加了EGR真空膜盒来控制真空，系统的工作见下表。
当真空电磁阀打开通大气时，EGR系统不工作；当真空电磁阀关闭（发动机冷却液温度60℃以上）时，EGR阀是否有开启的真空吸力，取决于真空吸力是否被EGR真空膜盒通过“R”孔泄掉，而这又取决于从压力室过来施加于EGR真空膜盒上的排气压力的高低（排气压力大小又和废气流量相关），此时EGR阀处于开关状态或流量很小；当节气门开度加大到一定程度后，“E”，“R”孔有真空，压力室排气压力也高，此时EGR阀打开，而且开度最大。
图带负压调节器的EGR系统
EGR控制系统各元件作用条件：
真空电磁阀VSV
节气门动作
压力室压力
EGR真空膜盒
EGR阀
状况
打开通大气
关
EGR没作用
关闭（发动机冷却液温度60℃以上）
“E”，通大气
关
EGR没作用
“E”，孔有真空
低
EGR阀开关作用（小流量）
通大气
关
EGR没作用
“R”，孔通大气
高
通真空
开
EGR作用
“E”，“R”孔有真空
高
EGR阀全开
通真空
开
EGR作用
（2）电驱动型EGR阀
1）流量阀控制
电驱动型EGR系统利用流量阀、占空比控制型电磁阀、步进电动机型EGR阀直接控制废气再循环量。
控制精度高、响应速度快。
由三个电磁控制流量阀，由控制模块控制三个电磁阀的打开个数控制废气循环量。
2）电磁阀控制
图电磁阀控制EGR系统
该系统利用占空比控制型电磁阀直接控制废气再循环量。
3）步进电动机控制
采用步进电动机控制EGR阀的开度，从而控制废气的再循环量。
图步进电机控制的EGR系统图废气再循环（EGR）控制系统
3、废气再循环阀的监控方式
（1）进气压力信号监控
图进气歧管绝对压力传感器MAP
根据是否对控制的结果进行监测，EGR系统可分为开环控制和闭环控制两种。
闭环控制的EGR系统中，控制模块ECM会采用各种方式来监控EGR系统是否工作。
一些采用D型电控燃油喷射系统的发动机，可以根据进气歧管绝对压力传感器MAP信号的变化情况检测EGR系统是否工作。
废气再循环（EGR）控制系统
（2）开关式监控
该系统是由控制模块ECM控制EGR真空电磁阀的搭铁，控制真空源去打开EGR阀，同时配置一组EGR开关检测EGR作用信号。
电磁阀和开关合称EGR控制电磁阀总成。
废气再循环（EGR）控制系统
图开关式监控的EGR系统
（3）差压阀位置传感器监控
仅美国福特汽车采用。
该系统采用差压阀位置传感器监控EGR系统的工作。
当EGR阀开启时差压传感器的上下压力管引入废气循环产生的压力差，带动传感器内的电位计动作，电位计的信号即反映EGR阀的工作情况。
图差压阀位置传感器监控的EGR系统
（4）排气温度检测控制
图排气温度传感器监控的EGR系统
该系统在EGR阀排气口端，装置一个温度传感器来检测EGR阀是否作用。
（5）EGR阀位置传感器监控
电磁阀型EGR阀中装置一个EGR阀位置（高度或开度）传感器作为反馈信号，ECU可根据EGR阀位置传感器的反馈信号修正电磁阀的开度，使EGR控制精度更高。
1-电枢2-阀位置传感器3-电磁线圈
4-阀杆5-废气进口6-废气出口
废气再循环（EGR）控制系统
三、废气再循环控制系统的故障检测
1、就车检测
①将发动机预热至正常工作温度，使之怠速运转。
②拔下EGR阀上的真空软管，检查软管内有无真空吸力。
若EGR系统工作正常，在发动机怠速运转过程中电磁阀应关闭，真空软管内无真空吸力；如果此时真空软管内有真空吸力，则用万用表电压挡检查电磁阀线束连接器端子上是否有电压。
若电磁阀线束连接器端子上有电压，说明电磁阀线束或ECU有故障；若无电压，则说明电磁阀有故障（卡死在开启位置）。
③踩下加速踏板，当发动机转速大于2500r/min时，检查EGR阀上真空软管内有无真空吸力。
若真空软管内有真空吸力，则说明该系统正常工作；若真空软管内无真空吸力，则用万用表检查电磁阀线束连接器端子上是否有电压；若电压正常，说明电磁阀有故障；若电压异常，则说明ECU或控制线路有故障。
废气再循环（EGR）控制系统
2、EGR电磁阀的检测
图EGR电磁阀的检查
1-通大气2-进气管侧软管接头3-EGR阀侧软管接头
检查电磁阀线圈的电阻值。
拔下电磁阀线束连接器，用万用表电阻挡测量电磁阀线圈的电阻值，电阻值应为33～39Ω，否则应更换电磁阀。
检查电磁阀的工作。
拆下电磁阀，首先从进气管侧吹入空气应畅通，从滤网处吹应不通；然后将蓄电池电压加到电磁阀连接器的两端子上，并同时从进气管侧吹入空气应不畅通，从滤网处吹应通。
如电磁阀的状态与上述情况不符，则电磁阀有故障，应更换。
废气再循环（EGR）控制系统
3、EGR阀的检查
图EGR阀的检查
用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15KPa的真空度，EGR阀应能开启，不施加真空度，EGR阀应能完全关闭。
二次空气喷射（AIR）系统
一、二次空气喷射系统的功用
功用是：
在冷起动时，由ECU根据发动机温度，控制新鲜空气喷入排气岐管或三元催化转化装置中，使废气中未燃烧的有害物质一氧化碳（CO）以及碳氢化合物（HC）在高温环境下再次燃烧，以控制HC和CO的排放量，同时加快三元催化转化装置的升温过程。
二次空气喷射（AIR）系统
二、二次空气喷射系统的类型、结构与工作原理
按照空气喷射的动力不同，分为泵式二次空气喷射系统和脉冲式二次空气喷射系统。
二次空气喷射系统由空气泵、内部开关阀和单向阀等组成，如图所示。
单向阀的功用是防止废气返回空气泵。
多数二次空气喷射系统都采用泵供气，空气泵的驱动可用带传动或电气操纵来完成。
二次空气喷射（AIR）系统
图奥迪A8二次空气系统
奥迪A8二次空气系统
由二次空气泵V101、两个组合阀、二次空气进气阀N112组成。
二次空气进气阀N112是一个电控气动阀，该阀由Motronic控制单元来接通，并控制组合阀。
组合阀如下图所示，拧在缸盖的二次空气通道内。
来自二次空气进气阀的真空会打开从二次空气泵到缸盖二次空气道的空气通道。
同时，该阀会阻止热的废气进入二次空气泵并损坏该泵。
二次空气喷射（AIR）系统
图组合阀
发动机控制单元通过二次空气泵继电器控制二次空气泵V101的供电电流。
将要混入废气的新鲜空气是由二次空气泵从滤清器壳体内抽出，并经组合阀释放出来。
二次空气系统在冷却液温度位于0℃～55℃之间时工作。
二次空气泵继电器J299和二次空气进气阀N112是同时启动的。
发动机以怠速转速运行约60～90秒后，二次空气系统关闭。
三元催化净化器（TWC）
一、废气催化净化器所用的催化剂
图催化剂的温度与净化率的关系
汽车的废气催化净化器所用催化剂通常
使用的有铂、铱、铑等。
“净化率”用于测量废气中污染物能转换
成非污染物的比例。
三元催化净化器（TWC）
二、三元催化净化器（TWC）装置
三元催化净化器工作原理
TWC可分为颗粒型和蜂巢型两种类型，前者将催化剂沉积在颗粒状氧化铝载体表面，后者将催化剂沉积在蜂巢状氧化铝载体表面，氧化铝表面有形状复杂的表层，可增大催化剂与废气的实际接触面积。
三元催化净化器（TWC）
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