项目四排放控制系统检修

项目四排放控制系统检修汽油蒸发回收控制系统（EVAP）4.1废气再循环控制系统（EGR）4.2三元催化转换器4.3训练项目及技能、素质要求4.5氧传感器与空燃比反馈控制系统4.4【项目知识点】汽车的排气污染物主要是指从排气管排出的一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）等有害污染物。（1）一氧化碳（CO）。CO是一种无色无味的有毒气体。由于其能使血液的输氧能力大大降低，因此高浓度的CO能够引起人体生理和病理上的变化，使心脏和大脑等重要器官严重缺氧，从而引起头晕、恶心、头痛等症状，轻则使中枢神经系统受损，重则使心血管工作困难甚至死亡。汽车尾气中的CO是燃烧的中间产物，是在燃烧缺氧或者低温条件下由于燃烧不完全而产生的。当汽车的负载过大、慢速行驶或者空挡运转时，混合气过浓或者燃油不能完全燃烧，排气管中的CO含量会明显增加。（2）碳氢化合物（HC）。HC包括没有燃烧和未完全燃烧的燃油、润滑油及其裂解产物和部分氧化物。其中的某些成分会对眼睛、呼吸道和皮肤有强烈的刺激作用，浓度高时会使人头晕、恶心、贫血甚至导致白血病以及某些癌症；碳氢化合物中的某些烃类成分还是引起光化学烟雾的主要物质。HC是由混合气过稀、点火不良、排气门泄漏等原因导致燃烧不完全产生的。（3）氮氧化合物（NOx）。NOx是燃烧过程中形成的多种氮氧化物，包括NO、NO2、N2O3、N2O4等。氮氧化合物中95%以上都是NO。NO是一种无色无味的气体，毒性不大，但可被氧化成NO2。NO2是一种红棕色的有毒气体，它能使血液输氧能力下降，会损害心脏、肝、肾等器官，另外NO2还是产生酸雨、烟雾和引起气候变化的主要原因。NOx是混合气在高温、富氧下燃烧时产生的。4.1汽油蒸发回收控制系统（EVAP）1．汽油蒸发回收控制系统的功能汽油蒸发回收控制系统的功能是：阻止燃油箱内蒸发的汽油蒸气泄漏到大气中，以免污染环境；将燃油箱的汽油蒸气进行收集后，适时地送入进气管与空气混合，然后进入发动机燃烧，使汽油得到充分利用，提高了燃油的经济性；同时，还根据发动机工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸气量。2．汽油蒸发回收控制系统的组成与原理图4-1典型的汽油蒸发回收控制系统图3．汽油蒸发回收控制电磁阀电路与检修卡罗拉轿车燃油蒸汽排放控制电磁阀控制电路如图4-2所示。图4-2卡罗拉轿车燃油蒸气排放控制电磁阀控制电路（1）一般维护。①在使用中，应经常检查各连接管路有无破损或漏气，必要时更换连接软管。②检查活性炭罐壳体有无裂纹，底部进气滤芯是否脏污，必要时更换炭罐或滤芯。③一般汽车每行驶20000km，应更换活性炭罐底部的进气滤芯。（2）电磁阀及其电路的检查。①拆开电磁阀进气管一侧的软管。②发动机怠速运行时，使用故障诊断仪执行主动测试，当执行打开电磁阀动作时，听软管是否有吸气的声音，如没有需对电磁阀及其电路做进一步的检测。③拆开电磁阀线束插接器，测量电磁阀两端子间的电阻，阻值一般应为36～44Ω。④测量电磁阀线束侧电源端子间的电压，应为12V。4.2废气再循环控制系统（EGR）NOx是空气中的氮气与氧气在高温、高压的条件下生成的。发动机排出NOx的量主要与气缸内的最高温度有关，气缸内最高温度越高，排出的NOx量越多。废气再循环简称EGR，其功能是在发动机工作过程中，将一部分废气引入进气管，与新鲜空气（或混合气）混合后返回气缸进行再循环。废气再循环是目前用于减少NOx排放量的一种有效措施。发动机工作并进行废气再循环时，废气再循环量的多少可用废气再循环率（EGR率）来表示，EGR率是指废气再循环量与进入气缸内的气体总量的比率，即EGR率=[EGR气体流量/（吸入空气量+EGR气体流量）]×100%废气再循环控制系统有机械式和电控式两种。一般机械式控制系统控制的EGR率较小（为5%～15%），即使采用能进行比较复杂控制的机械式控制系统，控制的自由度也受到限制。电控式控制系统不仅结构简单，而且可进行较大EGR率（15%～20%）控制。因此，在现代汽车电控发动机上通常采用电控式EGR控制系统。电控式EGR控制系统主要有两种类型：开环控制EGR系统和闭环控制EGR系统。1．开环控制EGR系统冷却液温度传感器曲轴位置传感器节气门位置传感器EGR阀起动信号EGR真空电磁阀图4-3典型开环控制EGR系统图在发动机工作时，ECU控制EGR真空电磁阀通电，停止废气再循环的工况有：①起动工况（起动开关信号）。②怠速工况（节气门位置传感器怠速触点闭合信号）。③暖机工况（冷却液温度信号）。④转速低于900r/min或高于3200r/min的工况（转速信号）。2．闭环控制EGR系统在开环控制EGR系统中，EGR率只受ECU预先设置好的程序控制，系统不能检测发动机各种工况下的EGR率，因此无反馈信号。而在闭环控制EGR系统中，ECU以EGR率或EGR阀开度作为反馈信号实现闭环控制，其控制精度更高。图4-4用EGR阀开度作为反馈信号的闭环控制EGR系统图图4-5用EGR率作为反馈信号的闭环控制EGR系统控制原理图3．电磁式EGR阀电磁式EGR阀由发动机ECU控制，电磁式EGR阀由电磁线圈、电枢、锥形阀、EGR阀开度位置传感器等组成，如图4-6所示。发动机ECU控制电磁线圈通电，使电枢向上运动，当其带动锥形阀离开阀座后，废气就可以进入进气歧管。通用凯越轿车EGR阀安装位置如图4-7所示。图4-7凯越轿车EGR阀安装示意图图4-6电磁式EGR阀的结构1—弹簧；2—位置传感器；3—电磁线圈；4—阀杆；5—通道；6—EGR阀；7—阀体图4-7凯越轿车EGR阀安装示意图4．电磁式EGR阀及其控制电路检测要点图4-8凯越轿车废气再循环（EGR）控制电磁阀控制电路①使用故障诊断仪指令EGR阀至25%、50%、75%等特定开度，观察发动机怠速转速是否变化，如无变化说明EGR阀故障或线路故障。②发出以上指令的同时，如发动机怠速转速发生变化，则同时读取EGR阀开度是否增大，如无变化说明开度传感器或线路故障。③如①中怠速转速无变化，应检查EGR阀电源端子是否有12V电压。4.3三元催化转换器三元催化技术是目前汽车上采用最多的一种排气污染物处理净化技术。TWC串联在排气系统中，当排气气流进入催化器时，废气中的有害气体CO、HC和NOx在三元催化剂（铂、钯和铑的混合物）的作用下发生化学反应，生成CO2、N2和H2O，废气中的三类有害气体通过TWC后均变成了无害气体，使废气得到净化。1．三元催化转换器的结构三元催化转换器安装在排气管前部，一般为可拆卸式。丰田雷克萨斯LS400轿车三元催化转换器的安装位置如图4-9所示，该车型装备V型发动机，在左右排气管上各装一个三元催化转换器。图4-9丰田雷克萨斯LS400轿车三元催化转换器的安装位置图三元催化转化器（Three-wayCatalystConverter，TWC）主要由金属壳体、陶瓷格栅底板及催化剂涂层组成，如图4-10所示。目前，三元催化转换器内装用的三元催化剂一般为铂与铑的混合物。铂能促使排气中的有害成分CO、HC被氧化成CO2和H2O，铑能加速有害气体NOx被还原成N2和O2，从而起到净化排气的作用。图4-10三元催化转化器结构示意图根据催化剂载体的结构特点，三元催化转化器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。2．三元催化转化器的转化效率催化转化器的转化效率是指试验车辆或发动机按照某种指定的工况运行时，催化转化器前后某种污染物排放量的变化率，即=-转化器前污染物排放量转化器后污染物排放量转化器转化效率转化器前污染物排放量图4-11三元催化转换器转化效率与空燃比3．三元催化转换器使用与检修注意事项（1）使用TWC时的注意事项。①装有氧传感器和TWC的汽车，禁止使用含铅汽油，以防止催化剂“铅中毒”而失效。②TWC固定不牢或汽车在不平路面上行驶时的颠簸，容易导致转换器中的催化剂载体损坏，从而使催化器和排气系统堵塞。③装用蜂巢型TWC的汽车一般每行驶80000km时就应更换转换器芯体。装用颗粒型TWC的汽车，其颗粒型催化剂的质量低于规定值时，应全部更换。④发动机的排气温度过高（815℃以上）时，TWC的转换效率将明显下降。⑤不要在易燃路面上行驶或者停车，由于TWC的表面温度高达370℃，因此如果路面上有酒精、干草或者其他易燃物时，有可能引起火灾。⑥避免大油门冷起动，车辆冷起动后（尤其在冬季），应在水温达到一定温度后（约40℃）行车，并且在行驶过程中注意水温，如水温过高应及时停车。⑦发动机长时间怠速是降低TWC使用寿命的一种最坏的工况。⑧当发动机着车困难或感觉车辆无力、抖动以及气缸不工作时，应及时到专业的维修站修理。（2）维修装有TWC汽车时的注意事项。为了防止过量的排放污染物或燃油蒸汽到达TWC内部引起高温，汽车维修检测期间应注意以下几个方面。①检查发动机各缸的工作情况时，最好用示波器而不要用短路法或从运转着的发动机上拔下高压线的方法试火或进行断缸实验。如果没有示波器，那么用卸下火花塞导线或短路法检查可疑气缸时，发动机的运转时间切勿超过30s。②对使用传统变速器的汽车不要推车起动，而应使用备用蓄电池和跨接电缆线起动。③当出现不正常的工作状况，如自燃、严重喘振、回火或重复性失速时，应及时停机修理，这些状况可导致TWC永久性损坏。④行驶着的车辆切勿切断点火开关。⑤当发动机间断性点火时，起动发动机的时间不要超过30s。拓展知识4-1三元催化转换器性能的检测方法1．外观检查2．TWC芯子堵塞的检测3．TWC转化效率的检测（1）红外温度计测量法。（2）利用双氧传感器信号电压波形分析。4.4氧传感器与空燃比反馈控制系统4.4.1氧传感器1．氧化锆式氧传感器①混合气较浓时，排气气流中的O2含量较低，CO的浓度较高，这时在锆管负极铂膜的催化作用下排气气流中的O2几乎全部参加反应，使得锆管外表面附近的氧离子浓度几乎为零，此时锆管内外之间的O2浓度差很大，正、负电极之间的电势差较高，可达0.8～1.0V。图4-12氧化锆式氧传感器的结构及工作原理1—安装法兰；2—隔热陶瓷管；3—连接电缆；4—护套；5—氧化锆管；6—信号电压引出套；7—外壳；8—加热元件；9—加热元件接电片②当混合气较稀时，排气气流中的O2含量较高，CO的浓度则较低，这时即使CO全部与O2发生反应，锆管外部还是存在多余的O2，可见锆管内外两侧O2的浓度差较小，此时正、负电极之间的电势差较低，约为0.1V。图4-13氧化锆式氧传感器的输出特性图2．氧化钛式氧传感器图4-14氧化钛式氧传感器的结构原理与输出特性图1—二氧化钛原件；2—金属外壳；3—陶瓷绝缘体；4—接线端子；5—陶瓷原件；6—导线；7—金属保护套3．氧传感器的控制电路图4-15卡罗拉轿车氧传感器连接电路4．氧传感器的故障及检测（1）氧传感器常见的故障现象。氧传感器失效的原因有两种：一种情况是传感器内部的敏感元件老化；另一种情况是敏感元件受到碳烟、铅化物、硅胶、机油等的污染而失效，这种情况还被称为“中毒”，氧传感器中毒包括铅中毒、硅中毒以及磷中毒。①氧传感器老化。②氧传感器铅中毒。③氧传感器硅中毒。④氧传感器磷中毒。（2）氧传感器的检测。①外观检查。从排气管上拆下氧传感器后，首先检查氧传感器保护外壳上的气孔是否被堵塞，然后仔细观察氧传感器顶尖部位的颜色。（a）呈淡灰色：氧传感器工作正常。（b）呈棕色：氧传感器铅中毒，严重时应更换氧传感器。（c）呈白色：氧传感器硅中毒，应更换氧传感器。（d）呈黑色：积碳严重，在排除发动机积碳故障后，传感器可以继续使用。②加热元件检查。加热元件的检查方法如下。（a）检查加热元件的电阻值。（b）检查加热元件的工作电路。③氧传感器信号检查。（a）连接好氧传感器线束插接器，使发动机以较高转速运转，直到氧传感器工作温度达到400℃以上。注意，要使发动机以2500r/min的转速运转2min以上以消除氧传感器表面的积碳。（b）保持发