任务十三发动机微机控制排放系统的检修(一)

项目十三：发动机微机控制排放系统的检修（一）项目十三排放控制系统检修（一）1、掌握氧传感器的作用、结构和原理；2、掌握氧传感器的故障分析与检测方法；3、掌握三元催化转换器的作用、结构和工作原理。项目十三排放控制系统检修（一）一、氧传感器的检修1.作用2.类型3.结构4.原理5.特性6.检修项目十三排放控制系统检修（一）作用结构、原理怠速不稳、排气管冒黑烟且排污超标，故障灯亮氧传感器失效,更换，故障排除宁波美日MR6370A型轿车，天津丰田8A-FE电喷发动机技能一：故障分析技能二：检修方法任务载体项目十三排放控制系统检修（一）氧传感器三元催化排放性能空燃比14.7采用氧传感器的最终目的是为了提高发动机的排放性能。1.作用项目十三排放控制系统检修（一）空燃比氧喷油14.7:1如何将空燃比控制为14.7？ECU如何获得空燃比信号？氧传感器气油空燃比修正油氧传感器作用：检测空燃比，实现空燃比闭环控制。项目十三排放控制系统检修（一）根据传感元件材料：氧传感器有氧化锆和氧化钛型2种，其工作原理不同。目前，市场上的主要的氧传感器都是锆系氧传感器，因为锆系氧传感器寿命较长，也相对稳定。二氧化锆型（ZrO2）锆元素工作特性：氧化锆是具有传导氧离子能力的固体电解质，当温度达到300℃，氧化锆材料能够传导氧离子，从氧离子浓的一方向氧离子稀的一方流动，从而产生电压信号。二氧化钛型（TiO2）工作原理：尾气中的氧浓度不同，传感器的电阻发生变动。混合气浓的情况下，传感器电阻降低至1000欧姆以下。混合气稀的情况下，传感器电阻升高至20,000欧姆以上。2.类型项目十三排放控制系统检修（一）根据结构分类：非加热型氧传感器（1线/2线）：利用发动机燃烧废气余热进行加热，一般装在离发动机排气口较近的排气管上。加热型氧传感器（3线/4线）：内部设计有加热器，可利用系统供电电压强制使氧传感器加速预热，促使其快速反映，及早实现系统的闭环控制。可以装配在距离发动机排气管远端。根据功能或安装位置分类：控制用氧传感器：俗称前氧，可单独测量发动机燃烧废气中氧的浓度，生成电压信号反馈给ECU以达到理想空燃比状态，安装在三元催化器的上游位置。诊断用氧传感器：俗称后氧，安装在三元催化器下游端。控制用氧传感器（前氧）因老化而向ECU输送的电压信号曲线会发生偏移。诊断用氧传感器（后氧）会检测前氧，三元催化器是否仍然处于最佳工作状态，然后ECU就可计算出矫正偏移所需的补偿量。项目十三排放控制系统检修（一）氧传感器安装位置项目十三排放控制系统检修（一）NTK常见外形：德尔福（DELPHI）常见外形：博世常见外形：全球几大主要知名氧传感器产家：1、德国：博世（BOSCH）2、日本：NGK-NTK3、美国：德尔福（Delphi）4、日本：电装（Denso）电装（DENSO）常见外形：项目十三排放控制系统检修（一）不同类型的氧传感器，检测方法不同。2线氧传感器ECU信号线信号线1线氧传感器ECU信号线3线氧传感器ECU信号线4线氧传感器ECU信号线信号线项目十三排放控制系统检修（一）伸入排气管内排气管上3.结构及工作原理项目十三排放控制系统检修（一）氧传感器的核心元件是氧化锆管，它是一种固体电解质，其内外表面都覆盖有多孔铂电极和氧化铝保护层，内表面与大气相通，外表面与尾气接触。尾气在与锆管的外表面接触时，尾气中的残留氧气透过铂电极和氧化铝保护层同氧化锆接触，在一定高温下锆管内外由于氧浓差而产生电势差。当在浓燃烧时，尾气中的氧浓度降低，氧传感器输出电压升至参考电压以上。当在稀燃烧时，尾气中的氧浓度升高，氧传感器输出电压降至参考电压以下。（1）氧化锆型氧传感器项目十三排放控制系统检修（一）加热加热器：预热，300℃锆管：敏感元件废气大气冷态不工作ECU项目十三排放控制系统检修（一）混合气浓，空燃比小于14.7，约为0.9V混合气稀，空燃比大于14.7，约为0.1V电压在空燃比14.7跃变V微电池：氧浓度差—电压无源传感器（参考电压0.45V）跃变——灵敏——精确废气大气氧浓度电压信号？项目十三排放控制系统检修（一）（2）氧化钛型氧传感器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-金属保护套项目十三排放控制系统检修（一）氧化钛型氧传感器的工作原理：项目十三排放控制系统检修（一）（3）宽频氧传感器项目十三排放控制系统检修（一）项目十三排放控制系统检修（一）泵入混合气过浓时，泵氧单元以原来的工作电流工作，测试室的氧含量减少，氧传感器感应室电压值超过450mv。控制单元增大泵氧单元的工作电流，使泵氧单元旋转速度增加，增加泵氧速度。泵氧单元泵入测试室中的氧量增加，使感应室电压值恢复到450mv。控制单元根据增加的电流（折算成电压值）减少喷油量。混合气过稀时，泵在原来的工作电流下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量增加，氧传感器感应室电压值低于450mv。控制单元减小泵氧单元的工作电流，使泵氧速度减小。泵氧单元泵入测试室中的氧量减少，使感应室电压值恢复到450mv。同时控制单元根据减少的电流（折算成电压值）增加喷油量。宽频氧传感器工作原理：项目十三排放控制系统检修（一）泵送电流与过量空气系数的关系①监测灵敏度更高宽频氧传感器一般都用在稀薄燃烧发动机中，在全空燃比范围内(λ=0.7～4.0)起作用。②控制精确度更高（比较）传统氧传感器只能反映混合气的浓稀，而它能精确反馈空燃比，最大限度的发挥三元催化器的作用，降低有害气体的排放。宽频氧传感器特点：项目十三排放控制系统检修（一）低频脉冲直流电压档，观察信号跳动评价氧传感器性能的三大指标：最大：近1V最小：近0V变化次数：一般10s变化不少于8次（2500r/min）氧传感器的信号波形（2500r/min）4.特性项目十三排放控制系统检修（一）氧化锆氧传感器信号特征：废气中氧的含量氧传感器输出信号电压判断混合气状况低≧0.45V浓高≦0.45V稀项目十三排放控制系统检修（一）氧传感器ECU喷油器空燃比闭环控制的条件发动机怠速和部分负荷发动机温度高于60℃氧传感器温度高于300℃项目十三排放控制系统检修（一）空燃比燃烧过程内因：氧传感器外因：O2浓度差氧传感器信号的影响因数分析：氧传感器信号氧传感器信号不仅反映氧传感器性能，同时反映发动机的工作状态。项目十三排放控制系统检修（一）积碳故障氧传感器失效污染增大、动力性下降、经济性下降ECU点亮故障灯解除闭环控制积碳劣质油冷却液含硅垫机械外力超期使用破碎其它使用含铅汽油硅中毒铅中毒通气孔脏堵灰尘机油正确使用5.故障检修项目十三排放控制系统检修（一）加热器电源加热器控制步骤1：读资料，识别电路氧传感器连接器图信号线路信号线路项目十三排放控制系统检修（一）步骤2：分析故障点线路项目十三排放控制系统检修（一）步骤3：检测方法氧传感器检测加热器信号电路万用表示波器解码器项目十三排放控制系统检修（一）线路电压：起动12VΩV加热器电阻：室温1~5ΩECUY良好Y线路N良好YN维修更换N项目十三排放控制系统检修（一）连线动态测量（万用表）：V0~1V10s内不少于8次0.7V～1.0V波动次数变化范围过浓过稀0.1V～0.3V条件：热机，2500r/min项目十三排放控制系统检修（一）氧传感器的信号波形（2500r/min）氧传感器的信号波形（怠速）频率——转速项目十三排放控制系统检修（一）断线动态测量~条件：热机，2500r/minV过浓或过稀，信号电压是否有变化。良好Y传感器故障N点火ON，线路0.45V线路/ECUN良好Y项目十三排放控制系统检修（一）步骤4：排除拆下氧传感器破损更换淡灰正常白色硅污棕色铅污更换排除积碳故障黑色积碳更换观察、判断找根本，排故障重查项目十三排放控制系统检修（一）辨别氧传感器中毒正常特征：保护管无残留，颜色呈暗灰色机油污染特征：保护管表面覆上一层黑色油状的沉积物。成因：燃油添加剂或机油进入发动机进行燃烧硅中毒特征：保护管沉积物颜色介于亮白色和颗粒状的浅灰色之间。成因：硅化合物存在于一些密封材料、润滑剂及防冻剂中的腐蚀抑制成分。铅中毒特征：保护管表面有发亮的生锈层。成因：使用含铅汽油。大多数的氧传感器经过含铅汽油的侵蚀后，使用里程数会急剧下降。防冻剂污染成因：防冻剂从气缸盖处泄露至发动机，进行燃烧。项目十三排放控制系统检修（一）车型：宁波美日MR6370A型轿车，装用天津丰田8A-FE电喷发动机。故障：发动机怠速不稳、排气管冒黑烟且排污超标，故障灯亮起。诊断：故障代码21。起动待发动机温度上升为60℃以上时，用万用表检测氧传感器的输出信号，始终为0.7V。拔下一根发动机的真空管，使混合气变稀，再堵住空气滤清器，使混合气变浓，输出电压还是0.7V不变，说明氧传感器损坏。修复：拆下氧传感器，顶尖呈棕色状（铅中毒），更换后试车，故障灯熄灭，故障排除。分析：使用含铅汽油，汽油中的铅造成氧传感器失效。ECU不能实行空燃比闭环控制，造成怠速时混合气较浓。案例1：氧传感器铅中毒案例分析项目十三排放控制系统检修（一）车型：奔驰S350故障：怠速抖动，急加速不良检查：（1）读故障码：24-氧传感器故障（2）检测氧传感器：4线。①加热元件电阻为7欧，电压为13.7V，正常②信号始终为0.1-0.2V，没有变化，不正常③氧传感器至控制单元无断路、短路，正常（3）检查进气系统，发现真空管老化脱落。（4）检查点火系统，发现高压正常，点火延续时间过短，发现火花塞型号不符合要求，更换真空管和火花塞后恢复正常。分析：真空管老化脱落和点火不可靠，排气中的氧多，氧传感器信号持续偏低。案例2：氧传感器“虚假”故障案例分析项目十三排放控制系统检修（一）汽车主要污染物一氧化碳（CO）氮氧化物（NOx）碳氢化合物（HC）颗粒物二、三元催化转化与闭环控制系统项目十三排放控制系统检修（一）汽车排放控制技术的发展过程年份技术措施1966－1973曲轴箱强制通风系统，废气再循环系统，空气喷射净化1974－1979改进化油器，无触点点火，使用并改进催化剂1980－1983反馈（闭环）系统，进一步改进化油器和催化剂（包括三效催化剂），改进发动机，挥发性排放物控制1984－1993发动机改进，电子燃油喷射，催化剂和废气再循环系统的进一步改进1994－现在进一步改进发动机控制装置，电预热催化剂和废气再循环系统，改进挥发性排放物控制，车载诊断项目十三排放控制系统检修（一）欧洲轿车排放标准对比（g/km）等级一氧化碳碳氢化合物氮氧化物碳氢+氮氧化物颗粒物柴油欧1标准2.72(3.16)--0.97(1.13)0.14(0.18)欧2标准1--0.70.08欧3标准0.64-0.50.560.05欧4标准0.5-0.250.30.025欧5标准0.5-0.180.230.005欧6标准0.5-0.080.170.005汽油欧1标准2.72(3.16)--0.97(1.13)-欧2标准2.2--0.5-欧3标准2.30.20.15--欧4标准10.10.08--欧5标准10.10.06-0.005欧6标准10.10.06-0.005项目十三排放控制系统检修（一）机外净化二次空气喷射技术、颗粒物捕集技术、热反应器技术、三元催化净化技术、氧化催化技术等。汽车尾气净化的主要方式：目前轻型车排气的最主要净化方式机内净化汽油喷射电控系统、典型低排放燃烧系统、废气再循环系统以及其他机内净化技术等。项目十三排放控制系统检修（一）三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物转化为水、二氧化碳和氮气。项目十三排放控制系统检修（一）项目十三排放控制系统检修（一）四部分：1壳体2减震层（垫片）3载体：蜂窝状陶瓷4活性涂层：铂、钯、铑贵金属及稀土化合物等催化剂垫片壳体核心部分催化涂层