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1、07.10.2023,1,电控发动机原理与维修,07.10.2023,2,排放控制系统,第二节 汽车排放污染物的来源第三节 油蒸气挥发和窜缸废气净化控制第四节 废气排放净化控制,07.10.2023,3,排放控制装置,ECU,清除电磁阀,活性碳罐,燃料压力调节器,PCV阀,喷油嘴,WTS,EGR控制阀,EGR电磁阀,ISC阀,TPS,AFS,氧传感器,高压侧燃料滤清器,燃料泵,单向阀,分离器,三元催化器,07.10.2023,4,(1)排放污染物的来源汽车排气管排气，燃料箱和化油器的油气，曲轴箱窜气。(2)有害物的种类在发动气缸内，汽油和空气混合并燃烧，大部分生成CO2和 H2O。但一部分由于
2、不完全燃烧而生成对人体有害的气体。有害物的 3种类 CO-一氧化碳 HC-碳氢化合物 Nox-氧化氮,排放中的有害气体,油箱和化油器蒸发的 HC 20%,曲轴相窜气 HC 25%,排气CO 100%HC 55%Nox 100%,07.10.2023,5,CO生成机理,CO产生原因是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧而产生的。构成汽油的碳元素燃烧并生成(CO2).C+O2=CO2但空气不足时进行不完全燃烧并进行2C+O2=2CO化学反应，产生CO。,O,C,O,对人体无害,CO2,C,O,CO,对人体有害,07.10.2023,6,HC的产生,HC产生的原因除燃料的不完全燃烧汽油蒸汽外，缸壁淬
3、冷也是排气中HC的主要来源。由于壁面的冷却作用，缸壁附近的混合气，活塞顶部与第一道环之间空隙的混合气烧不着随废气排出.当混合气过稀，引起断火，使排气中的 HC增加。,H,汽油(C6H14(核酸),热+压力CH4(甲烷),C2H4(乙烯）,C3H8(丙烷),07.10.2023,7,通常把氮气和氧气的化合物统称为氧的化合物（Nox）.占空气中78%(体积比)氮气在燃烧室的高温（温度1500 C以上）条件下，由氧和氮的反应所形成的。N2+O2=2NO这 NO排到大气，并与空气中的氧分子发生反应而变成NO2.2NO+O2=2NO2氮的氧化物有好几种，但汽车尾气排出去的主要是NO，NO在大气中又转换成
4、NO2。,Nox的产生,N2常温时,ZZZ,N2高温时,NO,NO2,N,N,N,N,07.10.2023,8,CO排放浓度和其原因,(1)CO排放浓度和空燃比的关系CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧产生，混合气浓时燃烧时所需要的氧不足，而CO产生量多。空燃比;少-CO多=混合气;浓-CO多 多-CO少 稀薄-CO少(2)CO排放浓度和行驶状态的关系A)怠速时;进气量少,燃料雾化也不良，需要浓混合气，因此CO的产生量多。B)加速时或高负荷行驶时;加速时或输出最大功率时需要很大的旋转扭矩，因此需要浓混合气，CO的排放量也随着增加。C)减速时;化油器车辆，节气门关闭，进气量少但进气管负
5、压很大，因此怠速口喷油量多，混合气变浓，CO产生量增加。,07.10.2023,9,(1)HC排放浓度和空燃比的关系HC产生时，浓混合气氧气不足或由于稀薄混合气发生断火，HC量增加。空燃比;少因氧气不足增加=混合气;浓-因氧气不足增加 多因断火增加 稀薄-因断火增加(2)HC排放浓度和行驶状态的关系怠速或减速时增加，特别是减速时混合气过浓，发生断火 HC的产生增加.(防止装置;缓冲器)(3)HC排放浓度和燃烧时形状的关系加快火焰传播速度，使混合气产生涡流防止异常燃烧。,HC 排放浓度和其原因,07.10.2023,10,(1)Nox排放浓度和空燃比的关系Nox是空气在燃烧时的高温条件下，由氧和
6、氮的反应所形成的。因此跟燃烧室的温度有密切关系，空燃比(1516:1)附近 Nox值最大.混合比稀或浓时Nox产生量减少.空燃比;少-减少 混合气;浓-减少 多-增加 稀薄-增加(2)Nox排放浓度和行驶状态的关系燃烧室的温度跟充气量有关。节气门开度大，充其量多，Nox产生量增多。,Nox排放浓度和其原因,=,07.10.2023,11,CO:理论空燃比为基准，当高 于空燃比时增加，低于空 燃比时减少。HC:高于理论空燃比增加，低 于理论空燃比因断火也增加.NOx:稍稀于理论空燃比时产 生量最多，比理论空燃 比稍浓或稍稀，产生量 减少。,有害气体的排放浓度,理论空燃比,CO,HC,NOx,各排
7、放气体浓度,空燃比,少(浓),大(稀薄),07.10.2023,12,行车工况与废气的产生（1）暖机工况（产生CO、HC）（2）怠速运行工况（产生CO、HC）（3）匀速行驶 中、低速度（产生NOX）高速（产生CO、HC和NOX）（4）加速（产生CO、HC和NOX）（5）减速（产生CO、HC）（6）大负荷（产生CO、HC和NOX）,07.10.2023,13,柴油车排放污染物的成因1、一氧化碳CO和碳氢化合物HC的成因 1）CO的成因 柴油机CO主要源于喷注中过浓部分的不完全燃烧。,07.10.2023,14,柴油车排放污染物的成因2）HC的成因 在柴油机稳定运行条件下，HC主要由下述两个原因引
8、起:滞燃期中，处于喷注前的极稀混合气，其浓度远低于燃烧极限而无法着火。其中的一部分混合气，在后续过程中，避开了缸内燃烧而被排出。喷油过程中，混合气由于混合不良导致HC增多。,07.10.2023,15,2、氮氧化物NOx的成因Nox生成的条件是高温、富氧和较长作用时间。在燃烧过程中产生NOx的区段有滞燃期的稀燃火焰区和缓燃期的扩散燃烧区。3、微粒和碳烟的成因柴油车的微粒和碳烟的生成机理还未研究清楚。目前，一般都承认，燃烧时的一段高温范围和局部存在特别浓的混合气，是微粒碳烟产生的必要条件。,07.10.2023,16,4、行车工况与排气污染物的形成1）调速器的特性曲线 全程调速器加速迅猛，过大的
9、油量往往造成过高的碳烟和HC、CO排放量。特别是瞬间加速到新工况，缸内温度及冷却液温度、机油温度等状态均未达到稳定值，有害排放量更多，有时会比同类稳定工况高6倍以上。2）冷却启动过程对排放的影响 冷启动时，气缸内压缩温度很低，初期会以未燃HC“白烟”的形式排出机外。,07.10.2023,17,曲轴箱强制通风装置,窜气指的是从活塞和气缸之间窜入曲轴箱内的气体。窜气主要是压缩行程的未然气体和作工行程的燃烧气体。一般是压缩压力低，窜气越多。窜气中的主要有害气体是碳氢化合物，为了防止排到大气采取闭式型式。,07.10.2023,18,EGR率=,EGR气体流量,吸入空气量+EGR气体流量,燃烧速度慢
10、,燃烧速度快,燃烧速度慢,NOx,NOx,排放气体,混合气密度小,混合气密度大,废气再循环装置原理,100%,07.10.2023,19,排放净化控制装置EGR,废气再循环系统设计用于减少氮氧化物(NOX)的形成，氮氧化物是一种有害的尾气排放，在燃烧过程中。大气中的氮和可变量的氧化物生成氮氧化合物，这通常发生在燃烧温度超过1500 C(在大负荷的或发动机爆震等)。排放的尾气(相对惰性气体)与进入进气管的混合气混合的结果提供一个在燃烧室中化学缓冲或空气和燃油分子缓冲(冷却)的方式，这导致进入气缸的混合气的燃烧受到更多的控制，它可以防止过度的速燃，甚至爆震的产生，而过度速燃和爆震发生在燃烧温度超过
11、1500 C时。废气流入进气管，然后与新鲜的混合气混合进入燃烧室，这就限制了最初氮氧化合物的形成，然后，当燃烧后的可燃混合气离开气缸时，三元催化器起作用减少进入大气中的氮氧化合物。,07.10.2023,20,EGR,07.10.2023,21,EGR控制,废气再循环何时开始工作以及流量多少对排放和行驶性能是非常重要的。废气再循环流量调整非常精确，过多的废气再循环流量会使汽车喘车或功率下降甚至熄火，没有足够的废气再循环流量会使尾气排放的氮氧化合物猛增，同时发动机爆震也可能发生。,07.10.2023,22,位置传感器,排气入口,EGR阀,1,2,TPS,CAS,AFS,WTS,EGR阀,电磁阀
12、(EGR,VENT),电磁阀(EGR,VACUUM),位置传感器,电子控制式 EGR,1;检测发动机转速,2;决定EGR气体量,到进气岐管,ECU,07.10.2023,23,EGR控制,为正确地控制废气再循环流量，一些发动机控制系统用电子反馈控制，控制电脑(PCM)发出开关或脉冲宽度及调制信号给废气再循环的真空电磁阀来控制流入废气再循环控制电磁阀的真空度，当向废气再循环位置传感器发出一个与废气再循环阀开启成比例的信号给控制电脑(PCM)，控制电脑(PCM)能够将这个信号转变成废气再循环流动率。在起动、发动机暖机以及减速或怠速时，大多数发动机控制系统不能使废气再循环运行，在加速时废气再循环用正
13、确的控制去优化发动机扭距。,07.10.2023,24,机械式 EGR,构成,特征,发动机,发动机,发动机,空气,真空控制阀排放气体,排放气体,EGR阀,空气,排放气体,EGR阀,真空控制阀,真空控制阀,空气,排放气体,净率 EGR,EGR负荷可变轻负荷-EGR率少高负荷-EGR率大,EGR率负荷可变率,EGR阀,07.10.2023,25,机械式：EGR率较小约为5-15.即使采用能进行比较复杂控制的机械控制装置.控制的自由度也受到限制.,电控式：结构简单，可进行较大的EGR率控制，一般为15-20.因此在现代汽车上，尤其是电控发动机通常都采用电控EGR系统,EGR控制方式,07.10.20
14、23,26,EGR控制方式,07.10.2023,27,在普通电控式EGR控制系统的基础上，在EGR电磁阀与EGR阀之间的真空管路中加装一个背压修正阀。其功能是根据排气管的背压，附加控制EGR阀。当发动机负荷小且排气背压低时，背压修正阀膜片在弹簧的作用下向下移动，将真空通道切断，使EGR阀处于关闭状态，不进行废气再循环。有在发动机负荷增大且排气管背压增大时，使修正阀膜片克服弹簧力向上运动将阀打开。这才允许根据各种传感器送来的信号，控制EGR电磁阀的开度，即控制进入EGR真空度，从而改变EGR量。,(2).装有背压修正阀的电控EGR系统,07.10.2023,28,(3).闭环控制式EGR系统,
15、在EGR阀上部还有一个EGR位置传感器，其功能是检测EGR阀的开度并利用电位计将其转变为相应的电压信号反馈给ECU,用EGR阀开度作为反馈控制信号,07.10.2023,29,日本三菱公司新近开发了一种直接用EGR率作为反馈信号的ECU闭环控制系统，其控制框图如图420所示。新鲜空气经节气门进入稳压箱(进气总管)，参与再循环的废气经控制阀也进入稳压箱。其中设置有EGR率传感器，它对稳压箱中气体分析计算后向ECU输出控制信号，不断调整EGR率使其始终在最佳状态，从而有效地减少NOx的排放量。,用EGR率作为反馈信号,07.10.2023,30,B.P.T型式EGR,EGR真空阀,背压信号,EGR
16、信号,3通道电磁阀,EGR控制阀,E C U控制,WTS/W,WTS,TPS,07.10.2023,31,EGR 控制阀,由EGR真空阀来的负压信号,给EGR真空阀传达废气输入信号,废气在循环停止时,废气在循环进行时,废气到进气岐管,废气再循环入口,07.10.2023,32,排放净化控制装置,(2)EGR 真空阀 废气压力和进气岐管的负压下，内部的膜片弹簧工作，调节 EGR阀 的负荷变化量。(3)EGR 电磁阀 受微机输出的信号（冷却水温度和散热器温度信号），使负压到EGR控制阀。(4)真空延迟阀 延迟EGR阀的负压传达，防止 EGR的突然开启。,附压信号,由EGR,排气压力,空滤,EGR电
17、磁阀,07.10.2023,33,EGR工作条件,系统的工作是随着通道真空，排放废气，冷却水温，发动机转速进行控制。但急减速时，进气岐管水温70C以下,散热器水温 17C以下或发动机转速 1500rpm以下时，为了提高行驶性能，停止EGR，在Nox产生量多的中速，中负荷区域，增加EGR量，降低 Nox量.工作条件,种类,EGR CUT,基本EGR,增量EGR,条件,散热器水温17C以下或发动机冷却水温70C以下,怠速,低速无负荷,高速高负荷,其他区域,中速中负荷,EGR量,无,少量,多量,备注,缩短暖机时间,提高稳定性,最高输出值,最高15%左右,07.10.2023,34,EGR控制-EVF
18、传感器,一个废气再循环位置传感器(EVF传感器)是一个可变电阻(电位计)，这个电阻值指示着废气再循环阀转轴的位置，它常用于福特(FORD)的EEC-IV和EEC-V发动机系统。这是一个重要的传感器，因为它的信号输入使控制电脑(PCM)得以计算废气再循环流量，一个损坏的EVP传感器会造成喘车现象，发动机产生爆震，怠速不良和其它行驶性能故障甚至检查保养I/M尾气测试也不正常。EVP 传感器通常是一个三线传感器，一条是控制电脑PCM来的参考电源5V电压，另处一条是传感器的接地线，第三条是传感器给控制电脑的信号输出线。几乎所有的EVP传感器都以相同的方式工作，所以这个示波器程序由大多数三线EVP传感器
19、的构造和模式来确定。通常EVP传感器在废气再循环阀关闭时会产生恰好在1V以下的电压，在废气再循环阀打开时会产生恰好在5V以下的电压。,07.10.2023,35,废气再循环(EGR)控制电磁阀试验方法,起动发动机，保持在2500转/分下运传2-3分钟，直至发动机完全暖机，同时燃油反馈系统进入闭环，观察示波器上氧传感器信号来确认上述过程。关闭所有附属电气设备，然后正常驾驶汽车；从完全停止下起动，缓加速，急加速，巡航行驶和减速。确认波形幅值、频率、形状脉冲宽度等判定性尺度是正确的、可重复的并且在废气再循环下存在的。确认进气歧管、废气阀真空马达和真空电磁阀的管路完全无损，且连接是正确的、无泄漏。确定
20、废气再循环隔膜能保持适量的真空(按制造商的资料规定)。确认废气循环和绕过发动机的通道是清洁的，没有由于内部积碳造成堵塞(按照制造厂商的检查步骤，执行废气再循环功能检查)，这可以确认当控制电脑引导真空进入废气再循环阀时，废气实际地流进燃烧室。,07.10.2023,36,(EGR)控制电磁阀波形,波形结果：发动机达到废气再循环工作的条件，控制电脑开始用变化的脉宽调制信号推动电磁阀，在加速时废气再循环特别高，在怠速和减速时，信号中断阀关闭，不需要废气再循环，几乎任何时候，只要条件符合，这个过程随时都可能发生。可能产生的故障和可能观察到判定性尺度的偏离是信号尖峰高度变短(这可能说明废气再循环电磁阀线
21、圈短路)或完全没有信号，这可能是控制电脑故障，控制电脑的废气再循环控制条件没有满足或连线和插头的故障。许多汽车要在汽车开始行驶或无制动的驾驶中，才能进入废气再循环流动，否则控制电脑就不给废气再循环电磁阀信号。,07.10.2023,37,(EGR)控制电磁阀波形,07.10.2023,38,蒸发气体控制装置,把燃料箱或化油器里产生的燃料蒸气不排出到大气，供入气缸内进行燃烧，抑制HC的产生。蒸发气体控制装置有电磁阀的ON-OFF控制方式和占空比控制方式。,活性炭罐,NO3清除控制阀,3通道电磁阀,节气门,热控阀,3通道单向阀,燃料箱,NO1清除控制阀,从热控阀来,进气岐管,从燃料箱来NO2清除控
22、制阀,构成图(ON-OFF TYPE),07.10.2023,39,燃油蒸汽排放系统中的碳 罐用来吸收来自油箱的汽 油蒸汽，直至汽油蒸汽饱 和，当碳罐电磁阀周期性 开启时，将外界的空气吸 入碳罐并进入进气歧管，利用该气流实现活性碳的再生。1.碳罐是一个装有活性碳过滤器的容器，它被安在油箱和碳罐电磁阀之间 2.油箱的汽油蒸汽被活性碳吸收 3.这种吸附的目的在于避免：油箱压力上升使燃油蒸汽排放到大气中 4.当发动机在开环状态下工作时,发动机计算机控制碳罐电磁阀打开，外面的新鲜空气对活性碳进行冲刷，以便活性碳再生，并将汽油蒸汽吸入进气歧管燃烧。,蒸发气体控制装置,07.10.2023,40,蒸发气体
23、控制装置,ECU根据各种输入装置检测发动机工作状态，随工作条件由占空比控制进行调节已确定的蒸发气体量。电磁阀是发动机暖机时，齿轮工作状态，怠速开关OFF时,氧传感器功能正常时工作。,单向阀,油气分离器,活性碳罐,电磁阀,ECU,往发动机,输入信号,构成图(占空比型式),07.10.2023,41,油箱的汽油蒸气通过单向阀进入活性碳罐上部，空气从碳罐下部进入清洗活性碳。在碳罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制阀，排放控制阀上部的真空度由碳罐控制电磁阀控制，而碳罐控制电磁阀受ECU控制。,活性碳罐蒸发污染控制,07.10.2023,42,蒸发气体控制装置,碳罐电磁阀的功能、作用：1 周期
24、性的开启 2 它由驱动模块提供12V电压供电 3 在计算机的控制下，碳罐电磁阀可以实现碳罐中燃油蒸气回收，而这要取决于发动机的使用条件。满负荷，进行排放 减速时，关闭阀门以限制燃油蒸气进入发动机，避免为燃烧的燃油蒸汽对三元催化器造成损坏 4.在电喷系统中当冷却液温度大于或等于70时才开启 5.该电磁阀是常闭的 6.该电磁阀可以使车辆符合SHED环保标准，目的是限制车辆的燃油蒸气排放到大气中 7.碳罐中燃油蒸气的再循环入口是在节气门的下方，计算机周期性地控制电磁阀的开启（占空比率）,07.10.2023,43,碳罐清洗电磁阀,燃油蒸发污染控制系统设计用于防止挥发性的碳氢化合物(HCS)蒸发和污染
25、大气，贮存在化油器或燃油箱中的燃油在使用中会蒸发出来。大约50%的汽车碳氢化合物排放物来自有故障的蒸发系统。为减少这些排放，用一个装有碳的过滤器罐来收集并贮存在碳氢化合物HCS(化学吸收方式)，通常这个罐的大小和一个咖啡罐差不多大小。被收集的燃油通过由控制电脑控制的电磁阀从破罐释放(清洗)进入进气歧管。这就使蒸发出来的燃油在发动机中燃烧而不会释放入大气中。在开环运行中，由于燃油计算复杂控制电脑通常不打开电磁阀回收碳氢化合物(清洗碳罐)。,07.10.2023,44,试验方法：起动发动机，保持在2500转/分下2-3分钟，直到发动机完全暖机，燃油反馈系统进入闭环。通过观察示波器上碳氢传感器信号波
26、形确认上述过程。关闭所有附属电气设备，将汽车处于停车挡或空档位置，顶起驱动轮或驾驶汽车同时观察示波器碳罐清洗电磁阀信号波形。确认幅度、频率、形状和脉冲宽度的判定性尺度都是正确、可重复的。在碳罐清洗时是存在的。确认从油箱到碳罐、进气歧管的油气管完好无损，而且管路安装正确，没有泄漏。这就确保了被从碳罐中清洗出的燃油真正在发动机内燃烧。在线碳罐清洗流量计对决定清洗流量率是有用的。,碳罐清洗电磁阀的试验,07.10.2023,45,波形结果：汽车一但达到预定的车速(通常约15英里/时)控制电脑开始用可发变的脉宽调制信号推动电磁阀去打开清洗阀。当减速时，这个信号停止，同时阀关闭。几乎任何时同当满足上述条
27、件的，那么这个过程都会发生，如前所述，一些系统在变速器在停车挡或空档，发动机又不在以怠速运转时，清洗碳罐开始工作，其它系统只要在行驶中，清洗碳罐就会发生。可以发现的故障和可能看到判定性尺度的偏差是尖峰高度变短(这也许说明清洗碳罐电磁阀有短路)，或完全没有信号(一条直线)，这说明控制电脑故障，控制电脑没有接受到清洗条件信号，这可能是连线或插头的故障。许多汽车在起步后，没有达到15英里/时车速的，不清洗碳罐。(没有控制电脑给清洗罐的信号)，确认清洗碳罐电磁阀故障，在任何情况下没有卡住打不开清洗碳罐控制信号是好的，但如果汽车无法控制清洗碳罐，就会使混合比非常浓，就可能引起行驶能力和排放故障。,碳罐清
28、洗电磁阀的试验波形,07.10.2023,46,碳罐清洗电磁阀的试验波形,07.10.2023,47,蒸发气体控制装置的构成,(1)活性碳罐将油气吸附与碳粒表面，跟Purge Air一起由气体状态进入进气岐管。(2)NO3清除控制阀增加进入气缸的蒸发气体流量的阀门，受清除控制电磁阀的信号。,空气(PURGE AIR),滤网,滤网,碳粒,从燃料箱来,从进气岐管来,到进气岐管,07.10.2023,48,蒸发气体控制装置的构成,(3)热控阀 设置在进气岐管，冷却水温度55C以上，开启真空通道，打开 活性碳罐NO1清除电磁阀。(4)3方向单向阀 为了防止燃料箱负压的作用或压力过高的阀门。罐内有负压时
29、;阀门 B开启，空气通过空滤被吸入。罐内有压力时;阀门 A开启，把压力排到大气。,NO.1清除控制阀,化油器真空,往发动机,A压力阀,B真空阀,滤清器,大气,从燃料箱来,07.10.2023,49,蒸发气体控制装置的构成,07.10.2023,50,三元催化器,(1)催化器燃烧室里产生的有害气体经过三元催化器时被贵金属进行化学反应，净化成对人体无害的气体，排到大气。,排放气体,贵金属,净化气体,CO+O2 铂金 CO2 HC+O2 铂金 CO2+H2O Nox 铑,铜沸石 H2O,CO2,+N2,07.10.2023,51,汽车三元催化反应器结构和原理结构：三元催化反应器类似消声器。它的外面用
30、双层不锈薄钢板制成筒形。在双层薄板夹层中装有绝热材料-石棉纤维毡。内部在网状隔板中间装有净化剂。净化剂：净化剂由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等。净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。催化剂用的是金属铂、铑、钯。将其中一种喷涂在载体上，就构成了净化剂。,07.10.2023,52,三元催化器TWC的构造,如上图，三元催化剂一般为铂（或钯）与铑的混物。,07.10.2023,53,三元催化反应器使用的注意事项：1）保持发动机良好的工作状态，即理想的空燃比和完全燃烧；2）避免大油门冷车起动；3）催化剂最适合的工作温度是400-800，不能超过100
31、0，否则会促进催化剂过早老化，缩短使用寿命；4）发动机窜机油会降低催化剂活性；5)装有三元催化器的汽车，不能使用含铅汽油，因为含铅油燃烧后，铅颗粒随废气排经三元催化器时，会覆盖在催化剂表面，使催化剂作用面积减少，从而大大降低催化器的转换效率；6)行驶应特别注意不要“托底”，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞。,07.10.2023,54,三元催化反应器的工作原理车辆上采用电喷射系统的目的保证燃料混合浓度接近于理想空燃比。理想空燃比对于催化转换器正常工作是很重要的，安装催化转换器的目的是降低有害气体排放。采用连续分析排气中氧气含量的传感
32、器，可以获得理想的混合气浓度。如果空燃比不是理想值，通过累进地计量燃油喷入量，ECU可连续调整混合气浓度。根据传感器信号，ECU自动校正CO%的正确值（闭环运行）。而当传感器失效时，ECU可以在开环中工作。在吸热发动机中，燃烧是由氢气和氧气之间的反应产生的，紧接着发出热量.燃油是由碳氢混合物组成，它本身包含以不同方式结合在一起的碳原子和氢原子（石蜡、烯族烃、芳香烃）。,07.10.2023,55,空气和燃油混合燃烧的主要生成物是二氧化碳（CO2）水蒸气（H2O）、一氧化碳（CO）和小百分比的未燃烧的碳氢(HC)和氧化氮(NOx)。后两种按ppm计量。对于污染问题，只有一氧化碳以体积形式大量存在
33、。氮氧化物由氧化的混合气组成，主要如下：氧化二氮、一氧化氮（NO）、二氧化氮 NOx是表示这些氧化物的传统的符号，其中NO占总数的95%以上。为了把污染减少到最小程度（CO、HC和NOX），“传感器”被装到系统中，用于检测排气中氧的含量。从传感器输出的信号送到ECU，用来调整空燃混合比，从而保证催化转换器处于最佳工作状态。,07.10.2023,56,影响TWC转换效率的因素,影响最大的是混合气的浓度和排气温度。如左图只有在理论空燃比14.7附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送给ECU，用来对空燃比进行反馈控制。为此，必须精确控制发动饥的
34、空燃比，使之保持在理论空燃比147附近的范围内。此外，发动机的排气温度过高（815以上），TWC转换效率将明显下降。,07.10.2023,57,实现办法：闭环控制方式。在发动机电子控制系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式，如图所示。氧传感器在三元催化转化器前面的排气总管内，其功能是检测排气中的氧气含量，以确定实际空燃比较理论空燃比大还是小，并向ECU反馈相应的电压信号从而控制喷油量减少或增加。,三元催化器,07.10.2023,58,当实际的空燃比比理论空燃比小(混合气浓)时，氧传感器向ECU输入的是高电压信号，此时ECU将减小喷油量，使空燃比增大。当空燃比增大到理论空燃比147
35、时，氧传感器输出电压信号将突变下降至01v左右。此信号输入ECU后，ECU立即控制增加喷油量，空燃比又开始减小。只要空燃比刚减到理论空燃比以下时，氧传感器输出电压信号又突变，上升到075V以上反馈给ECU后，ECU又将控制减小喷油量。如此反复，将空燃比精确控制在理论空燃比147附近一个极小的范围内。而此时三元催化器也保证工作在最佳状态。,发动机闭环控制的工况,07.10.2023,59,发动机各种运行工况的确定,为了满足发动机各种工况的要求，混合气的空燃比不能都采用闭环控制，而是采用闭环和开环相结合的策略。主要分为三种控制方式：一 冷起动和冷却水温度低时通常采用开环控制方式。由于起动转速低、冷
36、却水温度低、燃油挥发性差，需对燃油进行一定的补偿。混合气空燃比与冷却水温度有关，随着温度增加，空燃比逐渐变大。二 节气门全开（WOT）时：为了获得最大的发动机功率和防止发动机过热，采用开环控制，将混合气空燃比控制在12.513.5范围内。此时发动机内混合气燃烧速度最快，燃烧压力最高，因而输出功率也就越大。,07.10.2023,60,三 部分负荷和怠速运行时此时可分为两种情况：若为了获得最佳经济性，可采用开环控制方式，将空燃比控制在比化学计量比大的稀混合气状态下工作。为了获得低的排放，并有较好的燃油经济性，必须采用电控汽油喷射系统加三元催化转化器，进行空燃比闭环控制。图中虚线部分为未加三元催化
37、转化器时，CO、HC和NOx排放浓度与空燃比的关系。实线部分采用三元催化转化器后CO、HC和NOx与空燃比的关系。从图中可看出采用三元催化转化器时只有当 空燃比在化学计量比附近很窄范围内 HC、CO和NOx排出浓度均较小。装有电 控汽油喷射发动机采用闭环控制方式，才能使混合气空燃比严格控制在化学 计量比附近很窄的范围内，使三元催 化转化器净化效率最高。,07.10.2023,61,当对混合气空燃比采用反馈控制时，混合气的浓度基本上在理论空燃比附近。但并不是所有工况都能闭环控制。任何需要以非理论空燃比运行的发动机工况都只能采用开环控制。采用开环控制的工况有：发动饥怠速运转时；节气门全开，大负荷时
38、；减速断油时；发动机起动时；发动机冷却液温度过低或氧传感器未达到工作温度(400C)时；氧传感器失效或其配线发生故障时。发动机进入开环或闭环控制，由ECU根据有关输入信号确定。,发动机开环控制的工况,07.10.2023,62,可变废气增压器,前催化器,主催化器,补偿器,三元催化器的安装部位,07.10.2023,63,07.10.2023,64,07.10.2023,65,07.10.2023,66,07.10.2023,67,缸内直喷汽油发动机,采用电控缸内直接喷射方法，在火花塞附近供给浓混合气，以利着火；在其它区域供给稀混合气，进行分段喷油。达到分层燃烧的目的。据报导空燃比为30时，仍可
39、燃烧。此种方法可节约燃料三分之一以上。为了减少稀燃时的NOx,在排气系统中安装了两只温度传感器、两只氧传感器和两级催化转化器。,07.10.2023,68,正确使用与维修三元催化转化器,燃油：带三元催化转化器的汽车必须使用无铅汽油。含铅汽油中的铅和硫大大降低了催化剂的效率。铅使催化剂板结，形成一层外壳，阻碍排气污染物及时到达催化剂并与之反应。因此，连续使用含铅燃料会逐渐削弱或消除催化剂对排气污染的催化转化能力。,07.10.2023,69,发动机：催化转化器良好工作的平均内部温度高达816摄氏度，高于这个温度时，催化剂就会熔化或分解，从而减少转化器的运行寿命。而发动机在异常工作状态下，进入转化
40、器的废气中含有过量的HC等化合物，这些化合物把催化转化器变成一座温度高得足以熔化催化剂的催化炉。即使在发动机处于良好状况且调试也得当时，对它的不适当使用也会产生过高的催化剂温度。例如，在怠速下长时间发动是减少催化转化器寿命的一种最坏的工况。怠速时间拖长，发动机产生比正常道路速度下更多的热量。因此，带有催化转化器的汽车发动机每次怠速切勿超过10分钟。,07.10.2023,70,维修：检查发动机各缸工作情况时，最好用示波器而不用短路法或从运转着的发动机上卸下火花塞导线的办法来脱离缺火气缸。如无示波器，用卸下火花塞导线或短路法检查可疑气缸时，发动机运转切勿超过30秒；对使用传统变速器的汽车不要推车
41、起动，而应用备用蓄电池和跨接电缆线；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，因为这些状况可导致催化转化器永久性损坏；行驶着的车辆切勿切断点火开关；当发动机间断性点火时，起动发动机不要超过60秒。,07.10.2023,71,使用注意事项,禁用含铅汽油，防止催化剂失效；三元催化转换器固定不牢或汽车在不平路面上行驶时的颠簸，容易导致转换器中的催化剂截体损坏；装用蜂巢型转换器的汽车，一般汽车每行驶80000km应更换转换器心体。装用颗粒型转换器的汽车，其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应全部更换。,07.10.2023,72,浓混合气：传感器电压：从 0.6 V
42、0.9 V.稀混合气：传感器电压：从 0.1 V 0.3 V.内部再加热装置可使其快速达到工作温度，即通常情况下为 350C以上，该温度可在15秒钟时达到。加热电阻是由计算机借助氧传感器温度控制终端中的进位信号未控制的。为使排气温度达到800C 以上，氧传感器的调控临时中断。,该传感器置于排气歧管上，催化器入口处，它持续向计算机发出电压信号，该信号代表排放气体的氧含量。计算机分析这个电压值并借些调整喷射时间：,上游氧传感器,07.10.2023,73,它位于催化器之后，并用于校 核催化器的效能。下游氧传感器的各项特性及其 再加热装置与上游氧传感器相 同。计算机负责分析由下游氧传感 器发出的电压
43、信号，这个电压 值反映了从催化器出口排出气体的氧含量。由上游氧传感器和下游氧传感器发出的电压信号有所错开，是因为排放气体在抵达下游氧传感器之前要通过催化器。对于另一个新的催化器，其化学反应在理论上是完全充分的，氧在化学反应中被充分利用，而从催化器出口排出的微量氧转换成电压值在0.50.7V为下游氧传感器临界值，以上指发动机热态.实际情况是：尽管催化器状态良好其表现出的信号仍会有轻度波动，而后随时间推移催化器功能下降。根据该电压信号计算机分析催化器的功效和燃烧质量，既此推断是否需要调整混合气来改善上述情况。,下游氧传感器,07.10.2023,74,作用：在冷起动时由ECU根据发动机温度，将新鲜
44、空气(又叫二次空气)喷射到排气门的背后，使高温废气中的HC、CO在这里与空气接触而进一步燃烧,以控制废气中HC和CO的成分，同时加快三元催化转换装置的升温过程。,二次空气喷射系统,07.10.2023,75,工作过程：发动机通过皮带驱动空气压缩机1，空气经压缩以后过管道由空气喷嘴4向排气门的方向喷出。整个装置除空气压缩机外。还必须有防止发动机减速时产生后燃现象的防后燃阀7防止废气倒流到空气压缩机去的单向阀3等。这种装置具有排气净化性能稳定的特点，本图中空气泵由ECu控制。在发动机温度超过20 时，起动后ECU控制空气泵继电器闭合，空气泵工作。空气泵工作时间最长不超过4min。,二次空气喷射系统
45、,07.10.2023,76,以下情况ECU不允许空气泵工作：燃油系统进入闭环状态；冷却液温度在2060之间且空气泵已工作4min；冷却液温度超过60 且空气泵工作已达30s；发动机转速超过1900rmin；ECU发现故障,二次空气喷射系统,07.10.2023,77,二次空气,(2)片簧阀由于排放气体的脉动，产生负压，片簧阀打开，向排气系统供给二次空气。在背压的作用下片簧阀关闭，防止排气的逆流。,片簧阀,空气滤清器,发动机,排气岐管,催化器,空气被切断时,停止,片簧,从空气滤清器来,往催化器,07.10.2023,78,07.10.2023,79,07.10.2023,80,07.10.20
46、23,81,1在TU5JP发动机上安装了空气泵，目的是为了在排气阀旁向缸盖内注入新鲜空气，对未完全燃烧的废气进行二次燃烧。使催化器温度迅速上升，更快的进行催化反应，达到EU5防污染规范 2空气泵位于发动机舱内,通过一个喷射计算机和BM34来控制.它的流量是20kg/h.3进气阀门由空气泵吹入的空气压力来控制.4阀门的作用是当气泵不工作时,关闭空气通道，将排气管路和气体喷射管路隔开,避免尾气倒窜进入空气泵,空气泵,07.10.2023,82,二次空气系统另件,07.10.2023,83,空气泵,二次空气系统另件,07.10.2023,84,组成与工作原理,如图控制阀主要由舌簧阀和膜片阀组成。工作
47、原理：点火开关接通后，蓄电池向二次空气电磁阀供电，ECU控制电磁阀搭铁回路。电磁阀不通电时，关闭通向膜片阀真空室的真空通道，膜片阀弹簧推动膜片下移，关闭二次空气供给通道；ECU给电磁阀通电，进气管真空度将膜片阀吸起，使二次空气进入排气管。,07.10.2023,85,二次空气供给系统的检修,（1）低温起动发动机后，拆下空气滤清器盖，应听到舌簧阀发出的“嗡、嗡”声。（2）拆下二次空气供给软管，用手指盖住软管口检查，发动机温度在1863范围内怠速运转时，有真空吸力；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。（3）拆下二次空气阀，从空气滤清器侧软管接头吹入空气应不漏气。（4）电磁阀的检查，阻值应为3644。,
