汽车底盘电控系统课件：项目四排气净化与排放控制系统的检修 121页

项目四 排气净化与排放 控制系统的检修 一、项目要求 二、相关知识 三、项目实施 一、项目要求 二、相关知识 （一）汽车排放污染物及其净化措施 1 ．汽车排放污染物 汽车尾气排放物中主要有害成分是：碳氢化合物（ HC ）、氮氧化合物（ NO x ）和一氧化碳（ CO ），主要来源于排气管排放的燃烧废气，从燃烧室经活塞环间隙窜入曲轴箱并排放到大气的曲轴箱窜气，以及汽油蒸发排放等。 2 ．汽车污染排放物的成因 3 ．排放污染物净化措施 （ 1 ）蒸气吸收还原装置 （ 2 ）窜气回收控制装置 （ 3 ）发动机燃烧技术改进 （ 4 ）废气再循环装置 （ 5 ）三元催化转化器 （二）曲轴箱强制通风装置的检修 1 ．曲轴箱强制通风的作用 2 ．曲轴箱强制通风系统的工作原理 3 ．曲轴箱强制通风系统的测试 测试曲轴箱强制通风（ PCV ）系统工作是否正常，一般可用转速下降法或真空测试法。 （三）燃油蒸发控制系统检修 1 ．燃油蒸发控制系统的功能 燃油蒸发（ Evaporative Emission Control ， EVAP ）控制系统的功能是收集汽油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸气（ HC ），并将汽油蒸气引入进气歧管，与正常混合气混合后进入汽缸参加燃烧。 一方面根据发动机工况，控制导入汽缸参加燃烧的汽油蒸汽量，使汽油得到充分利用，另一方面阻止汽油蒸气直接排入大气而造成环境污染。 2 ．燃油蒸发控制系统的组成与工作原理 3 ．燃油蒸发控制系统的控制 4 ．燃油蒸发控制系统的检修 （ 1 ）一般诊断方法 检查各连接管路是否破损、漏气、堵塞或连接松动，必要时更换连接软管；检查系统电路连接是否松动、接线端是否腐蚀、绝缘部分是否磨损，若炭罐电磁阀和相关电路有故障，系统会提示故障码。 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，一般汽车每行驶 20 000 km ，应更换活性炭罐底部的进气滤芯。 （ 2 ）就车检测 ① 将发动机预热至正常工作温度，并使之怠速运转。 ② 拔下蒸气回收罐上的真空软管，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，则用万用表电压档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 ECU 有故障；若无电压，则说明电磁阀有故障。 ③ 踩下加速踏板，当发动机转速大于 2 000 r/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，则说明该系统工作正常；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。 （ 3 ）真空控制阀的检查 如图 4-12 所示，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 5  kPa 真空度时，从活性炭罐侧孔吹入空气应畅通；不施加真空度时，吹入空气则不通。 若不符合上述要求，应更换该真空控制阀。 图 4-12 真空控制阀的检查 （ 4 ）控制电磁阀的检查 发动机不工作时，拆开控制电磁阀线束连接器，测量控制电磁阀两端子间电阻值应符合维修手册规定值。 或者拆开控制电磁阀进气管一侧的软管，用手动真空泵由软管接头给控制电磁阀施加一定真空度，控制电磁阀不通电时应能保持真空度，若给控制电磁阀接通蓄电池电压，真空度应释放。 若不符合上述要求，应更换该控制电磁阀。 （ 5 ）检查活性炭罐并清洁滤清器 使用手动真空泵，将低压空气吹入油箱接管，空气应无阻碍的从其他管子中流出。 用低压空气吹入排污接管，空气应不能从其他接管中流出，如图 4-13 所示，若有问题，需更换活性炭罐。 图 4-13 活性炭罐的检查 活性炭罐滤清器的清洁可按照图 4-14 所示方式，堵塞排污管，用 294  kPa 的压缩空气吹入油箱接管即可。 图 4-14 活性炭罐滤清器的清洁 若炭罐滤清器若因沾有油污、沙粒、灰尘并发生脏堵时，应及时更换，方法如图 4-15 所示。 图 4-15 更换炭罐滤芯 1— 罐底 2— 滤芯 ① 拆下活性炭罐。 ② 卸去罐底的卡环及托杆，拉出旧的滤芯。 ③ 更换新滤芯，装复罐底。 ④ 用卡箍将炭罐固定。 ⑤ 正确连接好全部软管。 （四）废气再循环控制系统检修 1 ．废气再循环系统的功能 废气再循环（ EGR ）系统的作用是把适量的排气重新引入进气系统，使其和新鲜混合气一起进入汽缸参加燃烧。 由于使用不能燃烧的废气来稀释空燃混合气，降低了燃烧速度，同时由于废气中的 3 种主要成分， CO 2 、 H 2 O 和 N 2 的热容量较高，从而实现了降低汽缸内的最高温度，达到减少氮氧化合物（ NO x ）排放的目的。 2 ．废气再循环控制系统的组成与工作原理 EGR 控制系统的功能就是控制废气再循环量。 EGR 控制系统多数为电控系统，根据其控制模式不同， EGR 控制系统可分为两种类型： EGR 开环控制系统和 EGR 闭环控制系统。 3 ．废气再循环控制系统的检修 （ 1 ）一般检查 在冷机启动后，立即拆下 EGR 阀上的真空软管，发动机转速应无变化，用手触试真空软管口应无真空吸力；发动机温度达到正常工作温度后，发动机怠速运转时按上述方法检查，其结果应与冷机时相同。 发动机在正常工作温度下，若将转速提高到 2 500 r/min 左右，折弯真空软管后并从 EGR 阀上拆下软管，发动机转速应有明显提高（因中断废气再循环）。 若不符合上述要求，说明 EGR 控制系统工作不正常，应查明故障原因，予以排除。 （ 2 ） EGR 电磁阀的检查 在常温下测量电磁阀的电阻值，一般电阻值应为 33 ～ 39  。如图 4-22 所示， EGR 电磁阀不通电时，从通进气管软管接头吹入空气应畅通，从通气滤网处吹入空气应不通。 图 4-22 EGR 电磁阀的检查 1— 通大气滤网 2— 进气管软管接头 3—EGR 阀软管接头 当给 EGR 电磁阀接通蓄电池电源电压时，吹气通畅情况应与上述相反。 若不符合上述要求，应更换该电磁阀。 （ 3 ）废气再循环（ EGR ）阀的检查 废气再循环（ EGR ）阀结构如图 4-23 所示，通过特殊通道使排气歧管连通，其真实管上方的真空度由废气再循环真空电磁阀控制。 ECU 根据转速、空气流量、进气压力以及温度信号，控制真空电磁阀的占空比，从而控制废气再循环阀的开度来改变废气再循环率。 图 4-23 废气再循环阀的结构 废气再循环（ EGR ）阀的检查如图 4-24 所示，用手动真空泵给 EGR 阀膜片上方施加约 15  kPa 的真空度时， EGR 阀应能开启；不施加真空度时， EGR 阀应能完全关闭。 若不符合上述要求，应更换该 EGR 阀。 图 4-24 EGR 阀的检查 （五）二次空气喷射系统检修 1 ．二次空气喷射系统的功能 二次空气喷射（ Air Injection ， AI ）系统的功能是：在一定工况下，将一定量的新鲜空气引入排气管（如图 4-25 所示）或三元催化转换器中，促使发动机排出废气中的一氧化碳（ CO ）和碳氢化合物（ HC ）进一步燃烧，从而降低有害物的排放量。 这一过程很像向将要熄灭的火吹风。在启动工况下，二次空气喷射（ AI ）系统不但能降低 CO 和 HC 的排放量，而且还会加快三元催化转换器和氧传感器的升温，使发动机尽快进入空燃比闭环控制过程，从而提高发动机的性能。 2 ．二次空气喷射系统的组成与工作原理 目前所用的二次空气供给方法有两种：空气泵系统和脉冲空气系统。 3 ．二次空气供给系统的检修 （ 1 ）工作情况检查 如果二次空气喷射系统发生故障，则发动机温度升高时，它不向排气口泵入空气，碳氢化合物（ HC ）的排放量也会升高。 在对二次空气喷射系统进行检查时，需注意以下几点。 ① 诊断二次空气喷射系统，首先要检查该系统上所有真空软管和电路连接是否正常，有无老化，泄漏，连接松动等。 ② 此外空气泵在皮带轮的后面有一个离心式滤清器，其作用是将空气中的灰尘过滤后送入气泵。 皮带轮与滤清器用螺栓连接在泵轴上，可分别检修它们，如图 4-32 所示。 如果皮带轮或滤清器弯曲、磨损或损坏，应将其更换。 图 4-32 空气泵带轮与离心式滤清器 ③ 空气泵的皮带必须有一定的张力。 带轮松动或二次空气喷射系统有故障，会导致二次喷射系统不能正常工作，最终导致废气中有害成分升高或燃油消耗大。 ④ 二次空气喷射系统的泄压阀的作用是在系统堵塞或阻力过大时，释放压力以防止空气泵压力过高。 通常连接在旁通阀和分流阀上，也有的连接在空气泵上。 如果泄压阀卡在开启位置，来自空气泵的空气流将通过该阀连续排出，导致有害气体的排放量增加。 ⑤ 如果二次空气喷射系统中的软管有烧坏的迹象，这是高温排气进入造成的，说明单向阀有泄漏故障。 ⑥ 空气歧管和管道的泄漏会导致废气漏出和产生大量噪声。 ⑦ 发动机低温启动后，拆下空气滤清器盖，应能听到舌簧阀发出的“嗡嗡”声。 ⑧ 从空气滤清器上拆下二次空气供给软管，用手指盖住软管口检查，应符合下列要求：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，启动后 70s 内应有真空吸力，启动 70 s 后应无真空吸力。 发动机转速从 4 000 r/min 急减速时，应有真空吸力。 检查结果若与上述不符，说明二次空气供给系统工作不正常，应进一步检查。 （ 2 ）检查二次空气控制阀 拆下二次空气控制阀，从空气滤清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 20  kPa 真空度，从空气滤清器侧软管接头吹入空气应通畅。 若不符合上述要求，说明膜片阀工作不良，应检修或更换。 用手动真空泵从真空管接头施加 20  kPa 真空度，从排气管接头吹入空气应不漏气，否则说明舌簧阀密封不良，应更换。 （ 3 ）检查二次空气电磁阀 测量二次空气电磁阀电阻值，正常值应为 36 ～ 44  。 拆开二次空气电磁阀上的软管，电磁阀不通电时，从进气管侧软管接头吹入空气应不通，从通大气的滤网处吹入空气应畅通。 当给电磁阀接通蓄电池电源电压时，吹气通畅情况应与上述相反。 若不符合上述要求，应更换该二次空气电磁阀。 （六）进气增压控制系统检修 1 ．电控进气惯性增压控制系统 （ 1 ）进气惯性增压的机理 （ 2 ）可变进气管有效长度谐振增压控制系统 （ 3 ）可变进气系统的检测 ① 进气增压控制阀和膜片式执行器的检测。 用三通接头把真空表接入进气增压控制阀的真空管路中。 启动发动机，怠速时真空表应无变化。 迅速将节气门全开，真空表指针应在 53.3  kPa 位置处摆动，并且膜片式执行器的拉杆也应缩回，这说明进气增压控制阀在工作，膜片式执行器也没问题，如图 4-38 所示。 图 4-38 进气增压控制阀和膜片式执行器的检查 ② 电磁真空通道阀的检测。 电磁真空通道阀电路图如图 4-39 所示。 检查电磁真空通道阀线圈有无断路、短路或搭铁现象；在 20 V 时，两端子 1 和 1 之间的电阻值应为 38.5 ～ 44.45  。 图 4-39 电磁真空通道阀电路图 检查电磁真空通道阀的工作情况。 如图 4-40 所示，电磁真空通道阀不通电时，空气应能从通道 E 进入，只能从滤清器排出；当电磁真空通道阀接通蓄电池电压时，空气应能从通道 E 进入，只能从 F 口出去。 图 4-40 检查电磁真空通道阀的工作情况 ③ 真空罐的检测。 如图 4-41 所示，空气应能从真空罐 A 向 B 流动，如图 4-41 （ a ）所示，但不能从 B 向 A 流动，如图 4-41 （ b ）所示；用手指封住 B 出口，向 A 口施加 53.3  kPa 的真空，在 1 min 内真空应无变化，如图 4-41 （ c ）所示，否则应更换真空罐。 图 4-41 真空罐的检测 2 ．废气涡轮增压系统 （ 1 ）废气涡轮增压系统的组成与工作原理 （ 2 ）废气涡轮增压系统检查 涡轮增压系统出现故障可能会造成很多问题，如发动机功率不足，排气冒蓝烟或黑烟，机油消耗过大，涡轮增压器有噪声，压气机或涡轮密封润滑油泄漏等。 引起涡轮增压器故障的主要因素有机油不足，机油中混入杂质和从进气口中吸入杂质等。 为了防止这些故障的出现，对废气涡轮增压系统定期进行维护和检查是必要的。 ① 首先检查发动机基本工作条件、压缩和泄漏，及点火系和燃油供给系。 如果供油量和压力都正常，则再检查点火系的击穿电压是否足以点燃由涡轮增压产生的高压混合气，点火时刻是否正确。 ② 目测软管，垫片和管道装配是否正确，有无损伤、磨蚀。 如破损或变质，将使涡轮装置不能正常工作，导致增压过高或过低。 ③ 检查进气负压或空气滤清器真空泄漏情况。 检查时可向进气系统注入丙烷，观察发动机转速和真空度，同时检测 HC 水平。 丙烷通过漏气处，真空度和发动机转速会增加， HC 水平会下降。 ④ 检查涡轮增压器。 ● 仔细观察增压涡轮和动力涡轮是否存在弯曲、破裂或过度磨损现象。 ● 检查涡轮壳体内部是否存在由于轴的摆动范围过量、进入脏物或润滑不当而造成的磨损或冲击损伤。 用手旋转涡轮，手感阻力应是均匀的，不应过大，转动应无粘滞感，无擦伤或任何接触。 ● 由于对轴承间隙有严格要求，应按生产厂规定的程序检查轴向和径向间隙，若不符合要求，则更换涡轮增压器。 （七）三元催化转化器检修 1 ．三元催化转化器的功能 电控燃油喷射汽车的三元催化转化器（ TWC ）安装在排气歧管与消声器之间， TWC 中含有的催化剂分别是：铂、钯和铑。 其中铂和钯是氧化催化剂，催使 HC 和 CO 分别与氧气化合成 H 2 O 和 CO 2 。 铑是还原催化剂，当 NO x 与灼热的铑接触时， NO x 将会脱去氧气，还原为 N 2 ，如图 4-47 所示。 就这样，发动机排放废气中的有害气体 HC ， CO 和 NO x 被转变成了无害的 CO 2 、 N 2 和 H 2 O 。 图 4-47 三元催化转换器的功能 2 ．三元催化转化器的构造 根据催化剂载体的结构特点， TWC 可分为整体式和颗粒式两种类型，前者在整体式陶瓷或金属芯表面覆以催化剂，后者在颗粒形的陶瓷小球表面覆以催化剂。 在老式汽车上使用的颗粒式转化器由两个百叶窗状的薄金属板容器组成。 这些容器内装有 100 000 ～ 200 000 个陶瓷小球。 而现代汽车多使用整体式催化转换器，其结构如图 4-48 所示。 图 4-48 整体式三元催化转换器 日本丰田凌志 LS400 轿车 TWC 装置的安装位置如图 4-49 所示，该车型装用 V 型发动机，左右排气管上各装 1 个 TWC 。 目前， TWC 内装用的三元催化剂一般为铂（或钯）与铑等贵重金属的混合物。 图 4-49 三元催化转化器安装位置 3 ．影响三元催化转化器转换效率的因素 4 ．氧传感器 氧传感器可以用来检测废气中氧气的含量，如果废气中氧气的含量高，则氧传感器的输出电压就低；如果废气中氧气的含量低，则氧传感器的输出电压就高。 氧传感器可分为氧化锆（ ZrO2 ）式和氧化钛（ TiO2 ）式两种类型；根据是否需要加热，又分为加热型和非加热型氧传感器。 5 ．三元催化转化器、氧传感器的检修 （ 1 ）三元催化转化器的检修 催化转换器一般不需要定期维护，但装有催化转换器的车辆要长久的保持良好的排放就必须做到正确的使用。 尤其注意严禁使用含铅汽油，以防止因催化剂“铅中毒”而失效； TWC 固定不牢或汽车在不平路面上行驶时的颠簸，容易导致 TWC 中的催化剂载体损坏。 装用蜂巢型 TWC 的汽车，一般汽车每行驶 80 000 km 应更换 TWC 芯体；装用颗粒形 TWC 的汽车，当其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应全部更换。 ① 三元催化转换器的外观检查。 催化转换器若出现破裂、碰伤、失效或堵塞，将造成发动机动力性下降、燃油消耗量增大、排放性能恶化等现象。 在对三元催化转换器进行检查时，首先要将汽车升起，观察催化转换器是否有隆起、变形、泄漏、裂纹，以及各连接件是否牢固，拍打并晃动催化转换器，听其内部是否有物体移动的声音，排气管是否有颗粒状物质排出，若有，则说明催化器内部载体破碎，需要更换催化器。 若催化器表面有凹陷，则说明催化转换器的载体可能受到损伤。 催化转换器外壳上有严重的褪色斑点或略有青色或紫色的痕迹，隔热罩上有明显的暗灰斑点，则说明催化转换器曾处于过热状态，应做进一步检查。 ② 三元催化转换器的测试。 若检查催化转换器的外观没有问题，则可用以下 3 种方法对催化转换器进行测试。 ● 测试三元催化转换器进气口和出气口的温度。 催化转换器工作过程中的氧化反应会产生大量的热量，因此可以通过检测三元催化转换器进气口和出气口的温度差来判断其性能的好坏。 正常情况下转换器出气口应该至少比进气口温度高 30 ～ 100℃ ，否则表明该转换器工作不良，应进行更换或修理。 转换器工作不良时，应检查空气泵系统，以确保在发动机处于正常工作温度时能保持向转换器泵入空气。 如果没有出现空气流，也会使催化转换器工作无效。 ● 测试氧传感器的信号。 有些车辆在三元催化转换器前后各安装了一个加热型氧传感器，分别称为“前氧”和“后氧”。 在确认氧传感器没有故障的前提下，可以用双通道示波器获取两个氧传感器的信号波形。 在发动机正常的工作温度条件下，如果两个氧传感器的信号波形变化保持同步，则说明三元催化转换器已经失效，必须进行更换。 ● 测试尾气排放。 某些汽车在三元催化转换器前的排气系统中，有一个可插入废气分析仪测头的连接装置。 当发动机怠速运转、变速器在空档时，把分析仪的探测头插入排气尾管，通过检测三元催化转换器前、后废气中的有害气体量，来判断催化转换器的有效性。 若三元催化转换器前、后测得的读数相同，则说明催化转换器已失效，应进一步查明原因，然后再进行维修或更换。 或者直接将读数与维修手册中的数据进行对比，若在允许的范围内，说明催化剂仍在工作，若一个或两个（ HC 和 CO ）读数超过规定，则说明催化剂可能已经失效。 （ 2 ）氧传感器的检修 氧传感器的失效原因主要有两种：一是已过使用期限；二是铅中毒、二氧化硅中毒或积炭等。 对氧传感器通常做如下两项检查。 ① 热型氧传感器加热器电阻的检查。 对热型氧传感器，拔下线束插头，用万用表电阻挡测量加热器接线柱与搭铁接线柱之间的电阻值，应符合维修手册规定，若不符合，则应更换该氧传感器。 如：丰田凌志 LS400 轿车氧传感器加热器线圈，在 20℃ 时电阻值应为 5.1 ～ 6.3  。 ② 氧传感器输出信号检查。 连接好氧传感器线束连接器，使发动机以较高转速运转，将氧传感器工作温度加热到 400℃ 以上时再维持怠速运转。 然后反复踩动加速踏板，并测量氧传感器输出信号电压，在加速工况时，应输出高电压信号（ 0.75 ～ 0.90 V ）；而减速工况时，则应输出低电压信号（ 0.10 ～ 0.40 V ）。 若不符合上述要求，需更换该氧传感器。 三、项目实施 （一）实施要求 需具备实验车一辆，或相关电控发动机实训台，准备好万用表或汽车示波器等检测仪器。 （二）实施步骤 1 ．曲轴箱强制通风（ PCV ）系统检测 （ 1 ）转速试验（如图 4-55 所示） ① 启动发动机，使发动机升温至正常工作温度，则发动机怠速运转。 图 4-55 曲轴箱强制通风系统的检查 1—PCV 阀 2— 汽缸盖罩 ② 接上转速表，读出怠速转速。 ③ 用手捏住 PCV 软管，从发动机上拔下 PCV 阀接汽缸盖罩的软管，用手指堵住 PCV 的上端。 ④ 读出发动机转速的下降值，若该值大于 50 r/min ，则曲轴箱强制通风装置正常，否则，应清洗或更换 PCV 阀和软管。 （ 2 ）曲轴箱强制通风（ PCV ）系统快速诊断 方法与步骤见本项目相关知识。 2 ．燃油蒸发控制系统的检修 （ 1 ）就车检查（如图 4-56 所示） （ 2 ）电磁阀线圈电阻的检查（如图 4-57 所示） 图 4-56 就车检查 图 4-57 电磁阀线圈电阻的检查 （ 3 ）电磁阀工作情况的检查（见本项目相关知识） （ 4 ）活性炭罐的清洁（见本项目相关知识） 3 ．废气再循环装置检修 废气再循环装置的故障会导致发动机怠速不稳或污染排放物增加。 检修时可遵循如下步骤。 （ 1 ）废气再循环装置工作状态检查 ① 启动发动机，并以怠速运转。 ② 用手按住废气再循环阀膜片，检查废气再循环阀有无动作。 ③ 在冷车状态下，踩下加速踏板，使发动机转速上升至 2 000 r/min 左右，此时废气再循环阀未开启，因此应感觉不到膜片的动作。 ④ 当冷却水温高于 50℃ 时，踩下加速踏板，使发动机转速上升至 2 000 r/min 左右，此时废气再循环阀已开启，因此应能感觉到膜片的动作。 若废气再循环阀不能按照上述规律动作，说明该装置有故障。 （ 2 ）废气再循环阀的检查 ① 启动发动机，使其怠速运转。 ② 拔下连接废气再循环阀和废气调整阀的真空软管。 ③ 用手动真空泵对废气再循环膜片室施加约 19.95  kPa 的真空度，此时，若发动机怠速性能变差，甚至熄火，说明废气再循环阀工作正常；若发动机运转性能无变化，说明废气再循环阀损坏，应更换。 4 ．三元催化转换器的检查 （ 1 ）外观检查（见本项目相关知识） （ 2 ）三元催化转换器的测试（见本项目相关知识） 5 ．氧传感器的检测（氧化锆式） ① 测量加热电阻：检测氧传感器线束插头中加热器接线柱与搭铁接线柱之间的电阻（如图 4-58 所示）。 ② 检测氧传感器电源电压和加热器电源电压（如图 4-59 所示）。 图 4-58 测量氧传感器加热电阻 图 4-59 检测氧传感器电源电压 ③ 测量氧传感器的反馈电压：启动发动机，检测氧传感器反馈电压输出端的电压。