电控发动机——排放控制系统

氧化钛型氧传感器的工作原理
混合气稀，尾气中 氧的含量高，则氧化钛 氧传感器呈现高电阻的 状态，此时1V电源电压 经氧传感器电阻降压， 返回ECU的输出信号OX电 压低于0.45V； 混合气浓，尾气中 氧的含量少，则氧化钛 氧传感器因缺氧而形成 低电阻的氧化半导体， 此时1V电源电压经氧传 感器电阻降压,返回ECU 的OX信号电压高于0.45V。
•单元泵以原来的 工作电流工作， 测试室的氧量少 。
调整举例（一）- 混合气过浓 •控制单元增大 单元泵的工作电 流，使单元泵旋 转速度增加，增 加泵氧速度。 •单元泵泵入测 试室中的氧量增 加，使电压值 恢复到450mv。 同时减小喷油量
调整举例（二）- 混合气过稀 •混合气过稀时， 泵在原来的转速 下会泵入较多的 氧，测试室中氧 的含量较多，电 压值下降。 •加大喷油量。
4 外界空气 通道 5测量室 6 放氧通道
3 传感器加热 器
重点 ：新型氧传感器工作原理
1. 空气 尾气 2. 传感器电压 3. 控制单元 4. 测量片 5. 尾气 6. 单元泵 7. 单元泵电流
8. 测量室
空气 9. 扩散通道
调整举例（一）- 混合气过浓
•泵入混合气过浓 时， 电压值超 过450mv。
合气所需要的热 量也随之增大， 在燃料燃烧放出 的热量不变的情 况下，最高燃烧 温度可以降低。 从而可使NOX在燃 烧过程中的生成 受到抑制，明显 地降低NOX的排放 ，如图3所示。
图2废气再循环系统工作原理
图3 EGR率对油耗和排放的影响
（2）废气再循环的控制策略 随着EGR率的增加，燃烧开始不稳定， 燃烧波动增加，HC排放上升，功率下降， 燃油经济性趋于恶化。小负荷特别是怠速 时进行EGR会使燃烧不稳定，甚至导致失火 ，使HC排放急增。全负荷追求最大动力性 ，使用EGR会使最大功率降低，动力受损。 因此，必须对EGR率进行适当控制，使之在 各种不同工况下，得到各种性能的最佳折 中，实现NOX的控制目标。
热型氧传感器加热器的检查 对热型氧传感器，测量 其加热器线圈电阻 。
（3）氧传感器信号检查
连接好氧传感器线束连接器，使发动机以较高转速运转 ，直到氧传感器工作温度达到300℃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，加 速时应输出高电压信号（0.75～0.90V），减速时应输出低电 压信号（0.10～0.40V）。若不符合上述要求，应更换氧传感 器。
（2）氧化钛型氧传感器
结构如右图，主要由二 氧化钛元件、导线、金属外 壳和接线端子等组成。 1、当废气中的氧浓度 高时，二氧化钛的电阻值增 大； 2、当废气中氧浓度较 低时二氧化钛的电阻值减小； 3、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
废气再循环阀 常用的控制方式 有温控真空式、 真空背压式、真 空电磁式、电磁 阀式等。随着电 子技术在汽车上 的广泛使用，现 代汽车大多采用 电子控制的废气 再循环阀。
图11 气道式EGR阀
图12 气道式EGห้องสมุดไป่ตู้阀原理图
图13 数字EGR阀
线性EGR阀： 它由发动机控制模块控制，它通过控制 电磁线圈组，来控制枢轴一端的锥型阀的开 启。因为线性EGR阀锥形阀的开启程度完全是 线性渐变的，所以它能够提供发动机全工况 下NOX排放水平的最佳控制。 它主要是根据冷却液温度、节气门位臵 、空气流量传感器信号来计算出最优的EGR开 启程度。并由EGR枢轴传感器来实现闭环控制 。
易起氧化作用，但温度高到一定程度时，会 形成氮氧化物，如图1所示。因此若要降低引 擎排气中的氮氧化物含量，就必须设法降低 引擎的燃烧温度。 目前车辆使用的方法就是在进气歧管中 导入一些应经燃烧的废气，与新鲜空气混合 ，使之再次燃烧，作用为降低混合气的含氧 浓度，吸收燃烧释放出的热量，使燃烧速度 减慢，燃烧温度降低，减少了NOX的生成数量 ，现代引擎不论是汽油的或者柴油的都有EGR 废气再循环系统，并且都用计算机来控制废 气的进气量，以期许在环保和动力上取得最 大的利益和平衡。
图9 带EGR位置传感器的EGR控制系统
在EGR控制系统中，EGR阀是其中最为关 键的部件。不同的EGR率是通过EGR阀的调节 来实现的。 EGR阀的分类： 进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR阀 1、气道式EGR阀 2、正背压式EGR阀 3、负背压式EGR阀 发动机控制模块控制的电磁式EGR阀 1、数字式EGR阀 2、线性EGR阀
a）真空控制EGR系统
b）电控真空驱动EGR系统
c）闭环电控EGR系统
1-真空驱动EGR阀；2-排气管；3-发动机；4-进气管；5-温度控制阀；6-电控真 空调节器；7-电控单元；8-EGR阀位置传感器；9-电磁驱动EGR阀 图4 典型EGR系统
图5 普通电子式EGR控制系统
图6 可变EGR率废气再循环控制系统
•同时减少单元泵 的工作电流
调整举例（二）- 混合气过稀
•为能使电压值尽快 恢复到450mv的电压 值，减小单元泵的工 作电流，使泵入测试 室的氧量减少。
•单元泵的工作电流 传递给控制单元，控 制单元将其折算成 电压值信号。 1V---2V之间
01－08－033/2
5.TWC及氧传感器的检修
三元催化转化器的安装位置
2.TWC的构造
3.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。 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。
1、TWC系统
汽车废气催化净化技术的研究开始于20世 纪50年代。1943年9月美国洛杉矶发生事件, 使当地居民和动植物受到很大危害。1951年 美国的A.J.哈根查明光化学烟雾是由于汽车废 气发生光化学反应造成的，于是人们开始研 究汽车废气催化净化技术，创制了催化净化 器。
1.TWC的功用
利用转换器中 的三元催化剂，将 发动机排出废气中 的有害气体转变为 无害气体。
小节
• • • • • 我们应会什么？ A，两种传感器的不同 1，氧化锆式为电压式 （产生电压） 氧化钛式为电阻式 （不产生电压） 2，想想它们怎么测量？
氧传感器-λ调节
新型氧传感器
一般，装在三元催化反应器前。 1 单元泵 构造: 2 能斯托单元 宽频带型传感器外形尺寸比 跳跃型 传感器仅大几毫米 。
电控发动机故障诊断与检修
授课教师：李琦
时间：2013年8月17日星期六；地点：1-117电控一体化课室
任务9：排放控制系统
排放控制系统
教学内容
1）三元催化器工作原理及氧传感器的工作原理、检修； 2）废气再循环控制系统； 3）二次空气喷射系统； 4）曲轴箱蒸发控制系统； 5）油箱蒸发控制系统。
教学目标
图1 燃烧温度与NOX排放量的关系
汽油机的排气再循环控制
1、废气再循环的工作原理 （1）废气再循环及其净化原理 废气再循环技术是控制氮氧化合物排放 的主要措施，如图2所示，它是将汽车排出 的一部分废气重新引入发动机进气系统，与 混合气一起再进入气缸燃烧。 废气混入的多少用EGR率表示，其定义 如下：
对EGR系统的控制要求如下： (1)由于NOX排放量随负荷增加而增加，因而 EGR量亦应随负荷的增加而增加。 (2)怠速和小负荷时，NOX排放浓度低，为了保 证稳定燃烧，不进行EGR。 (3)在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温 度均较低，NOX排放浓度也很低，混合气供给 不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时 不进行EGR。 (4)大负荷、高速时，为了保证发动机有较好 的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足， NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少 EGR率。
4.氧传感器
常见氧传感器安装方式
单床
双床
氧传感器类型与工作原理
（1）氧化锆型
氧化锆型氧传感器的结构
氧化锆型氧传感器的工作原理
1、 在400℃以上的高温时，若 氧化锆内外表面处的气体中的氧 的浓度有很大差别，在铂电极之 间将会产生电压。 2、当混合气稀时，排气中氧的 含量高，传感器元件内外侧氧的 浓度差小，氧化锆元件内外侧两 极之间产生的电压很低（接近 0V）， 3、当混合气浓时，如排气中几 乎没有氧，内外侧的之间电压高 （约为1V）。 4、在理论空燃比附近，氧传感 器输出电压信号值有一个突变。
1）能正确使用万用表检测氧传感器的好坏； 2）
导入：汽车废气排放的部位主要有3个：曲轴箱、
排气管、油箱。排放的废气一般有CO，HC，NOX 以及 大量的CO2等四种，而CO2为汽油机的必然产物， CO， HC，NOX是有害的气体，必须严格控制其产生。 目前汽车上用来控制废气排放的系统一般有曲轴箱 强制通风系统（PCV），废气再循环系统（EGR），燃 油蒸气回收系统（EVAP），三元催化器（TWC）等。
（1）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。
（2）热型氧传感器加热器的检查
制真空调节器6，后者控制真空驱动EGR阀1的 开度。在此系统中，通过预先标定的EGR脉谱 有可能针对不同工况实现EGR的优化控制。图 4c所示的为闭环电控EGR系统，广泛应用于现 代电控汽油机中。这种系统应用了带EGR阀位 臵传感器8的线性位移电磁式EGR阀9，由电控 单元7发出的PWM信号驱动。传感器8发出的 EGR阀位臵信号反馈给电控单元7，保证精确 实现预定的电控脉谱。而电控脉谱由发动机 的EGR标定试验确定。
(5)为了实现EGR的最佳效果，需保证再循环的排 气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一 致。 3. EGR系统及EGR阀 图4为车用汽油机三种典型的EGR系统。图4a 所示的真空控制EGR系统，除低温切断EGR用温度 控制阀5实现外，其余控制规律由进气管节气门 后的真空度和真空驱动EGR阀的构造保证（如采 用双膜片式EGR阀等）。真空控制EGR系统是一种 机械式EGR系统，在现代电控汽油机上已很少应 用。图4b所示的为电控真空驱动EGR系统，用电 控单元7控
六线氧传感器万用表检测
• • • • • 1---5脚 2---6脚 5---6脚 2---5脚 3---4脚
1脚: 黑色 3脚: 灰色 5脚: 黄色
0.4-0.5V 70欧左右 断路 断路 2.5-10欧左右
2脚: X 4脚: 白色 6脚: 红色
四线式氧传感器
1 1 2
3 4
氧传感器的颜色
• • • • 淡灰色, 正常颜色 白色, 由硅污染造成的,此时必须更换. 棕色, 由铅污染所制 黑色, 有积炭造成的,在排除积碳故障后, 一般可以自动清除氧传感器上的积碳.
氧传感器故障导致的故障现象P112 1）发动机性能不佳 2）怠速不稳 3）发动机油耗增大 4）排气污染增大 5）空燃比不正确
2、废气再循环控制系统；
EGR是英文Exhaust Gas Recirculation 三个字的缩写，意思是废气再循环系统，它 是针对引擎排气之一的氮氧化合物NOX所设臵 的排气进化装臵。 氮氧化物排到大气中，碰到强烈的紫外 线时，会产生光化学烟雾，这种光化学烟雾 ，会造成眼睛疼痛，严重的话还会呼吸困难 ，长期呼吸被氮氧化物和黑烟污染的空气， 也容易带来呼吸器官的疾病和癌症。 在化学上，氮是所谓的惰性气体，不容
返回废气量 EGR 率 100 ％ 进气量＋返回废气量
NOX是在高温和富氧条件下N2和O2发生化学反 应的产物。燃烧温度和氧浓度越高，持续时间越 长，NOX的生成物也越多。 一方面废气对新气的稀释作用意味着降低了 氧浓度； 另一方面，考虑到除怠速外的其他工况下的 CO、HC和NOX浓度均小于1％，废气中的主要成分 为N2、CO2 和H2O，而且三原子气体的比热较高， 从而提高了混合气的比热容，加热这种经过废气 稀释后的混