排放控制系统

带加热功能的氧化锆氧传感器的电路原理图
氧化锆氧传感器常见引脚数： ⑴单引线：氧传感器只有一根信号线，以外壳做 搭铁回路。该种氧传感器依靠排气管散发的热量才能 正常工作，当发动机怠速工作达不到正常工作温度时， ECU会以一固定值代替氧传感器信号值。 ⑵两线式：一条为信号线，另一条则为搭铁线。 ⑶三线式：使用在加热型的氧传感器上，其中两 条引线同上述，第三条线为来自继电气（或点火开关） 的12V加热电源线。 ⑷四线式：信号线与加热线各自有搭铁回路，即 有两条搭铁线。
废气再循环(EGR)系统
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）混合后返回汽缸进行再循环。
废气再循环(EGR)系统用于降低废气 中的氮氧化物 (NOX)的排出量。汽车废气 是一种不可燃气体(不含燃料和氧化剂)， 在燃烧室内不参与燃烧。 它通过吸收燃 烧产生的部分热量来降低燃烧温度和压力， 以减少氧化氮的生成量。为了避免影响电 控燃油喷射的性能，一些比较新的发动机 已不需要EGR系统来降低排放，而是利用 进、排气门的重叠开启时刻，吸入一些废 气到气缸内重新燃烧。
汽车发动机电控技术
排放控制系统
Fra Baidu bibliotek
汽车排放污染的来源及控制
随着汽车工业的发展，汽车的保有量不断增加，汽车排放污染对 人类环境的危害已成为一种严重的社会公害。汽车的排放污染主要来 源于发动机排出的废气（约占65％以上）、曲轴箱窜气（约占20％） 和燃料供给系统中蒸发的燃油蒸汽（约占10％~20％），汽油机的主 要排放污染物是一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物 （NOx），柴油机的主要排放污染物是HC、NOx和碳烟。 针对汽车污染源和各种污染物的产生机理，近年来，在汽车尤其 是轿车上装用了多种排放控制系统，主要包括：曲轴箱强制通风 （PCV）系统、汽油蒸气排放（EVAP）控制系统、废气再循环（EGR） 系统、三元催化转换（TWC）系统、二次空气供给系统和热空气供给 系统等。
按作用分类：分为非加热型的和加热型的；
按在排气管中的安装数量分类氧传感器分为单氧传感器和双氧传 感器。
双氧传感器用在采用OBDII系统的车辆上，一个氧传感器安装在 催化转换器前面排气管上（上游氧传感器），另一个安装在催化转 换器的后面排气管上（下游氧传感器）。
氧化锆氧传感器
由于氧化锆只能在 400℃以上的高温时 才能正常工作，为保 证发动机在进气量少、 排气温度低时也能正 常工作，有的氧化锆 式氧传感器内还装有 加热器，加热器也由 发动机ECU控制。不 带加热器的氧传感器 称为普通型氧传感器， 带加热器的氧传感器 称为热型氧传感器。
电控式EGR控制系统主要有两种类型 开环控制EGR系统 闭环控制EGR系统
开环控制EGR系统
1-EGR真空电磁阀 2-节气门
3-EGR阀
4-冷却液温度传感 器 5-曲轴位置传感器 6-ECU 7-起动信号
闭环控制EGR系统
ECU根据EGR率 传感器信号对 EGR控制阀实行 反馈控制。
EGR控制系统的检修 一般检查
EGR真空电磁阀的检查
检查的方法与步骤，见图所示。 （1）在冷态下测量EGR真空电磁阀电阻，阻值一般应为33～39Ω 。 （2）当不给EGR真空电磁阀通电时，从通进气管侧接头吹入空气， 应畅通；从通大气的滤网处吹入空气，应不通。 （3）当给EGR真空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，应更换电磁阀。
氧化锆氧传感器信号特征：
废气中氧的含量
低 高
氧传感器输 出信号电压
≧0.45V ≦0.45V
判断混合气状况
浓 稀
氧化钛氧传感器
这种氧传感器利用化学反应强、对氧气敏感、易于还原 的半导体材料氧化钛与氧气接触时发生化学反应，从而导致 电阻值变化的原理工作的，它是一种电阻型传感器，有耐铅 中毒能力强、产品体积小的优点。 二氧化钛型氧传感器的结构如图所示。主要有二氧化钛元 件、导线、金属外壳和接线端子组成。
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短期/长期燃油修正的特点
⑴在闭环工况下起作用。 ⑵ECU通过对喷油量进行微调来控制空燃比。 ⑶短期燃油修正是ECU依据氧传感器的电压信号进行喷油量的修正。 ⑷长期燃油修正是ECU通过对短期燃油修正（长时间修正的趋势）的 计算得来的，其目的是尽可能地让短期燃油修正的数值接近０%，如 果长期燃油调整的数值超过5%，则表示发动机系统有故障，应该进行 检查。 ⑸OBDII系统需经过两个发动机驱动循化才能置出有关燃油修正的故 障码。短期燃油修正值是临时存储的，在点火开关后自动消失。长期 燃油修正值是被存储在记忆单元中，并被用于确定基本喷油量，对开 环和闭环中喷油器的喷射量控制都有影响。 ⑹千万记住燃油修正的方向与故障码是相反的。
长 期 燃 油 修 正 例 子
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短期燃油修正和长期燃油修正的数值可以帮助 维修人员判断混合气过浓或过稀是由燃油喷射系统 内部故障引起的，还是由相关传感器故障造成的。 ECU控制长期燃油修正微调的最大值在-25%-+20%范 围内，短期燃油微调的权限在-27%-+27%之间，如 果SHORT FT或LONG FT超过±10％，将警告有潜 在故障。
三元催化转换器（TWC）
所谓“三元”，是指能同时处理CO、HC和NOx三种有害气体， 三元催化转换器安装在排气管中部，其功能是利用转换器中的 三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体HC、CO和NOx转变 为无害气体H2O、CO2和N2。
奔驰车系三元催化转化器的安装情况
TWC的构造
以整体式三元催化 传换器为例，其主 要由四部分组成： 载体、涂在载体上 的催化活性层、承 纳载体的钢板壳体 和钢板壳体之间的 隔离层或缓冲层。
短期 燃油 修正 转换 示意 图
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长期燃油修正值是由短期燃油修正值得到，并代表了燃油偏差 的长期调整值。长期燃油修正表示方式与短期燃油修正表示方式一 致，如果长期燃油修正显示０%表示为了保持ECU所控制的空燃比， 供油量正合适；如果长期燃油修正显示的是低于０%的负值，则表 明混合气过浓，喷油量正在减少（喷油脉宽减小）；如果长期燃油 显示的是高于０%的正值，则表明混合气过稀，ECU正在通过增加供 油量（喷油脉宽增大）进行补偿，长期燃油修正可以表示出短期燃 油修正向稀薄或浓稠方向调整的趋势。
（1）在冷机起动后，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。 （2）当发动机温度达到正常工作温度后，怠速时按上述方法检查，其结 果应与冷机时相同。 （3）当发动机温度达到正常工作温度后，若将转速提高到2500r/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系统工作不正常，应查明故障原因，进行 维修。
氧传感器的控制电路
日本丰田凌志LS400轿车氧传感器控制电路
氧传感器的常见故障：
1.氧传感器中毒； 2.积炭； 3.氧传感器陶瓷碎裂； 4.加热器电阻丝烧断； 5.氧传感器线路问题。
通过观察氧传感器顶尖部位的颜色可以判断故障：
★淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色； ★白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器； ★棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器； ★黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自 动清除氧传感器上的积碳。
氧传感器 氧(O2)传感器可用于电子控制燃油喷射装置中的反馈系 统。用以检测排放气体中的氧气浓度、空燃比的浓稀监测 气缸内是否按理论空燃比(14.7: 1)进行燃烧，并向计算 机反馈。
单床
双床
氧传感器的类型：
按材质分类： 分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式和宽 带型氧传感器两种类型；
氧化钛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的信号电压高于0.45V。 所以，二氧化钛氧传感器的阻值在理论空燃 比附近处急剧变化，输出电压也急剧地变化。 用二氧化钛制作的氧传感器有3个端子， 即“基准电源”、“输出”和“搭铁”。二 氧化钛的阻值随温度的变化情况如左图所示。 与二氧化钛元件串联的热敏电阻起温度补偿 作用。当温度很低时，二氧化钛的阻值很大 而无法正常工作，对此进行快速预热激活， 所以传感器上配装了加热器。
TWC的转换效率与混合气浓度的关系
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闭环控制的条件
在装有氧传感器的电控燃油喷射发动机上，电控燃油 喷射（EFI）系统并不是在所有工况下都进行闭环控制， 在发动机起动、怠速、暖机、加速、全负荷、减速断油等 工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，仍采用开环控 制方式。此外，氧传感器温度在400℃以下、氧传感器或 其电路发生故障时，也只能采用开环控制。电控燃油喷射 系统进行开环控制还是进行闭环控制，由ECU根据相关输 入信号确定 。
三元催化转换器内部的化学反应过程
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空燃比反馈系统
空燃比由发动机 计算机控制，即控制 喷油量，喷油量的大 小取决于氧传感器送 给计算机废气之中氧 含量的多少。发动机 计算机根据氧传感器 的信号调节喷油量， 这就是所谓的发动机 闭环控制。
闭环控制工作原理 当空燃比维持在14.7：1上下0.3% 时，三元催化传换的效率几乎可达到 90％以上，如图所示。因混合气浓时， HC、CO含量将增多，使转换的效率降 低；但若混合气稀的话，NOx排量也 会增加，如此亦将使转换的效率下降。 实际空燃比精确地控制在理论空燃比 14.7附近一个极小的范围内，以保证 三元催化器以较高的转换效率工作。
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TWC工作原理
TWC先利用内含的贵重金属铑 做催化剂，将NOx还原成无害的 氮气(N2)和二氧化碳（CO2)。还 原过程中所生成的O2，再加上TW C内由二次空气导管所导入的新 鲜空气中的O2（有些车型才有）， 以铂（Pt)或钯(Pd)做催化剂一 起和CO、HC进行氧化反应，使其 转变成无害的CO2和H2O，这种还 原—氧化的过程又称为二段式转 化。
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短期/长期燃油修正
当发动机处于闭环状态时，短期燃油修正将对空燃比进行小的、临时 的调整。短期燃油修正连续不断地监测来自氧传感器的输出电压。短期燃 油修正的数值用-100%-+100%之间的百分比表示（或用0-255个修正步表 示），中间点为0%（或为128步）。如果短期燃油修正的数值为0%，则表 示空燃比为为理想值14.7∶1，混合气既不太浓，也不太稀（如图5-5所 示）。如果短期燃油修正显示高于0%的正值，则表示混合气较稀，ECU在 对供油系统进行增加喷油量的调整。如果短期燃油修正显示低于0%的负值， 则表示混合气较浓，ECU在对供油系统进行减少喷油量的调整。如果混合 气过稀或过浓的程度超过了短期燃油调整的范围，这时就要进行长期燃油 调整。
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三元催化转换器的检修
（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。 （2）TWC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。 （3）装用蜂巢型TWC的汽车一般每行驶80000Km应更换转换器芯体。装用 颗粒型TWC的汽车，其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应全部更 换。 （4）如果发动机的排气温度过高（815℃以上），TWC的转换效率将明显 下降。有些TWC中装有排气温度报警装置，当报警装置发出报警信号 时，应停机熄火，查明排气温度过高的原因，予以排除。在实际使用 中，排气温度过高一般是由于发动机长时间在大负荷下工作或因故障 而燃烧不完全所致。
氧化锆氧传感器的工作原理：
二氧化锆管的内、外表面均涂 覆有薄薄一层铂，铂既可以成为 电极又具有电势放大作用。二氧 化锆管的外表面处于氧气浓度较 低的汽车所排放的气体中，而管 的内表面则导入周围空气，两表 面氧气浓度之差就会产生电动势。 当混合气过稀时，排出的废气中 氧含量高，锆管内、外侧氧浓度 差小，产生的电压很低(接近0V)； 当混合气过浓时，排出的废气中 氧含量低，锆管内、外侧氧浓度 差大，两电极间产生的电压高(接 近1V)。