汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)原理與檢修

楊洪濤

【摘要】本文主要研究了汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)，了解了該系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)、工作原理，并對(duì)各種排放控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要包括：曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)（PCV）系統(tǒng)、汽油蒸氣排放（EVAP）控制系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)、三元催化轉(zhuǎn)換（TWC）系統(tǒng)、二次空氣供給系統(tǒng)和熱空氣供給系統(tǒng)等。在此基礎(chǔ)上探討了發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)出現(xiàn)的常見(jiàn)故障案例和原因分析。由于本人在東風(fēng)雪鐵龍從事機(jī)修職位，經(jīng)常遇到經(jīng)典的P1336排氣系統(tǒng)故障，遂該文主要以東風(fēng)雪鐵龍車(chē)型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理論述。

【關(guān)鍵詞】發(fā)動(dòng)機(jī)；排放系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)原理；故障；檢修

文章編號(hào):ISSN1006—656X(2013)06?-00088-01

一、排放系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)和工作原理

（一）前言

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)排發(fā)污染主要有CO(一氧化碳)、NOx(氧氧化合物)和HC(碳?xì)浠衔?，這些有害氣體通過(guò)以下三條途徑釋放。一是通過(guò)排氣管，其中約99%的CO、99%的NOx、60%的HC是通過(guò)排氣管排放；二是通過(guò)曲軸箱，其中約1%的CO、1%的NOx、20%的的HC是通過(guò)曲軸箱竄氣；三是燃料蒸發(fā)，其中約20%的HC是通過(guò)這種形式被釋放。工程師在這三條途徑上都設(shè)置了“關(guān)卡”，主要常見(jiàn)形式有排氣管的催化式排氣凈化器、曲軸箱的強(qiáng)制通風(fēng)(PCV)裝置和對(duì)付燃料蒸發(fā)的蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)，針對(duì)不同的釋放途徑和形式采取不同的防治措施，盡量減少有害氣體的排放。

（二）三元催化轉(zhuǎn)換器（TWC）與氧傳感器

1、TWC定義

催化轉(zhuǎn)換器(Catalytic Converter)，又叫催化凈化器。該裝置安在汽車(chē)的排氣系統(tǒng)內(nèi)，其作用是減少發(fā)動(dòng)機(jī)排出的大部分廢氣污染物。當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)凈化器時(shí)，鉑催化劑就會(huì)促使HC與CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；銠催化劑會(huì)促使NOx還原為氮?dú)夂脱鯕?。這些氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)只有在溫度達(dá)到250℃時(shí)才開(kāi)始進(jìn)行。如果汽油或潤(rùn)滑油添加劑選用不當(dāng)，使用了含鉛的燃油添加劑或硫、磷、鋅含量超標(biāo)的機(jī)油添加劑，就會(huì)使磷、鉛等物質(zhì)覆蓋于三元催化轉(zhuǎn)換器的催化層表面，阻止廢氣中的有害成分與之接觸而失去催化作用，這就是人們常說(shuō)的三元催化器“中毒”。

2、TWC基本信息

（1）作用。用三元催化轉(zhuǎn)換器可降低所排廢氣中的三種主要污染物(碳?xì)浠衔颒C、一氧化碳CO和氮氧化物NOx)約90%。但只有當(dāng)空/燃混合比在14.7的狹窄范圍內(nèi)時(shí)，才能進(jìn)行完全催化反應(yīng)，這就要求氧傳感器的工作必須正常。

（2）工作原理。當(dāng)含有CO和HC的廢氣通過(guò)三元催化轉(zhuǎn)換器時(shí)，鉑催化劑便觸發(fā)氧化(燃燒)過(guò)程，HC和CO與轉(zhuǎn)換器中的氧結(jié)合生成水蒸氣和二氧化碳，氧化過(guò)程對(duì)NOx排放沒(méi)有影響。 為了減少NOx的含量，需要進(jìn)行“還原”反應(yīng)。還原反應(yīng)是去掉物質(zhì)中的氧原子。在三元催化轉(zhuǎn)換器中，銠被用作催化劑，將NOx分解為氮和氧，當(dāng)溫度為350℃左右時(shí)，污染物便會(huì)發(fā)生有效的轉(zhuǎn)化。

（3）結(jié)構(gòu)。三元催化轉(zhuǎn)換器由金屬外殼、陶瓷格柵基底和大約2g(克)左右的銠、鉑涂層(作為催化劑)組成。

（三）廢氣再循環(huán)（EGR）控制系統(tǒng)

概要。內(nèi)燃機(jī)在燃燒后排出的氣體中含氧量極低甚至是沒(méi)有，此排出氣體與吸氣混合后會(huì)使吸氣中氧氣濃度降低，因此會(huì)產(chǎn)生下列現(xiàn)象:

比大氣更低的含氧量在燃燒時(shí)（最高）溫度會(huì)降低，會(huì)抑制氮氧化物（NOx）的產(chǎn)生。燃燒溫度降低時(shí)，汽缸與燃燒室壁面、活塞表面的熱能發(fā)散會(huì)降低，另外因熱解離造成的損失也會(huì)有些微降低。燃油引擎其部分負(fù)荷為汽缸內(nèi)在非EGR時(shí)為了提供等量的氧氣量（為了得到同一軸的出力），因此需要將油門(mén)開(kāi)大，結(jié)果吸氣時(shí)的吸油（油門(mén)）損失較低，燃料消費(fèi)率會(huì)提高。此即為活塞在一次行程下吸入的氧氣降低時(shí)，會(huì)如同使用小排氣量引擎采下加速前進(jìn)時(shí)一樣的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸氣量中)下最大為15%，而怠速時(shí)與高負(fù)載時(shí)則會(huì)停止。以車(chē)輛重量來(lái)看引擎出力較小的大型柴油車(chē)，其引擎負(fù)載較高，為了能夠達(dá)到排氣量標(biāo)準(zhǔn)也常會(huì)使用到EGR技術(shù)。

二、控制策略

(1) 控制原則。發(fā)動(dòng)機(jī)的工況不同，對(duì)EGR量的要求也不同。為了使EGR系統(tǒng)能更有效地發(fā)揮作用，必須對(duì)參加EGR的廢氣數(shù)量加以限制。隨著負(fù)荷的增加，EGR的量也相應(yīng)地增加，并能達(dá)到最佳值；怠速及低負(fù)荷時(shí)，NOx排放濃度較低，為保證正常燃燒，不進(jìn)行EGR；暖機(jī)過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低，NOx排放濃度也較低，為防止EGR惡化燃燒過(guò)程，不進(jìn)行EGR；大負(fù)荷、高速或油門(mén)全開(kāi)時(shí)，為保證發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，不進(jìn)行EGR；加速時(shí)，為了保證汽車(chē)的加速性及必要的凈化效果，EGR在過(guò)渡過(guò)程中起作用。

(2) 控制方式。根據(jù)上述EGR的設(shè)計(jì)原則，必須對(duì)EGR進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，使EGR在發(fā)動(dòng)機(jī)中的應(yīng)用能達(dá)到預(yù)期的效果。EGR的控制和調(diào)節(jié)的方法很多，根據(jù)其主要的特點(diǎn)可以從不同的角度進(jìn)行分類(lèi)。

EGR控制方式分類(lèi)

機(jī)械式和電子控制式

l機(jī)械式EGR系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易實(shí)施執(zhí)行。缺點(diǎn)：系統(tǒng)缺乏柔性。

電子控制式EGR系統(tǒng)（氣電式和磁電式）

動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，控制精度高。

開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制

開(kāi)環(huán)控制。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便。

關(guān)鍵：EGR率的精確控制依賴(lài)于控制MAP的精確制取。

閉環(huán)控制。優(yōu)點(diǎn)：能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況自動(dòng)調(diào)整到最佳EGR量， 控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。

缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

三、發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)的檢修

TWC及PCV閥的檢修。如果排放控制系統(tǒng)回壓壓力過(guò)高和/或廢氣排放超標(biāo)，則從車(chē)上拆下三元催化轉(zhuǎn)換器，目視檢查它有無(wú)堵塞、熔化或陶瓷格柵內(nèi)部有無(wú)裂紋，如果發(fā)現(xiàn)有損壞，應(yīng)更換三元催化轉(zhuǎn)換器。

PCV檢查與維修方法。使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，從氣缸罩蓋軟管處拆下PCV閥，檢查PCV閥是否堵塞。若把手放在PCV閥接口處，手指可感到有強(qiáng)烈的真空吸力。

另一種檢查方法是，將PCV閥裝復(fù)后從空氣濾清器上卸下曲軸箱進(jìn)氣管，用一張薄紙輕輕蓋在管口上，待曲軸箱內(nèi)壓力減小時(shí)(約lMIn后)，應(yīng)明顯見(jiàn)到薄紙被吸向管口。此外，停止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后，卸下PCV閥后用手搖動(dòng)檢查，若聽(tīng)到有“咔嗒”聲，說(shuō)明PCV閥靈活可用，如果發(fā)現(xiàn)有損壞，應(yīng)更換PCV閥。

四、發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制系統(tǒng)的故障案例分析

故障一。寶馬PCV閥故障分析

故障現(xiàn)象：一輛2000款寶馬520客戶(hù)反映，該車(chē)在正常使用中突然發(fā)現(xiàn)排氣管有大量白色煙霧冒出，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)，怠速不穩(wěn)。

故障診斷：接車(chē)后發(fā)現(xiàn)該車(chē)故障現(xiàn)象正如客戶(hù)所述，在隨后的檢查中發(fā)現(xiàn)，6只火花塞及所有活塞表面均附著一層未被燃燒的機(jī)油；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油加油蓋時(shí)有較強(qiáng)的吸氣感覺(jué)，打開(kāi)蓋的同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)有抖動(dòng)加劇的現(xiàn)象。

運(yùn)用排除法把發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)進(jìn)機(jī)油的可能性一一排除，顯然大量機(jī)油同時(shí)進(jìn)入6個(gè)燃燒室，肯定還有別的原因，此時(shí)回想到怠速時(shí)機(jī)油加油蓋有較強(qiáng)的吸氣感覺(jué)，根據(jù)這一現(xiàn)象進(jìn)行分析，進(jìn)氣室與曲軸箱相通，發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，曲軸箱內(nèi)產(chǎn)生出的氣體通過(guò)PCV閥與進(jìn)氣歧管相連。 發(fā)動(dòng)機(jī)在工作過(guò)程中，活塞從壓縮到作功行程時(shí)會(huì)從活塞、汽缸的間隙中竄出一些氣體，這些氣體進(jìn)入曲軸箱后產(chǎn)生的后果是：使機(jī)油產(chǎn)生熱分解而變臟生成油泥，使零部件加速磨損、氧化；同時(shí)也會(huì)使機(jī)油品質(zhì)顯著下降，其次還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱造成早燃引起活塞環(huán)膠著造成汽缸擦傷等。

再根據(jù)寶馬PCV閥的特點(diǎn)，寶馬發(fā)動(dòng)機(jī)的PCV閥為全封閉式，曲軸箱通往PCV閥的管路安裝在機(jī)油標(biāo)尺底部，若PCV閥不能起到節(jié)流作用，怠速時(shí)進(jìn)氣歧管內(nèi)的真空度特別高，由于機(jī)油附著于火花塞表面而造成火花塞工作不良，從而發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)，而打開(kāi)機(jī)油加油蓋時(shí)，由于PCV閥的損壞，大量的空氣為經(jīng)空氣流量傳感器進(jìn)入進(jìn)氣歧管再次抖動(dòng)加劇，再因三元催化的作用，有害氣體被過(guò)濾，所以排出的煙霧呈白色。

通過(guò)以上分析，可以判斷該車(chē)PCV閥損壞，更換該閥后故障排除。