汽車發動機排放控制系統原理與檢修

楊洪濤

【摘要】本文主要研究了汽車發動機排放控制系統，了解了該系統的的結構、工作原理，并對各種排放控制系統進行了研究，主要包括：曲軸箱強制通風（PCV）系統、汽油蒸氣排放（EVAP）控制系統、廢氣再循環（EGR）系統、三元催化轉換（TWC）系統、二次空氣供給系統和熱空氣供給系統等。在此基礎上探討了發動機排放控制系統出現的常見故障案例和原因分析。由于本人在東風雪鐵龍從事機修職位，經常遇到經典的P1336排氣系統故障，遂該文主要以東風雪鐵龍車型系統結構和原理論述。

【關鍵詞】發動機；排放系統；結構原理；故障；檢修

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-00088-01

一、排放系統的機構和工作原理

（一）前言

汽車發動機排發污染主要有CO(一氧化碳)、NOx(氧氧化合物)和HC(碳氫化合物)，這些有害氣體通過以下三條途徑釋放。一是通過排氣管，其中約99%的CO、99%的NOx、60%的HC是通過排氣管排放；二是通過曲軸箱，其中約1%的CO、1%的NOx、20%的的HC是通過曲軸箱竄氣；三是燃料蒸發，其中約20%的HC是通過這種形式被釋放。工程師在這三條途徑上都設置了“關卡”，主要常見形式有排氣管的催化式排氣凈化器、曲軸箱的強制通風(PCV)裝置和對付燃料蒸發的蒸發排放控制系統，針對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）三元催化轉換器（TWC）與氧傳感器

1、TWC定義

催化轉換器(Catalytic Converter)，又叫催化凈化器。該裝置安在汽車的排氣系統內，其作用是減少發動機排出的大部分廢氣污染物。當廢氣經過凈化器時，鉑催化劑就會促使HC與CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；銠催化劑會促使NOx還原為氮氣和氧氣。這些氧化反應和還原反應只有在溫度達到250℃時才開始進行。如果汽油或潤滑油添加劑選用不當，使用了含鉛的燃油添加劑或硫、磷、鋅含量超標的機油添加劑，就會使磷、鉛等物質覆蓋于三元催化轉換器的催化層表面，阻止廢氣中的有害成分與之接觸而失去催化作用，這就是人們常說的三元催化器“中毒”。

2、TWC基本信息

（1）作用。用三元催化轉換器可降低所排廢氣中的三種主要污染物(碳氫化合物HC、一氧化碳CO和氮氧化物NOx)約90%。但只有當空/燃混合比在14.7的狹窄范圍內時，才能進行完全催化反應，這就要求氧傳感器的工作必須正常。

（2）工作原理。當含有CO和HC的廢氣通過三元催化轉換器時，鉑催化劑便觸發氧化(燃燒)過程，HC和CO與轉換器中的氧結合生成水蒸氣和二氧化碳，氧化過程對NOx排放沒有影響。 為了減少NOx的含量，需要進行“還原”反應。還原反應是去掉物質中的氧原子。在三元催化轉換器中，銠被用作催化劑，將NOx分解為氮和氧，當溫度為350℃左右時，污染物便會發生有效的轉化。

（3）結構。三元催化轉換器由金屬外殼、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（EGR）控制系統

概要。內燃機在燃燒后排出的氣體中含氧量極低甚至是沒有，此排出氣體與吸氣混合后會使吸氣中氧氣濃度降低，因此會產生下列現象:

比大氣更低的含氧量在燃燒時（最高）溫度會降低，會抑制氮氧化物（NOx）的產生。燃燒溫度降低時，汽缸與燃燒室壁面、活塞表面的熱能發散會降低，另外因熱解離造成的損失也會有些微降低。燃油引擎其部分負荷為汽缸內在非EGR時為了提供等量的氧氣量（為了得到同一軸的出力），因此需要將油門開大，結果吸氣時的吸油（油門）損失較低，燃料消費率會提高。此即為活塞在一次行程下吸入的氧氣降低時，會如同使用小排氣量引擎采下加速前進時一樣的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸氣量中)下最大為15%，而怠速時與高負載時則會停止。以車輛重量來看引擎出力較小的大型柴油車，其引擎負載較高，為了能夠達到排氣量標準也常會使用到EGR技術。

二、控制策略

(1) 控制原則。發動機的工況不同，對EGR量的要求也不同。為了使EGR系統能更有效地發揮作用，必須對參加EGR的廢氣數量加以限制。隨著負荷的增加，EGR的量也相應地增加，并能達到最佳值；怠速及低負荷時，NOx排放濃度較低，為保證正常燃燒，不進行EGR；暖機過程中，發動機溫度低，NOx排放濃度也較低，為防止EGR惡化燃燒過程，不進行EGR；大負荷、高速或油門全開時，為保證發動機的動力性，不進行EGR；加速時，為了保證汽車的加速性及必要的凈化效果，EGR在過渡過程中起作用。

(2) 控制方式。根據上述EGR的設計原則，必須對EGR進行控制和調節，使EGR在發動機中的應用能達到預期的效果。EGR的控制和調節的方法很多，根據其主要的特點可以從不同的角度進行分類。

EGR控制方式分類

機械式和電子控制式

l機械式EGR系統。優點：結構簡單，成本低，容易實施執行。缺點：系統缺乏柔性。

電子控制式EGR系統（氣電式和磁電式）

動態響應好，控制精度高。

開環控制和閉環控制

開環控制。優點：結構簡單，控制方便。

關鍵：EGR率的精確控制依賴于控制MAP的精確制取。

閉環控制。優點：能根據發動機的工況自動調整到最佳EGR量， 控制精度高，動態響應好。

缺點：結構復雜。

三、發動機排放控制系統的檢修

TWC及PCV閥的檢修。如果排放控制系統回壓壓力過高和/或廢氣排放超標，則從車上拆下三元催化轉換器，目視檢查它有無堵塞、熔化或陶瓷格柵內部有無裂紋，如果發現有損壞，應更換三元催化轉換器。

PCV檢查與維修方法。使發動機怠速運轉，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，手指可感到有強烈的真空吸力。

另一種檢查方法是，將PCV閥裝復后從空氣濾清器上卸下曲軸箱進氣管，用一張薄紙輕輕蓋在管口上，待曲軸箱內壓力減小時(約lMIn后)，應明顯見到薄紙被吸向管口。此外，停止發動機運轉后，卸下PCV閥后用手搖動檢查，若聽到有“咔嗒”聲，說明PCV閥靈活可用，如果發現有損壞，應更換PCV閥。

四、發動機排放控制系統的故障案例分析

故障一。寶馬PCV閥故障分析

故障現象：一輛2000款寶馬520客戶反映，該車在正常使用中突然發現排氣管有大量白色煙霧冒出，同時發動機抖動，怠速不穩。

故障診斷：接車后發現該車故障現象正如客戶所述，在隨后的檢查中發現，6只火花塞及所有活塞表面均附著一層未被燃燒的機油；同時還發現在發動機怠速運轉時，打開發動機機油加油蓋時有較強的吸氣感覺，打開蓋的同時發動機有抖動加劇的現象。

運用排除法把發動機燃燒室內進機油的可能性一一排除，顯然大量機油同時進入6個燃燒室，肯定還有別的原因，此時回想到怠速時機油加油蓋有較強的吸氣感覺，根據這一現象進行分析，進氣室與曲軸箱相通，發動機在工作時，曲軸箱內產生出的氣體通過PCV閥與進氣歧管相連。 發動機在工作過程中，活塞從壓縮到作功行程時會從活塞、汽缸的間隙中竄出一些氣體，這些氣體進入曲軸箱后產生的后果是：使機油產生熱分解而變臟生成油泥，使零部件加速磨損、氧化；同時也會使機油品質顯著下降，其次還會使發動機過熱造成早燃引起活塞環膠著造成汽缸擦傷等。

再根據寶馬PCV閥的特點，寶馬發動機的PCV閥為全封閉式，曲軸箱通往PCV閥的管路安裝在機油標尺底部，若PCV閥不能起到節流作用，怠速時進氣歧管內的真空度特別高，由于機油附著于火花塞表面而造成火花塞工作不良，從而發動機抖動，而打開機油加油蓋時，由于PCV閥的損壞，大量的空氣為經空氣流量傳感器進入進氣歧管再次抖動加劇，再因三元催化的作用，有害氣體被過濾，所以排出的煙霧呈白色。

通過以上分析，可以判斷該車PCV閥損壞，更換該閥后故障排除。