汽车发动机排放控制系统原理与检修

杨洪涛

【摘要】本文主要研究了汽车发动机排放控制系统，了解了该系统的的结构、工作原理，并对各种排放控制系统进行了研究，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。在此基础上探讨了发动机排放控制系统出现的常见故障案例和原因分析。由于本人在东风雪铁龙从事机修职位，经常遇到经典的P1336排气系统故障，遂该文主要以东风雪铁龙车型系统结构和原理论述。

【关键词】发动机；排放系统；结构原理；故障；检修

文章编号:ISSN1006—656X(2013)06 -00088-01

一、排放系统的机构和工作原理

（一）前言

汽车发动机排发污染主要有CO(一氧化碳)、NOx(氧氧化合物)和HC(碳氢化合物)，这些有害气体通过以下三条途径释放。一是通过排气管，其中约99%的CO、99%的NOx、60%的HC是通过排气管排放；二是通过曲轴箱，其中约1%的CO、1%的NOx、20%的的HC是通过曲轴箱窜气；三是燃料蒸发，其中约20%的HC是通过这种形式被释放。工程师在这三条途径上都设置了“关卡”，主要常见形式有排气管的催化式排气净化器、曲轴箱的强制通风(PCV)装置和对付燃料蒸发的蒸发排放控制系统，针对不同的释放途径和形式采取不同的防治措施，尽量减少有害气体的排放。

（二）三元催化转换器（TWC）与氧传感器

1、TWC定义

催化转换器(Catalytic Converter)，又叫催化净化器。该装置安在汽车的排气系统内，其作用是减少发动机排出的大部分废气污染物。当废气经过净化器时，铂催化剂就会促使HC与CO氧化生成水蒸汽和二氧化碳；铑催化剂会促使NOx还原为氮气和氧气。这些氧化反应和还原反应只有在温度达到250℃时才开始进行。如果汽油或润滑油添加剂选用不当，使用了含铅的燃油添加剂或硫、磷、锌含量超标的机油添加剂，就会使磷、铅等物质覆盖于三元催化转换器的催化层表面，阻止废气中的有害成分与之接触而失去催化作用，这就是人们常说的三元催化器“中毒”。

2、TWC基本信息

（1）作用。用三元催化转换器可降低所排废气中的三种主要污染物(碳氢化合物HC、一氧化碳CO和氮氧化物NOx)约90%。但只有当空/燃混合比在14.7的狭窄范围内时，才能进行完全催化反应，这就要求氧传感器的工作必须正常。

（2）工作原理。当含有CO和HC的废气通过三元催化转换器时，铂催化剂便触发氧化(燃烧)过程，HC和CO与转换器中的氧结合生成水蒸气和二氧化碳，氧化过程对NOx排放没有影响。 为了减少NOx的含量，需要进行“还原”反应。还原反应是去掉物质中的氧原子。在三元催化转换器中，铑被用作催化剂，将NOx分解为氮和氧，当温度为350℃左右时，污染物便会发生有效的转化。

（3）结构。三元催化转换器由金属外壳、陶瓷格栅基底和大约2g(克)左右的铑、铂涂层(作为催化剂)组成。

（三）废气再循环（EGR）控制系统

概要。内燃机在燃烧后排出的气体中含氧量极低甚至是没有，此排出气体与吸气混合后会使吸气中氧气浓度降低，因此会产生下列现象:

比大气更低的含氧量在燃烧时（最高）温度会降低，会抑制氮氧化物（NOx）的产生。燃烧温度降低时，汽缸与燃烧室壁面、活塞表面的热能发散会降低，另外因热解离造成的损失也会有些微降低。燃油引擎其部分负荷为汽缸内在非EGR时为了提供等量的氧气量（为了得到同一轴的出力），因此需要将油门开大，结果吸气时的吸油（油门）损失较低，燃料消费率会提高。此即为活塞在一次行程下吸入的氧气降低时，会如同使用小排气量引擎采下加速前进时一样的效果。EGR 的返流量依燃油引擎的情形(在吸气量中)下最大为15%，而怠速时与高负载时则会停止。以车辆重量来看引擎出力较小的大型柴油车，其引擎负载较高，为了能够达到排气量标准也常会使用到EGR技术。

二、控制策略

(1) 控制原则。发动机的工况不同，对EGR量的要求也不同。为了使EGR系统能更有效地发挥作用，必须对参加EGR的废气数量加以限制。随着负荷的增加，EGR的量也相应地增加，并能达到最佳值；怠速及低负荷时，NOx排放浓度较低，为保证正常燃烧，不进行EGR；暖机过程中，发动机温度低，NOx排放浓度也较低，为防止EGR恶化燃烧过程，不进行EGR；大负荷、高速或油门全开时，为保证发动机的动力性，不进行EGR；加速时，为了保证汽车的加速性及必要的净化效果，EGR在过渡过程中起作用。

(2) 控制方式。根据上述EGR的设计原则，必须对EGR进行控制和调节，使EGR在发动机中的应用能达到预期的效果。EGR的控制和调节的方法很多，根据其主要的特点可以从不同的角度进行分类。

EGR控制方式分类

机械式和电子控制式

l机械式EGR系统。优点：结构简单，成本低，容易实施执行。缺点：系统缺乏柔性。

电子控制式EGR系统（气电式和磁电式）

动态响应好，控制精度高。

开环控制和闭环控制

开环控制。优点：结构简单，控制方便。

关键：EGR率的精确控制依赖于控制MAP的精确制取。

闭环控制。优点：能根据发动机的工况自动调整到最佳EGR量， 控制精度高，动态响应好。

缺点：结构复杂。

三、发动机排放控制系统的检修

TWC及PCV阀的检修。如果排放控制系统回压压力过高和/或废气排放超标，则从车上拆下三元催化转换器，目视检查它有无堵塞、熔化或陶瓷格栅内部有无裂纹，如果发现有损坏，应更换三元催化转换器。

PCV检查与维修方法。使发动机怠速运转，从气缸罩盖软管处拆下PCV阀，检查PCV阀是否堵塞。若把手放在PCV阀接口处，手指可感到有强烈的真空吸力。

另一种检查方法是，将PCV阀装复后从空气滤清器上卸下曲轴箱进气管，用一张薄纸轻轻盖在管口上，待曲轴箱内压力减小时(约lMIn后)，应明显见到薄纸被吸向管口。此外，停止发动机运转后，卸下PCV阀后用手摇动检查，若听到有“咔嗒”声，说明PCV阀灵活可用，如果发现有损坏，应更换PCV阀。

四、发动机排放控制系统的故障案例分析

故障一。宝马PCV阀故障分析

故障现象：一辆2000款宝马520客户反映，该车在正常使用中突然发现排气管有大量白色烟雾冒出，同时发动机抖动，怠速不稳。

故障诊断：接车后发现该车故障现象正如客户所述，在随后的检查中发现，6只火花塞及所有活塞表面均附着一层未被燃烧的机油；同时还发现在发动机怠速运转时，打开发动机机油加油盖时有较强的吸气感觉，打开盖的同时发动机有抖动加剧的现象。

运用排除法把发动机燃烧室内进机油的可能性一一排除，显然大量机油同时进入6个燃烧室，肯定还有别的原因，此时回想到怠速时机油加油盖有较强的吸气感觉，根据这一现象进行分析，进气室与曲轴箱相通，发动机在工作时，曲轴箱内产生出的气体通过PCV阀与进气歧管相连。 发动机在工作过程中，活塞从压缩到作功行程时会从活塞、汽缸的间隙中窜出一些气体，这些气体进入曲轴箱后产生的后果是：使机油产生热分解而变脏生成油泥，使零部件加速磨损、氧化；同时也会使机油品质显著下降，其次还会使发动机过热造成早燃引起活塞环胶着造成汽缸擦伤等。

再根据宝马PCV阀的特点，宝马发动机的PCV阀为全封闭式，曲轴箱通往PCV阀的管路安装在机油标尺底部，若PCV阀不能起到节流作用，怠速时进气歧管内的真空度特别高，由于机油附着于火花塞表面而造成火花塞工作不良，从而发动机抖动，而打开机油加油盖时，由于PCV阀的损坏，大量的空气为经空气流量传感器进入进气歧管再次抖动加剧，再因三元催化的作用，有害气体被过滤，所以排出的烟雾呈白色。

通过以上分析，可以判断该车PCV阀损坏，更换该阀后故障排除。