汽车排气控制装置的结构与检修方法

现在的汽车上采用了各种排气控制方式用来降低氮氧化合物、碳氢化合物、一氧化碳气体的排放。主要包括：曲轴箱强制通风（PCV）系统、汽油蒸汽排放（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。

（一）曲轴箱强制通风系统

1.作用

为了解决窜缸混合气对机油的稀释及排放污染，在曲轴箱和进气歧管之间安装一根管子，利用进气歧管的吸力，将曲轴箱内的窜缸混合气吸入进气管进入气缸燃烧，从而解决此问题。

2.组成

如图1-89所示，在曲轴箱（气缸盖罩）和进气歧管之间安装一个曲轴箱强制通风阀（PCV）。根据进气歧管真空度来改变允许进入气缸重新燃烧的窜缸混合气多少。其工作过程分述如下：

图1-89 曲轴箱强制通风系统

1—漏气滤清器 2—漏气上导管 3—机油分离器（在油底壳内） 4—漏气下导管 5—PCV阀

1）发动机停机或回火时（见图1-90），在PCV阀自身重量的作用下，PCV阀关闭。

2）发动机怠速运转或减速时（见图1-91），进气管真空度很大，PCV阀向上移动（打开）。但由于真空通道仍然狭窄，所以窜缸混合气量还很少。

图1-90 PCV阀在发动机停机或回火时

图1-91 PCV阀在发动机怠速运转或减速时

3）发动机正常运转时（见图1-92），进气管真空度正常，真空通道较宽，PCV阀部分打开。

4）发动机加速或高负荷时（见图1-93），PCV阀完全打开，真空通道也完全打开。此时，尽管实际产生的这种气体很多，但全负荷时，PCV阀允许通过的窜缸混合气仍很少。所以，当产生的窜缸混合气超过PCV阀吸入能力时，部分窜缸混合气通过连接空气滤清器和气缸盖罩的管道，从空气滤清器吸入进气歧管。

图1-92 PCV阀在发动机正常运转时

图1-93 PCV阀在发动机加速或高负荷时

（二）汽油蒸气排放（EVAP）控制系统

1.作用

汽油蒸气排放控制系统的作用，是收集燃油箱和浮子室（化油器式汽油机）内蒸发的汽油蒸气，并将汽油蒸气导入气缸参加燃烧，从而防止汽油蒸气直接排入大气而造成污染。同时，还必须根据发动机的工况，控制导入气缸参加燃烧的汽油蒸气量。

2.组成

汽油蒸气排放控制系统如图1-94所示。活性炭罐与油箱之间设有排气管和单向阀，燃油箱内的汽油蒸气超过一定压力时，顶开单向阀经排气管进入活性炭罐，活性炭罐内的活性炭将燃油蒸气吸附在炭罐内。发动机工作时，活性炭罐内的汽油蒸气经定量排放孔、吸气管被吸入进气管。活性炭罐的上端设有一个真空控制阀，真空控制阀为一膜片阀，膜片上方为真空室，控制阀用来控制定量排放孔的开闭。真空控制阀与进气管之间的真空管路中设有受ECU控制的电磁阀，用以调节真空控制阀上方真空室的真空度，改变真空控制阀的开度，从而控制吸入进气管的汽油蒸气量。为防止活性炭罐内的燃油蒸气被吸入进气管后使混合气变浓。活性炭罐下方设有进气滤芯并与大气相通，使部分清洁空气与活性炭罐内的燃油蒸气一起被吸入进气管。

图1-94 EVAP控制系统

1—燃油箱 2—油箱盖 3—单向阀 4—蒸气通气管路 5—接大气 6—碳罐控制电磁阀 7—节气门 8—进气歧管 9—活性炭罐

（三）废气再循环（EGR）控制系统

1.作用

废气再循环控制系统的作用，是将适量的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸内的最高温度，以减少NO_x的排放量。此外，为保证发动机正常工作，必须根据发动机工况的变化，控制废气再循环量。

2.组成

目前采用ECU控制的废气再循环控制系统主要有两种类型：开环控制废气再循环系统和闭环控制废气再循环系统。

（1）开环控制废气再循环系统 开环控制废气再循环系统如图1-95所示，主要由废气再循环阀和废气再循环电磁阀等组成。废气再循环阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。废气再循环电磁阀安装在通向废气再循环阀的真空通道中，ECU根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电。ECU不给废气再循环电磁阀通电时，控制废气再循环阀的真空通道接通，废气再循环阀开启，进行废气再循环；ECU给废气再循环电磁阀通电时，控制废气再循环阀的真空通道被切断，废气再循环阀关闭，停止废气再循环。

图1-95 开环控制废气再循环系统

1—废气再循环电磁阀 2—节气门 3—废气再循环阀 4—冷却液温度传感器 5—曲轴位置传感器 6—ECU 7—起动信号

（2）闭环控制废气再循环系统 在闭环控制废气再循环系统中，检测实际的废气再循环率或废气再循环阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。

用废气再循环阀开度作为反馈信号的闭环控制废气再循环系统，如图1-96所示。与采用占空比控制型电磁阀的开环控制废气再循环系统相比，只是在废气再循环阀上增设了一个废气再循环阀开度传感器。闭环控制废气再循环系统工作时，ECU可根据废气再循环阀开度传感器的反馈信号修正电磁阀的开度，使废气再循环率保持在最佳值。

图1-96 用废气再循环阀开度反馈控制的废气再循环系统

1—废气再循环阀开度传感器 2—废气再循环电磁阀

废气再循环阀开度传感器为电位计式，其工作原理与电位计式节气门位置传感器类似。废气再循环阀开度传感器与ECU之间有三条连接线路，分别为电源线、搭铁线和信号线。ECU通过电源线给传感器提供5V的标准电压，传感器将废气再循环阀开启高度变化转换为电信号经信号线输送给ECU。

用废气再循环率作为反馈信号的闭环控制废气再循环系统中，ECU根据废气再循环率传感器信号对废气再循环电磁阀实行反馈控制，其控制原理如图1-97所示。废气再循环率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经废气再循环电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度（氧浓度随废气再循环率的增加而降低），并转换成电信号输送给ECU，ECU根据此反馈信号修正废气再循环电磁阀的开度，使废气再循环率保持在最佳值。

图1-97 用废气再循环率反馈控制的废气再循环系统的控制原理

（四）三元催化转换器（TWC）与空燃比反馈控制系统

1.作用

三元催化转换器安装在排气管中部，其作用是利用转换器中的三元催化剂，将发动机废气中的有害气体转变为无害气体。

2.构造

一般三元催化转换器为整体不可拆卸式。日本丰田雷克萨斯LS400轿车三元催化转换装置如图1-98所示，该车型装V形发动机，左右排气管上各装一个TWC。目前，TWC内装用的三元催化剂一般为铂（或钯）与铑贵金属的混合物。

图1-98 三元催化转换装置

发动机排出的废气流经TWC时，三元催化剂不仅可使废气中的HC和CO有害气体进一步氧化，生成无害气体CO₂和H₂O，并能促使废气中的NO_x与CO反应生成无害的CO₂和N₂气体。

3.氧传感器

氧传感器用于电子控制燃油喷射装置的反馈控制系统，用来检测排气中的氧浓度与空燃比的大小，在发动机内进行理论空燃比（14.7∶1）燃烧的监控，并向电脑输送反馈信号。

氧传感器均安装在发动机排气管上。

（1）二氧化锆式氧传感器 二氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即二氧化锆（ZrO₂）固体电解质。陶瓷体制成试管式的管状，也称锆管，如图1-99a所示。

图1-99 二氧化锆式氧传感器

a）构造 b）工作原理

1—废气 2—锆管 3—电极 4—弹簧 5—绝缘体 6—信号输出导线 7—空气 8—保护套管

锆管固定在带有安装螺钉的固定套中，锆管内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。锆管内表面电极与大气相通，外表面则与废气接触。为了防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的薄膜上覆盖着一层多孔的氧化铝保护层，并且还加装一个防护套管。氧传感器的接线端有一个金属保护套，其上开有一孔，用于锆管内表面与大气相通，导线将锆管内表面铂极经绝缘套从传感器引出。

为了保证氧传感器具有稳定的输出信号，必须保证氧传感器处于300℃以上环境工作。因此，许多氧传感器增设了加热器。

二氧化锆式氧传感器的工作原理如下（图1-99b）：(www.xing528.com)

氧化锆是一种具有氧离子传导性的固体电解质，氧化锆在高温下具有这样一种特性，即当内外侧的氧浓度差较大时，就会产生电动势。大气一侧和汽车排出废气一侧的氧气浓度及氧气分压是不同的。氧离子从氧气分压高的一侧（大气侧）移向氧气分压低的一侧（汽车排出废气侧），结果，在电极之间产生电动势。

当空燃比较小时，排放气体中的氧气比较少，大气中的氧离子通过二氧化锆管后产生电压；反之，当空燃比较大时，氧气浓度很高，产生的电压很低。

（2）二氧化钛式氧传感器 二氧化钛式氧传感器的外形和二氧化锆式氧传感器相似，如图1-100所示。在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其晶格便出现缺陷，电阻也随之减小。

由于二氧化钛的电阻也随温度的不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持二氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。

当发动机的可燃混合气浓时，排出的废气中的氧离子含量较少，氧化钛管外表面氧离子很少或没有氧离子，二氧化钛呈现低阻状态；当发动机的可燃混合气稀时，排出的废气中的氧离子含量较多，氧化钛管外表面的氧离子浓度较大，二氧化钛呈现高阻状态。由于氧传感器的电阻发生改变，使得与电控单元连接的氧传感器负极上的电压降也产生变化。当氧传感器负极上的电压高于参考电压时，电控单元判定混合气过浓，于是就控制喷油器逐渐减少喷油量。

通过这样的反馈控制，使混合气的浓度保持在理论空燃比附近的狭小范围内。

图1-100 二氧化钛式氧传感器

1—保护套管 2—连接线 3—二氧化钛厚膜元件

（五）二次空气供给系统

1.作用

二次空气供给系统的作用是在一定工况下，将新鲜空气送入排气管，促使废气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步氧化，从而降低一氧化碳和HC的排放量，同时加快三元催化转换器的升温。

2.组成

二次空气供给系统如图1-101所示。二次空气控制阀由舌簧阀和膜片阀组成，来自空气滤清器的二次空气进入排气管的通道受膜片阀控制，膜片阀的开闭用进气歧管的真空度驱动，其真空通道由ECU通过电磁阀控制。装在二次空气控制阀中的舌簧阀是一个单向阀，主要用来防止排气管中的废气倒流。

点火开关接通后，蓄电池即向二次空气电磁阀供电，ECU控制电磁阀搭铁回路。电磁阀不通电时，关闭通向膜片阀真空室的真空通道，膜片阀弹簧推动膜片下移，关闭二次空气供给通道，不允许向排气管内提供二次空气。ECU给电磁阀通电，电磁阀开启膜片阀真空室的真空通道，进气管真空度将膜片阀吸起，排气管内的脉动真空即可吸开舌簧阀，使二次空气进入排气管。有些发动机的二次空气供给系统，利用空气泵将新鲜空气强制送入排气管。在下列情况下ECU不给二次空气电磁阀通电：

1）电控燃油喷射系统进入闭环控制。

2）冷却液温度超过规定范围。

3）发动机转速和负荷超过规定值。

4）ECU发现有故障。

（六）排气控制装置的检修

1.PCV阀的检修

图1-101 二次空气供给系统

1—二次空气电磁控制阀 2—点火开关 3—开关 4—发动机转速传感器 5—发动机冷却液温度传感器 6—节气门位置传感器 7—氧传感器 8—催化转换器 9—二次空气控制阀

1）检查PCV的管路是否有老化破裂。

2）发动机处于运转状态，用钳子轻轻地反复捏夹PCV阀的软管，应听到PCV阀反复开阀的声响。如无声响，应检查PCV阀的密封圈，或者清洗PCV阀。必要时，更换PCV阀。

2.EVAP控制系统的检修

1）检查各连接管路有无破损或漏气，必要时更换连接软管。

2）检查活性炭罐壳体有无裂纹，底部进气滤芯是否脏污，必要时更换碳罐或滤芯；一般汽车每行驶20000km，应更换活性炭罐底部的进气滤芯一次。

3）真空控制阀的检查，如图1-102所示。从活性炭罐上拆下真空控制阀，用手动真空泵由真空管接头给真空控制阀施加约5kPa真空度时，从活性炭罐侧孔吹入空气应畅通。不施加真空度时，吹入空气则不通。若不符合上述要求，应更换真空控制阀。

4）电磁阀的检查。发动机不工作时，拆开电磁阀进气管一侧的软管，用真空泵由软管接头给控制电磁阀施加一定真空度，电磁阀不通电时应能保持真空度，若给电磁阀接通蓄电池电压，真空度应释放；拆开电磁阀线束连接器，测量电磁阀两端子间电阻，应为36～44Ω，若不符合，应更换控制电磁阀。

3.EGR控制系统的检修

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）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）发动机在正常工作温度下，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）。

4）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，予以排除。

5）EGR电磁阀的检查。

①在冷态下测量电磁阀电阻，一般应为33～39Ω，如图1-103所示。

图1-102 真空控制阀的检查

图1-103 EGR电磁阀的检查

1—通大气滤网 2—进气管侧软管接头 3—EGR阀侧软管接头

②电磁阀不通电时，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。

④若不符合上述要求，应更换电磁阀。

6）EGR阀的检查。

①如图1-104所示，用手动真空泵给EGR阀膜片上方施加约15kPa的真空度时，EGR阀应能开启。

图1-104 EGR阀的检查

②不施加真空度时，EGR阀应能完全关闭。

③若不符合上述要求，应更换EGR阀。

4.TWC及氧传感器的检修

1）装用蜂巢型转换器的汽车，一般汽车每行驶80000km应更换转换器芯体一次。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）热型氧传感器的检查。对热型氧传感器，测量其加热器线圈电阻，如：丰田雷克萨斯LS400轿车氧传感器加热器线圈，在20℃时阻值应为5.1～6.3Ω，若不符合，应更换氧传感器。

3）检查氧传感器信号。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400℃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。

5.二次空气供给系统的检修

1）发动机低温起动后，拆下空气滤清器盖，应能听到舌簧阀发出的“嗡、嗡”声。

2）从空气滤清器上拆下二次空气供给软管，用手指盖住软管口检查，应符合下列要求：

①发动机温度在18～63℃范围内怠速运转时，有真空吸力。

②发动机温度在63℃以上，起动后70s内应有真空吸力，起动70s后应无真空吸力。

③发动机转速从4000r/min急减速时，应有真空吸力。

3）拆下二次空气控制阀，从空气滤清器侧软管接头吹入空气应不漏气；用手动真空泵从真空管接头施加20kPa真空度，从空气滤清器侧软管接头吹入空气应通畅；若不符合上述要求，说明膜片阀工作不良，应检修或更换。用手动真空泵从真空管接头施加20kPa真空度，从排气管接头吹入空气应不漏气，否则说明舌簧阀密封不良，应更换。

4）二次空气电磁阀的检查。测量电磁阀电阻，一般应为36～44Ω；拆开二次空气电磁阀上的软管，电磁阀不通电时，从进气管侧软管接头吹入空气应不通，从通大气的滤网处吹入空气应畅通。当给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。