汽车发动机控制系统故障检修方法

1.废气再循环控制系统的功能

其功能是把一部分废气引入进气系统和新鲜混合气一起进入气缸中参与燃烧，以减少氮氧化合物的排放。

2.废气再循环的工作原理

氮氧化合物是混合气在高温和富氧条件下燃烧时，含在混合气中的N₂和O₂发生化学反应产生的。燃烧温度越高，N₂和O₂越容易反应，排出的NO_X越多，如图12-9所示。所以减少NO_X的最好方法就是降低燃烧室的温度。

EGR系统工作时，将一部分废气引入进气系统，与新鲜的燃油混合气混合，使混合气变稀，从而降低了燃烧速度，燃烧温度随之下降，从而有效的减少NO_X的生成。

由于废气再循环会使混合气的着火性能和发动机输出功率下降，因此，应选择NO_X排放量比较多的发动机运转工况范围，进行适量的废气再循环。

EGR的控制量用EGR率表示，其定义为再循环废气的量占整个进气量的百分比。

采用EGR系统可降低NO_X的排放，但是随着EGR率的增加，将导致油耗增加、HC的排量增加以及由于废气再循环造成了缺火率增加，使燃烧变得不稳定，发动机性能下降，如图12-10所示，所以必须对EGR率进行控制。根据发动机工况不同，进入进气歧管的废气量一般在6～23%之间变化。

图12-9 燃烧温度与NO_X排放量的关系

图12-10 点火提前角不变时，EGR率对油耗和排放的影响

由于采用EGR系统会对发动机的性能造成一定的影响，所以在EGR系统工作时，点火系统（即点火提前角）和燃油系统也要相应的调整。如图12-11所示为点火提前角变化后，废气再循环量与发动机油耗和排放的关系。

3.废气再循环控制系统部件

废气再循环控制系统部件主要有EGR阀、EGR枢轴位置传感器和EGR真空电磁阀等，其中EGR阀是最关键的部件。

（1）EGR阀EGR阀按其控制方式的不同，可分为进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR阀和发动机电子控制单元控制的电磁式EGR阀。

进气歧管真空度控制的真空膜片式EGR阀主要有：气道式EGR阀、正背压EGR阀和负背压EGR阀。这几种EGR阀主要在日本车系、福特车系和早期的通用车系广为应用。

发动机电子控制单元控制的电磁式EGR阀有：数字式EGR阀和线性EGR阀。

1）气道式EGR阀。气道式废气再循环阀由进气歧管真空度控制，其组成如图12-12所示。膜片上方是密闭的膜片室，膜片室的真空入口与起控制作用的真空相通。膜片推杆下部有锥形阀。膜片上方的弹簧向下压迫膜片，并使锥形阀压在下阀体的阀座上。

图12-11 点火提前角改变时，EGR率对发动机性能的影响

当真空传入膜片室后，膜片克服弹簧力向上提起，从而带动推杆及锥形阀均向上提起，使部分废气从排气管进入进气歧管，如图12-13所示。因为废气中只有很少的氧气，所以使燃烧室内混合气的燃烧速度下降，燃烧温度降低，从而降低了氮氧化物的排放。

图12-12 气道式EGR阀的结构

图12-13 EGR开启时，废气进入进气歧管

2）正背压EGR阀。正背压废气再循环阀由进气歧管真空度控制。有一个放气通道及位于膜片中心的放气阀。放气阀的下面有1个软弹簧顶着，使放气阀常开。膜片下腔通大气。

发动机工作时，废气压力由锥形阀下端经推杆内的通道到达放气阀。当发动机转速较低时，废气压力不高，不足以克服弹簧的压力使放气阀关闭。如果这时控制真空传到膜片室，就会经放气通道被消除，锥形阀保持关闭，如图12-14所示。

当发动机转速和汽车速度提高时，废气压力增大，在预定的节气门开度下，废气压力将废气再循环阀的放气通道封闭。如果这时控制真空作用到膜片上，膜片及锥形阀就会向上移动，使锥形阀打开。

如果真空室内不是真空或真空度很小，例如在节气门全开时，或者排气歧管内没有压力或压力很小时，EGR阀不打开。

3）负背压EGR阀。负背压废气再循环EGR阀由进气歧管真空度控制。在负背压废气再循环阀中，放气阀常闭，废气压力由锥形阀的下端经推杆传到放气阀，如图12-15所示。

图12-14 正背压EGR阀

图12-15 负背压EGR阀

当发动机在低速工作时，每次气缸点火及每次排气门打开，在排气系统内都会产生高压脉冲。而在两个高压脉冲之间是低压脉冲。当发动机转速增加时，在一定的时间内将有更多的气缸点火，排气系统内的高压脉冲变得更为密集。发动机转速低时，在一定的时间内只有较少的气缸点火，这时，负排气脉冲比高转速时更加突出，排气系统内的负排气脉冲使放气阀开启；当发动机转速及汽车的速度增加到预定值时，负排气脉冲减小，这时放气阀关闭，这时如果控制真空传入膜片室，膜片及锥形阀就会向上移动，废气再循环阀开启。

在发动机不工作的情况下，由外部真空源提供的真空传入负背压EGR阀，放气通道被封闭。

负（N）背压及正（P）背压废气再循环阀可以通过与零件号及工厂识别码一起打印在阀顶的字母N或P来识别，如图12-16所示。

图12-16 正、负背压废气再循环阀的标识

图12-17 数字式EGR阀

4）数字式EGR阀。数字式EGR阀不是受进气歧管真空控制，而是由发动机电子控制单元直接控制。数字EGR阀一般有三个电磁线圈，如图12-17所示，每一个线圈有一个可动铁心，其锥形阀的下端堵住一个小孔。当任何一个线圈通电时，可动铁心被抬起，废气就可通过小孔进入进气歧管进行再循环。三个电磁线圈及三个小孔的通道的面积各不相同。

当发动机工作时，发动机电子控制单元根据冷却液温度、节气门位置和进气歧管压力等传感器的输入信号控制这三个电磁阀的工作，使三个电磁阀按照七种不同的方式组合，产生七种不同的EGR率，从而精确控制EGR流量。表12-3表示数字式EGR阀不同的EGR率。

表12-3 数字式EGR阀不同的EGR率

5）线性EGR阀。以上海别克为例介绍线性EGR阀，它由发动机电子控制单元控制，如图12-18所示，它有一个受ECU控制的电磁线圈组，枢轴（可动铁心）的一端是锥形阀。

发动机电子控制单元控制电磁线圈通电，使枢轴及锥形阀抬起后，废气就可进入进气歧管进行再循环。因为线性EGR阀锥形阀的开启程度完全是线性渐变的，所以它能够提供发动机全工况下NO_X排放水平的最佳控制。

发动机工作时，发动机电子控制单元根据冷却液温度传感器、节气门位置传感器、空气流量传感器的输入信号计算出最优的EGR阀开启程度，并通过控制EGR阀电磁线圈使EGR阀达到最佳开启位置。

图12-18 线性EGR阀的结构

线性EGR阀中嵌有EGR枢轴位置传感器，枢轴移动后它马上将实际枢轴的移动位置反馈给ECU，实现了对废气再循环流量的精确反馈控制（闭环控制）。如图12-19为广州本田奥德赛的线性EGR阀。

对于EGR系统的监测，ECU采取的是EGR阀动作时检测进气歧管绝对压力的变化来确定系统工作正常与否的主动检测方法。所谓主动检测就是当节气门减速关闭时，EGR的诊断会迫使EGR阀打开，或者在巡航行驶时，EGR的诊断会迫使ECR阀关闭。

也就是在EGR阀本来应该关闭的减速收油工况时突然打开，而在EGR阀本来应该打开的定速巡航工况时突然关闭，这样才能够看出在EGR阀打开或关闭前后进气歧管绝对压力的波动变化，具体变化形式为：

①当处于减速检测模式时，打开阀门将增大进气歧管绝对压力值。

②当处于定速巡航检测模式时，关闭阀门将减小进气歧管绝对压力值。

在这两种情况下，进气歧管绝对压力的改变会随着EGR阀的开启、EGR流量的变化而改变。EGR阀的单件检测为进气歧管绝对压力对某些阀门动作测量的平均值，其原理是现代电控燃油喷射系统除了EGR外，还有其他部件的作用也会对进气歧管绝对压力值的变化产生影响。所以，每一个单元检测到的结果将被平均地降低一定系数，从而防止系统的误诊断，只有当平均值超过自诊断系统校正的临界值时才会表示EGR阀出现故障。

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图12-19 广州本田奥德赛的线性EGR阀

（2）EGR阀枢轴位置传感器EGR阀枢轴位置传感器的作用是检测EGR阀的开度位置，并利用电位计将其位置信号转变为相应的电压信号，反馈给发动机电子控制单元，作为控制废气再循环的参考信号，从而实现EGR系统的闭环控制。

同时，发动机电子控制单元检测枢轴位置传感器及相关控制电路故障，如短路和断路情况，当检测到的枢轴位置信号电压超过枢轴位置电压的正常范围，发动机电子控制单元将设置故障码。

EGR枢轴位置传感器通常是一个三线传感器，如图12-20所示，一根是用来向传感器提供5V的参考电压，另一根是用来向传感器提供搭铁，还有一根用来将传感器的信号送到发动机电子控制单元。

在正常的ECU控制EGR系统工作的过程中，ECU采用发动机冷却液温度信号、节气门位置信号、空气流量信号来控制枢轴的提升度。

图12-20 EGR阀枢轴位置传感器线路图

福特公司汽车上安装的EGR位置传感器结构如图12-21所示。装在膜片上的传感器有一个可变电阻，当膜片上、下运动时，电阻器给发动机电子控制单元一个信号，使发动机电子控制单元可以判断出EGR阀的位置，从而控制合适的EGR流量。

（3）EGR真空电磁阀（EGR VSV，EGR Vacuum Solenoid Valve）在很多废气再循环控制系统中，发动机电子控制单元控制真空电磁阀来向EGR阀施加、保持或释放真空。如图12-22所示，如果真空电磁阀没有通电，则线圈内的可动铁心将真空通道堵住，隔断通往EGR阀的真空。当发动机电子控制单元根据冷却液温度、节气门位置及汽车行驶速度等输入信号确定应该开启废气再循环阀时，发动机电子控制单元就会为真空电磁阀线圈通电，磁力使可动铁心移动从而打开通向EGR阀的真空通道。

在有些系统中，发动机电子控制单元通过对真空电磁阀接通或切断的电流脉冲来精确地控制发动机所需要的真空度以控制EGR阀的开度。

图12-21 EGR阀枢轴位置传感器

图12-22 EGR真空电磁阀

有些汽车EGR真空电磁阀的盖子下而有一个可保养的滤清器，如图12-23所示。

（4）真空控制阀 真空控制阀，结构如图12-24所示。

图12-23 EGR真空电磁阀滤清器的位置

图12-24 真空控制阀

真空控制阀的作用是使通往真空电磁阀的真空管路中的真空保持不变。

真空控制阀膜片的上方通大气，下方通进气歧管和真空电磁阀，上方和下方分别装有弹簧A（弹簧力为F_A）和弹簧B（弹簧力为F_B），F_A＜F_B。

当发动机不工作时，膜片上升，真空控制阀开启，真空管路与进气歧管相通。

当发动机工作且真空管路中的真空度（ΔP_x）为27kPa时，F_A+ΔP_x＞F_B，膜片下移，真空控制阀关闭，真空管路与进气歧管不通。真空控制阀关闭时的真空度（27kPa）称为该系统恒压控制。这样，真空管路中的真空度在真空控制阀的控制下保持不变，使发动机电子控制单元能够对EGR率实行有效的闭环控制。

4.EGR控制系统

（1）普通电子式EGR控制系统 如图12-25所示为日产NISSAN车VG30型发动机所用的EGR控制系统示意图。这种系统在早期的NISSAN车上曾经采用，它由EGR真空电磁阀、节气门位置传感器、EGR阀、曲轴位置传感器、发动机电子控制单元、发动机冷却液温度传感器等组成。

其工作原理是在发动机工作时，发动机电子控制单元根据各传感器信号，如曲轴位置传感器、发动机冷却液温度传感器、节气门位置传感器、点火开关等送来的信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以便发出控制指令，控制EGR真空电磁阀的打开或关闭，使废气再循环进行或停止。

图12-25 普通电子式EGR控制系统

在发动机的某些工况下，发动机电子控制单元控制真空电磁阀断电，从而切断了EGR阀的真空通道，使EGR阀关闭。

在发动机起动时、节气门位置传感器的怠速触点接通（即发动机处于怠速运行工况）时、发动机温度低（例如发动机暖机过程中）时、发动机转速低于900r/min或高于3200r/min时，真空电磁阀断电（OFF），使EGR阀处于关闭状态，EGR系统不起作用；除以上工况外真空电磁阀通电（ON），使EGR阀处于打开状态，EGR系统开始起作用。

（2）可变EGR率废气再循环控制系统 可变EGR率废气再循环控制是一种开环控制系统。其工作原理是：将EGR率与发动机转速、进气量的对应关系经试验确定后，以数据形式存入发动机电子控制单元的ROM中。发动机工作时，发动机电子控制单元根据各种传感器送来的信号，并经过与其内部数据对照和计算修正，输出适当的指令，控制真空电磁阀的开度，以调节废气再循环的EGR率。

图12-26 可变EGR率废气再循环控制系统

可变EGR率废气再循环系统，如图12-26所示。当发动机工作时，发动机电子控制单元根据曲轴位置传感器、节气门位置传感器、发动机冷却液温度传感器、点火开关、电源电压等信号，给真空电磁阀提供不同占空比的脉冲电压，使其打开、关闭的平均时间不同，从而得到控制EGR阀不同开度所需的各种真空度，获得适合发动机工况的不同的EGR率。脉冲电压信号的占空比越大，打开时间越长，EGR率越大；反之，脉冲电压信号的占空比越小，EGR率越小，当小于某一数值时，EGR控制阀关闭，废气再循环系统停止工作。

（3）带压力反馈电子（PFE Pressure Feedback）传感器的废气再循环控制系统 这种系统由废气再循环阀、真空电磁阀、计量孔和压力反馈电子传感器等组成。通过检测量孔处的压力，再综合发动机电子控制单元接收的发动机转速、海拔高度、发动机进气歧管真空度、发动机冷却液温度和节气门位置等输入信号来控制废气再循环的时间和流量，如图12-27所示。

压力反馈电子传感器把废气压力信号转换为电压信号传送给发动机电子控制单元。压力反馈电子传感器有3根导线与ECU连接，如图12-28所示。这3根导线是接地线、5V参考电压线及信号线。计量孔后的废气压力与再循环的废气流量成正比。压力反馈电子传感器的信号通知ECU关于废气再循环的流量，ECU则把此信号与输入信号所要求的废气再循环流量相比较，如果实际的废气再循环流量与所要求的废气再循环流量之间有一些差别，ECU将对输出给VSV阀的占空比信号进行必要的修正。

图12-27 带压力反馈电子传感器的废气再循环控制系统

图12-28 压力反馈电子传感器

（4）带压差反馈式电子（DPFE Differential Pressure Feedback）传感器的废气再循环控制系统 压差反馈式电子废气再循环系统，如图12-29所示。

压差反馈式电子废气再循环控制系统的工作方式和压力反馈式电子废气再循环系统基本一样，只是它还需检测排气系统的废气压力，它的控制更精确。PFE传感器和DPFE传感器都是三线传感器，其中，PFE传感器有一个压力输入口，DPFE传感器有两个压力输入口。

（5）带EGR阀位置传感器的废气再循环系统 图12-30为广州本田雅阁轿车发动机废气再循环系统，该系统由EGR真空控制阀、真空电磁阀、EGR阀以及各种传感器组成。在EGR阀上部装有一个可以检测EGR阀升程的EGR位置传感器，该传感器利用由一个柱塞推动的电位计向发动机ECM/PCM（即发动机电子控制单元ECU）传送信号，作为控制废气再循环的参考信号，实现EGR系统的闭环控制。

发动机ECM/PCM中存储有多种工况下EGR阀的最佳提升高度信号。如果实际提升高度值与发动机ECM/PCM存储的最佳值不同，ECM/PCM便改变真空电磁阀上的电压，从而提高或降低EGR阀上的真空压力，来控制EGR阀的最佳提升高度，以控制进入燃烧室的废气量。

（6）装有背压修正阀的EGR系统 如图12-31所示为装有背压修正阀的EGR控制系统，广州三星道奇、尼桑千里马就采用这种系统。在真空电磁阀和EGR阀之间的真空管路中装有一个背压修正阀，其作用是根据排气歧管中的背压，控制废气再循环。

图12-29 带压差反馈电子传感器的废气再循环系统

图12-30 带EGR阀位置传感器的EGR控制系统

图12-31 带背压修正阀的EGR控制系统

排气歧管的背压通过管路作用在背压修正阀的背压气室下方。

当发动机小负荷、排气歧管背压低时，在阀门弹簧的作用下气室膜片向下移动，使修正阀门关闭真空通道。此时，EGR阀在其阀门弹簧作用下保持关闭，因而不进行废气再循环。

当发动机负荷增大、排气歧管背压升高时，修正阀背压气室下方的背压升高，使膜片克服阀门弹簧弹力向上运动而将修正阀门打开。由真空电磁阀控制的真空通过背压修正阀而进入EGR阀上方的真空气室，将EGR阀吸开，废气再循环通道打开，废气进行再循环。

真空电磁阀受发动机电子控制单元控制。发动机电子控制单元根据转速信号、进气压力信号、冷却液温度信号、空气流量信号等，控制真空电磁阀的开度，来控制进入EGR阀的真空度，从而控制EGR阀的开度，改变参与再循环的废气量。