汽车发动机电控技术
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汽车发动机电控技术. 项目名称:排气净化与排放控制系统. 指导教师:董丽丽 项目学时: 6. 排气净化与排放控制系统. 导入 : 为了减少汽车使用过程中对大气环境的污染,现代汽车对汽油发动机的污染源采取了多项控制有害排放及其净化的措施,如采用三元催化转换器及空燃比反馈控制、废气再循环( EGR )控制、二次空气喷射控制、活性炭吸附及碳罐的清洗控制等。本节仅学习前两项控制功能。. 排气净化与排放控制系统. 一、三元催化转换器 功能: 利用转换器中 三元催化剂( 铂铑混合 物 ),将发动机排出的 废气中的有害气体转换 为无害气体。. 排气净化与排放控制系统.

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汽车发动机电控技术

  • 项目名称:排气净化与排放控制系统

  • 指导教师:董丽丽

  • 项目学时:6


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排气净化与排放控制系统

导入:

为了减少汽车使用过程中对大气环境的污染,现代汽车对汽油发动机的污染源采取了多项控制有害排放及其净化的措施,如采用三元催化转换器及空燃比反馈控制、废气再循环(EGR)控制、二次空气喷射控制、活性炭吸附及碳罐的清洗控制等。本节仅学习前两项控制功能。


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排气净化与排放控制系统

一、三元催化转换器

功能:利用转换器中

三元催化剂(铂铑混合

物),将发动机排出的

废气中的有害气体转换

为无害气体。


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排气净化与排放控制系统

  • 三元催化反应转化效率与发动机所用的空燃比有关

    • 只有在理论空燃比附近,对废气中三种有害气体(HC、CO、NOX)的转换效率最高。

在发动机电控系统中普遍采用由氧传感器组成的空燃比反馈控制方式,即闭环控制方式。


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排气净化与排放控制系统

使用条件:

  • 1、采用无铅汽油。

  • 铅会使催化剂“中毒”失去催化效力。

  • 2、把工作温度控制在一定范围内。最低工作温度为250℃,理想的工作温度为400~800 ℃,如果超过1000 ℃,催化剂迅速变质,使得三元催化转换器损坏。


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排气净化与排放控制系统

三元催化转换器的检测与诊断

常见的故障及其原因

性能测试与诊断方法

(1)怠速实验法。

发动机怠速运转时,用废气分析仪测量汽车尾气中CO的含量,最大值不应该超过0.3%,否则已损坏。

(2)稳定工况试验法。

(3)快怠速试验法。

  • 故障:TWC催化性能恶化;TWC芯子堵塞后排气不畅,产生过高的排气背压,使废气倒流到发动机内等。

  • 原因:(1)炭灰积聚、污垢。(2)陶瓷芯子破损。(3)陶瓷芯子熔化。(4)TWC上的排气温度传感器温度过高电脑切断二次空气供给,中断催化。


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排气净化与排放控制系统

  • 氧化锆和氧化钛传感器在空燃比反馈控制系统中作用相同。

  • 区别:氧化锆型氧传感器将废气中氧的浓度变化直接转换成输出电压的变化,氧化钛型氧传感器将废气中氧气浓度的变化转换为传感器电阻的变化,然后送入检测电路。

二、氧传感器

(1)检测废气中氧的含量,并将检测结果输送到ECU。

安装位置:三元催化转换器上游,汽油发动机排气总管上。

(2)检测三元催化转换器净化效率。

安装位置:三元催化转换器的下游。

氧化锆(ZrO2)式和氧化钛(TiO2)式两种。


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排气净化与排放控制系统

工作原理:

发动机的排气气流从锆管表面的陶瓷层渗入,与负极接触,内部的正极与大气接触。温度较高时,O2发生电离形成氧离子。若陶瓷层内(大气)、外(废气)侧氧离子存在浓度差时,使得陶瓷体内侧(正极)的氧离子向外侧(负极)扩散,锆管元件形成了一个微电池,扩散的结果造成锆管正、负极间产生电势差。

浓度差越大,电势差越大。


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金属外壳

陶瓷绝缘体

二氧化钛元件

接线端子

金属保护套

陶瓷元件

导线

排气净化与排放控制系统

  • 组成:二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。

  • 原理:

    • 废气中的氧浓度高时,二氧化钛的电阻值增大;

    • 废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。


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排气净化与排放控制系统

  • 三、废气再循环控制(EGR控制)

  • 在发动机工作过程中,将一部分废气引入进气管,与新鲜空气(或混合气)混合后返回气缸进行再循环。

减少NOX排放量的一种有效措施


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排气净化与排放控制系统

小部分已燃烧的气体返回进气歧管,在进气混合气中起到惰性稀释作用,混合气中单位燃料对应氧的浓度减少,缸内可燃油蒸气的质量也减少,燃烧速度降低,燃烧温度随之下降,从而有效抑制NOX的生成。


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排气净化与排放控制系统

  • EGR的控制量:通常用EGR率表示EGR的控制量。

EGR率与发动机动力性、经济性和排放性能有关。

  • EGR率对发动机的影响

    (a)EGR率过大时,使燃烧速度太慢,燃烧不稳定,失火率增加,使HC也会增加;

    (b)EGR率过小,NOX排放达不到法规要求,易产生爆震、发动机过热等现象。因此,EGR率必须根据发动机工况要求进行控制。


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排气净化与排放控制系统

随着负荷增加EGR率允许值也增加(阴影部分)

怠速和低负荷时,NOx排放浓度低,为了保证稳定燃烧,不进行EGR调节。

只有热态下进行EGR。发动机温度低时,NOx排放浓度也较低,为了保证正常燃烧,冷机时不进行EGR调节。

大负荷、高速时,为了保证发动机有较好的动力性,此时混合气较浓,NOx排放生成物较少,可不进行EGR或减少EGR率。

废气再循环量对NOx排放和油耗的影响还受到空燃比、点火提前角等因素的影响。因此在EGR率进行控制时,同时对点火等进行综合控制,就能得到较好的发动机性能。


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排气净化与排放控制系统

电控式EGR控制系统组成


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排气净化与排放控制系统

电控式EGR控制系统组成


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排气净化与排放控制系统

  • 废气再循环闭环控制

日本三菱公司采用了一种可直接用EGR率作为反馈信号的废气再循环闭环控制系统。EGR率安装在稳压箱上,通过测量混合气中的氧气浓度来检测混合气的EGR率,并将其检测信号反馈给ECU,ECU根据此信号发出控制指令,不断调整EGR阀的开启高度,以此控制混合气的EGR率,有效减少NOX的排放量。


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排气净化与排放控制系统

  • 废气再循环闭环控制

与普通电控式EGR系统相比,在EGR阀上增加了一个用于检测其开启高度的EGR位置传感器。电位计式的EGR位置传感器可将EGR阀开启高度转换为相应的电压信号,并反馈给ECU。其后,ECU根据反馈信号控制真空电磁阀的动作,进而调节EGR阀膜片室的真空度,以此改变EGR率。


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排气净化与排放控制系统

EGR控制系统的检查:

(1)做一般检查时,要在冷车启动后,立即拆下EGR上的真空软管,发动机转速应无变化,用手触试真空软管应无真空吸力;发动机达到正常温度后,怠速检查结果应与冷机时相同;若转速提高到2500r/min左右,拆下此EGR阀上的真空软管,发动机转速应明显升高。

(2)对EGR电磁阀做检查时,要在冷态测量电磁阀电阻,值应为33~39Ω。电磁阀不通电时,从进气管侧吹入空气应畅通,从滤网处吹入空气应不通。当给电磁阀接入蓄电池电源电压时,应相反。

(3)对EGR阀做检查时,要用手动真空泵给阀膜片上方施加约15kpa的真空度,此时阀应能开启;不施加真空度,EGR阀应能完全关闭。


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排气净化与排放控制系统

总结:国外规定,原装的三元催化转换器应该保用五年或者8万 km无损坏,因此在使用期间无须对其定期维修,只有对发动机进行调试或者国家有关部门检测车辆时才检查其工作情况。但是,由于我国车辆运行条件及使用油品等的限制,其损坏几率较高,故在二级维护时应该检查其工作情况。

作业:

1、使用三元催化转换器的电控汽油发动机为什么要将空燃比控制在理论空燃比附近?为什么必须使用无铅汽油?为什么必须把排气温度控制在900 ℃以下?

2、氧传感器有哪几种类型?他们各有什么样的特点?


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