技师论文EGR在车用汽油机机内净化中的应用.docx

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技师论文EGR在车用汽油机机内净化中的应用

EGR在车用汽油机机内净化中的应用

摘要：

本论文从汽油机机内净化技术的定义入手，在分析了汽油机主要排放污染物的前提下，简单介绍了机内净化的主要措施，并以EGR为例，详细归纳了目前EGR在汽油机机内净化中的运用，相信能为汽油机机内净化的研究提供一定的参考。

关键词：

汽油机净化技术EGR

一、概述

1、机内净化的定义

所谓机内净化就是从有害排放物的生成机理及影响因素出发，以改进发动机燃烧过程为核心，达到减少和抑制污染物生成的各种技术。

简单说就是降低污染物生成量的技术，如改进发动机的燃烧室结构、改进点火系统、改进进气系统、采用电控汽油喷射、采用废气再循环技术等。

机内净化被公认为是治理车用汽油机排气污染的治本措施。

2、汽油发动机的主要排放物

汽油发动机的理想燃烧是指混合气完全燃烧，汽车的排放物应为二氧化碳（CO2）、氮（N2）和水（H2O）。

但汽油发动机在实际工作过程中，混合气燃烧往往是不完全的，燃烧生成物除了以上三种之外，还有炭氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）、氮氧化合物（NOX）、铅化物以及二氧化硫等，这几种排放物会对大气环境造成污染、对人体造成危害。

碳氢化合物（HC）产生的原因主要是燃料的不完全燃烧，另外缸壁淬冷也是排气中HC的重要来源。

同时如果电火花微弱不能点燃混合气（也就是气缸的缺火现象），进排气门重叠期间新鲜混合气的泄露，曲轴箱窜气和燃油的蒸发等都会造成HC排放量的增加。

CO是烃燃料燃烧的中间产物。

排气中CO主要是在局部缺氧也就是混合气过浓或低温下由于烃的不完全燃烧产生的。

理论上讲，当过量空气系数λ=1时，混合物将完全反应，生成CO2和H2O。

而当混合气过浓时（λ<1）时，则有部分燃料不能完全燃烧而生成CO。

然而，在汽油机实际工作过程当中，不仅空气不足时燃烧生成物中有CO，就是在空气充足时，燃烧产物当中也一样含有CO及HC。

其原因是由于混合气的形成与分配的不均。

另外在混合气偏稀时，在高温下燃烧生成CO2和H2O也可能有一小部分发生离解反应，而离解反应生成的H2又会使CO2还原成CO。

NOx是空气在燃烧室的高温条件下由氧气和氮气的反应所形成的。

它的主要成分是NO，还有少量的NOx。

NO排到大气当中时会进一步氧化生成NO2。

NOx的生成量取决于燃烧后残留的氧气的浓度、燃烧温度及高温持续的时间。

二、常用机内净化措施

1、曲轴箱强制通风系统（PCV）

曲轴箱内窜缸混合气中，70%～80%是未燃烧气体（HC），燃烧的副产品（水蒸汽和各种气化的酸）则占20%～30%。

所有这些都能破坏机油，产生油泥，使曲轴箱锈蚀。

为防止这一情况，以前的车辆都是安装从曲轴箱引出的通风管道，让这些气体逸入大气。

但由于许多排放法规不允许这样做，这些窜缸混合气必须回到燃烧室重新燃烧。

一般来说，歧管真空度（即发动机负荷）对窜缸混合气产生的影响比发动机转速更大。

因此，如果气缸盖罩和进气歧管只是简单地用一根管子连接，不会很有效地解决这一问题。

因为歧管负压在低负荷时最强，而这时窜缸混合气少；在高负荷时最弱，而这时窜缸混合气多。

这就是说，窜缸混合气最多时，歧管所能吸收的却最少；反之亦然。

因此，在曲轴箱（气缸盖罩）和进气歧管之是安装一个曲轴箱强制通风阀（PCV），以便根据歧管真空度，改变允许进入气缸重新燃烧的窜缸混合气的量。

2、燃油蒸汽回收系统（EVAP）

在这套装置中，汽油蒸汽回收罐（活性碳罐）用于吸收从燃油箱或化油器浮子室蒸发的汽油（HC），以防止这些HC逸入大气。

汽油蒸汽回收罐内充满活性炭颗粒，故又称活性炭罐。

活性炭能吸附汽油蒸汽中的汽油分子。

当燃油箱内的汽油蒸汽进入回收罐时，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空气则排入大气。

蒸汽回收罐上方的进气口与燃油箱相通；出气口经软管与发动机进气管相通，中间有一个电控电磁阀控制管路的通断。

发动机运转时，如果电磁阀关闭，则进入罐内的汽油分子被活性炭吸附。

回收罐内设有三个单向阀，当电磁阀开启且控制气路中的真空度较大时，1号单向阀便开启，吸附在活性炭表面的汽油分子重新蒸发，被吸入进气管参加燃烧。

当燃油箱中的蒸汽压力高时，2号单向阀开启，3号单向阀关闭，燃油箱内的汽油蒸汽便进入回收罐；反之，当燃油箱内出现真空时，2号单向阀关闭，3号单向阀和油箱盖上的单向阀均打开，空气被吸入燃油箱。

3、废气再循环系统（EGR）

EGR装置用于减少废气中NOx的含量。

由于加速或发动机高负荷，燃烧室内的温度便升高，而生成的NOx则随之增加。

这是因为高温促使氮和空气中的氧化合。

所以，减少NOx生成的最好办法是降低燃烧室的温度。

废气主要成分是CO2和水蒸汽（H2O）。

这些都是非常稳定的气体，不和氧反应。

EGR装置通过进气歧管再循环这些气体，使燃烧温度降低。

空气-燃油混合气和这些废气混合在一起时，燃油在混合气中的比例自然就降低了（混合气变稀）。

另外，这一混合气燃烧所产生的热量，有一部分也被废气带走了。

因此，燃烧室的最高温度也下降，从而减少了NOx的产生。

4、涡轮增压技术

汽油机涡轮增压后动力性能可得到较大提高，对高原地区工作的适应性，CO和HC的排放、噪声等性能均能得到较大程度的改善。

但由于轿车汽油机的转速比柴油机高，空气流速快而且变化范围大，因此它对涡轮增压器有更高的要求。

三、ERG的结构特点

废气再循环系统（以下简称为EGR）由ECR阀、EGR真空操纵阀、EGR操纵电磁阀、操纵器（ECM／PCM）和EGR阀提升传感器等组成。

废气再循环系统和三元催化剂配合，能使排放污染气体中地NOx含量得到有效地降低。

由于NOx产生地条件有2个:

一是高温，二是多氧，所以EGR不是所有工况都工作，而是:

①低速，水温低于50℃时废气不循环，防止失速现象地产生；②高速，中负荷时一般具备了产生NOx地条件，废气阀投入工作，操纵NOx排放地污染值。

1、EGR操纵电磁阀

EGR操纵电磁阀为电子机械式真空开关阀,位于防火壁右侧地操纵盒内,其作用是操纵加在EGR阀地真空.该电磁阀由操纵器操纵,电磁线圈通电时,阀门打开,于是进排气口之间地通道便接通.

2、EGR阀提升传感器

该传感器利用由一个柱塞推动地电位计向发动机操纵器传送ECR阀地实际提升高度信号.发动机操纵器中储存有多种工况下BGR阀地最佳提升高度,如果实际提升高度值与储存在发动机操纵器内地最佳值不同,发动机操纵器便切断EGR操纵电磁阀地电源,减少加在EGR阀上地真空.

3、EGR阀

该阀位于进气歧管右侧,靠近节气门体.其作用是使必定量地废气流入进气歧管进行再循环.EGR阀膜片地一侧连接一根枢轴杆,另一侧与弹簧相连（弹簧使阀门保持常闭）.当加在膜片上地真空压力大于弹簧力时,枢轴杆被拉离原位,通道打开,使废气进入再循环系统.再循环地废气量与节气门开度值直接相关.电磁阀接收操纵器和继电器地操纵信号,电磁阀开启真空电路,因而真空压力△Px吸动EGR阀上地膜片,使阀打开,将废气引入气缸,使NOx排放降低.

四、别克君威2.5LB8发动机EGR电路

上海别克轿车采用带电子反馈的废气再循环系统（EGR），有5条导线，能够监视EGR阀的位置，确保阀门对PCM的指令作出正确的响应。

EGR电磁阀采用正极驱动器和PCM中的搭铁电路控制，如果电路功能失效，驱动器向PCM发送信号，设置故障码DTCP0403（EGR电磁阀控制电路不良）。

EGR阀上装置一个电位计来检测EGR阀的真实位置，电位计的3条导线分别为5V参考电源、搭铁线和信号线，信号电压在EGR阀全关时为45-4.8V。

在EGR位置与要求的位置进行比较，如果真实位置小于要求位置百分之十五，将设置故障码DTCP0404（EGR打开位置性能），造成此故障的原因一般为EGR枢轴或轴座积碳过多。

如果PCM检测到EGR位置传感器反馈的电压低于0.14V，将设置故障码DTCP0405（EGR位置传感器电压过低）。

如果PCM指令EGR阀关闭时，EGR阀仍处于打开的位置，将设置故障码DTCP1404（EGR阀卡滞）。

五、EGR的检测诊断项目

典型的EGR系统需按平均16200km或12个月的周期作全面检查和测试，以保证系统功能正常。

检查的一般方法如下：

1、检查进气岐管、EGR控制阀、真空放大器、EGR延迟电磁开关、温度阀等零部件之间的全部软管和接头，更换硬化、有裂纹的软管或有缺陷的接头。

当要更换一个装置上的几条软管时，最好一次脱开一条，换上新管后再脱开另一条，以防接错。

2、检查所有阀门和垫是否合适、有无损坏，如有必要，修理或更换损坏的零部件。

（1）测试废气再控制系统和阀门

在运行状况下检查EGR控制系统和阀门的顺序如下：

①起动发动机，运转至正常工作温度；

②发动机在空挡怠速下很快加速至大约2000r/min，但不超过3000r/min。

③观察EGR阀杆，应能看见阀杆运动（可由EGR阀杆上槽的相对位置的改变看出来）；

④重复上述过程几次，以确认杆的运动。

如果阀杆运动，表明系统工作正常，否则需按不同故障现象作相应的诊断维修。

（2）测试EGR阀和气道

如果控制系统工作正常，则应测试EGR阀和气道。

①把一只转速表接到发动机上；

②起动发动机并运转至正常工作温度；

③脱开通往EGR阀的真空软管，在其接头处插入手动真空泵软管；

④发动机置于空挡怠速下向EGR阀施加4KPa左右的真空信号；

⑤观察发动机转速表读数:

如果随着真空信号的施加，怠速转速下降150r/min或更多，说明EGR阀正在工作；如果转速不发生变化或下降量低于规定的最小值，说明有废物沉积在EGR阀和进气歧管气道上，需卸下EGR阀，检查、清洁其气道及进气歧管的气道。

（3）EGR阀的维修

如果诊断出EGR阀有过量的沉积物，需从发动机上卸下此阀，检查提升阀及安置部位的状况。

如果沉积物已超过一层薄膜，可用如下方法清洗：

①向提升阀及安置部位加适量的歧管热控阀溶剂，加溶剂时要极其小心，以免泼洒到膜片上损坏膜片；

②等待约30min，让溶剂充分软化沉积物；

③将手动真空泵软管连接膜片接头，施加足够的真空度使提升阀全开，不要推动膜片开启阀门，只能利用其真空源；

④用一个有利刃的工具细心刮去提升阀及座上已软化变松的沉积物，如果清洁阀门后发现阀杆，说明阀与座有过量磨损，需更换EGR阀总成；

⑤在发动机上安放新垫片，更换EGR阀，然后用14Nm左右的扭矩拧紧安装螺栓；

⑥连接通往阀的真空管路，按前述方法测试系统。

六、故障案例分析

案例一：

一辆上海通用别克君威轿车，用户反映该车在行驶过程中发动机故障灯突然点亮，但车辆没有任何故障症状。

维修人员连接故障诊断仪对发动机电控系统进行检测，发现了“Ｐ0404——EGR打开位置性能故障，Ｐ1404——EGR卡滞故障”的故障码。

这2个故障码实际上是影响环保的故障码。

根据维修该款车的经验，EGR阀卡滞故障在一些别克车上时有发生，轻则导致发动机废气排放超标，严重时会影响发动机的动力性，并会导致怠速不稳。

由于EGR阀所处的环境长期被废气污染，工作时间久了，在阀门口上难免会附着一些积炭。

当使用的燃油质量不达标时，会导致混合气燃烧不完全，EGR阀卡滞的几率便会大大增加。

一旦PCM检测到EGR阀的实际枢轴位置与设定值有所偏差，便会记录并点亮发动机故障报警灯，同时存储故障码Ｐ1404。

另外，PCM监控EGR阀枢轴位置传感器信号的输入，确保阀门对PCM指令作出正确的响应。

当EGR反馈信号电压高于0.2Ｖ且超过20ｓ时，PCM将点亮发动机故障报警灯。

最后，在更换新的ＥＧＲ阀并进行匹配编程后，故障排除。

案例二：

一台本田雅阁轿车，发动机为F22B1，“CHECK”灯异常亮起。

检修过程：

通过解码器读出故障码，其内容是：

EGR真空电磁阀/EGR位置回路不良。

据此检查了整个废气循环系统，点火开关KEY-ON时，测量EGR电磁阀的一脚电压为12V，着车加速到30km/h时，EGR电磁阀有动作，EGR阀有真空，正常，让发动机回到怠速状态，用真空枪去吸EGR阀，怠速没变化，说明EGR阀有问题，再测量EGR位置，1脚为5V，3脚为0V，2脚信号电压为1.2V，正常，在真空枪吸EGR阀的过程中，2脚信号电压变化也正常。

问题的关键在EGR阀。

拆下EGR阀，原来是人为用石棉纸把孔堵住了，EGR系统失去了作用，恢复原样后，KEY-ON，短接诊断孔，拔掉backup保险丝10秒后插回（位置在引擎室右边防火墙旁的保险丝盒里），拿掉短接线着车，CHECK灯正常，在进行路试时却出现了新的故障现象，当踩油门把车速加到8Okm/h以上，再松油门时，发动机会突然熄火，再打马达时，起动困难，即使着了车，怠速极不稳，入档起步熄火。

打开引擎盖，拔掉EGR阀上的真空管，听见“嗒”的一声，感觉是EGR阀关闭的声音。

按理在怠速时EGR阀应关闭，但此时EGR阀一旦打开就被真空吸住不回位，造成怠速时漏气，使怠速不稳，甚至熄火。

从EGR真空电磁阀的工作原理可以分析出这一故障的原因：

电磁阀上有三个孔，A孔去CVC真空阀，B孔去EGR阀，C孔与大气相通，当电磁阀工作时，A、B接通，C孔关闭，EGR阀获得真空；当电磁阀不工作时，A孔关闭，B、C孔接通，EGR阀真空管通大气，管内真空释放。

如果A、B孔接反了，当电磁阀工作时无异常，当电磁阀不工作时，A孔内的真空源通大气，B孔内的真空会封住吸着EGR阀不放。

实际与分析相吻合，A、B孔上的真空管接反了，恢复原样后试车，一切正常，故障排除。

结束语

现代汽车中绝大多数的汽车都有采用了其中的二至三种方法来控制汽车的排放，从而达到控制汽车尾气对我们人类环境的影响，使我们生活在一个自由的、洁净的环境里。

最后感谢南京交通技师学院的多年培养，感谢王宏璟老师的细心指导，感谢答辩老师的不吝赐教。

参考文献

1.段金栋《车用发动机》2009年11月下期