任务一识别排气控制系统.docx
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任务一识别排气控制系统
项目六排放控制系统的检修
任务一识别排放控制系统
【任务目标】
目标类型
目标要求
1.认知目标
1．能描述汽车发动机排放控制系统的组成及作用；
2．能阐述汽车发动机排放控制系统各零部件的构造特点；
3．能叙述汽车发动机排放物的种类及原因；
4．会识别汽车发动机排放控制系统各零部件的名称。
2.技能目标
达到汽车维修中级工如下要求：
1．会识别发动机排放控制系统各零部件；
2．能运用所学知识分析发动机排放物的危害。
3.情感目标
1．能养成积极劳动、不怕苦、不怕累的良好劳动习惯；
2．能注意到操作过程中的5S管理规范。
【任务描述】
2014年2月7日小李驾驶一辆福克斯轿车在高速公路上行驶。
当车辆行驶300Km后，小李感觉发动机动力不足，随后车辆无法继续行驶。
于是，找专业修理人员进行维修。
根据车主描述的现象，请查阅相关资料对此故障进行诊断并排除，修理完毕后如实填写故障案例报告单。
【知识准备】
随着汽车工业的快速发展，汽车保有量不断增加，汽车排放污染对人类及环境的危害已日益严重，近年来，我国多地连续出现的雾霾天气就是有力的证据。
汽车的排放污染物主要有发动机的尾气（约占65%以上），曲轴箱窜气（约占20%）和燃料供给系中燃油的蒸发（约占10–20%）。
汽油机的排放污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOX）；柴油机的排放污染物主要有HC、NOX和碳烟。
这些都是对人体及环境有害的物质。
我们知道，发动机排放污染主要是尾气污染，发动机尾气排放控制系统（如图6-1-1所示）是将每个气缸燃烧后的废气经净化处理后排放到车外的装置。
它主要由排气歧管、三元催化转化器TWC、消声器及排气管等组成。
其基本工作过程是：
发动机在排气行程中，废气经排气歧管—→三元催化转化器（TWC）—→排气管—→消声器—→排气尾管。
要使汽车发动机尾气排放达标，首先要控制可燃混合气的燃烧质量，其次就是要有效地控制尾气的净化处理。
图6-1-1发动机尾气排放控制系统
为了满足绿色环保的要求，针对汽车的各种排放污染物的产生原理，近年来，人们在现代汽车上安装了许多排放控制系统，主要包括：
三元催化器（TWC）、汽油蒸发控制系统（EVAP）、曲轴箱强制通风控制系统（PCV）、废气再循环控制系统（EGR）、二次空气供给及热空气供给系统等。
一、三元催化转换器（TWC）及空燃比反馈控制系统
图6-1-2三元催化转化器（TWC）结构
1—外壳2—反应体3—固定壳
1.三元催化转化器（TWC）的功能及结构
三元催化转化系统使用三元催化转化器将发动机尾气中的三种有害物质（CO、HC、NOX）转换成无害物质（CO2、N2、H2O）。
三元催化转化器装在排气管中，三元催化芯子是一个铝胆，外面附有铂（Pt）和铑（Rh）制作的催化剂，它不仅可使CO和HC变成CO2和H2O，而且还能使NOx和CO起化学反应，转变为N2和CO2。
三元催化转化器如图6-1-2所示，其工作原理如图6-1-3所示。
图6-1-3三元催化转化器工作原理图
在三元催化转化器后部安装一个氧传感器（称为下游氧传感器或后氧传感器），用来检测三元催化转化器的工作效率。
下游氧传感器的安装位置如图6-1-4所示。
下游氧传感器也称为催化剂监测传感器（CMS）。
图6-1-4传感器结构图
图6-1-4三元催化转化器下游氧传感器
2.空燃比和点火时刻对排放的影响
三元催化器（TWC）工作时，排气中有害气体的净化率及空燃比、点火时刻、发动机的结构等有关。
通常，空燃比和点火时间的影响最大。
三元催化转化器的工作条件之一是发动机混合气的浓度即空燃比一定在标准空燃比附近。
即R=14.7。
空燃比及三元催化转化器转化效率的关系如图6-1-5所示，由图可见，三元催化转化器在标准空燃比附近区域转换效率最高。
图6-1-5排气中有害气体的浓度随空燃比变化关系
1--有效控制范围2--理论空燃比14.7
2．点火时间对排放的影响
点火时间对发动机排放的影响如下：
推迟点火提前角，混合气在燃烧室内的燃烧时间将缩短，由于后燃，将使排气温度上升，促进了HC和CO的氧化，使排出的HC减少。
增加点火提前角，无论在任何转速和负荷下，加大点火提前角后燃烧温度提高，都会使NOx的释放浓度增加。
另外，排气温度对TWC的工作也有影响。
一般来说，三元催化器（TWC）工作时，发动机的排气温度应在400-815℃之间。
有点发动机安装了排气温度报警装置，当报警装置发发出报警信号后，应停机熄火，查明发动机排气温度过高的原因，并予以排除。
二、汽油蒸发控制系统（EVAP）
为了减少燃油系统排放到大气中的碳氢化合物，在发动机控制系统中普遍采用了活性炭罐汽油蒸发污染控制装置（EVAP）。
下面以日产风度轿车汽油蒸发控制系统为例来说明。
1．汽油蒸发控制系统的作用
汽油蒸发控制（EVAP）系统的作用是：
阻止燃油箱内蒸发的汽油蒸气泄漏到大气中污染环境；将燃油箱里多余的汽油蒸气先储存到活性炭罐中，当发动机工作时再适时地送入进气歧管，及空气混合后进入发动机燃烧室燃烧。
图6-1-6汽油蒸发控制系统图
汽油蒸发控制系统通常使用活性炭罐吸附汽油蒸气。
活性炭罐又简称为炭罐，里面填充了活性炭颗粒，用来吸附燃油蒸气。
汽油蒸发控制系统如图6-1-6所示，活性炭罐外观如图6-1-7所示。
图6-1-7活性炭罐外观
2．日产风度轿车汽油蒸发控制系统的组成和工作原理
日产风度轿车汽油蒸发控制系统如图6-1-8所示。
图6-1-8日产风度轿车汽油蒸发控制系统
3．日产风度轿车汽油蒸发控制系统工作过程
发动机电控单元ECU通过控制EVAP炭罐电磁阀中的蒸汽旁通道开度来控制流量。
根据发动机各种工况，ECU读取存储器中的标定信息，确定燃油蒸气流量。
当发动机达到一定工作温度且节气门开启时，ECM控制进入发动机进气管的燃油蒸气流量，使其随着空气流量的增加而增加；在怠速和减速工况时，汽油蒸发控制系统不工作。
三、曲轴箱强制通风系统（PCV）
在发动机工作时，总有一部分可燃混合气和废气经活塞环窜到曲轴箱内，窜到曲轴箱内的汽油蒸气凝结后将使机油变稀，性能变坏。
废气内含有水蒸气和二氧化硫，水蒸气凝结在机油中形成泡沫，破坏机油供给，这种现象在冬季尤为严重；二氧化硫遇水生成亚硫酸，亚硫酸遇到空气中的氧生成硫酸，这些酸性物质的出现不仅使机油变质，而且也会使零件受到腐蚀。
由于可燃混合气和废气窜到曲轴箱内，曲轴箱内的压力将增大，机油会从曲轴油封、曲轴箱衬垫等处渗出而流失。
流失到大气中的机油蒸气会加大发动机对大气的污染。
发动机装有曲轴箱通风装置就可以避免或减轻上述现象。
因此，发动机曲轴箱通风装置的作用是：
1.防止机油变质:
2.防止曲轴油封、曲轴箱衬垫渗漏；3.防止各种油蒸气污染大气。
曲轴箱通风包括自然通风和强制通风，现代汽油发动机常采用强制式曲轴箱通风，又称PCV系统。
当发动机工作时，进气管真空度吸引新鲜空气经空气滤清器、空气软管进入气缸盖罩，再由汽缸盖和机体上的孔道进入曲轴箱。
在曲轴箱内新鲜空气和曲轴箱气体混合后经汽缸盖罩、PCV阀和曲轴箱气体软管进入进气管，最后经进气门进入燃烧室烧掉。
根据发动机不同的工况，PCV阀的开度不同，通过的空气量也不同，由此对曲轴箱通风进行控制。
曲轴箱强制通风结构及故障原理如图6-1-9所示。
图6-1-9曲轴箱强制通风结构及故障原理
四、废气再循环控制系统（EGR）
1．废气再循环
废气再循环控制系统主要由EGR阀、废气再循环控制电磁阀（EGR电磁阀）等组成，它是在发动机工作是，将一部分废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸内的最高燃烧温度，减少NOx的排放量。
废气再循环控制（EGR）系统能够有效地降低废气排放中NOx的生成。
因为NOx是在高温富氧条件下生成的。
此外，为了不影响发动机的正常工作及性能发挥，必须根据发动机的工况变化，控制废气再循环量。
废气再循环控制系统如图6-1-11所示。
2．EGR阀
在EGR系统中，通过一个通道将排气歧管及进气歧管连通，在该通道上装有EGR阀，废气再循环控制系统工作时，通过EGR阀的开度变化来控制废气再循环量，如图6-1-12所示。
图6-1-11废气再循环控制系统
图6-1-12EGR阀
五、二次空气喷射系统
二次空气喷射系统是向排气歧管中送入新鲜空气，使废气中的HC和CO继续燃烧，来达到降低HC和CO排放值，同时，加快三元催化器的升温。
二次空气喷射系统常见的有空气喷射（AI）控制系统和吸气（AS）控制系统。
图6-1-14空气喷射控制系统（AI）
1．空气喷射控制系统（AI）
空气喷射（AI）控制系统如图6-1-14所示。
当系统工作时，发动机ECU起动电动空气泵的同时VSV系统也运作，进气歧管真空使空气喷射阀打开，压缩空气流入排气歧管。
发动机ECU依据空气流量计传来的参数，评估流入TWC的喷射空气的总量。
图6-1-15吸气控制系统（AS）
2．吸气控制系统（AS）
吸气（AS）控制系统如图6-1-15所示，和空气喷射控制系统的区别是：
空气喷射控制系统是使用电动空气泵强制把空气压入排气管，吸气（AS）控制系统是利用排气歧管中所存在的真空吸力来吸入空气。
查一查：
通过互联网查一查柴油机是怎样控制排放污染的？
做一做：
请自己动手，识别福克斯轿车发动机排放控制系统零部件及位置。
【任务实施】
一、准备工作
1.工具设备和材料
课件、福克斯轿车一台、组合工具、工具车、零件摆放台、计算机等上网设备
2.安全防护用品：
标准作业装
二、信息收集
汽车型号：
发动机型号：
发动机编号：
车辆识别码：
三、各小组在教师的指导下，进行福克斯轿车发动机排放系统零部件识别，并完成以下表格（表6-1-1）
福克斯轿车发动机排放控制系统零部件位置表6-1-1
序号
零部件名称
用途
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
四、学生以小组为单位，根据教师提供的发动机，指出三元催化器的位置，并描述正常情况下混合气的流动、燃烧，尾气的净化方向。
在小组内相互进行提问。
五、各小组成员通过教室上网设备，查阅有关丰田轿车及福特轿车废气再循环控制系统（EGR）的区别及特点，各派一个代表上台叙述。
想一想：
实现汽车“零排放”的最佳途径有哪些？
【任务检测】
一、填空题：
1.汽车的排放污染物主要有发动机的_________，曲轴箱_________和燃料供给系中燃油的_________。
2.近年来，人们在现代汽车上安装了许多排放控制系统，主要包括：
______________、______________、______________、______________、______________等。
3．三元催化器（TWC）工作时，排气中有害气体的净化率及_________、_________、_________结构等有关。
通常，_________和_________的影响最大。
4.推迟点火提前角，混合气在燃烧室内的燃烧时间将缩短，由于_________，将使排气温度_________，促进了HC和CO的氧化，使排出的HC_________。
5.汽油蒸发控制（EVAP）系统的作用是：
阻止燃油箱内蒸发的汽油蒸气泄漏到大气中污染环境；将燃油箱里多余的汽油蒸气先储存到_________中，当发动机工作时，再适时地送入_________，及空气混合后进入发动机燃烧室燃烧。
6.发动机曲轴箱通风装置的作用是：
___________、___________、___________、___________。
7.废气再循环控制系统将一部分废气重新引入气缸参加_________，从而降低燃烧室的最高燃烧_________，减少NOx的_________。
8.二次空气喷射系统是向排气歧管中送入新鲜_________，使废气中的_________和_________继续燃烧，来达到降低HC和CO排放值，同时，加快三元催化器的_________。
9.当空气喷射（AI）控制系统工作时，发动机ECU起动电动空气泵的同时VSV系统也运作，进气歧管真空使空气喷射阀_________，压缩空气_________排气歧管。
发动机ECU依据空气流量计传来的参数，评估流入TWC的喷射空气的_________。
10.废气再循环控制系统主要由_________、_________（EGR电磁阀）等组成，
二、判断题：
1.汽油机的排放污染物主要CO、HC、NOX；柴油机的排放污染物主要有HC、NOX和碳烟。
这些都是对人体及环境有害的物质。
（）
2..三元催化转化器是将发动机尾气中的三种有害物质（CO、HC、NOX）转换成无害物质（CO2、N2、H2O）的装置。
（）
3.在三元催化转化器后部安装一个氧传感器（称为下游氧传感器或后氧传感器），用来检测三元催化转化器的工作效率。
（）
4.三元催化转化器的工作条件之一是发动机混合气的浓度即空燃比一定在标准空燃比附近，即R=14.7。
（）
5.汽油蒸发控制系统通常使用活性炭罐吸附汽油蒸气。
（）
6.发动机电控单元ECU通过控制EVAP炭罐电磁阀中的蒸汽旁通道开度来控制流量。
7.现代汽油发动机常采用强制式曲轴箱通风，又称PCV系统。
（）
8.废气再循环控制系统工作时，为了不影响发动机的正常工作及性能发挥，必须根据发动机的工况变化，控制废气再循环量。
（）
9.吸气（AS）控制系统，和空气喷射控制系统的区别是：
空气喷射控制系统是使用电动空气泵强制把空气压入排气管，吸气（AS）控制系统是利用排气歧管中所存在的真空吸力来吸入空气。
（）
10.有人说：
纯电动车、氢能源汽车及燃气汽车都将是实现汽车尾气“零排放”的最佳途径。
（）
【评价及反馈】
班级：
姓名：
指导教师：
序号
考核项目
配分
考核内容
配分
考核标准
得分
1
出勤/纪律
5
出勤
2
违规一次不得分
行为规范
3
违规一次不得分
2
安全/防护/环保
20
着装
2
违规一次不得分
个人防护
5
违规一次不得分
5S/EHS
5
违规一次不得分
设备使用安全
5
违规一次不得分
操作安全
5
违规一次不得分
3
知识水平
20
知识测验成绩
20
测验成绩的20﹪计
4
技能考核（根据任务需要，自定）
35
准备工作
1
未准备或准备不当不得分
该任务所需的具体分为几个操作步骤（分值只做参考，自定）
2
操作不正确不得分
2
操作不正确不得分
2
未处理或处理不当不得分
5
操作不正确不得分
7
操作不正确不得分
5
操作不正确不得分
2
操作不正确不得分
6
酌情扣1-6分
2
操作不正确不得分
结束工作
1
未做不得分
5
学习能力
10
工单填写，工艺计划制定
4
未做不得分
组内活动情况
5
酌情扣1-5分
资料查阅和收集
1
未做不得分
6
任务拓展
10
知识拓展任务
2
未做不得分
技能拓展任务
8
未做不得分
7
总分
100
教师评估
序号
优点
存在问题
解决方案
教师签字：
学习后记：
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