常见车型排放系统分析与故障诊断.docx

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常见车型排放系统分析与故障诊断

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摘要

汽车在使用过程中，由于某种或多种原因，会引起汽车性能的变化。

汽车排放系统是汽车重要的组成部分之一，一旦出现故障而没有及时排除，会引起汽车发动机的运行异常，并会使汽车排放的尾气中的CO、HC和NOx等有害气体超标。

论文介绍汽车排放系统的各组成部分及常见车型排放控制系统，分析了各系统的工作原理和控制策略，列举了各系统的常见故障现象，并进行系统的判断与分析最后提出可行的解决方案。

[关键字]排放系统；故障；分析；原理

目录

1、汽车排放系统简介3

1.1常见汽车排放系统介绍3

1.2常见车型排放控制系统的组成4

1.2.1曲轴箱强制通风系统4

1.2.2燃油蒸发排放控制系统5

1.2.3三元催化转换系统6

1.2.4废气再循环系统6

2、汽车排放控制系统检修6

2.1曲轴箱强制通风系统的检修6

2.2燃油蒸发排放控制系统的检修：

7

2.3废气再循环系统的检修8

2.4三元催化转换系统的检修9

3、常见车型排放控制系统故障的维修实例9

3.1案例一9

3.2案例二9

结论9

参考文献9

致谢9

1、汽车排放系统简介

1.1常见汽车排放系统介绍

汽车排放系统是指收集并且排放废气的系统，该系统一般由排气支管、排气管、催化转换器、排放温度传感器、消声器和排放尾管等组成。

汽车排放系统是主要作用是排放发动机工作所排出的废气，同时使排出的废气污染减小，噪音减小。

汽车排放系统主要用于轻型车、微型车和客车，摩托车等机动车辆。

（1）排放管:

排放系统看似只是简单的管道，其实设计时不仅要考虑到特定的底盘布置，而且排放系统的长度、管径大小、消声器的大小都要考虑到排放气体的流动，防止相邻气缸排放时气流的互相干涉。

在电喷发动机上，氧传感器就装在排放总管上，它感应排放中氧分子含量并反馈至电控单元（ECU），从而决定迸入发动机内的混合气比例。

（2）催化式净化器:

排放总管连接催化式排放净化器。

催化式排放净化器的关键在于“催化”，也就是利用催化剂对汽车的废气进行净化，将废气中的有害物质转化为无害物质。

催化式排放净化器有氧化型、双床型、三元型等多种型式，其中最常用的是三元型催化式净化器。

所谓三元型催化式净化器是指汽车废气只要通过净化器本身，就可同时将废气中的三种主要有害物质转化为无害物质的一种高效率净化器。

它的壳体用耐高温的不锈钢制成，内部的蜂巢式通道上涂有催化剂，催化剂的成份有铂、钯和铑等稀土金属。

当汽车废气通过净化器的通道时，一氧化碳和碳氢化合物就会在催化剂铂与钯的作用下，与空气中的氧发生反应产生无害的水和二氧化碳，而氮氧化合物则在催化剂铑的作用下被还原为无害的氧和氮。

三元型催化式排放净化器的净化效率十分高，可以净化90%以上的有害物质，是现代轿车上一种标准装置。

当然，催化式排放净化器也不是全能的，它只能适用于无铅汽油做燃料的汽车，如果使用含铅汽油，废气中的铅就会覆盖催化剂，使净化器停止工作而不起任何作用，所以现在的车用汽油一般都是无铅汽油。

（3）消声器:

从催化式排放净化器出来就连接到消声器了。

消声器横截面是一个圆形或者椭圆形的物体，多用薄钢板焊制，装在排放系统的中部或者后部位置上，它内部有一系列隔板、腔室、孔洞和管道，利用声波反射互相干扰抵消的现象，使声能逐渐消弱，用以隔离和衰减排放门每次打开时产生的脉动压力。

目前，越来越多的消声器采用镀铝不锈钢材料，降低重量并可延长寿命。

排放门开启时高速冲出的废气所产生的脉动压力是产生噪声的根源，又称为气流噪声，噪声可达120分贝以上，是人体承受不了的。

轿车常用的消声器多是倒流式，即废气流通过元件内部时要改变方向。

现在还有一种电子消声器，传感器从排放总管出口处截取气流压力波形，反馈至计算机并指令扬声器（装在系统内）产生一个同样波形的相反波去互相抵消，从而减少噪声。

消声器虽然能降低噪声，但会降低一些发动机功率，因为就算设计完善的消声器也会在系统中产生一些背压，从而降低发动机容积功率，因此一些竞赛车是不装消声器的，开起来噪声十分大。

（4）尾管:

与消声器连接最后一节是尾管，它是排放系统最后一段管子，将废气引出车外。

尾管有单排放和双排放两种，一般V型发动机或大排量发动机采用双排放，小排量车采用单排放。

主要功能是把发动机在燃烧过程中产生的废气从多个气缸内收集、清洁（经三元催化器）、消声，然后引到车后排放。

1.2常见车型排放控制系统的组成

1.2.1曲轴箱强制通风系统

为了降低排气污染，延长机油的使用寿命，减小零件的腐蚀和磨损，必须使发动机曲轴箱保持通风，将渗入曲轴箱内的气体排出去。

现代发动机常设有曲轴箱强制通风装置，将窜入曲轴箱的气体经过废气通风管引入进气支管或空气滤清器内，使废气重新吸入气缸进行再燃烧。

这样不仅能提高发动机的经济性，减少排气污染，而且能使发动机曲轴箱内气压保持相对稳定。

曲轴箱通风的方式通常有自然通风和强制通风两种。

若将进入曲轴箱内的气体直接排入大气之中，通常称为自然通风，这种方式因会污染大气而很少采用；将曲轴箱内的气体导入发动机进气管内，使它被吸入气缸内燃烧，这种方式称为强制通风。

它不仅能减小对大气的污染，同时还提高了燃料的经济性，故在现代汽车发动机上广泛采用。

（曲轴强制通风系统结构如图1所示）

图1曲轴强制通风系统结构图

1.2.2燃油蒸发排放控制系统

图2燃油蒸发排放控制系统的构成

1-发动机，2-喷油嘴，3-空气滤清器，4-EVAP活性碳罐清洗电磁阀

5-双通阀，6-燃油止回阀，7-滤油器盖，8-溢流限制器，9-流至燃油

管路的燃油，10-燃油泵，11-燃油过滤器，12-油位传感器，13-溢流

管，14-活性碳，15-活性碳罐

蒸发排放（EVAP）系统的作用是减少燃油蒸汽逸入大气中。

当油箱中燃油蒸汽的压力高于EVAP双通阀的设定值时，双通阀（图2-5）便打开，使燃油蒸汽流入EVAP控制碳罐，

吸附在碳罐中的活性碳上；当ECM探测到系统达到正常工作条作（发动机启动，冷却水温度高于75℃）时，便断开EVAP净化控制电磁阀的搭铁电路，使电磁阀开启，将歧管内的真空加到碳罐上，并将新鲜空气吸入碳罐内，使燃油蒸汽经EVAP净化控制电磁阀进入节气门体内，并通过进气歧管流入燃烧室供发动机燃烧。

1.2.3三元催化转换系统

三元催化转换系统（TWC）可将汽车尾气排出的CO、HC和NOx等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳、水和氮气。

当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水（H20）和二氧化碳；NOx还原成氮气和氧气。

三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

1.2.4废气再循环系统

废气再循环系统（EGR）是在发动机工作过程中，将一部分废气引到进气门吸入的新鲜空气中，一起返回气缸内部进行再循环参与燃烧的方法，其作用是用来减少NOx的排放量。

NOx是一种对人体危害极大的气体，其主要是在高温富氧的条件下生成的。

在发动机工作过程种，如适时、适量地将部分废气再次引入气缸内，因废气中的主要成分CO2比热容比较大，所以废气可将燃烧产生的部分热量吸收并带出气缸，并对混合气有一定的稀释作用，因此降低了发动机燃烧的最高温度和氧含量，从而减少了NOx化合物的生成量。

2、汽车排放控制系统检修

2.1曲轴箱强制通风系统的检修

曲轴箱强制通风（PCV）系统的作用是将窜入曲轴箱内的窜气和机油蒸汽的混合气导入发动机燃烧室进行燃烧。

该系统的核心是PCV阀，当PCV阀正常工作时，曲轴箱内的排放将得到有效控制。

1、诊断曲轴箱排放控制系统的故障时，应按照如下步骤进行操作：

（1）从PCV阀上拆下通风软管

（2）从摇臂罩板上卸下PCV阀

（3）重新接上通风软管；

（4）使发动机处于怠速运转状态，用手指按在PCV阀的开口端，确认是否有真空度，

正常情况下，应能感觉到有真空度（手指受到吸力作用），否则说明曲轴箱排放控制系统工作不正常，应用清洗液清洗PCV阀和通风软管，必要时更换。

2、诊断PCV阀的故障时的操作方法是：

（1）拆下PCV阀

（2）将干净的软管接到PCV阀上，从汽缸盖一侧吹气，空气应能顺畅地通过，从进气歧管一侧吹气，空气应很难通过，如果检测结果与上述要求不符，则应更换PCV阀；

（3）从PCV阀的螺纹端将一根小细棍插入PCV阀，检查PCV阀内的柱塞是否移动，正常情况下，PCV阀的柱塞应能移动，如果柱塞不移动，则说明PCV阀柱塞卡滞，需清洗或更换PCV阀，需要注意的是，安装PCV阀时，其拧紧力矩为8～12N·m

（4）重新装上PCV阀，检查垫片及连接处有无泄漏、破裂或其他损坏，必要时更换。

2.2燃油蒸发排放控制系统的检修：

1、诊断EVAP活性炭罐及燃油蒸汽管路故障的具体步骤是：

（1）检查燃油蒸汽管路的连接有无松动、死弯、扭曲、裂缝、损伤或燃油泄漏；

（2）拆下EVAP活性炭罐，检查有无裂缝或损伤。

2、诊断EVAP活性炭罐清洗电磁阀故障的步骤是

（1）从EVAP活性炭罐清洗电磁阀上拆下真空软管（黑底红条），并在其上做好标记，以便能装回原处；

（2）拆下EVAP活性炭罐清洗电磁阀导线连接器；

（3）在带红条的真空软管所连接的管接头上接上真空泵；

（4）抽真空，检查EVAP活性炭罐清洗电磁阀在通电和断电时的情况是否正常，正常情况为施加蓄电池电压时应有真空度，断开蓄电池电压时，真空应保持住；

（5）用万用表欧姆挡测量EVAP活性炭罐清洗电磁阀两端子之间的电阻，电阻一般为36～44Ω，否则，更换炭罐清洗电磁阀。

3、活性炭罐清洗系统其检查步骤如下：

（1）从节气门体上拆下真空软管（带红条），并将一真空泵连接在软管上。

（2）在发动机分别处于冷（发动机冷却液温度为60℃或更低）、热（发动机冷却液温度为70℃或更高）状态下，检查结果应符合表1所列的状态。

表1各工况活性碳罐真空软管端真空度状态

发动机状态

发动机工况

真空度

正常状态

冷态

发动机处于怠速运转

50kPa

保持真空

发动机转速为3000r/min

热态

发动机处于怠速

50kPa

保持真空

发动机启动后3min

试抽真空

真空度消失

发动机启动后3min

转速为3000r/min

50kPa

暂时保持真空，之后消失。

当海拔高度大于2200m，或者进去温度小于50℃时，真空度继续降低

4、诊断EVAP活性炭罐清洗孔真空度故障的方法是：

（1）在发动机冷却液温度为80～95℃时，从进气歧管的清洗软管接头上拆下真空软管，将一真空泵接到软管接头上；

（2）启动发动机，轰大油门使发动机转速提高后，检查真空度是否保持得相当稳定，若不产生真空度，则说明进气歧管上的EVAP活性炭罐清洗孔可能堵塞，需要进行清理。

2.3废气再循环系统的检修

1、诊断废气再循环系统故障的具体步骤是：

（1）从节气门体上拆下真空软管（绿条）并将真空泵接到真空软管上；

（2）在发动机分别处于冷（发动机冷却液温度为50℃或更低）、热（发动机冷却液温度为80～95℃或更高）状态下，检查EGR系统的工作状况，发动机冷态，怠速运转时施加真空，真空应该消失，发动机热态时，真空应能保持住。

2、检查EGR阀的控制真空度的方法是：

（1）在发动机冷却液温度为80～95℃时，从节气门体的EGR真空接头上拆下真空软管，接上真空泵，

（2）启动发动机，轰大油门使发动机转速增高后，检查EGR阀的控制真空度是否随发动机转速的升高而正比例增加，如果真空度变化不合理，则说明节气门的通风孔可能堵塞，需要清理。

3、检修EGR阀的具体步骤：

（1）拆下EGR阀，检查有无粘结、积碳现象，如有则需要清洗；

（2）将真空泵接到EGR阀上；

（3）向一个EGR通道吹气，检查EGR阀工作情况，当真空度不大于7kPa时，空气应吹不过去；当真空度不小于23kPa时，空气可以吹过去。

注意：

在安装EGR阀时，要用新的密封垫并将紧固螺栓拧紧至15～22N·m的规定力矩。

4、检查EGR-TVV（废气再循环温控真空阀）的具体步骤是：

（1）从EGR-TVV上拆下真空软管，并将真空泵接到EGR-TVV上；

（2）抽真空，检查通过EGR-TVV真空的情况，正常情况下当发动机冷却液温度不高于50℃时，真空度下降，当发动机冷却液温度不低于80℃时保持真空；

（3）将发动机冷却液从散热器中排入合适的容器内，从旁通出水口上拆下TVV阀，并将TVV阀放入水中

（4）当水温低于35℃时，TVV阀应该关闭，将空气吹入管口中，空气应不能流过TVV阀，当水温高于54℃时，TVV阀应该开启，将空气吹入管口中，空气应能自由地流过TVV阀；

（5）在检修过程中，拆卸和安装EGR-TVV时，对塑料部位均不得使用扳手，安装EGR-TVV时，在螺纹部分要涂一层密封剂并将紧固螺栓拧紧至20～40N·m的规定力矩，并重新加注发动机冷却液，检查有无泄漏。

2.4三元催化转换系统的检修

在对三元催化转换器进行检查之前，应先确认是否有关于氧传感器的诊断故障代码，因为氧传感器的故障会影响到三元催化转换器的转换效率。

如果存在关于氧传感器的诊断故障代码，则应首先排除氧传感器的故障，然后再进行三元催化转换器的检查。

检查三元催化转换器的方法：

1、连接全球汽车诊断仪并读取识别参数。

2、使车辆以60～90km/h的速度行驶10min，使得三元催化转换器达到正常工作温度。

3、使发动机怠速运转，记录在1min内的识别参数。

4、选择适当的识别参数并阅读图表。

5、记录前部、后部氧传感器曲线超过0.5V的次数。

6、计算比率：

比率=前部氧传感器波形脉冲数/后部氧传感器波形脉冲数。

如果比率大于等于5.5或者是后部氧传感器输出信号没有变化，则说明三元催化

转换器的运转是正常的。

如果比率小于1.125，则说明三元催化转换器已基本失去催化转换作用，需要更换。

如果比率介于1.125和5.5之间，则表明三元催化转换器的功效有不同程度的降低，但尚能满足发动机工作要求，使用期间应注意观察。

3、常见车型排放控制系统故障的维修实例

3.1案例一

一辆电喷燃油发动机的汽车在高速行驶时一切正常，但在减速后发动机会怠速抖动，严重时出现熄火，特别是在减速后容易出现此故障。

有故障时再加速又正常。

间歇减速也正常，冷车无此故障。

根据上述故障现象。

初步诊断为EGR（废气再循环）系统工作不良，造成发动机进气系统漏气（即真空泄漏），而使发动机抖动，间歇熄火。

废气再循环就是把发动机的一部分废气再引入到进气管道中与新鲜空气混合。

再进入发动机进行循环的方法。

因为废气的余温能降低混合气的燃烧温度，从而抑制NOx的生成量。

EGR调整阀的作用是根据排气支管的压力。

控制废气再循环量的大小。

当发动机在小负荷工作时，排气压力低，EGR调整阀关闭，大气经EGR调整阀进入控制阀，使控制阀关闭，不进行废气再循环。

只有当发动机在大负荷工作，排气支管中的压力增大时。

EGR调整阀打开，来自于进气管的真空度经调整阀进入EGR控制阀上方，将EGR控制阀打开，使部分来自排气管的废气进入气缸，即进行废气再循环。

EGR电磁阀受控制单元ECU控制，ECU根据发动机转速信号、进气压力信号、空气流量信号、水温信号等控制EGR电磁阀的开度，从而控制进入ECR控制阀的真空度，起到改变废气再循环量的目的。

EGR系统是在发动机工作到正常工作温度（85℃～95℃），车速在60km／h以上时，或当转速到3000r／min以上时才开始工作。

而在发动机减速或松油门时应关闭。

根据以上故障，我们首先在关闭点火开关状态下，拔下EGR电磁阀导线连接器，拔下其上的两根真空软管，从一端吹气，另一端胶管应畅通。

然后在两接线端子上施加12V蓄电池电压，再从该胶管处吹气，另一端胶管不畅通，大气应从滤清器处排出为正常。

这说明电磁阀无故障。

其次，检查EGR调节阀。

在发动机不转动的情况下，拔下其上的三个真空软管（如图3），当从Q端吹气时，用于堵住另外两个出口，气体应从空气滤清器处冒出（即与大气相通）。

然后，起动发动机，使发动机转速达2500～3000r／min，再吹气，应感到吹不动或有较大的阻力。

检查后表明EGR调节阀工作状态良好，无故障。

最后，检查EGR控制阀。

在发动机不转动的情况下，拆下其上通往进气管的金属管，并从此端口向控制阀吹气，发现能吹通（正常时应不通）．这说明此控制阀有关闭不严的故障。

更换新的控制阀后，故障捧除，发动机运行良好。

3.2案例二

故障现象：

一辆别克陆尊商务车，搭载LZC发动机，排量为3.0L，行驶里程86941km。

用户报修项目为发动机故障灯点亮。

故障诊断与分析:

进厂后发现发动机故障灯常亮，用专用故障诊断仪TECH-2查看故障码为P0420三元催化转换效率低。

目前，电控发动机一般都使用三元催化转换器（TWC）控制碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）的排放，以更好地控制和降低汽车有害气体的排放对大气造成的污染。

三元催化器前后各安装了一个氧传感器，后氧传感器监测催化剂有效转换废气的能力。

催化剂正常工作时，后氧传感器对过量燃油的反应比前氧传感器慢。

当后氧传感器的反应接近前氧传感器时，表示汽车排放的气体没有在三元催化器内进行有效的化学反应。

使用TECH-2查看前后氧传感器的数据，发现前后氧传感器波形一致，正常的后氧传感器的波形应该近似为一条直线，前后氧传感器的波形一致说明三元催化器没有起到作

用，发动机燃烧的氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）没有在三元催化器内进行化学反应，判断三元催化器失效。

更换一个新的三元催化器，前氧传感器数据在100~850mV之间波动，后氧传感器数据稳定在600mV左右，后氧传感器图形显示基本稳定在一条直线附近。

到此发动机故障灯障码常亮，三元催化转换效率低的原因已经找到，是三元催化器失效，三元催化器失效原因主要有：

车辆行驶里程过长，三元催化器正常老化、燃油品质差、发动机缺火或火花弱、发动机机油或冷却液消耗过多、点火正时延迟、燃油混合汽过稀或燃油混合汽过浓、氧传感器或线束损坏等。

检查防冻液和机油液位正常，用TECH-2检查发动机无缺火，怀疑燃油品质有问题，拆下火花塞，检查发现火花塞表面明显呈红色，如图3所示。

根据火花塞颜色说明燃油有过污染。

更换三元催化器、全部火花塞和汽油箱内的燃油及汽油滤芯，故障消除。

结论

世界各大汽车公司和科研机构已投入大量的经费研究汽车排放控制技术，提出了许多新的思路与方法，如EGR、催化技术、清洁燃料和混合动力等，从不同角度来解决汽车的动力性、经济性和有害气体的排放问题，并取得了一定的成果。

研究并掌握汽车排放控制的最新技术和汽车排放控制的故障维修技术是非常重要的。

参考文献

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[7]王银,袁黎.汽车排放控制及净化措施研究[J].交通标准化，2006,（4）.

致谢

本毕业论文能够得以顺利完成，是所有曾经指导过我的老师，帮助过我的同学，一直支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。

我要在这里对他们表示深深的谢意！

首先要特别感谢我的指导老师。

在我毕业论文的撰写过程中，给我提供了极大的帮助和指导。

其次要感学校所有曾经为我们专业任课的老师，老师们教会我的不仅仅是专业知识，更多的是对待学习、对待生活的态度。