分析福特F150型汽车废气再循环控制电磁阀波形

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1．废气再循环的目的和原理氮氧化合物是汽车尾气中的一种有害排放物，设计废气再循环的目的是用来减少尾气中氮氧化合物的形成。当混合气燃烧时，空气中大量的氮在燃烧温度超过1300℃（在发动机大负荷或发生爆燃等情况） 时，就会与可变量的氧化合生成氧化氮（或其它氮氧化合物）。当把一部分汽车废气（相对惰性和高温的气体）与进气管中的相对较冷的混合气混合后，就会使发动机燃烧室的热容量降低，从而可以有效地防止产生早燃或者爆燃，因为早燃和爆燃会使燃烧温度超过1300℃，进而生成大量的氮氧化合物。这部分废气是被一定的管路控制流入进气歧管中，然后与新鲜混合气混合后再进入燃烧室的，这就限制了最初的氮氧化合物的形成。当燃烧后的可燃混合气离开气缸后，三元催化转化器又会起作用，进一步减少进入大气的氮氧化合物。 废气再循环装置就是用来将发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。由于废气中含有大量的 CO2，而且CO2不能燃烧，但却能吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了氮氧化合物的生成量。 在新鲜的混合气中掺入废气后，混合气的热值降低，致使发动机的有效功率下降。为了做到既能减少氮氧化合物的排放，又能保持发动机的动力性，必须根据发动机的运行工况对参与再循环的废气量加以控制。 氮氧化合物的生成随发动机负荷的增大而增多，因此参与再循环的废气量也应随发动机的负荷而增加。在暖机期间或怠速时，氮氧化合物的生成量不多，为了保证发动机运转的稳定性，不进行废气再循环。在发动机全负荷或高转速下工作时，为了使发动机有足够的动力性，也不进行废气再循环。参与再循环的废气量由再循环阀（EGR 阀）自动控制。 2．EGR 控制电磁阀的工作原理废气再循环何时开始工作以及流量的多少，对汽车的排放性能和行驶性能显得尤为重要，因此它的调整应是非常精确的。如果废气再循环流量过多，会使汽车出现“闯车”、功率下降甚至发动机熄火等现象；反之，如果废气再循环流量过少，尾气排放中的氮氧化合物就会猛增，同时也可能引起爆燃。 为了精确地控制废气再循环的流量，大多数发动机控制系统均采用电子控制。控制系统根据点火开关、曲轴位置传感器、节气门位置传感器和冷却液温度传感器等输入信号，判定发动机的运转工况，对EGR 控制电磁阀进行通电或断电控制。即动力系统控制模块（PCM）发出开关或脉冲调制信号给废气再循环真空电磁阀，控制废气再循环阀的真空度，当PCM 打开真空电磁阀时，真空吸开废气再循环阀，允许废气 通 过 废 气 再 循 环 室 ；当PCM 切断真空电磁阀时，供给废气再循环阀的真空同时被切断，废气再循环停止。 在起动发动机暖机、减速和怠速时，大多数PCM 不使废气再循环系统工作，而在加速或中速、大负荷时，废气再循环系统被精确地控制去优化发动机的排放性能。 3．福特 F150 型汽车 EGR 系统的组成和工作过程

分析福特F150型汽车废气再循环控制电磁阀波形

福特F150 型汽车的 EGR 系统主要由 EGR 阀、EGR 控制电磁阀和控制系统等组成，如图1 所示。EGR系统由PCM 控制工作，当需要 EGR系统工作时，PCM 通过占空比信号控制EGR 阀的真空度，从而控制EGR 阀是否打开工作，以及打开后的开度。EGR 阀打开，即可使部分废气经EGR 阀进入进气管，实现废气再循环。EGR 阀的开度则决定了废气再循环率。

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4．福特 F150 型汽车 EGR 控制系统的组成和控制原理

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EGR 控制系统由节气门位置传感器、进气歧管绝对压力传感器、曲轴位置传感器、EGR 位置传感器、动力系统控制模块、EGR 控制电磁阀组成，如图 2 所示。节气门位置传感器、进气歧管绝对压力传感器和EGR 阀位置传感器的棕/白色导线由PCM 的 26 号端子提供参考电压，这3 个传感器的灰/红色导线由 PCM 的46 号端子提供搭铁电路。 节气门位置传感器产生的信号经橙/白色导线由 47 号端子送至PCM，进气歧管绝对压力传感器产生的信号经绿/黑色导线由45号端子送至PCM，EGR位置传感器产生的信号经棕/浅绿色导线由27号端子送至 PCM。发动机曲轴位置传感器产生的信号经橙/红色导线和灰/橙色导线由端子16 和 56 送至 PCM。PCM由端子33 经棕/粉色导线和端子 37经红色导线输出真空比信号，控制EGR控制电磁阀的工作。 PCM根据各传感器的信号确定EGR是否工作，以及工作时EGR系统的废气再循环率，然后输出占空比信号，控制 EGR 控制电磁阀的工作。当发动机曲轴位置传感器和进气歧管绝对压力传感器传给PCM 的信号表明发动机在低转速、小负荷工况下工作时，PCM 输出给 EGR 控制电磁阀100%占空比信号，EGR 阀关闭，不进行废气再循环，因为在低转速、小负荷工况下发动机产生 NOx 的可能性较小，不需要EGR 工作。当发动机曲轴位置传感器和进气歧管绝对压力传感器传给 PCM 的信号表明发动机在高转速、大负荷工况下工作时，PCM 也输出给EGR 控制电磁阀 100%占空比信号，EGR 阀关闭 ，EGR 不 工作，以保证发动机输出最大功率。 在 其 它 工况 下 ，EGR 工作，转速和负荷越大，PCM 输出给 EGR 控制电磁阀的占空比信号越小，EGR阀开度越大，废气再循环率越大。EGR阀位置传感器将EGR阀的位置信号传给PCM，PCM据此对EGR系统进行反馈控制。当PCM对EGR进行控制时，PCM根据转速和负荷等信号计算出需要的废气再循环率，然后转换成相应的占空比信号，输出给 EGR 控制电磁阀，由电磁阀控制EGR 阀的开度。如果 EGR阀位置传感器检测到EGR 阀的开度与目标开度不一致时，PCM 将调整输出的占空比，使EGR 阀打开到目标开度，从而保证EGR 的控制精度。 5．测试试验1）实车测试数据测试项目：EGR 控制电磁阀。测试车型：福特F150 型汽车（车辆识别代号1FTEX14N9PKAXXXXX；发动机型号：PFM58T5HZD4 CAL 53ER10），发动机排量 5.0L，多点喷射燃油 系 统 ，4 轮 驱 动 ， 行 驶 里 程10746km。 PCM 管脚及导线颜色：33 号脚，褐/粉红色。燃油蒸气污染控制系统：CP。测试条件：发动机运转，正常工作温度，真空度34kPa，车辆正常加速。 2）试验方法①起动发动机，使转速保持在2500/min 下运转 2～3min，至发动机完全暖机，同时燃油反馈系统进入闭环控制（通过观察示波器上的氧传感器信号来确认上述过程）。②关闭所有附属电器设备，在静止状态下使车辆起步，然后正常驾驶汽车，进行缓加速、急加速、匀速行驶和减速等操作。③确认波形幅值、频率、形状、脉冲宽度等判定性尺度是正确的、可重复的，并在废气再循环系统工作的情况下出现。④确认进气歧管、废气再循环阀和真空电磁阀的管路完好无损，且连接正确、无泄漏。确认废气再循环阀隔膜能保持适量的真空（根据制造商的资料）。确认废气再循环和绕过发动机的通道是清洁的，没有由于内部积碳造成的堵塞（按制造商规定的检查步骤执行废气再循环功能检查），保证当PCM引导真空进入废气再循环阀时，废气能真正地流进燃烧室。

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6．波形分析

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EGR 控制电磁阀波形如图 3 所示。由图3可知，发动机达到废气再循环工作的条件，PCM即开始用变化的脉宽调制信号推动真空电磁阀，特别是在加速时，对废气再循环系统的要求将更高。在怠速和减速时（此时不需要废气再循环），控制信号切断，真空电磁阀关闭。在任何时候，只要条件符合，上述过程随时都可能发生。 当出现故障时，波形尖峰高度降低（注意：判定性尺度偏差也会使波形尖峰降低），说明废气再循环真空电磁阀线圈短路。如果完全没有控制信号，则说明PCM有故障，也可能是PCM的废气再循环控制条件没有得到满足，或者是连接线、插头等有问题。 7．结束语大多数汽车都是在行驶或加速过程中才能进入废气再循环控制，否则PCM就不会给废气再循环真空电磁阀信号。利用波形分析，方便快捷，明确问题症结，可以提高故障判断的效率。