2021款路虎新极光发现运动1.5L I3发动机技术亮点(四)

◆文/贵州 李涛

(接上期)

六、排气系统

1.汽油排放碳粒过滤器(GPF)

在实行CN6b排放法规的中国市场，Ingenium I3 1.5L汽油发动机在排气系统中配备汽油排放碳粒过滤器(GPF)。GPF如图40所示，它用于收集燃烧过程产生的剩余颗粒物(PM)，GPF和三元催化器组合在一个单元中。GPF采用基质是堇青石，这是一种合成陶瓷。GPF工作示意图如图41所示，一半基质布置在进口通道上，而另一半布置在出口通道上。当废气流过过滤器时，通向出口的路径被堵塞，这就迫使气体流过基质壁，导致PM沉积在基质材料中。

2.排气背压传感器

排气背压传感器测量系统压力并将该数据传输到动力传动系统控制模块(PCM)。当GPF中的PM含量升高时，废气气流将会受阻，从而增大系统背压。如果背压超过预定限值，则PCM将会降低扭矩输出以保护发动机。如果发动机在高发动机转速下运行，则过高的排气背压会引发缺火或排气门过热导致的潜在损坏。如图42所示，该传感器安装在发动机后部的支架上，在靠近机油滤清器壳体的右侧。排气背压传感器连接了两根软管，一根通向大气的通风口软管，一根连接至排气系统的软管。

通风口软管必须保持通畅，任何阻塞都将会导致传感器向PCM提供不正确的数据。

3.GPF再生

随着PM聚积量的增多，排放碳粒过滤器可能会发生堵塞，并对发动机的性能和效率造成负面影响。因此，必须让过滤器进行再生，这是燃烧掉累积的PM的一个流程(氧化)。GPF的再生会在废气中含有氧并且GPF的温度足够高时发生。为了让排放碳粒过滤器进行再生，需要存在两种物质：热量和氧。

(1)被动再生

被动再生在车辆正常行驶时进行。GPF的设计只需要最小程度的驾驶员干预，绝大多数驾驶员都不会注意到其车辆上采用的排放控制技术。汽油发动机的废气温度，在城市驾驶情况下，其温度会达到300～500℃；在持续负载情况(高速公路驾驶)下，其温度会高达700℃。但是，汽油发动机废气只含有极少的氧，因此GPF必须以不同的方式获得氧才能启用再生。在驾驶员将脚从加速器踏板上移开后，发动机会吸入并压缩新鲜空气，然后从燃烧室中将其排入排气系统。当排气系统处于合适的再生温度时，这些额外激增的氧将会与PM发生氧化反应，从而对GPF进行再生。因为颗粒物的氧化是在这种持续再生模式下完成的，所以GPF不存在堵塞的风险，并且不需要来自驾驶员或发动机管理系统的干预。GPF设计为在车辆的使用寿命中持续运行。

(2)主动再生

在正常驾驶条件下，只要驾驶员将脚从加速器踏板上完全移开，排气系统中就会存在多余的氧，因此就有足够的热量让GPF进行再生。但是，某些驱动循环会让再生流程面临更多困难，这些驾驶方式包括：

①仅在极低的速度下行驶或长时间静止操作。在这些情况下，排气系统可能无法达到足够高的温度来启用GPF的再生；

②在高负载下长时间操作(例如，高速牵引)，因为在这些情况下，缺乏启用GPF再生所需的氧气。

在这些情况下，驾驶员可能会看到仪表盘(IC)上显示一系列信息或说明。通过按照显示的说明进行操作，驾驶员能够快速纠正该情况。GPF的主动再生流程由PCM控制。PCM会通过调节空燃比增大排气系统中的氧含量。PCM也会维持排气系统的温度，以便让GPF能够进行再生。传感器数据和模型用于确定排气系统温度。

如果纠正措施不成功(或者系统存在故障)，车辆将会进入扭矩受限模式。仪表盘上的红色警告图标以及相关文本“性能受限”将会通知驾驶员。如果车辆处于这种状态，则建议客户联系当地经销商，使用诊断工具，对车辆采取纠正措施。

七、发动机管理系统

1.发动机管理系统部件组成与部件位置发动机管理系统输入、输出部件如图43-45所示。发动机管理部件位置如图46、47所示。

1.曲轴位置传感器(CKP)

CKP传感器位于发动机的左后侧，如图48所示。此霍尔效应传感器测量由传动板上的磁阻环引发的磁场变化。磁阻环是一个60-2齿的装置，其中缺失了两个齿，传感器利用缺失的齿来确定曲轴位置。这是一个双向5V传感器，在发动机熄火和停止过程中，曲轴可能会反转，CKP可以检测到这种情况。这就允许PCM计算发动机停止后的曲轴绝对位置，以便能够执行自动停止/启动功能。PCM利用CKP信号执行以下功能：①发动机转速；②发动机旋转方向；③曲轴绝对位置；④点火和喷射正时；⑤VCT控制。

信号故障后果：①PCM中会记录DTC；②发动机性能下降，无VCT操作；③发动机将使用来自CMP传感器的数据继续运行。

P C M 将通过FlexRay™网络传输此信号信息，以供其他系统使用，例如仪表IC。CKP波形是5V方波。

2.凸轮轴位置(CMP)传感器

凸 轮 轴 位 置(CMP)传感器位于发动机顶部的凸轮轴支座上，如图49所示。此霍尔效应传感器测量由进气和排气凸轮轴上的磁阻环引发的磁场变化。该传感器会生成与发动机转速成比例的5V方波信号，方波信号的形状与磁阻环相关。PCM利用此信号执行以下功能：①确定进气和排气凸轮轴的当前旋转位置；②精确控制VCT系统并确定当前的凸轮轴调节位置；③充当CKP发生故障时的备用传感器。

信号故障后果：①P C M 中会记录DTC；②发动机将会继续运转，但是VCT系统将被禁用；③发动机性能和燃油经济性将会下降。

3.空气质量流量和温度(MAFT)传感器

组合式空气质量流量和温度(MAFT)传感器位于空气滤清器壳体顶部，如图50所示。MAFT传感器输出与进气质量成比例的数字信号。MAFT的MAF部分采用了热膜原理，它会输出与吸入发动机的空气质量成比例的5V调频(FM)方波形信号。

MAFT的温度传感器部分使用一个NTC热敏电阻，NTC热敏电阻随着进气温度的升高降低传感器的电阻。它会输出与进气的温度变化成比例的电压信号。PCM利用该数据，并结合来自其他传感器的信号及所存储的工况图，来执行以下功能：确定要喷射到汽缸中的精确燃油量。

信号故障后果(MAF)：①难以启动；②发动机启动后停转；③发动机响应延迟；④发动机性能和燃油经济性将会下降。

信号故障后果(温度传感器)：①喷油过量；②怠速控制不起作用。

如果MAFT传感器的温度传感器发生故障，则PCM将使用-5℃的默认进气温度。

4.歧管绝对压力和温度(MAPT)传感器

Ingenium I3 1.5L汽油发动机使用一个带5V电源的MAPT传感器。歧管绝对压力和温度(MAPT)传感器位于进气歧管中，如图51所示。MAPT内的膜片传感器用于测量空气压力，信号是小于5V的模拟电压。MAPT内部，分压器电路中的NTC热敏电阻用于测量增压空气的温度。信号使用：增压空气压力调节。信号故障后果：①增压空气控制不工作；②发动机性能和燃油经济性将会下降。

5.加热型氧传感器(HO2S)

Ingenium I3 1.5L汽油发动机的排气系统中使用三个HO2S。一个前置催化剂HO2S、一个中置催化剂HO2S、一个后置催化剂HO2S。

(1)前置催化剂HO2S：这是一个宽量程传感器，安装在排气前段，位于涡轮增压器涡轮机出口的正后方和前催化转化器的前方。

(2)中置催化剂HO2S：窄量程传感器，安装在排气前段，位于前置催化转化器和主催化转化器之间。

(3)后置催化剂HO2S：窄量程传感器，安装在排气前段，位于主催化转化器的后方。

PCM利用来自HO2S的信号执行以下功能：①测量废气中的氧气含量；②将空燃比调节至λ=1(14.7:1)；③监测催化转化器的性能；④计算长期和短期燃油修正。

信号故障后果：①P C M 中会记录DTC；②排放控制能力将会降低；③发动机性能和燃油经济性将会下降。

6.机油压力和温度传感器

机油压力和温度传感器位于发动机右前部的机油滤清器壳体总成中，如图52所示。它直接连接至PCM并接收5V电源。该温度传感器是一个数字脉宽调制(PWM)传感器，其工作温度范围为-40～160℃。如果发生故障，则系统将会使用ECT传感器值。PWM输出信号如图53所示，该信号用于将机油压力和温度信息传输给PCM。PCM利用此信号：通过可变流量机油泵实现机油压力控制。

故障后果：①机油压力信号默认变为最大值，导致无可变机油压力控制；②燃油经济性将会下降；③PCM中会记录DTC；④仪表盘上的警告灯将亮起。

PCM将通过FlexRay™网络传输此信号信息，以供其他系统使用。

7.发动机冷却液温度(ECT)传感器

发动机冷却液温度(ECT)ECT传感器位于发动机冷却液出口中，如图54所示。它包含一个NTC热敏电阻器，其工作温度范围为-40℃至150℃。传感器的输入是通过PCM中的电阻器提供的5V参考电压。在冷却液温度升高的情况下热敏电阻阻值降低，这允许更多电流传至接地时，来自此传感器的输出电压将发生变化。如果信号发生故障，则系统将会使用机油温度传感器值。如果机油温度和ECT信号均发生故障，则系统将使用默认的高温度，以便将冷却系统设置为安全的冷却状态。P C M 使用该传感器监测节温器壳体中的发动机冷却液温度，并使用该信息控制电子节温器和可变冷却液泵。ECT传感器故障后果:①电子节温器的操作将限制为标准节温器的操作；②温度计不起作用或读数不准确；③冷启动困难；④热启动困难；⑤发动机性能降低。

PCM将通过FlexRay™网络传输此信号信息，以供其他系统使用(如仪表IC)。

8.散热器出口发动机冷却液温度(ECT)传感器

散热器出口ECT传感器位于散热器下部冷却液软管中，如图55所示。它包含一个NTC热敏电阻器，其工作温度范围为-40～150℃。传感器的输入是通过PCM中的电阻器提供的5V参考电压。当热敏电阻随着冷却液温度变化时，传感器的输出电压将发生变化。如果ECT传感器信号发生故障，则PCM将会使用100℃作为默认值。PCM利用此信号：①通过冷却风扇操作实现散热器温度控制；②使用附加信息并结合节温器壳体中的ECT，实现发动机温度控制。

故障后果：①冷却风扇操作增多，并且工作粗暴②燃油经济性将会下降。

9.汽缸缸盖温度传感器

汽缸缸盖温度传感器具有NTC属性，PCM为其提供5V电压，同时监控电压信号变化。该传感器位于汽缸缸盖前部，靠近机油滤清器壳体和汽缸缸盖出水管，如图56所示。该传感器测量汽缸缸盖金属温度，与发动机冷却液无关。PCM利用此信号控制可变冷却液泵运行时的闭环输入。故障后果：①可变冷却液泵将在所有发动机条件下保持全流量；②燃油经济性降低。

10.汽缸缸体温度传感器

汽缸缸体温度传感器具有NTC属性，PCM为其提供5V电压，同时监控电压信号变化。该传感器位于汽缸缸体的左侧，在电子发动机冷却液出口壳体附近，如图56所示。该传感器测量汽缸缸体金属的温度，与发动机冷却液无关。PCM利用此信号并结合其他冷却液传感器来计算发动机温度。故障后果：①可变冷却液泵将在所有发动机条件下保持全流量；②燃油经济性降低。

11.发动机冷却风扇控制模块

发动机冷却风扇控制模块位于冷却风扇罩的后部，如图57所示。它由PCM通过继电器和PWM信号控制。PCM利用此信号：①PCM可借助该模块控制风扇电机的运转速度。②风扇控制模块改变向风扇电机提供电流的供油管路的电阻，从而改变风扇的转速。

故障后果：①发动机工作温度将会升高；②风扇无法正常工作，导致发动机过热；③空调(A/C)性能将会下降；④发动机性能和燃油经济性将会下降。 (全文完)