汽車維修培訓教材中冊第十章

1、第十章 汽油機排放控制系統(tǒng)及裝置為了減少汽車的排氣污染，現(xiàn)代汽車汽油發(fā)動機幾乎全部裝用電控系統(tǒng)。發(fā)動機壓縮比8.5：1以上，最高轉(zhuǎn)速50006500轉(zhuǎn)/分。根據(jù)各國、各地區(qū)排放控制法規(guī)標準的不同，車輛上配置有不同的排放控制系統(tǒng)及裝置。典型系統(tǒng)有三元催化轉(zhuǎn)換；廢氣再循環(huán)（EGR）；活性碳罐蒸發(fā)控制；曲軸箱通風控制（PCV閥）等。深刻了解、正確使用這些排放污染控制系統(tǒng)，才能使汽車排放達到最佳狀態(tài)，以達到排放法規(guī)的要求。10.1曲軸箱強制通風系統(tǒng)（PCV閥）發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，空氣必須通過曲軸箱循環(huán)，其原因在于：在發(fā)動機工作的某些時期，曲軸箱會出現(xiàn)水和液態(tài)汽油。在壓縮和燃燒沖程，腐蝕性較強的氣體通過活塞環(huán)

2、竄入曲軸箱。竄缸氣體包括來自燃燒室的廢氣和未燃燒的燃油、碳粒，以及水蒸汽。發(fā)動機漏氣的原因是：燃燒室的高壓；活塞環(huán)在環(huán)槽中必須的工作間隙；活塞環(huán)上下的正常運動有時會使兩個或更多的環(huán)的端口對齊；活塞運動方向的變化，使活塞環(huán)的密封接觸面減少。水蒸汽、HC氣體會稀釋機油、降低機油的潤滑性能。這些氣體如不及時排出曲軸箱，還會使曲軸箱壓力增大，造成油封和密封墊漏油。如簡單排出曲軸箱外又會造成對大氣的污染。因此現(xiàn)代汽車都裝有帶PCV閥的曲軸箱強制通風系統(tǒng)。曲軸箱強制通風系統(tǒng)的作用是曲軸箱內(nèi)的氣體送入進氣歧管，并阻止這些氣體反向運動。曲軸箱強制通風有兩種：一種是開式系統(tǒng)，另一種是閉式系統(tǒng)（見圖4-1）。開式

3、系統(tǒng)的呼吸器直通大氣，可以通過這里釋放曲軸箱的壓力。閉式系統(tǒng)的呼吸器系統(tǒng)是密封的，PCV閥是個流量調(diào)節(jié)器，它把活塞、活塞環(huán)泄漏竄入曲軸箱的氣體和空氣混合，并一起吸入進氣管。圖4-1典型的開式和閉式PCV閥系統(tǒng)10.2催化凈化器電控系統(tǒng)發(fā)動機雖然克服了化油器機械控制的缺點，可以較精確地控制空燃比，改善了排放，但汽車尾氣排放仍達不到排放法規(guī)的要求，因此現(xiàn)代汽車普遍采用催化凈化器，使廢氣中80%以上的有害氣體轉(zhuǎn)換成無害氣體后再排放。10.2.1氧化催化凈化器（OC）這類凈化器使用比較普遍，介質(zhì)可以是粉末或是整體式（見圖4-2）。催化劑是鉑或鈀（或只是鉑）。HC和CO在催化器中進行氧化反應，產(chǎn)生CO2

4、和H2O。圖4-2典型的氧化催化凈化器（粉末型）示意圖10.2.2三元催化凈化器（TWC）三元催化劑是鉑（或鈀）和銠的混合物。它與HC、CO和NOx發(fā)生反應，HC和CO在催化器中進行氧化反應，即利用排氣中殘留的或另外供給二次空氣的氧使CO和HC完全氧化；NO2在催化器中進行還原反應，其反應過程如下，CO和HC進行氧化反應：CO1/2O2-CO2CH42O2-CO22H2ONOx在催化器中進行還原反應：NOCO-1/2N2CO2NO1/4CH4-1/2N21/4CO21/2H2O為了使大量氣體迅速反應，把催化劑金屬分布在載體表面上，載體中所用的催化劑是有200300m2/g的表面積，從而擴大了催

5、化劑的表面積。目前汽車上使用的催化器凈化率達8090%以上壽命8萬公里的催化器劑。排氣凈化催化劑的特點之一是利用排氣本身熱量使活化開始。催化劑的使用范圍，以活化開始溫度為下限，而將過熱而劣化的極限溫度為上限。一般發(fā)動機起動后2分鐘內(nèi)反應不起作用，大致預熱45分鐘以后起作用。三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率與空燃比的關系見圖4-4。從圖中可看出，只有發(fā)動機在標準的理論空燃比14.7：1運轉(zhuǎn)時，三元催化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率最佳。為此，必須對空燃比進行精確的控制，把空燃比保持在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)。4.2.3三元催化氧化催化凈化器（TWCOC）這種催化凈化器是一個共同的殼體內(nèi)裝有一個三元催化器和一個氧化催化

6、凈化器，靠一個很小的空氣隙將他們分開（參見圖4-3）。兩種催化劑被稱為凈化器填充物，廢氣先通過三元催化器。三元催化凈化器起分離作用，降低NOx、HC和CO三種排氣污染物。廢氣離開第一級填充物后，經(jīng)過空氣隙進入第二級凈化器（OC）的催化劑填充物。圖4-3典型三元催化器氧化催化凈化器10.3傳感器在發(fā)動機開環(huán)控制過程中ECU只是根據(jù)轉(zhuǎn)速、進氣量、進氣壓力、溫度等信號確定噴油量，即控制混合氣空燃比。但對實際空燃比的控制是不可能很精確的，很難將實際空燃比控制在14.7:1附近很窄的范圍內(nèi)。為了將實際空燃比精確地控制在14.7:1附近(見圖4-4)，在發(fā)動機控制系統(tǒng)中普遍采用氧傳感器組成的空燃比反饋控制

7、方式，即閉環(huán)控制方式。圖4-4三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率與空燃比關系在三元催化轉(zhuǎn)換器前面的排氣歧管或排氣管內(nèi)裝有氧傳感器。其功用是用來控制排氣中的氧氣含量，以確定實際空燃比是比理論空燃比濃還是稀，并向ECU反饋相應的電壓信號。ECU根據(jù)氧傳感器反饋的空燃比濃、稀信號，控制噴油量的增加或減少。氧傳感器結(jié)構(gòu)如圖4-5所示。在敏感元件陶瓷材料（氧化鋯）的內(nèi)外表面都覆蓋了薄層鉑，圖4-5氧傳感器的結(jié)構(gòu)傳感器內(nèi)側(cè)通大氣，外側(cè)直接與排氣接觸。在400以上的高溫時，若氧化鋯內(nèi)表面處氣體中氧的濃度與外表面處排氣中氧的濃度有很大差別，氧化鋯元件內(nèi)外側(cè)兩鉑電極之間將會產(chǎn)生一電壓。當混合氣稀時（空燃比大）排氣中氧的含量

8、高，傳感器元件內(nèi)外側(cè)氧濃度差小，氧化鋯元件內(nèi)外側(cè)兩電極之間產(chǎn)生的電壓很低（接近0V）；反之，混合氣濃（空燃比?。r，在排氣中幾乎沒有氧，傳感器元件內(nèi)外側(cè)氧濃度差很大，內(nèi)外側(cè)電極之間產(chǎn)生的電壓高(約1V).在理論空燃比附近，氧傳感器輸出電壓信號值有一突變，如圖4-6所示，在陶瓷材料氧化鋯的表面覆蓋鉑層起催化作用，能使排氣中的氧與CO反應，減少排氣中含氧量，提高傳感器的靈敏度。圖4-6氧傳感器輸出特性由于氧化鋯只有在400以上的溫度時才能正常工作，為保證發(fā)動機在進氣量小、排氣溫度低也能正常工作，有的氧傳感器中還裝有對氧化鋯元件進行加熱的加熱器，加熱器亦受ECU控制。氧傳感器與ECU的連接線路如圖4

9、-7。圖4-7氧傳感器與ECU的連接在閉環(huán)控制過程中，當實際空燃比比理論空燃比?。ɑ旌蠚鉂猓r，氧傳感器向ECU輸入的高電壓信號（0.750.9V）。此時ECU將減少噴油量，空燃比增大。當空燃比增大到理論空燃比14.7:1時，氧傳感器輸出電壓信號將突變下降至0.1V左右。此信號輸入ECU后，ECU立即控制增加噴油量，空燃比開始減小。只要空燃比剛減到理論空燃比以下時，氧傳感器輸出電壓信號又突變，上升至0.75 V以上，反饋給ECU后，ECU又將控制減少噴油量。如此反復，就能將空燃比精確地控制在理論空燃比14.7:1附近一個極小的范圍內(nèi)。而此時三元催化轉(zhuǎn)換器也保證工作在最佳狀態(tài)。由上述可知，閉環(huán)控

10、制的實質(zhì)在于保持實際空燃比為14.7:1，但任何需要以非理論空燃比運行的發(fā)動機工況都只能采用開環(huán)控制。下列工況時應采用開環(huán)控制：怠速運轉(zhuǎn)時；節(jié)氣門全開、大負荷時；減速斷油時；發(fā)動機起動時；發(fā)動機冷卻水溫度低或氧傳感器溫度未達到工作溫度（400）時；氧傳感器失效或其配線發(fā)生故障時。發(fā)動機進入開環(huán)或閉環(huán)控制，由ECU根據(jù)有關輸入信號確定。10.4 廢氣再循環(huán)控制（EGR閥）EGR廢氣再循環(huán)是發(fā)動機工作過程中，將部分廢氣吸引到新鮮空氣(或混合氣)中返回氣缸進行再循環(huán)的方法，該方法被廣泛用于減少NOx的排放量。因為廢氣是惰性氣體，在燃燒過程中，廢氣吸收熱量，這樣將降低最高燃燒溫度，也減少了NOx的生成

11、量，因為NOx主要是在高溫富氧的條件下生成的。但是過度的廢氣再循環(huán)將會影響發(fā)動機的正常運行，特別是在怠速、低轉(zhuǎn)速小負荷及發(fā)動機處于冷態(tài)運行時，再循環(huán)的廢氣將會明顯降低發(fā)動機的性能。因此應根據(jù)工況及工作條件的變化自動調(diào)整參數(shù)與再循環(huán)的廢氣量。根據(jù)發(fā)動機結(jié)構(gòu)不同，進入進氣歧管的廢氣量一般在613%之間變化。圖4-8EGR閥在EGR系統(tǒng)中，通過一個特殊的通道將排氣歧管與進氣歧管連通，在該通道上裝有EGR閥，通過控制EGR閥的開度從而控制再循環(huán)量。如圖4-9所示。EGR閥開啟或關閉是由閥上真空氣室的真空度控制，而真空度則由ECU控制的EGR真空電磁閥控制。EGR控制系統(tǒng)如圖4-9所示。CVC閥的功用是

12、保持進入EGR真空電磁閥的真空度恒定。圖4-9中，EGR閥通過管道將排氣管與進氣歧管連通，其真空度氣室上方的真空度受EGR電磁閥控制，EGR電磁閥受ECU控制。ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、空氣流量、溫度等信號控制EGR電磁線圈通電時間的長短來控制進入EGR閥真空氣室上方的真空度，從而控制EGR閥的開度來改變參與再循環(huán)的廢氣量。圖4-9 EGR控制系統(tǒng)圖4-9中，在EGR閥上部還有一EGR位置傳感器，其作用是檢測EGR閥的開度并利用電位計將其位置轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳碾妷盒盘?，反饋給EGR，作為控制廢氣再循環(huán)的參考信號。10.5活性碳罐蒸發(fā)圬物控制為防止燃油箱向大氣排放燃油蒸汽而產(chǎn)生的污染，在發(fā)動機控制系統(tǒng)中普

13、遍采用了由ECU控制的活性碳罐蒸發(fā)污物控制裝置。圖4-10為活性碳罐蒸發(fā)污物控制裝置圖。如圖所示，油箱的燃油蒸汽通過單向閥進入活性碳罐上部，空氣從碳罐下部清洗活性碳。在碳罐右上方有一定量排放小孔及受真空控制的排放控制閥，排放控制閥上部的真空度由碳罐控制電磁閥控制，而碳罐控制電磁閥受ECU控制。圖4-10 活性碳罐蒸發(fā)圬物控制裝置圖發(fā)動機工作時，ECU根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、溫度、空氣流量等信號，控制碳罐電磁閥的開閉來控制排放控制閥上部的真空度，從而控制排放控制閥的開度。當排放控制閥打開時，燃油蒸汽通過排放控制閥被吸入進氣歧管。10.6汽油機排氣凈化措施表4-1汽油機排氣凈化措施分類凈化措施效果備注COHCNOx微粒前處理現(xiàn)用燃料處理：汽油無鉛化下降氣門磨損上升，適用于催化反應器應采用降NOx措施，存儲不利代用燃料甲醇下降下降氣體燃料下降下降上升低污染發(fā)動機設計（機內(nèi)凈化）燃燒系降低面容比S/V下降降低壓縮區(qū)下降下降縮小激冷區(qū)下降下降加強渦流下降下降點火系點火系延遲點火提前角下降下降使Ne下降ge上升加強點火能量（高能點火）下降電子控制點火下降下降供給系自動恒溫進氣下降下降怠速CO下降，