第四節(jié) 廢氣排放子系統(tǒng)

婁底職院

2013年第五節(jié)廢氣排放控制子系統(tǒng)一排放控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、汽車的公害汽車的公害主要包括三個(gè)方面:(1)排氣對(duì)大氣的污染。在大氣污染中，汽車排放所造成的污染占有相當(dāng)比重。據(jù)有關(guān)資料介紹，大氣中所含CO的75%、HC和NOx的50%來(lái)源汽車的排放。

(2)噪聲對(duì)環(huán)境污染。下一頁(yè)

(3)電氣設(shè)備對(duì)無(wú)線電廣播及電視的電波干擾，但只是局部問題由于排污的危害很大，而且排氣凈化問題已成為當(dāng)前汽車工業(yè)發(fā)展中起決定性作用的因素之一，因此排放的控制在國(guó)外汽車越來(lái)越受重視。汽油是多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?。在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)，汽油和空氣混合并燃燒，大部分生成CO2和H2O，依據(jù)燃燒條件，也有一部分由于不完全燃燒而生成CO和HC化合物。此外，當(dāng)燃燒溫度很高時(shí)，空氣中的氮與未燃的氧起反應(yīng)，生成NOx其中CO、HC和NOx氣體對(duì)人類和環(huán)境都會(huì)造成很大危害。下一頁(yè)返回上一頁(yè)汽車排污的來(lái)源有三方面:(1)從排氣管排出的廢氣，主要成分是CO、HC和NOx，其他還有SO2

、鉛化合物和炭煙等;(2)曲軸箱竄氣，即從活塞與氣缸之間的間隙漏出的，再自曲軸箱經(jīng)通氣管排出的燃燒氣體，其主要成分是HC;(3)從油箱蓋揮發(fā)、油泵接頭揮發(fā)、油泵與油箱的連接處揮發(fā)出的汽油蒸氣，成分是HC汽油車排放源的有害氣體相對(duì)排放量所示。下一頁(yè)返回上一頁(yè)（1）一氧化碳（CO）：碳?xì)淙剂系牟煌耆a(chǎn)物，人吸入后將降低血液吸收和運(yùn)送氧氣的能力。（2）碳?xì)浠衔铮℉C）：包括未燃和未完全燃燒的燃油和潤(rùn)滑油蒸汽。（3）氮氧化合物（NOx）：燃燒室內(nèi)高溫富氧環(huán)境中的產(chǎn)物。2．汽車排放控制的分類①機(jī)內(nèi)凈化：從進(jìn)氣系統(tǒng)入手，通過改善混合氣的質(zhì)量，使燃燒產(chǎn)生的有害成分降低。這一類的排放控制裝置有：進(jìn)氣溫度自動(dòng)控制裝置、廢氣再循環(huán)控制裝置、混合比加濃式減速?gòu)U氣凈化裝置、進(jìn)氣歧管真空度控制閥等。②機(jī)外凈化：對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣進(jìn)行再凈化處理，將廢氣中所含的CO、HC和NOx等有害氣體轉(zhuǎn)化為無(wú)害的水(H2O)、二氧化碳(CO2)和氮(N2)等氣體。這一類的排放控制裝置有：熱反應(yīng)器、氧化催化劑轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器、二次空氣供給裝置等。目前廣泛使用的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣凈化裝置是三元催化轉(zhuǎn)化裝置。

收集汽油箱和浮子室內(nèi)蒸氣的汽油蒸氣，并將汽油蒸氣導(dǎo)入氣缸參加燃燒，從而防止氣油蒸氣直接排出大氣而防止造成污染。同時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，控制導(dǎo)入氣缸參加燃燒的汽油蒸氣量。

1.EVAP控制系統(tǒng)功能控制廢氣排放的幾種措施活性炭罐2.EVAP控制系統(tǒng)的組成與工作原理

如圖，油箱的燃油蒸氣通過單向閥進(jìn)入活性碳罐上部，空氣從碳罐下部進(jìn)入清洗活性碳，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，排放控制閥由內(nèi)部的真空度由碳罐控制電磁閥控制，電磁閥受控制。1、油箱蓋2、油箱3、單向閥4、排氣管5、電磁閥6、節(jié)氣門7、進(jìn)氣門8、真空閥9、真空控制閥10、定量排放孔11、活性碳罐下一頁(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)后，燃油蒸氣進(jìn)入炭罐，被活性炭吸附。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，進(jìn)氣管真空度經(jīng)真空軟管10傳送到限流閥8，膜片上移并將限流孔開啟，新鮮空氣自炭罐底部向上流過炭罐，與吸附在活性炭表面的汽油蒸氣，經(jīng)限流孔和汽油蒸氣管9進(jìn)入進(jìn)氣歧管。炭罐頂部的限流閥8的作用是用來(lái)控制進(jìn)入進(jìn)氣歧管的汽油蒸氣和空氣數(shù)量。怠速時(shí)，傳送到膜片上方的真空度很小，致使孔徑較大的限流孔關(guān)閉，以免破壞怠速時(shí)混合氣的空燃比；大負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速工況下，限流閥全開，大、小限流孔均開啟。工作原理發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、溫度、空氣流量等信號(hào)，控制碳罐電磁閥的開閉來(lái)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(dāng)排放控制閥打開時(shí)，燃油蒸氣通過排放控制閥被吸入進(jìn)氣歧管。下一頁(yè)在部分電控EVAP控制系統(tǒng)中，活性碳罐上不設(shè)真空控制閥，而將受ECU控制的電磁閥直接裝在活性碳罐與進(jìn)氣管之間的吸氣管中。

如圖韓國(guó)現(xiàn)代轎車裝用的電控EVAP控制系統(tǒng)。強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置（PCV系統(tǒng)）

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，有部分可燃混合氣和燃燒產(chǎn)物經(jīng)活塞環(huán)由氣缸竄入曲軸箱內(nèi)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低溫下運(yùn)行時(shí)，還可能有液態(tài)燃油漏入曲軸箱內(nèi)。這將導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì)，造成機(jī)件腐蝕或銹蝕，并且對(duì)大氣環(huán)境HC等氣體的污染。

強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置就是防止曲軸箱內(nèi)碳?xì)淙剂险羝腿紵a(chǎn)物排放到大氣中的凈化裝置。

強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置最重要的控制元件是PCV閥，其功用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲軸箱內(nèi)氣體的數(shù)量。因此，強(qiáng)制式曲軸箱通風(fēng)裝置又稱為PCV系統(tǒng)控制元件PCV閥的作用：根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體的數(shù)量。1、發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)2、怠速或減速時(shí)3、在正常行駛時(shí)4、在大負(fù)荷下工作時(shí)氣缸組I1發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元13油箱4活性炭罐5活性炭濾清器系統(tǒng)電磁閥1，氣缸組I7帶進(jìn)氣溫度傳感器的空氣質(zhì)量流量計(jì)19氧傳感器，氣缸組I11節(jié)氣門控制單元1，氣缸組I13溫度傳感器G6214發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)PCV閥的開度當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，PCV閥中的彈簧2將其中的錐形閥3壓在閥座4上，關(guān)閉了曲軸箱與進(jìn)氣管的通路。發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或減速時(shí)PCV閥的開度在怠速或減速時(shí)，進(jìn)氣管真空度很大，克服彈簧力把錐形閥高高舉起，這時(shí)錐形閥3與PCV閥體1之間只有很小的縫隙。此時(shí)，竄入曲軸箱的氣體也很少。部分節(jié)氣門開度時(shí)PCV閥的開度進(jìn)氣管真空度比怠速時(shí)小，在彈簧的作用下錐形閥3與PCV閥體1之間的縫隙增大。由于竄入曲軸箱的氣體較怠速時(shí)多，所以需要較大的PCV閥開度。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工作時(shí)PCV閥的開度節(jié)氣門全開，進(jìn)氣管真空度較小，彈簧將錐形閥3進(jìn)一步下壓，使PCV閥的開度達(dá)到最大。此時(shí)，將產(chǎn)生更多的曲軸箱氣體，必須使PCV閥開度最大。進(jìn)氣管回火時(shí)PCV閥的開度

如果進(jìn)氣管發(fā)生回火，進(jìn)氣管壓力增大，錐形閥落在閥座上，如同發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)一樣，以防止回火竄入曲軸箱引起爆炸。如果氣缸或活塞嚴(yán)重磨損，將會(huì)有更多氣體竄入曲軸箱，引起曲軸箱壓力異常升高，部分曲軸箱氣體從空氣濾清器處反噴。PCV閥堵塞，會(huì)造成曲軸箱通風(fēng)不暢PCV軟管漏氣，會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)若氣缸的密封性能良好，PCV系統(tǒng)應(yīng)該使曲軸箱內(nèi)的壓力略低于大氣壓力（才能形成強(qiáng)制通風(fēng)的作用）1.EGR控制系統(tǒng)功能2.開環(huán)控制EGR系統(tǒng)3.閉環(huán)控制EGR系統(tǒng)二、廢氣在循環(huán)控制系統(tǒng)（EGR）EGR原理廢氣再循環(huán)量的控制方式增加廢氣再循環(huán)量，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度可進(jìn)一步降低，抑制NOx產(chǎn)生的作用就更有效。但廢氣再循環(huán)量過多，會(huì)導(dǎo)致混合氣的著火性變差，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗上升，動(dòng)力性下降，HC排放量上升。因此，必須控制廢氣引入量，而在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)、怠速和低負(fù)荷等工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度較低，NOx不會(huì)超量，為確保發(fā)動(dòng)機(jī)可靠運(yùn)行，就不能在新鮮混合氣中摻入廢氣。

通常以廢氣再循環(huán)率來(lái)衡量廢氣的引入量，廢氣再循環(huán)率定義如下：

EGR率=EGR氣體量/（吸入的空氣量+EGR氣體量）100%

廢氣再循環(huán)控制裝置通過控制EGR率來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好的同時(shí)，達(dá)到最佳的NOx凈化效果。

EGR率與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)（如下圖）。

EGR率增加過大時(shí)，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩(wěn)定，失火率增加，使HC也會(huì)增加；EGR率過小，NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動(dòng)機(jī)過熱等現(xiàn)象。因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求進(jìn)行控制。

試驗(yàn)結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時(shí)，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內(nèi)較合適。隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加（陰影部分）。

怠速和低負(fù)荷時(shí)，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進(jìn)行EGR。

只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機(jī)時(shí)不進(jìn)EGR。

大負(fù)荷、高速時(shí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)有較好的動(dòng)力性，此時(shí)混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進(jìn)行EGR或減少EGR率。

較早使用的機(jī)械式EGR控制裝置是利用進(jìn)氣歧管的真空度及排氣壓力來(lái)控制EGR閥的開啟及開啟的程度，主要有三種控制方式，如圖所示。（3）廢氣再循環(huán)電子控制系統(tǒng)的控制原理電子控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的組成如圖所示。

ECU根據(jù)各傳感器的信號(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工況與狀態(tài)，以確定是否需要廢氣再循環(huán)或再循環(huán)流量的大小，并輸出占空比可變的控制脈沖，通過控制EGR電磁閥的占空比來(lái)調(diào)節(jié)EGR閥的開度，以實(shí)現(xiàn)最佳的EGR率控制。為實(shí)現(xiàn)非線性的最佳EGR再循環(huán)流量控制，在EGR電子控制系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存各工況下的最佳廢氣再循環(huán)流量值，通常以電磁閥占空比參數(shù)的方式儲(chǔ)存，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)，直接查找并計(jì)算得到最佳的EGR電磁閥占空比值，并輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號(hào)。有的EGR電子控制系統(tǒng)通過EGR閥開度傳感器反饋EGR閥開度信息，相應(yīng)的在ECU的存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的是發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下的EGR閥開度參數(shù)。工作時(shí)，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)查找并計(jì)算得到最佳的EGR閥開度，并與當(dāng)前EGR閥開度比較。如果不相等，ECU將調(diào)整占空比控制脈沖，將EGR閥的開度調(diào)整至最佳狀態(tài)。①EGR閥

EGR閥膜片的一邊(下部)通大氣，裝有彈簧的另一邊為真空室，其真空度由EGR電磁閥控制。增大真空室的真空度，使膜片克服彈簧力上拱，閥的開度就增大，廢氣再循環(huán)流量也就增加。當(dāng)上部失去真空度時(shí)，膜片在彈簧力的作用下向下拱而使閥關(guān)閉，阻斷廢氣再循環(huán)。安裝有EGR閥開度傳感器的EGR閥如圖所示。②EGR電磁閥

EGR電磁閥有三個(gè)通氣口（如右圖），EGR電磁閥不通電時(shí)，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口被關(guān)閉。這時(shí)EGR電磁閥使進(jìn)氣歧管與EGR閥真空室相通；當(dāng)EGR電磁閥線圈通電時(shí)，產(chǎn)生的電磁力使閥體下移，閥體下端將通進(jìn)氣歧管的真空通道關(guān)閉，而上端的通大氣閥口打開，于是就使EGR閥的真空室與大氣相通。③EGR控制系統(tǒng)工作過程

ECU根據(jù)各有關(guān)傳感器的信號(hào)確定的廢氣再循環(huán)流量后，通過輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號(hào)，控制EGR電磁閥在相應(yīng)的占空比下工作，將EGR閥的真空室的壓力調(diào)制在相應(yīng)的值，使EGR閥有相應(yīng)的開度。當(dāng)需要增大廢氣再循環(huán)流量時(shí)，ECU輸出的占空比減小，EGR電磁閥相對(duì)的通電時(shí)間減小，EGR閥真空室通進(jìn)氣歧管的相對(duì)時(shí)間增大，其真空度增大而使閥開度增大，使廢氣再循環(huán)流量相應(yīng)增加。當(dāng)EUC輸出占空比為0的信號(hào)(持續(xù)低電平)時(shí)，EGR電磁閥斷電。這時(shí)，EGR閥真空室與進(jìn)氣歧管持續(xù)相通，其真空度達(dá)到最大(直接取決于進(jìn)氣歧管的真空度)，閥的開度最大，廢氣的再循環(huán)流量也達(dá)到最大。當(dāng)不需要廢氣再循環(huán)時(shí)，ECU輸出占空比為100％的信號(hào)(持續(xù)高電平)，使EGR電磁閥常通電，EGR閥真空室與大氣常通，閥關(guān)閉，阻斷了廢氣再循環(huán)。

如右圖，主要由EGR閥和EGR電磁閥等組成原理：EGR閥安裝在廢氣再循環(huán)通道中，用以控制廢氣再循環(huán)量。EGR電磁閥按裝在通向EGR真空通道中，ECU根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度、節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速和起動(dòng)等信號(hào)來(lái)控制電磁閥的通電或斷電。ECU不給EGR電磁閥通電時(shí)，控制EGR閥的真空通道接通，EGR閥開啟，進(jìn)行廢氣再循環(huán)；ECU給EGR電磁閥通電時(shí)，控制EGR閥的真空度通道被切斷，EGR閥關(guān)閉，停止廢氣在循環(huán)。2.開環(huán)控制EGR系統(tǒng)1、EGR電磁閥2、節(jié)氣門3、EGR閥4、水溫傳感器5、曲軸位置傳感器6、ECU7、起動(dòng)信號(hào)用EGR閥開度反饋控制的EGR系統(tǒng)用EGR率反饋控制的EGR系統(tǒng)1.TWC功能2.TWC的構(gòu)造3.影響TWC轉(zhuǎn)換效率的因素4.氧傳感器三、三元催化轉(zhuǎn)換器（TWC）與空燃比反饋控制系統(tǒng)

三元催化轉(zhuǎn)換器三元：CO、HC，NOX三元催化劑：鉑(或鈀)和銠三元催化轉(zhuǎn)換作用：

CO、HC、NOXH2O、CO2催化作用條件：理想混合氣（空燃比14.7：1）

三元催化轉(zhuǎn)換器解剖圖

利用轉(zhuǎn)換器中的三元催化劑，將發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣中的有害氣體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害氣體。1.TWC功能2.TWC的構(gòu)造如上圖，三元催化劑一般為鉑（或鈀）與銠的混物。3.影響TWC轉(zhuǎn)換效率的因素影響最大的是混合氣的濃度和排氣溫度。如左圖只有在理論空燃比14.7附近，三元催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率最佳，一般都裝有氧傳感器檢測(cè)廢氣中的氧的濃度，氧傳感器信號(hào)輸送給ECU，用來(lái)對(duì)空燃比進(jìn)行反饋控制。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度過高（815℃以上），TWC轉(zhuǎn)換效率將明顯下降。4.氧傳感器（1）氧化鋯氧傳感器（2）氧化鈦氧傳感器

（3）氧傳感器控制電路

（1）氧化鋯氧傳感器結(jié)構(gòu)如右圖ａ，在400℃以上的高溫時(shí)，若氧化鋯內(nèi)外表面處的氣體中的氧的濃度有很大差別，在鉑電極之間將會(huì)產(chǎn)生電壓。當(dāng)混合氣稀時(shí)，排氣中氧的含量高，傳感器元件內(nèi)外側(cè)氧的濃度差小，氧化鋯元件內(nèi)外側(cè)兩極之間產(chǎn)生的電壓很低（接近0V），反之，如排氣中幾乎沒有氧，內(nèi)外側(cè)的之間電壓高（約為1V）。在理論空燃比附近，氧傳感器輸出電壓信號(hào)值有一個(gè)突變。如右圖ｂ

氧化鋯氧傳感器及其輸出特性

a）結(jié)構(gòu)b）輸出特性1—

法蘭2—鉑電極3—氧化鋯管4—鉑電極5—加熱器6—涂層7—廢氣8—套管9—大氣（2）氧化鈦氧傳感器結(jié)構(gòu)如右圖，主要由二氧化鈦元件、導(dǎo)線、金屬外殼和接線端子等組成。當(dāng)廢氣中的氧濃度高時(shí)，二氧化鈦的電阻值增大；反之，廢氣中氧濃度較低時(shí)二氧化鈦的電阻值減小，利用適當(dāng)?shù)碾娐穼?duì)電阻變量進(jìn)