汽車新技術(shù)課件-第九章排放控制

單元二

發(fā)動(dòng)機(jī)電控系統(tǒng)構(gòu)造與維修

第九章排放凈化控制裝置

在大氣污染中，汽車排放所造成的污染占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?jù)有關(guān)部門資料介紹，大氣中所含CO的75％、HC和NOx的50％來源于汽車的排放。特別是排放污染早已成為嚴(yán)重的社會(huì)公害。為此，發(fā)達(dá)國(guó)家均建立了嚴(yán)格的排放法規(guī)加以限制。汽車排放中的有害物質(zhì)主要是CO(汽油不完全燃燒的產(chǎn)生)、HC(汽油不完全燃燒和缸壁淬冷產(chǎn)生)、NOx(高溫條件下，氧和氮反應(yīng)產(chǎn)生)，除此而外，汽油蒸發(fā)對(duì)大氣也會(huì)造成一定程度的污染。CO、HC和NOx與空燃比之間的關(guān)系前已述及。9.1發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制與凈化的技術(shù)措施三元催化轉(zhuǎn)換器；廢氣再循環(huán)(EGR)；二次空氣噴射；活性碳罐系統(tǒng)。

排放控制裝置的連接ECU清除電磁閥活性碳罐燃料壓力調(diào)節(jié)器PCV閥噴油嘴WTSEGR控制閥EGR電磁閥ISC閥TPSAFS氧傳感器高壓側(cè)燃料濾清器燃料泵單向閥分離器三元催化器9.1.1排放污染物(1)排放污染物的來源汽車排氣管排氣，燃料箱和化油器的油氣，曲軸箱竄氣。(2)有害物的種類在發(fā)動(dòng)氣缸內(nèi)，汽油和空氣混合并燃燒，大部分生成CO2和

H2O。但一部分由于不完全燃燒而生成對(duì)人體有害的氣體。有害物的3種類

CO----一氧化碳

HC----碳?xì)浠衔?/p>

Nox---氧化氮油箱和化油器蒸發(fā)的

HC20%

曲軸相竄氣

HC25%排氣CO100%HC55%Nox100%9.1.2汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的有害燃燒產(chǎn)物

(1)CO的生成:

CO產(chǎn)生原因是在局部缺氧或低溫下由于烴的不完全燃燒而產(chǎn)生的。構(gòu)成汽油的碳元素燃燒并生成(CO2).C+O2=CO2但空氣不足時(shí)進(jìn)行不完全燃燒并進(jìn)行2C+O2=2CO化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生CO。OCO對(duì)人體無(wú)害CO2COCO對(duì)人體有害

CO排放濃度和空燃比的關(guān)系:

CO主要是在局部缺氧或低溫下由于烴的不完全燃燒產(chǎn)生，混合氣濃時(shí)燃燒時(shí)所需要的氧不足，而CO產(chǎn)生量多。

空燃比:少(濃)---CO多

=

混合氣:濃---CO多

多(稀)---CO少

稀---CO少

CO排放濃度和行駛狀態(tài)的關(guān)系:

A)怠速時(shí);進(jìn)氣量少,燃料霧化也不良，需要濃混合氣，因此CO的產(chǎn)生量多。

B)加速時(shí)或高負(fù)荷行駛時(shí);加速時(shí)或輸出最大功率時(shí)需要很大的旋轉(zhuǎn)扭矩，因此需要濃混合氣，CO的排放量也隨著增加。

C)減速時(shí);化油器車輛，節(jié)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣量少但進(jìn)氣管負(fù)壓很大，因此怠速口噴油量多，混合氣變濃，CO產(chǎn)生量增加。

(2)HC的產(chǎn)生:

HC產(chǎn)生的原因除燃料的不完全燃燒汽油蒸汽外，缸壁淬冷也是排氣中HC的主要來源。由于壁面的冷卻作用，缸壁附近的混合氣，活塞頂部與第一道環(huán)之間空隙的混合氣燒不著隨廢氣排出.當(dāng)混合氣過稀，引起斷火，使排氣中的HC增加。H汽油(C6H14(核酸))熱+壓力CH4(甲烷)C2H4(乙烯）C3H8(丙烷)

HC排放濃度和空燃比的關(guān)系:

HC產(chǎn)生時(shí)，濃混合氣氧氣不足或由于稀薄混合氣發(fā)生斷火，HC量增加。空燃比:少—因氧氣不足增加

混合氣:濃---因氧氣不足增加

多—因斷火增加

稀薄---因斷火增加

HC排放濃度和行駛狀態(tài)的關(guān)系:

怠速或減速時(shí)增加，特別是減速時(shí)混合氣過濃，發(fā)生斷火

HC的產(chǎn)生增加(防止裝置;緩沖器)。

HC排放濃度和燃燒時(shí)形狀的關(guān)系:

加快火焰?zhèn)鞑ニ俣龋够旌蠚猱a(chǎn)生渦流防止異常燃燒。

(3)Nox的產(chǎn)生:

通常把氮?dú)夂脱鯕獾幕衔锝y(tǒng)稱為氧的化合物（Nox）。占空氣中78%(體積比)氮?dú)庠谌紵业母邷貤l件下（溫度1500oC以上），由氧和氮的反應(yīng)所形成的。

N2+O2=2NO

這些

NO排到大氣，并與空氣中的氧分子發(fā)生反應(yīng)而變成NO2.

2NO+O2=2NO2

氮的氧化物有好幾種，但汽車尾氣排出去的主要是NO，NO在大氣中又轉(zhuǎn)換成NO2。N2常溫時(shí)ZZZN2高溫時(shí)NONO2NNNN

Nox排放濃度和空燃比的關(guān)系:

Nox是空氣在燃燒時(shí)的高溫條件下，由氧和氮的反應(yīng)所形成的。因此跟燃燒室的溫度有密切關(guān)系，空燃比(15~16:1)附近

Nox值最大.混合比稀或濃時(shí)Nox產(chǎn)生量減少.

空燃比;少---減少

混合氣;濃---減少

多---增加

稀薄---增加

Nox排放濃度和行駛狀態(tài)的關(guān)系:

燃燒室的溫度跟充氣量有關(guān)。節(jié)氣門開度大，充其量多，Nox產(chǎn)生量增多。

CO:理論空燃比為基準(zhǔn)，當(dāng)高于空燃比時(shí)增加，低于空燃比時(shí)減少。

HC:高于理論空燃比增加，低于理論空燃比因斷火也增加.

NOx:稍稀于理論空燃比時(shí)產(chǎn)生量最多，比理論空燃比稍濃或稍稀，產(chǎn)生量減少。9.1.3有害氣體的排放濃度理論空燃比COHCNOx各排放氣體濃度空燃比少(濃)大(稀薄)9.2三元催化轉(zhuǎn)換器

現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上普遍采用三元催化轉(zhuǎn)換器，它不僅能促使CO、HC的氧化反應(yīng)，也能促使NOx的還原反應(yīng)，從而使CO、HC和NOx三種有害氣體都得到凈化。三元催化轉(zhuǎn)換器安裝在排氣管中，其結(jié)構(gòu)如圖所示。

三元催化劑是金屬鉑(或鈀)和銠的混合物，它能夠與HC、CO和NOx發(fā)生反應(yīng)。但是只有當(dāng)空燃比保持穩(wěn)定時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率才得到精確控制。三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率與空燃比的關(guān)系曲線見圖，在理論空燃比(14.7：1)時(shí)，三元催化轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率最佳。因此，為了保持有良好的廢氣轉(zhuǎn)換效率，必須對(duì)空燃比進(jìn)行精確地控制，即把空燃比保持在理論空燃比附近很窄的范圍內(nèi)。

催化劑的表面活性作用是利用排氣本身的熱量激發(fā)的。一般排氣中有害成份的開始轉(zhuǎn)化溫度高于250℃。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)預(yù)熱5min后才能達(dá)到此溫度，一旦轉(zhuǎn)換反應(yīng)開始，催化床便因反應(yīng)放熱而自動(dòng)地保持高溫。使用最佳溫度范圍為400-1000℃，在此溫度范圍內(nèi)，既能保持有高的凈化率，又能延長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器的使用壽命。當(dāng)溫度超過1000℃時(shí)，催化劑會(huì)由于過熱而加快老化，以至于完全喪失催化功能。如火花塞缺火或點(diǎn)火不正時(shí)，未燃燒的混合氣進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，使催化床溫度急劇升高(可達(dá)1400℃)，轉(zhuǎn)換器負(fù)荷加大，壽命降低。排氣中的鉛化物、碳煙、焦油等物質(zhì)也會(huì)造成轉(zhuǎn)換器過早的損壞，因此，為了提高三元轉(zhuǎn)換器的使用壽命，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)使用無(wú)鉛汽油。9.3廢氣再循環(huán)（EGR)控制系統(tǒng)

廢氣再循環(huán)是在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程中，將一部分廢氣引到吸人的新鮮空氣(或混合氣)中，返回氣缸內(nèi)進(jìn)行再循環(huán)的方法，其作用是用來減少NOx的排放量。在怠速、低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷及發(fā)動(dòng)機(jī)處于冷態(tài)運(yùn)行時(shí)，再循環(huán)的廢氣將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。參與再循環(huán)的廢氣量（EGR率）一般在6％—13％之間變化為宜。

EGR=EGR氣體流量吸入空氣量+EGR氣體流量燃燒速度慢燃燒速度快燃燒速度慢NOxNOx排放氣體混合氣密度小混合氣密度大

廢氣再循環(huán)裝置原理100

位置傳感器排氣入口EGR閥12TPSCASAFSWTSEGR閥電磁閥(EGR,VENT)電磁閥(EGR,VACUUM)位置傳感器電子控制式

EGR1;檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2;決定EGR氣體量到進(jìn)氣岐管ECU

構(gòu)成特征發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)空氣真空控制閥排放氣體排放氣體EGR閥空氣排放氣體EGR閥真空控制閥真空控制閥空氣排放氣體凈率

EGREGR負(fù)荷可變輕負(fù)荷-EGR率少高負(fù)荷-EGR率大EGR率負(fù)荷可變率機(jī)械式

EGREGR閥

EGR真空閥背壓信號(hào)EGR信號(hào)3通道電磁閥EGR控制閥ECU控制WTS/WWTSTPS

B.P.T(BackPressureTransducer)EGR型式

(1)EGR控制閥由EGR真空閥來的負(fù)壓信號(hào)給EGR真空閥傳達(dá)廢氣輸入信號(hào)廢氣在循環(huán)停止時(shí)廢氣在循環(huán)進(jìn)行時(shí)廢氣到進(jìn)氣岐管廢氣再循環(huán)入口

(2)EGR真空閥

廢氣壓力和進(jìn)氣岐管的負(fù)壓下，內(nèi)部的膜片彈簧工作，調(diào)節(jié)

EGR閥的負(fù)荷變化量。

(3)EGR電磁閥

受微機(jī)輸出的信號(hào)（冷卻水溫度和散熱器溫度信號(hào)），使負(fù)壓到EGR控制閥。

(4)真空延遲閥

延遲EGR閥的負(fù)壓傳達(dá)，防止

EGR的突然開啟。附壓信號(hào)由EGR排氣壓力空濾EGR電磁閥

系統(tǒng)的工作是隨著通道真空，排放廢氣，冷卻水溫，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。但急減速時(shí)，進(jìn)氣岐管水溫70oC以下,散熱器水溫17oC以下或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1500rpm以下時(shí)，為了提高行駛性能，停止EGR，在Nox產(chǎn)生量多的中速，中負(fù)荷區(qū)域，增加EGR量，降低

Nox量.工作條件種類切斷EGR基本EGR增量EGR條件散熱器水溫17oC以下或發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫70oC以下怠速,低速無(wú)負(fù)荷高速高負(fù)荷其他區(qū)域中速中負(fù)荷EGR量無(wú)少量多量備注縮短暖機(jī)時(shí)間提高穩(wěn)定性輸出最高功率最高15%左右(2)背壓修正閥背壓修正閥的作用是根據(jù)排氣歧管中的背壓，附加控制廢氣再循環(huán)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在小負(fù)荷排氣背壓低時(shí)，背壓修正閥使EGR控制閥保持關(guān)閉狀態(tài)，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷增大，排氣歧管背壓增大時(shí)，背壓修正閥才允許EGR控制閥打開進(jìn)行廢氣再循環(huán)。

9.4燃油蒸發(fā)氣體控制裝置

把燃料箱或化油器里產(chǎn)生的燃料蒸氣不排出到大氣，供入氣缸內(nèi)進(jìn)行燃燒，抑制HC的產(chǎn)生。蒸發(fā)氣體控制裝置有通斷型電磁閥的控制方式和占空比控制方式。

(1)通斷型構(gòu)成為了防止汽油箱向大氣排放燃油蒸氣而產(chǎn)生污染，在電控發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中普遍采用了由電控單元(ECU)控制的活性炭罐蒸發(fā)污染控制裝置。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電控單元(ECU)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、冷卻水溫度、空氣流量等信號(hào)，控制炭罐電磁閥的開閉，進(jìn)而控制排放控制閥上部的真空度，從而達(dá)到控制排放控制閥開度的目的。當(dāng)排放控制閥打開時(shí)，汽油蒸氣將通過排放控制閥被吸人進(jìn)氣歧管，隨進(jìn)氣一起進(jìn)入氣缸內(nèi)燃燒。

(2)占空比型構(gòu)成

ECU根據(jù)各種輸入裝置檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)，隨工作條件由占空比控制進(jìn)行調(diào)節(jié)已確定的燃油蒸發(fā)氣體量。電磁閥是發(fā)動(dòng)機(jī)暖機(jī)時(shí)，齒輪工作狀態(tài)，怠速開關(guān)OFF時(shí),氧傳感器功能正常時(shí)工作。

燃油蒸發(fā)氣體控制裝置單向閥油氣分離器活性碳罐電磁閥ECU吸入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)輸入信號(hào)

活性碳罐:

將油氣吸附與碳粒表面，跟純空氣一起由氣體狀態(tài)進(jìn)入進(jìn)氣岐管。

NO3清除控制閥:

增加進(jìn)入氣缸的蒸發(fā)氣體流量的閥門，受清除控制電磁閥的信號(hào)。(3)蒸發(fā)氣體控制元件的構(gòu)成空氣(PURGEAIR)濾網(wǎng)濾網(wǎng)碳粒從燃料箱來從進(jìn)氣岐管來到進(jìn)氣岐管

在燃燒室里產(chǎn)生的排放氣體中的HC,CO,Nox經(jīng)過催化器時(shí)被Pt,Ph的作用，進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)換成CO2,H2O,N2.為了促進(jìn)氧化反應(yīng)，通過片簧閥供入新鮮空氣。構(gòu)成圖:

9.5三元催化器和二次空氣噴射裝置片簧閥三元催化器O2傳感器

(1)催化器燃燒室里產(chǎn)生的有害氣體經(jīng)過三元催化器時(shí)被貴金屬進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，凈化成對(duì)人體無(wú)害的氣體，排到大氣。排放氣體貴