第12章汽車排放控制系統(tǒng)

第12章汽車排放控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容汽車排放的構(gòu)成和危害汽車排放控制的作用與分類汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與任務(wù)原理12.1概述1.汽車排放的構(gòu)成和危害隨著汽車保有量的添加，汽車排放對環(huán)境所呵斥的影響也隨之增大。汽車排放對人類危害最大的是：一氧化碳(CO)碳?xì)浠衔?HC)氮氧化物(NOx)12.1概述1．一氧化碳(CO)CO是烴類燃料在空氣缺乏的情況下，由于不完全熄滅而產(chǎn)生的有害物。CO被人體吸收后，容易與血紅蛋白結(jié)合，妨礙血紅蛋白帶氧，會呵斥人體內(nèi)缺氧而使人感到頭痛、惡心，嚴(yán)重時(shí)還導(dǎo)致人因窒息而死。2．碳?xì)浠衔?HC)HC是石油產(chǎn)品的根本組成部分，其與氧的化合(熄滅)所釋放的熱量是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量。但排人大氣中的HC那么是一種污染。發(fā)動機(jī)排氣中高含量的HC是燃料未經(jīng)熄滅或熄滅不完全的產(chǎn)物。此外，燃油箱汽油蒸發(fā)、曲軸箱氣體直接排放等，也是HC對大氣呵斥污染的來源。HC氣體在陽光下與氮氧化物NOx作用，進(jìn)展光化學(xué)反響，構(gòu)成含有臭氧(O3)、丙稀醛、甲醛、硝酸鹽、酮及過氧化酰等物質(zhì)的光化學(xué)煙霧。這種“煙霧〞具有較強(qiáng)的氧化力和特殊的氣味，對人眼、咽喉等有刺激作用，并容易使橡膠開裂和植物受損等。在諸多的碳?xì)浠衔镏校奖溶胚€是一種致癌物。12.1概述3．氮氧化物(NOX)NOX是在溫度很高的情況下氮與氧化合的產(chǎn)物，對大氣呵斥污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。氮氧化物是一種有毒并帶有惡臭的氣體，會引起人眼結(jié)膜、口腔、咽喉粘膜腫脹和充血，并能夠?qū)е轮夤苎?、肺炎等病?2.1概述2.汽車排放控制的作用與分類〔1〕汽車排放控制的作用汽車對大氣的污染主要源自發(fā)動機(jī)排出的廢氣，三種有害排放物中，全部CO、NOx和約占60％的HC都是由發(fā)動機(jī)排氣管排出的。此外，曲軸箱氣體和燃油箱燃油蒸發(fā)的HC排放各約占汽車HC總排放的20％。對汽車排放的控制，就是經(jīng)過改善熄滅、降低熄滅溫度、阻斷曲軸箱氣體和燃油蒸發(fā)排放、凈化排氣管廢氣等手段，使汽車對大氣的污染減小到最低的限制，以緩解汽車保有量添加對環(huán)境所帶來的負(fù)面影響、滿足人類對環(huán)境質(zhì)量不斷提高的要求。12.1概述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，經(jīng)過改善混合氣的質(zhì)量，使熄滅產(chǎn)生的有害成分降低。這一類的排放控制安裝有：進(jìn)氣溫度自動控制安裝、廢氣再循環(huán)控制安裝、混合比加濃式減速廢氣凈化安裝、進(jìn)氣歧管真空度控制閥等。②機(jī)外凈化：對發(fā)動機(jī)排出的廢氣進(jìn)展再凈化處置，將廢氣中所含的CO、HC和NOx等有害氣體轉(zhuǎn)化為無害的水(H2O)、二氧化碳(CO2)和氮(N2)等氣體。這一類的排放控制安裝有：熱反響器、氧化催化劑轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器、二次空氣供應(yīng)安裝等。目前廣泛運(yùn)用的發(fā)動機(jī)廢氣凈化安裝是三元催化轉(zhuǎn)化安裝。③污染源封鎖循環(huán)凈化：對曲軸箱氣體及燃油箱燃油蒸發(fā)等HC排放源實(shí)施封鎖化處置，以阻斷向空氣排放HC。這類控制安裝有：曲軸箱強(qiáng)迫通風(fēng)安裝、活性炭罐等。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理1.廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)〔1〕廢氣再循環(huán)的作用在高溫下(高于0℃)，氮與氧氣化合生成NOx。在其它條件一樣的情況下，發(fā)動機(jī)的熄滅溫度越高，熄滅后產(chǎn)生的NOx就越多。廢氣再循環(huán)(ExhaustGasRecirculation——EGR)就是將發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣引入進(jìn)氣管〔如以下圖〕，與新穎混合氣混合后進(jìn)入氣缸，利用廢氣中所含有大量的二氧化碳(CO2)不參與熄滅卻能吸收熱量的特點(diǎn)，降低熄滅溫度，以減少NOx的排放。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理EGR原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理〔2〕廢氣再循環(huán)量的控制方式添加廢氣再循環(huán)量，發(fā)動機(jī)的熄滅溫度可進(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，會導(dǎo)致混合氣的著火性變差，呵斥發(fā)動機(jī)的油耗上升，動力性下降，HC排放量上升。因此，必需控制廢氣引入量，而在發(fā)動機(jī)起動、怠速和低負(fù)荷等工況下，發(fā)動機(jī)的熄滅溫度較低，NOx不會超量，為確保發(fā)動機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，就不能在新穎混合氣中摻入廢氣。

12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理通常以廢氣再循環(huán)率來衡量廢氣的引入量，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)控制安裝經(jīng)過控制EGR率來保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好的同時(shí)，到達(dá)最正確的NOx凈化效果。EGR率與發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)〔如以下圖〕。

EGR率添加過大時(shí)，使熄滅速度太慢，熄滅變得不穩(wěn)定，失火率添加，使HC也會添加；EGR率過小，NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動機(jī)過熱等景象。因此EGR率必需根據(jù)發(fā)動機(jī)工況要求進(jìn)展控制。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明：當(dāng)EGR率小于10%時(shí)，燃油耗費(fèi)量根本上不添加，當(dāng)EGR率大于20%時(shí)，發(fā)動機(jī)熄滅不穩(wěn)定，任務(wù)粗暴，HC排放物將添加10%。因此通常將EGR率控制在10%～20%范圍內(nèi)較適宜。隨著負(fù)荷添加EGR率允許值也添加〔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)定熄滅，不進(jìn)展EGR。

只需熱態(tài)下進(jìn)展EGR。發(fā)動機(jī)溫度低時(shí)，NOx排放濃度也較低，為了保證正常熄滅，冷機(jī)時(shí)不進(jìn)EGR。

大負(fù)荷、高速時(shí)，為了保證發(fā)動機(jī)有較好的動力性，此時(shí)混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進(jìn)展EGR或減少EGR率。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理較早運(yùn)用的機(jī)械式EGR控制安裝是利用進(jìn)氣歧管的真空度及排氣壓力來控制EGR閥的開啟及開啟的程度，主要有三種控制方式，如圖12-1所示。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理〔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12-2所示。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理ECU根據(jù)各傳感器的信號判別發(fā)動機(jī)的工況與形狀，以確定能否需求廢氣再循環(huán)或再循環(huán)流量的大小，并輸出占空比可變的控制脈沖，經(jīng)過控制EGR電磁閥的占空比來調(diào)理EGR閥的開度，以實(shí)現(xiàn)最正確的EGR率控制。為實(shí)現(xiàn)非線性的最正確EGR再循環(huán)流量控制，在EGR電子控制系統(tǒng)的存儲器中儲存各工況下的最正確廢氣再循環(huán)流量值，通常以電磁閥占空比參數(shù)的方式儲存(圖12-3)，ECU根據(jù)各傳感器信號，直接查找并計(jì)算得到最正確的EGR電磁閥占空比值，并輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號。有的EGR電子控制系統(tǒng)經(jīng)過EGR閥開度傳感器反響EGR閥開度信息，相應(yīng)的在ECU的存儲器中儲存的是發(fā)動機(jī)各工況下的EGR閥開度參數(shù)。任務(wù)時(shí)，ECU根據(jù)各傳感器信號查找并計(jì)算得到最正確的EGR閥開度，并與當(dāng)前EGR閥開度比較。假設(shè)不相等，ECU將調(diào)整占空比控制脈沖，將EGR閥的開度調(diào)整至最正確形狀。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理廢氣再循環(huán)電子控制系統(tǒng)有關(guān)的傳感器信號及其作用如下。①發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。提供發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，是ECU計(jì)算EGR率的重要參數(shù)之一。此外，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于900r／min或高于3200r／min時(shí)(高低限值因車型而不同)，ECU輸出繼續(xù)高電平控制信號，使EGR電磁閥封鎖，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管無廢氣再循環(huán)。②空氣流量傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器。提供發(fā)動機(jī)負(fù)荷信息，是ECU確定EGR率的另一重要參數(shù)。③發(fā)動機(jī)冷卻液溫度傳感器。提供發(fā)動機(jī)溫度信號，在發(fā)動機(jī)溫度低時(shí)，ECU輸出控制信號，不進(jìn)展廢氣再循環(huán)。④節(jié)氣門位置傳感器。提供發(fā)動機(jī)怠速信號，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速工況時(shí)，ECU輸出控制信號，不進(jìn)展廢氣再循環(huán)。⑤點(diǎn)火開關(guān)。提供發(fā)動機(jī)起動信號，在起動發(fā)動機(jī)時(shí)，ECU輸出控制信號，不進(jìn)展廢氣再循環(huán)。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理〔3〕電子控制廢氣再循環(huán)的構(gòu)造典型的電子控制EGR系統(tǒng)如圖12-4所示。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理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，使膜片抑制彈簧力上拱，閥的開度就增大，廢氣再循環(huán)流量也就添加。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封鎖，阻斷廢氣再循環(huán)。安裝有EGR閥開度傳感器的EGR閥如圖12-5所示。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理②EGR電磁閥EGR電磁閥有三個通氣口〔如右圖〕，EGR電磁閥不通電時(shí)，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口被封鎖。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)氣歧管的真空通道封鎖，而上端的通大氣閥口翻開，于是就使EGR閥的真空室與大氣相通。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理③EGR控制系統(tǒng)任務(wù)過程ECU根據(jù)各有關(guān)傳感器的信號確定的廢氣再循環(huán)流量后，經(jīng)過輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號，控制EGR電磁閥在相應(yīng)的占空比下任務(wù)，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)需求增大廢氣再循環(huán)流量時(shí)，ECU輸出的占空比減小，EGR電磁閥相對的通電時(shí)間減小，EGR閥真空室通進(jìn)氣歧管的相對時(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)添加。當(dāng)EUC輸出占空比為0的信號(繼續(xù)低電平)時(shí)，EGR電磁閥斷電。這時(shí)，EGR閥真空室與進(jìn)氣歧管繼續(xù)相通，其真空度到達(dá)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)流量也到達(dá)最大。當(dāng)不需求廢氣再循環(huán)時(shí)，ECU輸出占空比為100％的信號(繼續(xù)高電平)，使EGR電磁閥常通電，EGR閥真空室與大氣常通，閥封鎖，阻斷了廢氣再循環(huán)。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理2.燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)〔1〕活性炭罐的作用燃油箱中的汽油蒸發(fā)，汽油蒸氣的壓力到達(dá)設(shè)定值時(shí)，就會從油箱蓋的排氣閥排出，呵斥對大氣的HC污染。燃油箱用通氣管與活性炭罐銜接，其作用就是將汽油箱中的汽油蒸氣搜集于罐中，并在發(fā)動機(jī)任務(wù)時(shí)，經(jīng)過流經(jīng)的空氣將汽油蒸氣送入進(jìn)氣管參與熄滅(圖12-7)，以免汽油箱中的汽油蒸氣直接排放到大氣中而呵斥空氣污染。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理活性炭罐12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理〔2〕活性炭罐通氣量控制的作用要使活性炭罐能隨時(shí)搜集汽油箱中的汽油蒸氣．必需及時(shí)將活性炭罐中的汽油蒸氣“驅(qū)走〞，同時(shí)，攜帶活性炭罐汽油蒸氣的這部分氣體進(jìn)入進(jìn)氣管后，不應(yīng)對發(fā)動機(jī)的正常任務(wù)呵斥負(fù)面影響。活性炭罐通氣量控制就是在保證活性炭罐能正常起作用的同時(shí)，發(fā)動機(jī)能正常地任務(wù)。〔3〕活性炭罐通氣控制原理較早的燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)利用節(jié)氣門處的真空度直接控制膜片式通氣閥來控制活性炭罐通氣量(參見圖12-7)。這種控制方式的控制精度較低，現(xiàn)已被電子通氣量控制安裝所取代，其控制系統(tǒng)的根本組成如圖12-8所示。EUC根據(jù)有關(guān)傳感器的信號判別發(fā)動機(jī)工況與形狀，并輸出相應(yīng)的控制脈沖，經(jīng)過控制活性炭罐通氣電磁閥的開關(guān)占空比來調(diào)理活性炭罐通氣閥的開度，使流經(jīng)活性炭罐進(jìn)入進(jìn)氣管的空氣流量順應(yīng)發(fā)動機(jī)工況、形狀變化的需求。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理①活性炭罐?；钚蕴抗拗醒b有活性炭，活性炭可吸附汽油箱中的汽油蒸氣，但這種吸附力不強(qiáng)，當(dāng)有空氣流過時(shí)，蒸氣分子又會脫離，隨空氣一同進(jìn)入進(jìn)氣歧管。②活性炭罐通氣閥。閥的上部為真空室，其真空度由活性炭罐通氣電磁閥控制。當(dāng)真空度增大時(shí)，閥膜片向上拱，主通氣口通氣量添加。③活性炭罐通氣電磁閥。三通氣口的活性炭罐通氣電磁閥其構(gòu)造與任務(wù)原理與EGR電磁閥類似，其作用是根據(jù)ECU輸出的占空比控制脈沖任務(wù)，調(diào)整活性炭罐通氣閥的開度。12.2汽車排放電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造與原理有二通氣口的活性炭罐通氣電磁閥，其構(gòu)造與任務(wù)原理與開關(guān)電磁式怠速控制閥類似，運(yùn)用這種活性炭罐通氣電磁閥的系統(tǒng)普通無活性炭罐通氣閥，直接經(jīng)過活性炭罐通氣電磁閥的開關(guān)占空比來控制通氣量，其控制系統(tǒng)如圖12-10所示。12.3汽車排放控制技術(shù)開展趨勢缸內(nèi)直接放射12.3汽車排放控制技術(shù)開展趨勢采用電控缸內(nèi)直接放射方法，在火花塞附近供應(yīng)濃混合氣，以利著火；在其它區(qū)域供應(yīng)稀混合氣，進(jìn)展