模块四 排气控制系统

1、授课教师：授课教师：课程名称：课程名称：汽车发动机电控系统汽车发动机电控系统汽车发动机电控系统4.1 汽车排放的污染物汽车排放的污染物4.2 废气再循环控制系统（废气再循环控制系统（EGR）4.3 三元催化转换器（三元催化转换器（TWC）4.4 燃油挥发控制燃油挥发控制4.1.1 发动机排放的有害气体发动机排放的有害气体4.1.2 排气净化的措施排气净化的措施4.1.3 发动机尾气成分异常分析发动机尾气成分异常分析4.1 汽车排放的污染物汽车排放的污染物1.一氧化碳（一氧化碳（CO） 排气中的排气中的CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃燃料不完全燃烧产主要是在局部缺氧或低温下由于烃燃料不完全燃烧

2、产生的，因此生的，因此CO的排出量基本上受空燃比所支配，通常在空燃比过小时的排出量基本上受空燃比所支配，通常在空燃比过小时易产生易产生 2.碳氢化合物（碳氢化合物（HC） 是发动机废气中未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，是发动机废气中未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，造成燃烧不充分。造成燃烧不充分。 3. 氮氧化合物（氮氧化合物（NOX） 当气缸内的温度越高，燃烧后残留的氧气浓度越大，高温持续的当气缸内的温度越高，燃烧后残留的氧气浓度越大，高温持续的时间越长，时间越长，NOx越多越多 4、二氧化碳（、二氧化碳（CO2） 是发动机排放主要产物是发动机排放主要产物 5、炭烟（、

3、炭烟（PM） 主要是柴油发动机燃烧不完全的产物，其内还有大量黑色的炭颗粒主要是柴油发动机燃烧不完全的产物，其内还有大量黑色的炭颗粒 4.1.1 发动机排放的有害气体发动机排放的有害气体1.机内净化技术机内净化技术 机内净化技术是在发动机的工艺结构设计上入手，保证燃料能够机内净化技术是在发动机的工艺结构设计上入手，保证燃料能够在机内尽可能的燃烧完全。这种技术的研究，主要集中在：在机内尽可能的燃烧完全。这种技术的研究，主要集中在：a改变燃改变燃料的供给方式，采用燃油喷射系统。料的供给方式，采用燃油喷射系统。b点火系统的电子化设计。点火系统的电子化设计。 2.机外净化措施机外净化措施 发动机本身的改

4、进，尚不能符合排放的规定时，就要附加净化处发动机本身的改进，尚不能符合排放的规定时，就要附加净化处理装置。主要有：汽油蒸气挥发控制、废气再循环控制、二次空气供理装置。主要有：汽油蒸气挥发控制、废气再循环控制、二次空气供给、三元催化转换器和空燃比反馈控制等。给、三元催化转换器和空燃比反馈控制等。 3. 能源替代技术能源替代技术 主要是改变汽车所使用的能源，采用污染小或清洁的能源来替代主要是改变汽车所使用的能源，采用污染小或清洁的能源来替代燃油。如用煤气或天然气替代燃油的汽车，电动汽车，太阳能汽车等。燃油。如用煤气或天然气替代燃油的汽车，电动汽车，太阳能汽车等。4.1.2 排气净化的措施排气净化的

5、措施1.尾气分析的主要内容尾气分析的主要内容有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有CO、HC、CO2和氧（和氧（O2），还有空燃比（），还有空燃比（A/F）或过量空气系数（）或过量空气系数（）。）。 2.成分异常分析成分异常分析HC的读数高，说明燃油没有充分燃烧的读数高，说明燃油没有充分燃烧CO的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。CO的含量过高，表明燃油的含量过高，表明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏供给过多、空气供给过少，燃

6、油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。 CO2是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全，可燃混合气燃烧越完全，CO2的读数就越高的读数就越高 ；当发动机混合气出现过浓或过稀；当发动机混合气出现过浓或过稀时，时，CO2的含量都将降低。的含量都将降低。 O2的含量是反映混合气空燃比的最好指标，燃烧正常时，只有少量未燃烧的氧的含量是反映混合气空燃比的最好指标，燃烧正常时，只有少量未燃烧的氧气通过汽缸，尾气中气通过汽

7、缸，尾气中O2的含量应为的含量应为12%。O2的读数小于的读数小于1%，说明混合气过，说明混合气过浓；浓；O2的读数大于的读数大于2%，表示混合气太稀。，表示混合气太稀。 4.1.3 发动机尾气成分异常分析发动机尾气成分异常分析4.2.1 废气再循环系统的基本概念废气再循环系统的基本概念 4.2.2 废气再循环系统主要分类及控制方式废气再循环系统主要分类及控制方式1、EGR系统的分类系统的分类（1）按是否有反馈信号分）按是否有反馈信号分 开环控制开环控制EGR系统系统 闭环控制闭环控制EGR系统系统（2）按工作方式分）按工作方式分 真空膜片式真空膜片式 电子控制电磁式电子控制电磁式2、 EGR

8、控制系统的基本模式控制系统的基本模式4.2 废气再循环控制系统（废气再循环控制系统（EGR）功能功能：将适当的废气重新引：将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少气缸的最高温度，以减少NOx的排放量。的排放量。4.2.1 废气再循环系统的基本概念废气再循环系统的基本概念图图4-1 EGR控制系统的组成控制系统的组成当发动机在怠速、低速、小负荷及冷当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，机时，ECU控制废气不参与再循环，控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的超过一定的转速

9、、负荷及达到一定的温度时，温度时，ECU控制少部分废气参与再控制少部分废气参与再循环，而且，参与再循环的废气量根循环，而且，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的度的不同而不同，以达到废气中的NOx最低。最低。 如右图，主要由如右图，主要由EGR阀和阀和EGR电磁阀电磁阀等组成等组成 原理：原理：EGR阀安装在废气再循环通道阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。中，用以控制废气再循环量。EGR电磁电磁阀按装在通向阀按装在通向EGR真空通道中，真空通道中，ECU根根据发动机冷却液温度、节气门开度、据发动机冷却液

10、温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的通转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电。电或断电。ECU不给不给EGR电磁阀通电时电磁阀通电时，控制，控制EGR阀的真空通道接通，阀的真空通道接通，EGR阀阀开启，进行废气再循环；开启，进行废气再循环； ECU给给EGR电电磁阀通电时，控制磁阀通电时，控制EGR阀的真空度通道阀的真空度通道被切断，被切断，EGR阀关闭，停止废气在循环阀关闭，停止废气在循环。 2.开环控制开环控制EGR系统系统1、EGR电磁阀电磁阀 2、节气门、节气门 3、EGR阀阀 4、水温传感器、水温传感器5、曲轴位置传感器、曲轴位置传感器 6、ECU 7、起动信号、起动信

11、号3.闭环控制闭环控制EGR系统系统 闭环控制闭环控制EGR系统，检测实际的系统，检测实际的EGR率或率或EGR阀开度作为反阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。馈控制信号，其控制精度更高。与开环相比只是在与开环相比只是在EGR阀上增设一个阀上增设一个EGR阀开度传感器，控阀开度传感器，控制原理如图，制原理如图，EGR率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经EGR电电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并

12、转换成电信号送给转换成电信号送给ECU，ECU根据此反馈信号修正根据此反馈信号修正EGR电磁阀电磁阀的开度，使的开度，使EGR率保持在最佳值。率保持在最佳值。 下一页用用EGR阀开度反馈控制的阀开度反馈控制的EGR系统系统 用用EGR率反馈控制的率反馈控制的EGR系系统统 图图4-3 闭环控制闭环控制EGR系统系统图图4-5 装有背压修正阀的电控装有背压修正阀的电控EGR系统系统真空膜片式真空膜片式EGR系统主要有系统主要有正背压废气再循环系统和正背压废气再循环系统和负背压废气再循环系统。负背压废气再循环系统。其主要通过电磁阀控制传其主要通过电磁阀控制传送到送到EGR阀内部膜片上部控阀内部膜片

13、上部控制管路中的真空度，再结制管路中的真空度，再结合发动机在不同工况下的合发动机在不同工况下的排气压力和进气岐管绝对排气压力和进气岐管绝对压力（压力（MAP）差值综合控）差值综合控制制EGR阀的开关程度。阀的开关程度。 真空膜片式真空膜片式EGR系统系统电子控制电子控制EGR除了可实现除了可实现EGR率的精确控制外，还可实现比机率的精确控制外，还可实现比机械式械式EGR量值更大的量值更大的EGR率控率控制制 。电子控制的。电子控制的EGR根据传感根据传感器测得的发动机转速、负荷、温器测得的发动机转速、负荷、温度状态等工况信号，由度状态等工况信号，由ECU计算计算出符合当时工况的最佳的出符合当时

14、工况的最佳的EGR率，率，并控制并控制EGR执行器进行相应的操执行器进行相应的操作。更为精确的作。更为精确的EGR控制系统还控制系统还对对EGR率进行闭环控制，将实际率进行闭环控制，将实际的的EGR率反馈给率反馈给ECU，供，供ECU对输出的控制信号进行修正，以对输出的控制信号进行修正，以便实际的便实际的EGR率与控制目标更为率与控制目标更为逼近。逼近。 电子控制式电子控制式EGR系统系统2、EGR控制系统的基本模式控制系统的基本模式 当发动机低速运转，水温低于当发动机低速运转，水温低于60时，时，EGR阀关闭，阀关闭，不进行废气再循环，以防止发动机怠速不稳。为避免燃不进行废气再循环，以防止发

15、动机怠速不稳。为避免燃烧不稳定，发动机冷却水温超过烧不稳定，发动机冷却水温超过100，EGR阀关闭，不阀关闭，不进行废气再循环。进行废气再循环。当发动机中速运转、中等负荷下工作时，当发动机中速运转、中等负荷下工作时，ECU控制控制EGR阀开启，进行废气再循环阀开启，进行废气再循环当发动机在大负荷工作时，空燃比（当发动机在大负荷工作时，空燃比（A/F）较小，）较小，NOx生成量不多，生成量不多，EGR阀减小甚至关闭，降低废气再循环，阀减小甚至关闭，降低废气再循环，以保证发动机有足够的功率输出。以保证发动机有足够的功率输出。4.3.1三元催化转换器（三元催化转换器（TWC）1. TWC功能功能 2

16、. TWC的构造的构造3. 工作过程工作过程4.3.2氧传感器与空燃比氧传感器与空燃比A/F反馈控制反馈控制1、氧传感器的功用氧传感器的功用2、氧传感器的类型、氧传感器的类型（1）氧化锆式氧化锆式 （2）氧化钛式氧化钛式3、空燃比反馈控制空燃比反馈控制4.3.3氧传感器的使用与检修注意事项氧传感器的使用与检修注意事项4.3.4. TWC的的使用使用与与检测检测4.3.三元催化转换器（三元催化转换器（TWC） 利用转换器中的三元催化剂，将发动机排利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体转变为无害气体。出废气中的有害气体转变为无害气体。1.TWC功能功能2.TWC的构造的构造如上图，

17、三元催化剂一般为铂（如上图，三元催化剂一般为铂（或钯）与铑的混物。或钯）与铑的混物。影响因素影响因素 影响最大的是混合气的浓度和排气温度。影响最大的是混合气的浓度和排气温度。如上图只有在理论空燃比如上图只有在理论空燃比14.7附近，三元催附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送给给ECU，用来对空燃比进行反馈控制。，用来对空燃比进行反馈控制。 此外，发动机的排气温度过高（此外，发动机的排气温度过高（815以上以上），），TWC转换效率将明显下降。转换效率将明显下降

18、。 工作过程：工作过程： 当含有当含有HC和和CO的废气在有氧的的废气在有氧的情况下通过转换器时情况下通过转换器时,铂催化剂开铂催化剂开始氧化，始氧化，HC和和CO与氧化生成水蒸与氧化生成水蒸气和气和CO2。此次氧化反应对。此次氧化反应对NOx的的减少无影响，要减少氮氧化合物减少无影响，要减少氮氧化合物(N0 x)，需进行一次还原反应。，需进行一次还原反应。 在三元催化反应器中，用铑作在三元催化反应器中，用铑作催化剂催化剂,将将N0 x分解成氮、氧元素。分解成氮、氧元素。污染物的高效转换是在大约污染物的高效转换是在大约250的工作温度下开始的的工作温度下开始的 3.工作过程及影响因素工作过程及

19、影响因素1.氧传感器功用氧传感器功用 来检测废气中的氧的浓度，以确定来检测废气中的氧的浓度，以确定实际的空燃比比理论值大还是实际的空燃比比理论值大还是小，并把信号输送给小，并把信号输送给ECU，ECU根据氧传感器反馈的此信号，根据氧传感器反馈的此信号，对喷油量进行修正，使实际的对喷油量进行修正，使实际的空燃比空燃比A/F约为约为14.7，过量空气，过量空气系数系数控制在控制在0.981.02之间，之间，故氧传感器也称为故氧传感器也称为传感器。传感器。图图4-11 氧传感器的安装位置氧传感器的安装位置 （1）氧化锆氧传感器）氧化锆氧传感器下一页下一页 氧化锆氧传感器及其输出特性氧化锆氧传感器及其

20、输出特性 a)结构结构 b)输出特性输出特性1-法兰法兰 2-铂电极铂电极 3-氧化锆管氧化锆管 4-铂电极铂电极 5-加热器加热器 6-图层图层 7-废气废气 8-套管套管 9-大气大气结构如右图，在结构如右图，在400以以上的高温时，若氧化锆内外表上的高温时，若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在铂电极之间将会产大差别，在铂电极之间将会产生电压。当混合气稀时，排气生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内中氧的含量高，传感器元件内外侧氧的浓度差小，氧化锆元外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压件内外侧两极之间产生的电压很低（接近

21、很低（接近0V），反之，如排），反之，如排气中几乎没有氧，内外侧的之气中几乎没有氧，内外侧的之间电压高（约为间电压高（约为1V）。在理论）。在理论空燃比附近，氧传感器输出电空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变。如右图压信号值有一个突变。如右图 （2）氧化钛氧传感器）氧化钛氧传感器 结构如右图，主要由二氧化钛元件结构如右图，主要由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等组成。、导线、金属外壳和接线端子等组成。 当废气中的氧浓度高时，二氧化钛当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用适当低时二氧化钛的电阻

22、值减小，利用适当的电路对电阻变量进行处理，即转换成的电路对电阻变量进行处理，即转换成电压信号输送给电压信号输送给ECU，用来确定实际的，用来确定实际的空燃比。空燃比。 1二氧化钛元件二氧化钛元件2金属外壳金属外壳3陶陶瓷绝缘体瓷绝缘体 4接线端子接线端子5陶瓷元件陶瓷元件6导线导线7金属保护套金属保护套 下一页下一页（3）氧氧化钛传感器控制电路）氧氧化钛传感器控制电路 氧化钛氧传感器的工作电路，如图所示氧化钛氧传感器的工作电路，如图所示。ECU2#端子将一个恒定的端子将一个恒定的1V工作电压加在工作电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与端与EC

23、U4#端子相接。当排出的废气中氧浓端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压端子上的电压降也随着变化。当降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考端子上的电压高于参考电压时，电压时，ECU判定混合气过浓；当判定混合气过浓；当4#端子上端子上的电压低于参考电压时，的电压低于参考电压时，ECU判定混合气过判定混合气过稀。通过稀。通过ECU的反馈控制，可保持混合气的的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化

24、钛式氧传感器与过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的连接的4#端子上的电压也是在端子上的电压也是在0.10.9V之间不断之间不断变化变化 3、空燃比反馈控制、空燃比反馈控制 假定开始时混合气的实际空燃比偏浓，此时氧传感器输假定开始时混合气的实际空燃比偏浓，此时氧传感器输出高电平信号。出高电平信号。ECU收到这一信号后，通过减小收到这一信号后，通过减小(开始骤降，开始骤降，然后缓降然后缓降)反馈修正系数，使喷油持续时间缩短，喷油器的喷反馈修正系数，使喷油持续时间缩短，喷油器的喷油量减少。由于喷油量减少，混合气很快变稀。油量减少。由于喷油量减少，混合气很快变稀。 当混合气浓度低于理论空燃比时，氧

25、传感器输出低电位信当混合气浓度低于理论空燃比时，氧传感器输出低电位信号。号。ECU接收到这一信号后，又使反馈修正系数增大（开始接收到这一信号后，又使反馈修正系数增大（开始快升，然后缓升快升，然后缓升)，结果使喷油持续时间延长，喷油器的喷油，结果使喷油持续时间延长，喷油器的喷油增加，致使混合气又很快变浓。如此反复循环，不断地对空增加，致使混合气又很快变浓。如此反复循环，不断地对空燃比进行反馈控制，最终使混合气的实际空燃比在稳定在理燃比进行反馈控制，最终使混合气的实际空燃比在稳定在理论值附近。论值附近。4.3.3氧传感器的使用与检修注意事项氧传感器的使用与检修注意事项 氧传感器使用时需要按照规定里

26、程或时间间隔定期检测或更换，新型氧传感器使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换，新型的能保证行驶的能保证行驶811万万km。更换时应清除排气管上安装螺纹孔内的沉积物，在安装时还需用专用更换时应清除排气管上安装螺纹孔内的沉积物，在安装时还需用专用的防粘剂，该防粘剂含有石墨和玻璃粉，石墨烧掉后留下玻璃粉在螺的防粘剂，该防粘剂含有石墨和玻璃粉，石墨烧掉后留下玻璃粉在螺纹上易于拆卸。纹上易于拆卸。在维修保养的过程中，应避免在氧传感器附近使用橡胶润滑剂、皮带在维修保养的过程中，应避免在氧传感器附近使用橡胶润滑剂、皮带油或者含硅的喷剂。硅化合物会堆集在传感器通大气一侧，造成不正油或者含硅的喷剂。硅

27、化合物会堆集在传感器通大气一侧，造成不正确电压信号，使电脑误以为是稀混合气信号，而将混合气调整过淡。确电压信号，使电脑误以为是稀混合气信号，而将混合气调整过淡。使用含铅汽油则效果正相反，铅化合物堆集在传感器通废气一侧，使使用含铅汽油则效果正相反，铅化合物堆集在传感器通废气一侧，使电脑误以为是浓混合气信号，而将混合气调整过稀。电脑误以为是浓混合气信号，而将混合气调整过稀。检测可用各类扫描仪器、数字电压表来测量氧传感器的信号电压信号检测可用各类扫描仪器、数字电压表来测量氧传感器的信号电压信号随混合气浓度变化的情况，以及随混合气浓度变化的情况，以及ECU对电压信号的反应。在检测时不对电压信号的反应。

28、在检测时不要用模拟要用模拟(指针指针)式电压表，因其内阻小，通过的检测电流足以烧坏传式电压表，因其内阻小，通过的检测电流足以烧坏传感器。不要使用电阻表，以防输入检测电流烧坏。不要短接二线式氧感器。不要使用电阻表，以防输入检测电流烧坏。不要短接二线式氧传感器两接柱，或将单线式的输出导线接地，以免造成损坏。传感器两接柱，或将单线式的输出导线接地，以免造成损坏。使用注意事项使用注意事项保持发动机良好的工作状态，即理想的空燃比和安全燃烧，避免安装前排气污染保持发动机良好的工作状态，即理想的空燃比和安全燃烧，避免安装前排气污染物浓度过大物浓度过大(CO8%、CH0.5%)。禁止使用含铅汽油，会降低催化剂

29、活性。禁止使用含铅汽油，会降低催化剂活性。催化剂最适合的工作温度是催化剂最适合的工作温度是400800，不能超过，不能超过1000，否则会促进催化剂过，否则会促进催化剂过早老化，缩短使用寿命；早老化，缩短使用寿命；装用蜂巢型转换器的汽车，一般汽车每行驶装用蜂巢型转换器的汽车，一般汽车每行驶80000应更换转换器芯体；装用颗应更换转换器芯体；装用颗粒型转换器的汽车，其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应更换。粒型转换器的汽车，其颗粒形催化剂的重量低于规定值时，应更换。行驶应注意避免撞击，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承行驶应注意避免撞击，因为三元催化器大多数内部都是蜂窝陶器形成的催化剂承载体，碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞；避免灌水、浸水载体，碰撞后容易破碎，使催化器和排气系统堵塞；避免灌水、浸水,否则将会大否则将会大幅度降低催化器的净化效果。幅度降低催化器的净化效果。尽量将热车状态的三元催化转换器远离易燃物，以免引起火灾。尽量将热车状态的三元催化转换器远离易燃物，以免引起火灾。三元催化转化器的检修三元催化转化器的检修技术状况检查技术状况检查功能检查功能检查典型的