发动机有害排放物的控制

发动机有害排放物的控制第一页，共五十一页，2022年，8月28日本章主要内容汽车发动机的有害排放物汽油机的排放控制装置其他排放物的控制系统柴油机的排放控制系统第二页，共五十一页，2022年，8月28日第一节汽车发动机的有害排放物发动机的有害排放物：主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和微粒排放。汽车有害排放物尾气排放物燃油系统蒸发物噪声汽油机：CO、HC、NOX柴油机：CO、HC、NOX、微粒、烟度

第三页，共五十一页，2022年，8月28日（4）微粒排放：主要指柴油机排气中的碳烟，其表面吸附的可融性有机物对人的呼吸道有害。发动机的有害排放物：主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和微粒排放。HC和NOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。（1）一氧化碳（CO）：碳氢燃料不完全燃烧及燃烧过程中局部高温热分解的产物。人吸入后将降低血液吸收和运送氧气的能力。不完全燃烧燃烧温度。（2）碳氢化合物（HC）：包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸汽。（3）氮氧化合物（NOx）：燃烧室内高温富氧环境中的产物。第四页，共五十一页，2022年，8月28日排气净化装置仅涉及发动机的机外净化装置，有：（1）恒温进气空气滤清器（2）二次空气喷射系统（3）催化转换器（4）排气再循环系统（5）曲轴箱通风及汽油蒸发控制系统第五页，共五十一页，2022年，8月28日CO

一氧化碳（CO）：碳氢燃料的不完全产物，人吸入后将降低血液吸收和运送氧气的能力。一氧化碳（CO）是碳氢燃料在燃烧过程中生成的重要的中间产物。CO生成的机理比较复杂。氧气不足;产生原因：燃烧温度低；燃烧时间不足；混合不均。从化学当量的角度看，CO的生成率主要受混合气浓度c的影响。控制方法促进混合气生成有效控制燃烧温度。第六页，共五十一页，2022年，8月28日CH化合物二、碳氢化合物（HC）：包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸汽。

HC和NOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。产生来源：

尾气HC占总量的60％；曲轴箱窜气HC占总量的25％；供油系统的蒸气HC占总量的15％～20％左右。

在燃烧过程中HC的生成途径：氧气不足、缝隙效应、激冷与淬熄。第七页，共五十一页，2022年，8月28日CH控制方法控制方法采用C含量少的代用燃料采用电控技术改善燃烧保证混合气浓度和燃烧温度第八页，共五十一页，2022年，8月28日NOx

发动机排出的氮氧化物主要是NO（占95%），NO2排出量较少。主要原因：

高温； 富氧；滞留时间。控制方法降低混合气中氧的浓度降低燃烧温度缩短在高温燃烧带内的滞留时间改善混合气的形成第九页，共五十一页，2022年，8月28日微粒（1）形成原因碳烟是由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。（2）危害0.1m以下的微粒对人体的危害最大，吸入肺叶后会吸附在肺细胞上，其中可溶性有机物、多环芳香烃等是致癌物质。控制方法提高喷射速率或进行高压喷射。改进燃烧室结构，有效组织燃烧室内的气流运动。

主要指柴油机排气中的碳烟，其表面吸附的可融性有机物对人的呼吸道有害。第十页，共五十一页，2022年，8月28日欧洲汽车排放法规发展第十一页，共五十一页，2022年，8月28日（1）轿车的欧洲排放标准（类别M1*），单位：（g/km）第十二页，共五十一页，2022年，8月28日第十三页，共五十一页，2022年，8月28日第二节汽油机排放控制装置催化转化装置降低低温CH排放装置稀薄氮氧化合物催化转化装置废气再循环系统第十四页，共五十一页，2022年，8月28日一、催化转化装置

氧化催化转化装置一、催化转化装置还原催化转换装置

三元催化转换装置

第十五页，共五十一页，2022年，8月28日催化剂Pt钯金Pd铂金2:11、氧化催化转化装置

氧化转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。☆催化反应器→低温下使用。第十六页，共五十一页，2022年，8月28日（2）二次空气喷射系统

二次空气喷射系统的主要功用是在冷起动时由ECU根据发动机温度，控制来自空气泵的新鲜空气喷入排气歧管或三元催化转换器中，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳（CO2）和水（H2O），以控制尾气中CO和HC成分，同时，加快三元催化转换器的升温过程。

二次空气喷射系统主要由空气泵、内部开关阀和单向阀等组成。空气泵通常由发动机带驱动，单向阀的功用是防止废气返回空气泵。第十七页，共五十一页，2022年，8月28日

三元催化转换器可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和HC作为还原剂，将NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2），而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比A/F=14.7

（a=1）附近时，氧化-还原反应达到平衡，CO、HC和NOx的排放同时达到最低。2、三元催化转化装置废气转化效率与a的关系第十八页，共五十一页，2022年，8月28日（1）油品：催化转换器不能使用加铅汽油，会使催化剂失效；（2）排温：催化转换器仅在温度超过350C才起作用，因此，催化转换器都安装在温度较高的排气歧管后面附近；（3）混合气成分：混合气空燃比必须在14.7附近。混合气过浓或气缸缺火，都会使转换器过热。☆三元催化转换器使用原则第十九页，共五十一页，2022年，8月28日三元催化转化装置的结构第二十页，共五十一页，2022年，8月28日二、降低起动过程HC排放装置

1．直接催化

将催化转化装置直接安装在排气管之后，加快催化剂的升温速度。对降低冷态下的HC很有效。存在的问题:由于催化转化装置安装在离发动机排气管尽可能接近的位置，所以受高温的影响，促进催化剂的热劣化，因此，需要提高催化装置的耐热性。2．利用电加热催化转化装置通过外部电力提前加热催化，电加热催化转化装置的主要缺点是耗电量大，耐久可靠性较差。3．二次燃烧装置这是一种将燃料的一部分或过浓混合气送到催化转化装置之前，由燃烧器点火燃烧促进催化的装置。这种方式的主要缺点是结构复杂。4．采用HC捕捉器沸石活性炭吸附剂第二十一页，共五十一页，2022年，8月28日（1）恒温进气空气滤清器也称进气温度自动调节式空气滤清器（增加一套空气加热和控制装置）。多用于化油器式或节气门体汽油喷射式发动机上。

为什么要进行进气温度调节？

当发动机冷起动后，在怠速或小节气门开度下工作时，发动机气缸中的浓混合气，燃烧不完全，发动机排气中CO和HC较多。恒温进气空气滤清器的作用就是当发动机冷起动后，向发动机供给热空气，这样，即使供给气缸的是稀混合气，热空气也能保证燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC排放，又能使发动机在低温下稳定工作。当发动机工作温度升高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空气。热炉冷空气入口排气支管热空气出口热空气管进气导流管真空控制膜盒控制阀进气温度传感器空气滤清器第二十二页，共五十一页，2022年，8月28日

当汽车前罩下的环境温度在30C~53C之间时，进气温度传感器部分地开启通气阀，使进气管真空度只有一部分传送到控制膜盒。控制阀部分地开启进气导流管，热空气管也部分地开启。因此，部分冷空气和热空气供入发动机，使进气温度基本恒定。见图（b）所示。

当环境温度超过53C后，双金属进气温度传感器将通气阀关闭，真空软管与膜盒隔断，膜片弹簧力使控制阀关闭热空气管，将进气导流管完全打开，供入发动机的全部是环境空气。见图（c）所示。热空气环境空气环境空气第二十三页，共五十一页，2022年，8月28日三、稀薄NOx催化转化装置

稀薄燃烧技术的空燃比大于理论空燃比，所以三元催化转化装置三元催化转换器不再适用。因此，专门开发出了稀薄混合气燃烧时的NOx催化转化装置。这种催化转化装置主要有

NOx直接还原型：是一种在稀薄混合气下以HC为还原剂直接净化NOx的方式。

NOx吸附还原型：是一种在稀薄燃烧时吸附NOx，在浓或者理论空燃比时将吸附的NOx进行还原净化的系统。

第二十四页，共五十一页，2022年，8月28日四、废气再循环系统废气再循环是在发动机工作过程中

，将一部分废气引入进气道，与新鲜空气混合后进入气缸，降低最高燃烧温度，减少NOx的排放

。过渡的废气再循环会影响发动机的正常运行，特别是发动机处于在怠速、低速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将会明显降低发动机的性能。因此要根据发动机工况的变化自动的调节参与再循环的废气量。废气再循环的控制指标用EGR率来表示EGR率由EGR阀来控制，通过控制阀的开度来控制EGR量。由于高温废气要流经EGR阀，因此阀本身要承受高温，阀通常是通过真空度来控制。第二十五页，共五十一页，2022年，8月28日现代轿车发动机排气再循环（EGR）系统由电脑控制，主要由废气再循环阀（EGR阀）控制废气再循环的废气量。而EGR阀的开度大小由电磁阀和真空调节阀控制。作用在EGR阀上真空膜片室内的进气管真空度大小，改变膜片的位置，就改变了EGR阀的开度大小，从而改变了废气再循环的废气量。第二十六页，共五十一页，2022年，8月28日废气废气来自节气门上方的真空度第二十七页，共五十一页，2022年，8月28日电子控制EGR系统的组成EGR阀节气门位置传感器EGR电磁阀冷却液温度传感器发动机转速传感器

提供发动机的转速信号，是ECU计算EGR率的重要依据，当发动机转速低于900r/min或高于3200r/min时，ECU输出持续高电平信号，EGR电磁阀关闭，使发动机进气管无废气环流。

提供节气门位置信号，是ECU计算EGR率的重要依据，当节气门关闭时，发动机处于怠速工况，ECU输出控制信号，使EGR阀关闭，不进行废气环流。

提供发动机的负荷信号，ECU据此信号与发动机转速信号一起来确定EGR率。

提供发动机温度信号，是ECU计算废气再循环量的参考信号之一，在发动机温度低时，ECU输出控制信号，使EGR阀关闭，不进行废气环流。EGR电磁阀的顶端通大气，EGR电磁阀不通电时，弹簧将阀体向上压紧，通大气阀口关闭，EGR阀真空室与进气歧管相通，当EGR电磁阀通电时，其阀体下移，将通进气歧管的真空通道关闭，而上端的通大气阀口打开，使EGR阀真空室与大气相通。EGR阀膜片的下侧通大气，装有弹簧的上侧为真空室，其真空度由EGR电磁阀控制。增大真空室的真空度，使膜片克服弹簧力上拱，阀的开度就增大，废气循环量也增大，当真空室失去真空度时，膜片在弹簧的作用下向下拱而使阀门关闭，阻断废气环流。通大气第二十八页，共五十一页，2022年，8月28日EGR系统小结1-电控单元2-EGR阀3-真空电磁阀(VSV)4-三元催化器5-氧传感器6-水温传感器（1）低温、低速时不投入工作（2）高速、中等负荷时投入工作（3）大负荷时不投入工作

第二十九页，共五十一页，2022年，8月28日（1）汽油蒸发控制系统

五、其他排放物的控制装置第三十页，共五十一页，2022年，8月28日1.汽油蒸汽冷凝稀释机油机油变质2.废气中水蒸气和二氧化硫冷凝机油泡沫破坏机油供给3.废气中二氧化硫遇水亚硫酸遇氧硫酸机件腐蚀4.废气进入 曲轴箱压力增大 机油泄露（5）曲轴箱通风及汽油蒸发控制系统

发动机工作时，有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞环由气缸窜入曲轴箱内。当发动机在低温下运行时，还可能有液态燃油漏入曲轴箱内。这将导致润滑油变质，造成机件腐蚀或锈蚀，并且对大气环境HC等气体的污染。

因此，必须在发动机高、低负荷工况下都能使曲轴箱内压力稳定（低负荷时漏气量少，高负荷时漏气量大），这就需要曲轴箱强制通风系统。曲轴箱强制通风系统将漏到曲轴箱内的汽油蒸汽和废气引导到发动机的进气系统，吸入气缸内烧掉，大大减少了发动机的废气排放量。

强制式曲轴箱通风装置就是防止曲轴箱内碳氢燃料蒸汽和燃烧产物排放到大气中的净化装置。第三十一页，共五十一页，2022年，8月28日曲轴箱通风装置（PCV系统）

（PositiveCrankcaseVentilation）一、功用：a.防止曲轴箱内气压过高，机油渗漏b.把渗入曲轴箱油蒸气引入气缸内燃烧c.防止油蒸气稀释机油而变质第三十二页，共五十一页，2022年，8月28日通风方式自然通风：从曲轴箱内抽出的气体直接导入大气中去。强制通风：用进气管的真空将曲轴箱内抽出的气体导入发动机进气管道中。第三十三页，共五十一页，2022年，8月28日曲轴箱通风装置工作演示第三十四页，共五十一页，2022年，8月28日PCV阀

强制式曲轴箱通风装置最重要的控制元件是PCV阀，其功用是根据发动机工况的变化自动调节进入气缸的曲轴箱内气体的数量。因此，强制式曲轴箱通风装置又称为PCV系统。

节气门下方的真空度第三十五页，共五十一页，2022年，8月28日发动机不工作时PCV阀的开度当发动机不工作时，PCV阀中的弹簧2将其中的锥形阀3压在阀座4上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。发动机在怠速或减速时PCV阀的开度在怠速或减速时，进气管真空度很大，克服弹簧力把锥形阀高高举起，这时锥形阀3与PCV阀体1之间只有很小的缝隙。此时，窜入曲轴箱的气体也很少。节气门下方的真空度节气门下方的真空度第三十六页，共五十一页，2022年，8月28日部分节气门开度时PCV阀的开度进气管真空度比怠速时小，在弹簧的作用下锥形阀3与PCV阀体1之间的缝隙增大。由于窜入曲轴箱的气体较怠速时多，所以需要较大的PCV阀开度。发动机在大负荷工作时PCV阀的开度节气门全开，进气管真空度较小，弹簧将锥形阀3进一步下压，使PCV阀的开度达到最大。此时，将产生更多的曲轴箱气体，必须使PCV阀开度最大。节气门下方的真空度节气门下方的真空度第三十七页，共五十一页，2022年，8月28日汽油蒸发控制系统（EvaporativeEmissionControl

System

）

汽油蒸发（EVAP）排放控制系统的作用是防止燃油箱和化油器浮子室内的燃油蒸发（HC化合物）排入大气造成污染。方法是将这些汽油蒸气收集和储存在活性炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸烧掉。

发动机停机后，燃油蒸气进入炭罐，被活性炭吸附。发动机起动后，进气管真空度经真空软管10传送到限流阀8，膜片上移并将限流孔开启，新鲜空气自炭罐底部向上流过炭罐，与吸附在活性炭表面的汽油蒸气，经限流孔和汽油蒸气管9进入进气歧管。炭罐顶部的限流阀8的作用是用来控制进入进气歧管的汽油蒸气和空气数量。怠速时，传送到膜片上方的真空度很小，致使孔径较大的限流孔关闭，以免破坏怠速时混合气的空燃比；大负荷或高转速工况下，限流阀全开，大、小限流孔均开启。第三十八页，共五十一页，2022年，8月28日燃油蒸发（EVAP）控制系统1-汽油箱2-燃油泵3-蒸发阀4-双通阀5-碳罐6-EVAP控制电磁阀7-进气软管8-节气门9-滤网10-量孔当发动机在中、小负荷下工作（水温75C）时，电脑给EVAP控制电磁阀提供搭铁回路，EVAP控制电磁阀开启，活性碳罐与进气管之间形成通路，新鲜空气即从活性碳罐下方的控制量孔进入活性碳罐，清除吸附在碳粒表面上的燃油蒸气，并与其一起通过进气管进入气缸内燃烧。

第三十九页，共五十一页，2022年，8月28日

发动机工作时漏到曲轴箱内的汽油，一部分泄漏到曲轴箱内的汽油蒸汽凝结后，将使润滑油粘度变小；废气的高温和酸性物质及水蒸汽将侵蚀零件，使润滑油性能变坏。另外，由于混合气和废气进入曲轴箱，使曲轴箱内的压力增大，温度升高，易使机油从油封、衬垫等处向外渗漏。因此，曲轴箱必须设有通风装置，使漏入的气体排出并加以利用，同时使新鲜气体进入曲轴箱，形成不断地对流。（1）曲轴箱通风原因一种是自然通风，另一种是强制通风。（2）通风方式（2）曲轴箱通风装置第四十页，共五十一页，2022年，8月28日（3）自然通风从曲轴箱抽出的气体直接导入大气中的通风方式称为自然通风。柴油机多采用这种曲轴箱自然通风方式。在曲轴箱连通的气门室盖或润滑油加注口接出一根下垂的出气管，管口处切成斜口，切口的方向与汽车行驶的方向相反。利用汽车行驶和冷却风扇的气流，在出气口处形成一定真空度，将气体从曲轴箱抽出。第四十一页，共五十一页，2022年，8月28日（4）曲轴箱强制通风从曲轴箱抽出的气体导入发动机的进气管，吸入气缸再燃烧。这种通风方式称为强制通风，汽油机一般都采用这种曲轴箱强制通风方式，这样，可以将窜入曲轴箱内的混合气回收使用，有利于提高发动机的经济性。

第四十二页，共五十一页，2022年，8月28日

发动机工作时，进气管真空度沿着曲轴箱气体软管所形成的通道，将进入空滤器的新鲜空气经空气软管吸入气缸盖罩内，再由缸盖和机体上的孔道进入曲轴箱，与曲轴箱气体混合后，经PCV阀进入进气管和气缸。强制式曲轴箱通风装置（PCV系统）第四十三页，共五十一页，2022年，8月28日第四十四页，共五十一页，2022年，8月28日（1）恒温进气空气滤清器也称进气温度自动调节式空气滤清器（增加一套空气加热和控制装置）。多用于化油器式或节气门体汽油喷射式发动机上。

为什么要进行进气温度调节？

当发动机冷起动后，在怠速或小节气门开度下工作时，发动机气缸中的浓混合气，燃烧不完全，发动机排气中CO和HC较多。恒温进气空气滤清器的作用就是当发动机冷起动后，向发动机供给热空气，这样，即使供给气缸的是稀混合气，热空气也能保证燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC排放，又能使发动机在低温下稳定工作。当发动机工作温度升高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空气。热炉冷空气入口排气支管热空气出口热空气管进气导流管真空控制膜盒控制阀进气温度传感器空气滤清器第四十五页，共五十一页，2022年，8月28日

进气管真空度是如何作用到真空控制膜盒上的呢？见图所示的恒温进气空气滤清器的工作原理示意图。双金属进气温度传感器4在环境温度低于30C开启，进气管真空度经真空软管6作用到真空控制膜盒1，并吸引膜片2克服弹簧3弹力向上，通过连杆带动控制阀9将进气导流管10关闭。此时，热空气管7打开，被排气支管8加热的热空气进入空气滤清器。热空气第四十六页，共五十一页，2022年，8月28日

当汽车前罩下的环境温度在30C~53C之间时，进气温度传感器部分地开启通气阀，使进气管真空度只有一部分传送到控制膜盒。控制阀部分地开启进气导流管，热空气管也部分地开启。因此，部分冷空气和热空气供入发动机，使进气温度基本恒定。见图（b）所示。

当环境温度超过53C后，双金属进气温度传感器将通气阀关闭，真空软管与膜盒隔断，膜片弹簧力使控制阀关闭热空气管，将进气导流管完全打开，供入发动机的全部是环境空气。见图（c）所示。热空气环境空气环境空气第四十七页，共五十一页，2022年，8月28日（2）二次空气喷射系统

二次空气喷射系统的主要功用是在冷起动时由ECU根据发动机温度，控制来自空气泵的新鲜空气喷入排气歧管或三元催化转换器中，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳（CO2）和水（H2O），以控制尾气中CO和HC成分，同时，加快三元催化转换器的升温过程。

二次空气喷射系统主要由空气泵、内部开关阀和单向阀等组成。空气泵通常由发动机带驱动，单向阀的功用是防止废气返回空气泵。第四十八页，共五十一页，2022年，8月28日（3）催化转换器

催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前