汽车新技术课件-第九章排放控制

单元二

发动机电控系统构造与维修

第九章排放净化控制装置

在大气污染中，汽车排放所造成的污染占有相当的比重。据有关部门资料介绍，大气中所含CO的75％、HC和NOx的50％来源于汽车的排放。特别是排放污染早已成为严重的社会公害。为此，发达国家均建立了严格的排放法规加以限制。汽车排放中的有害物质主要是CO(汽油不完全燃烧的产生)、HC(汽油不完全燃烧和缸壁淬冷产生)、NOx(高温条件下，氧和氮反应产生)，除此而外，汽油蒸发对大气也会造成一定程度的污染。CO、HC和NOx与空燃比之间的关系前已述及。9.1发动机排放控制与净化的技术措施三元催化转换器；废气再循环(EGR)；二次空气喷射；活性碳罐系统。

排放控制装置的连接ECU清除电磁阀活性碳罐燃料压力调节器PCV阀喷油嘴WTSEGR控制阀EGR电磁阀ISC阀TPSAFS氧传感器高压侧燃料滤清器燃料泵单向阀分离器三元催化器9.1.1排放污染物(1)排放污染物的来源汽车排气管排气，燃料箱和化油器的油气，曲轴箱窜气。(2)有害物的种类在发动气缸内，汽油和空气混合并燃烧，大部分生成CO2和

H2O。但一部分由于不完全燃烧而生成对人体有害的气体。有害物的3种类

CO----一氧化碳

HC----碳氢化合物

Nox---氧化氮油箱和化油器蒸发的

HC20%

曲轴相窜气

HC25%排气CO100%HC55%Nox100%9.1.2汽油发动机的有害燃烧产物

(1)CO的生成:

CO产生原因是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧而产生的。构成汽油的碳元素燃烧并生成(CO2).C+O2=CO2但空气不足时进行不完全燃烧并进行2C+O2=2CO化学反应，产生CO。OCO对人体无害CO2COCO对人体有害

CO排放浓度和空燃比的关系:

CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧产生，混合气浓时燃烧时所需要的氧不足，而CO产生量多。

空燃比:少(浓)---CO多

=

混合气:浓---CO多

多(稀)---CO少

稀---CO少

CO排放浓度和行驶状态的关系:

A)怠速时;进气量少,燃料雾化也不良，需要浓混合气，因此CO的产生量多。

B)加速时或高负荷行驶时;加速时或输出最大功率时需要很大的旋转扭矩，因此需要浓混合气，CO的排放量也随着增加。

C)减速时;化油器车辆，节气门关闭，进气量少但进气管负压很大，因此怠速口喷油量多，混合气变浓，CO产生量增加。

(2)HC的产生:

HC产生的原因除燃料的不完全燃烧汽油蒸汽外，缸壁淬冷也是排气中HC的主要来源。由于壁面的冷却作用，缸壁附近的混合气，活塞顶部与第一道环之间空隙的混合气烧不着随废气排出.当混合气过稀，引起断火，使排气中的HC增加。H汽油(C6H14(核酸))热+压力CH4(甲烷)C2H4(乙烯）C3H8(丙烷)

HC排放浓度和空燃比的关系:

HC产生时，浓混合气氧气不足或由于稀薄混合气发生断火，HC量增加。空燃比:少—因氧气不足增加

混合气:浓---因氧气不足增加

多—因断火增加

稀薄---因断火增加

HC排放浓度和行驶状态的关系:

怠速或减速时增加，特别是减速时混合气过浓，发生断火

HC的产生增加(防止装置;缓冲器)。

HC排放浓度和燃烧时形状的关系:

加快火焰传播速度，使混合气产生涡流防止异常燃烧。

(3)Nox的产生:

通常把氮气和氧气的化合物统称为氧的化合物（Nox）。占空气中78%(体积比)氮气在燃烧室的高温条件下（温度1500ºC以上），由氧和氮的反应所形成的。

N2+O2=2NO

这些

NO排到大气，并与空气中的氧分子发生反应而变成NO2.

2NO+O2=2NO2

氮的氧化物有好几种，但汽车尾气排出去的主要是NO，NO在大气中又转换成NO2。N2常温时ZZZN2高温时NONO2NNNN

Nox排放浓度和空燃比的关系:

Nox是空气在燃烧时的高温条件下，由氧和氮的反应所形成的。因此跟燃烧室的温度有密切关系，空燃比(15~16:1)附近

Nox值最大.混合比稀或浓时Nox产生量减少.

空燃比;少---减少

混合气;浓---减少

多---增加

稀薄---增加

Nox排放浓度和行驶状态的关系:

燃烧室的温度跟充气量有关。节气门开度大，充其量多，Nox产生量增多。

CO:理论空燃比为基准，当高于空燃比时增加，低于空燃比时减少。

HC:高于理论空燃比增加，低于理论空燃比因断火也增加.

NOx:稍稀于理论空燃比时产生量最多，比理论空燃比稍浓或稍稀，产生量减少。9.1.3有害气体的排放浓度理论空燃比COHCNOx各排放气体浓度空燃比少(浓)大(稀薄)9.2三元催化转换器

现代汽车发动机上普遍采用三元催化转换器，它不仅能促使CO、HC的氧化反应，也能促使NOx的还原反应，从而使CO、HC和NOx三种有害气体都得到净化。三元催化转换器安装在排气管中，其结构如图所示。

三元催化剂是金属铂(或钯)和铑的混合物，它能够与HC、CO和NOx发生反应。但是只有当空燃比保持稳定时，其转换效率才得到精确控制。三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线见图，在理论空燃比(14.7：1)时，三元催化转换器的转换效率最佳。因此，为了保持有良好的废气转换效率，必须对空燃比进行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。

催化剂的表面活性作用是利用排气本身的热量激发的。一般排气中有害成份的开始转化温度高于250℃。发动机起动预热5min后才能达到此温度，一旦转换反应开始，催化床便因反应放热而自动地保持高温。使用最佳温度范围为400-1000℃，在此温度范围内，既能保持有高的净化率，又能延长转换器的使用寿命。当温度超过1000℃时，催化剂会由于过热而加快老化，以至于完全丧失催化功能。如火花塞缺火或点火不正时，未燃烧的混合气进入转换器，使催化床温度急剧升高(可达1400℃)，转换器负荷加大，寿命降低。排气中的铅化物、碳烟、焦油等物质也会造成转换器过早的损坏，因此，为了提高三元转换器的使用寿命，汽油发动机应使用无铅汽油。9.3废气再循环（EGR)控制系统

废气再循环是在发动机工作过程中，将一部分废气引到吸人的新鲜空气(或混合气)中，返回气缸内进行再循环的方法，其作用是用来减少NOx的排放量。在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将对发动机的性能产生严重的影响。参与再循环的废气量（EGR率）一般在6％—13％之间变化为宜。

EGR=EGR气体流量吸入空气量+EGR气体流量燃烧速度慢燃烧速度快燃烧速度慢NOxNOx排放气体混合气密度小混合气密度大

废气再循环装置原理100

位置传感器排气入口EGR阀12TPSCASAFSWTSEGR阀电磁阀(EGR,VENT)电磁阀(EGR,VACUUM)位置传感器电子控制式

EGR1;检测发动机转速2;决定EGR气体量到进气岐管ECU

构成特征发动机发动机发动机空气真空控制阀排放气体排放气体EGR阀空气排放气体EGR阀真空控制阀真空控制阀空气排放气体净率

EGREGR负荷可变轻负荷-EGR率少高负荷-EGR率大EGR率负荷可变率机械式

EGREGR阀

EGR真空阀背压信号EGR信号3通道电磁阀EGR控制阀ECU控制WTS/WWTSTPS

B.P.T(BackPressureTransducer)EGR型式

(1)EGR控制阀由EGR真空阀来的负压信号给EGR真空阀传达废气输入信号废气在循环停止时废气在循环进行时废气到进气岐管废气再循环入口

(2)EGR真空阀

废气压力和进气岐管的负压下，内部的膜片弹簧工作，调节

EGR阀的负荷变化量。

(3)EGR电磁阀

受微机输出的信号（冷却水温度和散热器温度信号），使负压到EGR控制阀。

(4)真空延迟阀

延迟EGR阀的负压传达，防止

EGR的突然开启。附压信号由EGR排气压力空滤EGR电磁阀

系统的工作是随着通道真空，排放废气，冷却水温，发动机转速进行控制。但急减速时，进气岐管水温70ºC以下,散热器水温17ºC以下或发动机转速1500rpm以下时，为了提高行驶性能，停止EGR，在Nox产生量多的中速，中负荷区域，增加EGR量，降低

Nox量.工作条件种类切断EGR基本EGR增量EGR条件散热器水温17ºC以下或发动机冷却水温70ºC以下怠速,低速无负荷高速高负荷其他区域中速中负荷EGR量无少量多量备注缩短暖机时间提高稳定性输出最高功率最高15%左右(2)背压修正阀背压修正阀的作用是根据排气歧管中的背压，附加控制废气再循环。当发动机在小负荷排气背压低时，背压修正阀使EGR控制阀保持关闭状态，不进行废气再循环。在发动机负荷增大，排气歧管背压增大时，背压修正阀才允许EGR控制阀打开进行废气再循环。

9.4燃油蒸发气体控制装置

把燃料箱或化油器里产生的燃料蒸气不排出到大气，供入气缸内进行燃烧，抑制HC的产生。蒸发气体控制装置有通断型电磁阀的控制方式和占空比控制方式。

(1)通断型构成为了防止汽油箱向大气排放燃油蒸气而产生污染，在电控发动机控制系统中普遍采用了由电控单元(ECU)控制的活性炭罐蒸发污染控制装置。发动机工作时，电控单元(ECU)根据发动机转速、冷却水温度、空气流量等信号，控制炭罐电磁阀的开闭，进而控制排放控制阀上部的真空度，从而达到控制排放控制阀开度的目的。当排放控制阀打开时，汽油蒸气将通过排放控制阀被吸人进气歧管，随进气一起进入气缸内燃烧。

(2)占空比型构成

ECU根据各种输入装置检测发动机工作状态，随工作条件由占空比控制进行调节已确定的燃油蒸发气体量。电磁阀是发动机暖机时，齿轮工作状态，怠速开关OFF时,氧传感器功能正常时工作。

燃油蒸发气体控制装置单向阀油气分离器活性碳罐电磁阀ECU吸入发动机内输入信号

活性碳罐:

将油气吸附与碳粒表面，跟纯空气一起由气体状态进入进气岐管。

NO3清除控制阀:

增加进入气缸的蒸发气体流量的阀门，受清除控制电磁阀的信号。(3)蒸发气体控制元件的构成空气(PURGEAIR)滤网滤网碳粒从燃料箱来从进气岐管来到进气岐管

在燃烧室里产生的排放气体中的HC,CO,Nox经过催化器时被Pt,Ph的作用，进行氧化和还原反应转换成CO2,H2O,N2.为了促进氧化反应，通过片簧阀供入新鲜空气。构成图:

9.5三元催化器和二次空气喷射装置片簧阀三元催化器O2传感器

(1)催化器燃烧室里产生的有害气体经过三元催化器时被贵金属进行化学反应，净化成对人体无害的气体，排到大气。排放气体贵