模块7-发动机排放

2023/2/5模块7-发动机排放控制知识要点●电子控制汽油喷射发动机尾气排放控制的有效措施●汽油发动机尾气排放的三种有害气体●三元催化反应器如何工作●废气再循环的作用、二次空气供给系统的作用技能要点●排放控制的目的是什么？●检查碳罐电磁阀的方法●废气再循环控制系统检查方法12023/2/5三种有害气体在汽车发动机排放中，有三种有害气体，即CO、HC和NOX。这三种有害气体分别来源于尾气排放、曲轴箱窜气、燃油蒸发。CO主要是发动机工作中的缺氧、混合气过浓、混合不均、空气滤清器堵塞等原因引起的；HC主要是发动机混合气不能能正常燃烧造成的，如火花塞工作不良，高压电缺火等原因引起的；NOX形成原因主要是发动机工作中火焰温度过高造成的。

尾气排放有两种标准，一种是美国标准，另一种是欧洲标准。美国是世界上最早执行排放法规的国家。欧洲标准又分为欧I、欧II、欧III、欧IV、欧V等。

为实现欧III标准,降低发动机的原始排放,要求电控发动机具有以下功能。(1)精确控制发动机启动后暖机过程中的空燃比。在保证发动机启动的情况下,应尽量减少启动、启动后、启动过程中的原始排放。主要采用以下技术来控制空燃比。1）采用顺序喷射技术，并采取分缸空燃比控制策略，确保每个气缸内混合气进行充分的燃烧，从而降低发动机的原始排放。2）通过空燃比闭环控制，提高三元催化转化器对HC、CO、NOX转化效率，并保证三者排放值均衡。3）通过点火提前角的控制，在启动后尽快提高排气温度，使三元催化转化器尽快参与工作。22023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施一、三元催化转化器图7-1奔驰车系三元催化反应器的安装安装情况图7-2三元催化反应器内部结构32023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施三元催化转化器为了达到排放法规要求。国外1996年后生产的汽车必须配置OBD-II系统，也就是必须安装三元催化转化器，简称为TWC。所谓三元是指CO、HC、NOX三种有害气体。三元催化转化器安装在排气管中部，其外形如图7-2所示：

三元催化转化器的构造：三元催化转化器分为颗粒式和整体式两种类型。颗粒式载体将催化剂沉积在颗粒状氧化铝载体表面，主要用于美国和日本生产的汽车上，其应用趋向减少，正在失去其重要性。欧洲的汽车生产厂家实际上从末采用过这类载体。整体式载体分成陶瓷式和金属式两种，它将催化剂沉积在蜂巢状表面，可增大催化剂与废气的实际接触面积。以整体式三元催化转化器为例，其主要由四部分组成：载体、涂在载体上的催化活性层、承纳载体的钢板壳体和钢板壳体之间的隔离层或缓冲层，如图7-2所示：42023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施三元催化转化器的工作原理图

图7-3三元催化反应器内部的化学反应过程52023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施三元催化转化器的工作原理三元催化转化器的工作原理是利用内含的贵重金属铑作还原剂，将NOX还原成无害的氮气（N2）和二氧化碳（CO2）。还原过程中所产生的O2，再加上三元催化转换器内二次空气导管所导入的新鲜空气中的O2（有些车型才有）；以铂（Pt）或钯（Pd）作催化剂和CO、HC一起进行氧化反应，使其转变成无害CO2和H2O，这种催化的过程称为二段式转化，如图7-3所示：三元催化转换器将有害气体转化为无害气体的效率受诸多因素的影响。其中影响最大的是混合气的浓度和排气温度。三元催化转换器的最低工作温度是246-302℃；最高工作温度为760℃。发动机的排气温度高于815℃以上时，三元催化转换器的工作效率将明显下降，并且使用寿命缩短。有些三元催化转化装置中装有排气温度报警装置。当报警装置发出报警信号时，应停机熄火，查明排气温度过高的原因，予以排除。在使用中，燃气温度过高一般是由于发动机长时间大负荷下工作或因故障而燃烧不完全所致。三元催化转化器的如果和氧传感器配合使用，对三种有害气体的转化效率最高，如图7-4所示：

62023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施三元催化转化器如果和氧传感器配合使用，对三种有害气体的转化效率最高。

图7-4三元催化反应器的净化效应72023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施二、燃油蒸气排放控制系统

图7-5碳罐图7-6燃油蒸发净化控制系统1-清除阀2-清除管3-真空膜片1-油气分离器2-油箱3-油气清除控制阀4-节流阀4-真空信号5-油箱油气。5-空气导管6-空气滤清器7-排气管8-发动机9-活性碳罐10-真空管82023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施燃油蒸气排放控制系统结构和工作原理

燃油蒸气排放控制系统碳罐如图7-5所示：燃油蒸发净化控制系统如图7-6所示。碳罐的主要功能是将燃油箱的汽油蒸气在汽车发动机停机或非闭环控制状态时的汽油蒸气收集起来，待汽车发动机闭环工作状态时，燃油蒸与碳罐下部吸入的新鲜空气混合后再参与燃烧。电磁阀控制汽油蒸气管路通断，电磁阀受ECU控制。ECU根据发动机的工况适时接通和断开电磁阀，控制进气歧管和碳罐之间的通道，从而控制碳罐中的汽油蒸气是否参与燃烧。一般在开环工作状态切断管路的通道；闭环工作状态时接通管路的通道，在进气道负压作用下，实现新鲜空气从碳罐底部吸入，经过碳罐和汽油蒸气混合后进入气缸燃烧。92023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施三、.废气再循环控制1.废气再循环控制的作用与工作原理再循环能降低火焰温度。废气再循环（EGR）系统的作用是降低废气中的氮氧化物（NOX）排放量。NOX的排放主要是因为发动机在工作中火焰温度过高造成的。废气再循环就是将发动机作工后排气管排出的废气再引入气缸，再次参与燃烧，因此叫废气再循环。废气中的主要成份是CO2、H2O和N2等。CO2、H2O和N2这几种物质都是热容量高的物质（热容量高是指这种物质在加温过程中每升高1度所吸收的热量多），因此这几种物质在再次参与燃烧时能吸收热量，降低火焰温度，所以废气再循环能减少NOX的排放量。废气再次引入气缸参与燃烧，这部分废气占据了一部分可燃混合气的位置，取代了一部分新鲜可燃混合气，发动机工作中产生热能的物质少了，也是降低火焰温度的一个原因。一些比较新的电子控制发动机已不再需要EGR系统来降低NOX排放，而是利用进排气门的重叠开启时刻吸入一部分废气进入气缸参与燃烧的方式起到相同的效果。2.废气再循环控制的类型及结构废气再循环依据控制方式：EGR系统分为真空控制式、排气背压EGR式、电子控制EGR式。102023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施真空控制EGR系统图7-7真空控制的EGR系统图7-8真空控制阀112023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施真空控制EGR系统组成真空控制的EGR系统中，主要由真空控制阀VCV、真空电磁阀VSV、EGR阀位置传感器。EGR阀组成见图7-10所示:①真空控制阀真空控制阀(VCV)为机械式真空开关阀,如图7-9所示:它位于真空电磁阀和进气歧管之间,其作用是调节加在真空电磁阀的真空度,使其保持在恒定水平(17KPa【-130mmHg】)。进气歧管真空通过S口作用在VSV的膜片上,如果真空度大,在弹簧作用下膜片下移，关闭S口；如果真空度小,克服弹簧力,阀开启,给VSV提供真空,这个动作过程不断地调整,使提供给VSV的真空度保持恒定。122023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施②真空电磁阀

真空电磁阀是三通阀。当其断电时,大气压力通过该阀直接作用在EGR阀上,使其保持关闭,如图7-9所示:在一定的条件下ECU控制VSV阀的脉宽来改变其开度,从而使提供给EGR阀的真空度发生变化,最终使EGR阀保持在一定的开度.图7-9真空电磁阀132023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施③EGR阀位置传感器

该传感器利用由一个柱塞推动的电位计向发动机电子控制器传送EGR阀的实际位置信号。ECU利用EGR阀位置传感器的信号控制EGR阀的开启高度,感知EGR量。ECU中存储有多种工况下的EGR阀的最佳位置,如果实际位置与存储的最佳值不同,发动机ECU对VSV进行脉宽开度调制。例如,若要增加废气再循环量,ECU提供的控制脉宽,VSV阀开度增加,则提供给EGR阀更多的真空,EGR阀位置提升，废气再循环量增加。发动机冷却液温度低于57℃、汽车减速、发动机负荷小(发动机进气量少)、怠速节气门全开(全负荷)时EGR阀关闭，几乎没有废气进入发动机进行循环。进入发动机的废气循环量随发动机的负荷增加而增加。

图7-10EGR阀的结构142023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施④EGR真空调节阀阀

图7-11EGR真空调节阀152023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施

④EGR真空调节阀阀

该阀靠近节气门体。其作用是使一定量的废气流入进气歧管进行再循环。EGR阀膜片的一侧连接一根阀轴杆，另一侧与弹簧相连（弹簧使阀门保持常闭），如图7-11所示：当加在膜片上的真空压力大于弹簧力时，阀轴杆被拉离原位，通道打开，使废气进入进气系统。真空电磁阀开启真空通路，因而真空压力吸动EGR阀上的膜片，使阀杆打开，将废气引入气缸，使NOX降低。

162023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施2）排气背压控制EGR系统图7-12排气背压控制的EGR系统172023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施排气背压控制EGR系统排气背压控制EGR系统见图7-12所示。发动机排气压力随着进气量的增加而按比例增大。节气门开度越大，进气量增加越多，一个较高的排气压力作用于EGR真空调节阀的恒压室，它将推动EGR真空调节阀的膜片向上运动，从而增加了EGR真空调节阀室外的通道面积。当节气门开启时，发动机转速增加，进气歧管的真空减小，进气管感知作用节气门体的E孔和R孔，见图7-12处的进气歧管真空。当真空电磁阀VSV开启，真空作用在EGR阀的真空室上。由于EGR阀真空室内的真空度增加，导至EGR阀门打开，使恒压室外压力下降，反过来降低了EGR真空调节阀的膜片压力，使EGR真空调节阀开度减小，废气再循环量也相对减少。由此可知，废气再循环系统是根据进气的真空度和排气压力的大小来控制废气再循环量的，也即是随发动机负荷的变化来控制废气再循环量的。182023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施3）电子控制EGR阀图7-13线控EGR系统工作原理图7-14线性（步进电机式）EGR阀的结构

192023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施3）电子控制EGR阀早期，许多发动机使用ECU直接控制的EGR阀，如电磁阀式、步进电机式（也称线性EGR阀）①EGR电磁阀通用电子控制EGR阀如图7-13所示：完全是电子控制的电磁阀，不需要真空。发动机中有两个或三个ECU控制的电磁阀控制各自的排气阀，以关闭或打开EGR②线控EGR阀线控EGR系统工作原理如图7-14所示。线控EGR系统能独立的对再循环发动机的废气量进行准确的控制，而不管进气管真空度的大小，现在大多数的通用汽车采用线性控制废气再循环系统。该系统包括一个步进电机，能准确调节废气再循环量，并能反馈给计算机有关准确位置的电位计信号。线控EGR系统还有下列优点：a.可对废气再循环量进行连续变量控制；b.直接对阀体操作控制最大流量和快速反应；20课题7.1减少有害气体排放的控制措施（续前）c.提高了流量精度和重复性以及诊断能力，反应时间比真空控制的废气再循环系统要快10倍；d.因有闭环控制针阀位置控制，不受汽车工作状态变化（如汽车电压、环境温度和真空变化）的影响；e.流量更精确，改善了燃油和点火控制。线性控制EGR阀由下列总成组成，如图7-14所示：①电磁阀（绕线管和线圈）总成，其电磁阀为封装的并连接到针阀位置传感器端子上，以构成共用总成插头；②电枢总成位于绕线管和线圈总成之中，含有针阀和阀总成、底座总成有底座，垫片和垫板组成；③底座有两种尺寸的节流孔流进阀体，废气经小节流孔再经阀门流入进气歧管。212023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施3.废气再循环系统的故障现象（1）废气再循环系统引起的故障现象如果EGR阀不能开启或废气流动受到限制，那么将可能出现如下征兆：1）在加速或发动机转速稳定时，听到点火爆燃所引起的砰砰声；2）排放的氮氧化物过多；如果EGR阀由于粘滞而关闭不严，那么将可能出现如下征兆：1）怠速不稳或频繁熄火停机；2）发动机性能变差，动力不足。222023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施（2）废气再循环系统的故障检测进行故障诊断的第二步就是全面的观察。检测真空操作的EGR阀是否正常动作可按下列步骤进行：1）检查EGR阀内的真空膜片能否保持真空，用手动检查真空泵给EGR阀的动作情况。实际情况下，当有真空提供时，EGR阀动作，发动机的工作应受到影响。另外，有真空提供时，EGR阀应能保持住真空，若EGR阀内真空下降，那么说明阀有故障。2）检查排气阻力，如果EGR阀能保持住真空，但是当EGR阀开启时，发动机的运转末受到影响，那么必须检查排气阻力。如果真空阀不能保持住真空，说明阀本身有问题，需要更换。232023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施（3）OBD-II系统对废气再循环系统的监测图7-15真空控制的EGR系统传感器安装位置示意图242023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施（3）OBD-II系统对废气再循环系统的监测(1)在第二代随车自诊断系统中，对于EGR系统监测采用了各种各样的方法，具体使用哪一方法，取决于制造厂商和用户要求。大多数汽车使用MAP传感器来监测废气再循环情况。在减速期间，计算机指令再循环系统工作，同时观察MAP传感器的反应。如果排气再循环流量是充足的，发动机进气歧管真空度会下降，MAP传感器会检测到这一变化量。如果废气再循环量不足，MAP检测不到这一变化。有些排气背压控制的EGR系统利用废气温度传感器检测废气再循环情况，如图7-15所示：废气温度传感器安装在废气返回通道上。废气正常流动时，废气温度传感器感知的温度应比进气温度高35℃。当EGR阀开启时，若EGR将废气温度进行比较，如果说废气温度没有比进气温度高出一定值，则认为EGR系统有问题：当EGR阀关闭时若检测到的废气温度还比进气温度高，则也认为EGR系统有问题。252023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施（3）OBD-II系统对废气再循环系统的监测(2)有些真空控制的EGR系统利用EGR阀位置和废气温度信号来判断废气再循环情况，如图7-17所示：当EGR阀开启时，若废气温度没有比进气温度高出一定值，则认为EGR系统有问题。多设一个EGR阀位置传感器，用来检测废气再循环量是否过多。当EGR阀关闭时，若EGR阀位置传感器信号比ECU内存储的数值高，则可以判断出EGR阀关闭不严。如果废气再循系统的效率没有达到预定的水平，计算机经过连续两个发动机驱动循环还捕捉不到达标信号，就会置出故障码并点亮故障指示灯。262023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施四、二次空气供给系统图7-16空气泵二次空气供给系统272023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施通常我们将发动机工作中从进气歧管进入发动机新鲜空气叫一次空气供给；而将一部分新鲜空气引入排气管的空气叫二次空气供给。发动机二次空气供给系统利用空气泵将新鲜空气喷入排气管或三元催化转换器，使排气管中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为CO2和H2O，如图7-16所示。二次空气供给系统的作用是为了进一步降低排气中的有害气体CO、HC的排放，并提高三元催化转换器的转化效率。新鲜空气进入排气管或三元催化转化器的控制，由ECU进行控制。按空气供给的动力源进行分类，二次空气供给系统有两种：一种采用空气泵喷射系统和利用排气压力将空气导入的脉冲式空气喷射系统。282023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施1.空气泵二次空气供给系统

新型电脑控制的二次空气喷射系统如7-17所示；空气泵通常由发动机驱动，产生的低压空气称为二次空气。ECU控制各电磁阀的动作，来控制空气泵输出空气的流向，有两种类型的空气泵送系统：皮带轮驱动型空气泵、电动机驱动型空气泵。所有空气泵二次空气喷射系统中都有一个单向阀，让空气流进排气歧管而阻止热排气倒流入控制泵。当发动机处于冷态时，空气泵直接输出空气到排气歧管中，有助于让更多地氧与HC和CO进行氧化反应，生成H2O和CO2，如图7-17a）所示：当发动机处于热机并处于闭环控制状态时，ECU控制分流电磁阀，让空气泵直接将空气送到催化转化器，见图7-17b）所示：当进气歧管真空度快速增加，已超过怠速时的正常水平，如在快速减速期间，ECU控制分流电磁阀，使空气泵的空气直接输出到空气滤清器，抑制空气脉动，降低进气噪声，同时也有效地阻止了减速期间的排气回火。带驱动型空气泵使用离心式空气滤清器，当空气泵旋转时，从其下部吸入空气，空气被轻微压缩。电动机驱动型空气泵通常只在发动机冷态时使用。

292023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施2.脉冲式二次空气供给系统a）b）图7-17脉冲式二次空气喷射系统302023/2/5课题7.1减少有害气体排放的控制措施同空气泵二次空气喷射系统相比，脉冲二次空气喷射系统不需要空气泵。其工作原理如图7-17a）所示：空气来自空气滤清器，由ECU控制真空电磁阀的打开与关闭，真空电磁阀与单向阀相连，排气中的压力是正负交替的脉冲压力波。当真空电磁阀开启时，进气歧管真空吸动脉冲空气喷射阀的膜片，使阀开启。此时由于排气负压，将来自空气滤清器的新鲜空气，经脉冲空气喷射阀导入排气管内，加大了三元催化转换器的化学反应能力。当排气压为正时，脉冲空气喷射阀内的单向阀关闭，排气不会反回至进气歧管。

312023/2/5发动机排放控制3.空气泵送系统的故障诊断（1）视觉观察如果说排放系统检测不出问题，就应观察空气泵送。仔细观察二次空气供给系统的管道及管接头，如有任何的孔洞而导至漏空气或尾气，就应更换掉。当空气泵工作不良时，应检查单向阀的情况，看是否有尾气倒流现象，以防止损坏空气泵。二次空气吸入阀损坏（常通）等，会导致怠速不稳，加速无力。对于皮带驱动型空气泵，应检查驱动皮带是否磨损，以及是否有足够的张力。322023/2/5发动机排放控制（2）二次空气喷射的主动测试方法二次空气的主动测试的方法有两种，