第6章 汽油机排放控制系统构造与检修

第6章汽油机排放控制系统构造与检修汽油机排放污染物的产生原因和控制方式6.1汽油机排放控制系统的构造6.2汽油机排放控制系统的检修6.36.1汽油机排放污染物的产生原因和控制方式6.1.1发动机排放污染物的产生原因及种类

发动机排放污染物主要来自发动机工作时气缸内可燃混合气燃烧后排出的废气，以及发动机气缸向曲轴箱中窜气的泄漏、汽车燃油箱中燃油蒸气的泄漏等，如图6.1所示。图6.1汽油机排放污染物的产生原因

汽油机的排放污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）等。

汽油机的CO、HC和NOx与可燃混合气的浓度有很大的关系（见图6.2）。

当可燃混合气较浓时（空燃比小于理论空燃比），由于燃烧不完全，会使CO、HC的排放量上升；随着可燃混合气浓度的降低，CO、HC的排放量均下降。

但由于稀混合气中氧的比例增加，NOx的排放量会随之升高，在空燃比稍大于理论空燃比时，燃烧室温度最高，加上氧气充足，所以生成的NOx最多。图6.2汽油机空燃比与排气污染物浓度的关系

柴油机的排放污染物除了一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）之外，还有来自燃烧废气的微粒物（PM），又称炭烟。6.1.2汽油机排放控制装置的种类与作用1．燃油蒸气回收装置

燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃烧，防止其排入大气中污染环境。2．废气再循环装置

废气再循环装置（EGR）的作用是将5%～15%的废气引入进气歧管，返回气缸燃烧，以降低燃烧温度，减少高温燃烧时NOx的生成量。3．二次空气喷射装置

二次空气喷射装置的作用是适时适量地向排气管中喷入新鲜空气，以促进排气管中HC、CO的燃烧和转换，减少其排放量。4．三元催化反应器

三元催化反应器安装在排气管的中段，其外形类似消声器。

其作用是将排气中的HC、CO及NOx

3

种有害气体进行氧化—还原反应，生成H2O、CO2和N2等无害气体，使排气得以净化。

6.2汽油机排放控制系统的构造6.2.1燃油蒸气回收装置

燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃烧，防止汽油蒸气排入大气中污染环境。

燃油蒸气回收装置由活性炭罐、活性炭罐电磁阀、单向阀及相应的蒸气管道和真空软管组成，如图6.3所示。图6.3燃油蒸气回收装置1—活性碳罐2—单向阀23—活性炭罐电磁阀4—油箱5—单向阀1

燃油箱内产生的汽油蒸气经管道进入活性炭罐，蒸气中的汽油分子被吸附在活性炭表面，剩下的无害气体则经活性炭罐的出气口排到大气中。

当发动机以中高速运转时，ECM使电磁阀开启，存储在活性炭罐内的汽油蒸气经过软管被吸入发动机。6.2.2废气再循环装置

废气再循环是指将发动机排出的废气的一部分（5%～15%）再送回到进气管，和新鲜的混合气混合之后再次进入气缸参加燃烧（见图6.4），使气缸中混合气燃烧的最高温度降低，从而减少了燃烧过程中氮氧化合物（NOx）的生成量，降低排放污染。图6.4废气再循环1—排气歧管2—EGR阀3—进气管

废气再循环装置由废气再循环（EGR）阀、废气调整阀、三通电磁阀及相应的废气管道和真空管道组成，如图6.5所示。图6.5废气再循环装置组成1—三通电磁阀2—废气3—废气再循环4—ECM

废气再循环阀用于控制再循环的废气量。

作用在废气再循环阀真空膜片室内的真空度愈大，阀的开度就愈大，再循环的废气量也愈大，如图6.6所示。图6.6废气再循环装置工作原理1—进气室2—节气门3—节气门体4—大气5—膜片6—废气调节阀7—三通电磁阀8—废气再循环阀

废气调整阀的作用是利用进气管真空度的变化，按节气门开度的大小控制通往废气再循环阀的真空度，使废气再循环阀的开度能随节气门的开大而增大，使再循环的废气量能随发动机负荷的增大而相应增加。

三通电磁阀由ECM控制。ECM在一定条件下接通三通电磁阀的电源，使废气再循环阀开启，产生废气再循环（见图6.4）。

在一些特殊条件下，ECM会关闭废气再循环。这些条件如下。①发动机水温低于50℃。②怠速或小负荷运转（转速低于1

000r/min左右）。③高速运转（转速高于4

500r/min左右）。④突然加速或减速。

由线性电磁阀控制的废气再循环装置。ECM通过改变作用在EGR线性电磁阀上的脉冲信号占空比，来调节施加在废气再循环阀上的真空度，控制废气再循环阀的开度，从而使废气再循环的控制更加精确，如图6.7所示。图6.7线性电磁阀控制的废气再循环装置1—废气再循环阀2—废气再循环阀位置传感器3—EGR线性电磁阀4—进气管5—排气管

为许多发动机在该装置中还设置了一个监控废气再循环装置是否正常工作的传感器，如EGR位置传感器、EGR温度传感器等。EGR位置传感器安装在废气再循环阀的上方（见图6.7），电位器的活动触点（臂）与废气再循环阀的阀芯连接在一起，当EGR阀开启时，活动触点随阀芯移动，产生与阀的移动位置相应的电压信号并反馈给ECM。当废气再循环装置不能正常工作时，ECM就可以根据反馈信号作出判断。EGR温度传感器一般安装在废气再循环阀至进气管之间的通道上。

当没有废气再循环时，EGR温度传感器向ECM反馈一个与此时气体温度相应的电压信号。

当ECM使废气再循环阀开启时，传感器的温度迅速升高，反馈给ECM的电压信号也随之发生突变，ECM根据这一变化即可判断废气再循环装置已正常工作。6.2.3二次空气喷射装置

二次空气喷射装置的主要功用是在发动机冷起动时，将新鲜空气喷入排气歧管或三元催化反应器中，以促进冷车运转的发动机废气中较多的HC和CO在排气管中燃烧和转换，从而降低其排放量，同时加快冷起动后三元转化反应器的升温过程。

该装置由空气泵、切换阀、上回阀、电磁阀等组成，如图6.8所示。图6.8二次空气喷射装置1—三元催化反应器2—止回阀3—切换阀4—电磁阀

5—水温传感器6—曲轴位置传感器7—其他传感器8—空气泵

空气泵将新鲜空气加压，经切换阀、止回阀喷入各缸排气歧管或三元催化反应器内，在排气歧管或三元催化反应器内与高温废气混合燃烧，使CO、HC变成CO2、H2O。

当发动机热车后，ECM控制空气泵电磁阀使切换阀切换，停止向排气管喷射空气。

当该系统正常工作时，排气的HC、CO、CO2值会降低。但O2值升高。因此，在使用废气分析仪检测排气时，应将二次空气喷射装置关闭。6.2.4三元催化反应器及其监测系统

三元催化反应器安装在排气管上，其作用是将排气中的CO、HC、和NOx3种有害气体通过氧化和还原反应转变为无害的CO2、H2O和N2。

三元催化反应器由金属外壳、格栅状陶瓷载体、催化剂涂层等组成（见图6.9）。图6.9三元催化反应器1—外壳2—网状隔层3—催化器4—催化剂5—多孔格栅状陶瓷载体

格栅状陶瓷载体一般由三氧化二铝制成。表面涂有很薄的催化剂涂层。

发动机排气中的CO、HC、和NOx

3种气体通过三元催化反应器时，由于催化剂的作用，在高温下开始进行氧化—还原化学反应。CO在被氧化成二氧化碳（CO2）。HC被氧化成水（H2O）和CO2。NOx被还原成氮气（N2）和氧气（O2）。

三元催化反应器的净化效率与可燃混合气的空燃比有关，当可燃混合气处于理论空燃比范围内时，三元催化反应器的净化效率最高。

由于三元催化反应器的使用寿命有限，因此需要对其进行监测，以便在其性能下降时能及时发现，防止汽车使用过程中排放污染水平超标。

监控三元催化反应器工作效率的方法主要有3种：双氧传感器法、双碳氢传感器法、双温度传感器法。

其中，采用双氧传感器进行监控的方法应用最多。

所谓双氧传感器法，就是在三元催化反应器后增加第2个氧传感器，ECM通过比较三元催化反应器前后排气管中氧的浓度，来判断其工作效率是否正常（见图6.10）。

正常工作的三元催化反应器，其下游氧传感器的动态响应曲线的振幅将明显小于上游氧传感器［见图6.10（a）］。

反之，如果下游氧传感器信号的波形非常接近上游氧传感器［见图6.10（b）］，ECM即认为三元催化反应器的工作效率过低。图6.10三元催化反应器工作效率的监测6.3汽油机排放控制系统的检修6.3.1燃油蒸气回收装置的检修1．燃油蒸气回收装置工作性能的检查

燃油蒸气回收装置可按下述方法检查其是否工作正常。①将发动机热车至正常工作温度，并使之怠速运转。

②拔下活性炭罐上的真空软管，检查软管内有无真空吸力。若装置工作正常，在发动机怠速运转中电磁阀应不通，软管内应无真空吸力。

如果此时软管内有吸力，应检查活性炭罐电磁阀线束插头内有无电压信号。

若有电压信号，说明ECM的控制失常，可能是某些传感器的故障所致；若无电压信号，说明电磁阀关闭不严，应更换电磁阀。

③踩下加速踏板，使发动机转速大于2

000r/min，同时检查上述软管内有无真空吸力。若有吸力，说明正常；若无吸力，应检查电磁阀线束插头内的信号电压。

若电压正常，说明电磁阀有故障；若电压异常或无电压，说明ECM、相关的传感器或控制线路有故障。2．活性炭罐电磁阀的检查

其检查方法是拔下电磁阀线束插头，向电磁阀内吹气，电磁阀应不通气；再将12V电源接在电磁阀两接线柱上，同时向电磁阀内吹气，电磁阀应可以通气。

如有异常，则说明电磁阀有故障，应更换。6.3.2废气再循环装置的检修1．废气再循环装置工作性能的检查

废气再循环装置是否正常工作的检查方法如下。①起动发动机，并以怠速运转。

②将手指伸入EGR阀上部的膜片室中，按在膜片上，检查废气再循环阀有无动作。

③在冷车状态下踩下加速踏板，便发动机转速上升至2

000r/min左右，此时废气再循环阀应不开启，手指上应感觉不到膜片的动作。

④在发动机热车后（水温高于50℃），踩下加速踏板，使发动机转速上升至2

000r/min左右，此时废气再循环阀应

开启，手指应可感觉到膜片的动作。

若废气再循环阀不能按上述规律动作，则说明该系统工作不正常，应检查该系统各零部件。2．EGR阀的检查

其检查方法如下。①让发动机以怠速运转。②拔下连接废气再循环阀与废气调整阀的真空软管。

③用手动抽真空泵对废气再循环阀膜片室施加约20kPa的真空度。