第12章_汽车排放控制系统

12.1
概
述
一氧化碳(CO) 1．一氧化碳(CO) CO是烃类燃料在空气不足的情况下 是烃类燃料在空气不足的情况下， CO是烃类燃料在空气不足的情况下，由于不完全燃烧而产生的 有害物。CO被人体吸收后 容易与血红蛋白结合， 被人体吸收后， 有害物。CO被人体吸收后，容易与血红蛋白结合，阻碍血红蛋白带 会造成人体内缺氧而使人感到头痛、恶心， 氧，会造成人体内缺氧而使人感到头痛、恶心，严重时还导致人因 窒息而死。 窒息而死。 碳氢化合物(HC) 2．碳氢化合物(HC) HC是石油产品的基本组成部分 其与氧的化合(燃烧) 是石油产品的基本组成部分， HC是石油产品的基本组成部分，其与氧的化合(燃烧)所释放的 热量是发动机运转所需的能量。但排人大气中的HC则是一种污染。 HC则是一种污染 热量是发动机运转所需的能量。但排人大气中的HC则是一种污染。 发动机排气中高含量的HC是燃料未经燃烧或燃烧不完全的产物。 HC是燃料未经燃烧或燃烧不完全的产物 发动机排气中高含量的HC是燃料未经燃烧或燃烧不完全的产物。此 燃油箱汽油蒸发、曲轴箱气体直接排放等，也是HC HC对大气造成 外，燃油箱汽油蒸发、曲轴箱气体直接排放等，也是HC对大气造成 污染的来源。HC气体在阳光下与氮氧化物NOx作用 进行光化学反应， 气体在阳光下与氮氧化物NOx作用， 污染的来源。HC气体在阳光下与氮氧化物NOx作用，进行光化学反应， 形成含有臭氧(O3) 丙稀醛、甲醛、硝酸盐、 (O3)、 形成含有臭氧(O3)、丙稀醛、甲醛、硝酸盐、酮及过氧化酰等物质 的光化学烟雾。这种“烟雾”具有较强的氧化力和特殊的气味， 的光化学烟雾。这种“烟雾”具有较强的氧化力和特殊的气味，对 人眼、咽喉等有刺激作用，并容易使橡胶开裂和植物受损等。 人眼、咽喉等有刺激作用，并容易使橡胶开裂和植物受损等。在诸 多的碳氢化合物中，苯比芘还是一种致癌物。 多的碳氢化合物中，苯比芘还是一种致癌物。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
（3）废气再循环电子控制系统的控制原理 电子控制废气再循环系统的组成如图12 所示。 12电子控制废气再循环系统的组成如图12-2所示。
12.2 汽车排ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电子控制系统的结构与原理
ECU根据各传感器的信号判断发动机的工况与状态， ECU根据各传感器的信号判断发动机的工况与状态，以确定是否 根据各传感器的信号判断发动机的工况与状态 需要废气再循环或再循环流量的大小， 需要废气再循环或再循环流量的大小，并输出占空比可变的控制脉 通过控制EGR电磁阀的占空比来调节EGR阀的开度， EGR电磁阀的占空比来调节EGR阀的开度 冲，通过控制EGR电磁阀的占空比来调节EGR阀的开度，以实现最佳 EGR率控制 率控制。 的EGR率控制。 为实现非线性的最佳EGR再循环流量控制， EGR电子控制系统 EGR再循环流量控制 为实现非线性的最佳EGR再循环流量控制，在EGR电子控制系统 的存储器中储存各工况下的最佳废气再循环流量值， 的存储器中储存各工况下的最佳废气再循环流量值，通常以电磁阀 占空比参数的方式储存( 12-3)，ECU根据各传感器信号 根据各传感器信号， 占空比参数的方式储存(图12-3)，ECU根据各传感器信号，直接查找 并计算得到最佳的EGR电磁阀占空比值， EGR电磁阀占空比值 并计算得到最佳的EGR电磁阀占空比值，并输出相应的占空比脉冲信 号。 有的EGR电子控制系统通过EGR阀开度传感器反馈EGR阀开度信息， EGR电子控制系统通过EGR阀开度传感器反馈EGR阀开度信息 有的EGR电子控制系统通过EGR阀开度传感器反馈EGR阀开度信息， 相应的在ECU的存储器中储存的是发动机各工况下的EGR阀开度参数。 ECU的存储器中储存的是发动机各工况下的EGR阀开度参数 相应的在ECU的存储器中储存的是发动机各工况下的EGR阀开度参数。 工作时，ECU根据各传感器信号查找并计算得到最佳的EGR阀开度 根据各传感器信号查找并计算得到最佳的EGR阀开度， 工作时，ECU根据各传感器信号查找并计算得到最佳的EGR阀开度， 并与当前EGR阀开度比较。如果不相等，ECU将调整占空比控制脉冲 EGR阀开度比较 将调整占空比控制脉冲， 并与当前EGR阀开度比较。如果不相等，ECU将调整占空比控制脉冲， EGR阀的开度调整至最佳状态 阀的开度调整至最佳状态。 将EGR阀的开度调整至最佳状态。
第12章 汽车排放控制系统
本章主要内容
汽车排放的形成和危害 汽车排放控制的作用与分类 汽车排放电子控制系统的结构与工作原理
12.1
概
述
1.汽车排放的形成和危害 1.汽车排放的形成和危害 随着汽车保有量的增加， 随着汽车保有量的增加，汽车排放对环境 所造成的影响也随之增大。 所造成的影响也随之增大。 汽车排放对人类危害最大的是： 汽车排放对人类危害最大的是： 一氧化碳(CO) 一氧化碳(CO) 碳氢化合物(HC) 碳氢化合物(HC) 氮氧化物(NOx) 氮氧化物(NOx)
12.1
概
述
3．氮氧化物(NOX) 氮氧化物(NO 是在温度很高的情况下氮与氧化合的产物， NOX是在温度很高的情况下氮与氧化合的产物，对大 气造成污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO (NO)和二氧化氮 气造成污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。氮 氧化物是一种有毒并带有恶臭的气体，会引起人眼结膜、 氧化物是一种有毒并带有恶臭的气体，会引起人眼结膜、 口腔、咽喉粘膜肿胀和充血，并可能导致支气管炎、 口腔、咽喉粘膜肿胀和充血，并可能导致支气管炎、肺 炎等病。 炎等病。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
EGR原理 EGR原理
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
（2）废气再循环量的控制方式 增加废气再循环量， 增加废气再循环量，发动机的燃烧温度可进一步降 抑制NOx产生的作用就更有效。但废气再循环量过多， NOx产生的作用就更有效 低，抑制NOx产生的作用就更有效。但废气再循环量过多， 会导致混合气的着火性变差，造成发动机的油耗上升， 会导致混合气的着火性变差，造成发动机的油耗上升， 动力性下降，HC排放量上升 因此， 排放量上升。 动力性下降，HC排放量上升。因此，必须控制废气引入 而在发动机起动、怠速和低负荷等工况下， 量，而在发动机起动、怠速和低负荷等工况下，发动机 的燃烧温度较低，NOx不会超量 为确保发动机可靠运行， 不会超量， 的燃烧温度较低，NOx不会超量，为确保发动机可靠运行， 就不能在新鲜混合气中掺入废气。 就不能在新鲜混合气中掺入废气。
12.1
概
述
2.汽车排放控制的作用与分类 2.汽车排放控制的作用与分类 （1）汽车排放控制的作用 汽车对大气的污染主要源自发动机排出的废气， 汽车对大气的污染主要源自发动机排出的废气，三 种有害排放物中，全部CO NOx和约占60％ HC都是由发 CO、 和约占60 种有害排放物中，全部CO、NOx和约占60％的HC都是由发 动机排气管排出的。此外， 动机排气管排出的。此外，曲轴箱气体和燃油箱燃油蒸 发的HC排放各约占汽车HC总排放的20％。对汽车排放的 HC排放各约占汽车HC总排放的20％。 发的HC排放各约占汽车HC总排放的20％。对汽车排放的 控制，就是通过改善燃烧、降低燃烧温度、 控制，就是通过改善燃烧、降低燃烧温度、阻断曲轴箱 气体和燃油蒸发排放、净化排气管废气等手段，使汽车 气体和燃油蒸发排放、净化排气管废气等手段， 对大气的污染减小到最低的限度， 对大气的污染减小到最低的限度，以缓解汽车保有量增 加对环境所带来的负面影响、 加对环境所带来的负面影响、满足人类对环境质量不断 提高的要求。 提高的要求。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
1.废气再循环控制系统 1.废气再循环控制系统 （1）废气再循环的作用 在高温下(高于1370 ℃)，氮与氧气化合生成NOx NOx。 在高温下(高于1370 ℃)，氮与氧气化合生成NOx。 在其它条件相同的情况下，发动机的燃烧温度越高， 在其它条件相同的情况下，发动机的燃烧温度越高，燃 烧后产生的NOx就越多。废气再循环(Exhaust NOx就越多 烧后产生的NOx就越多。废气再循环(Exhaust Gas Recirculation——EGR)就是将发动机排出的部分废气引 EGR)就是将发动机排出的部分废气引 Recirculation EGR) 入进气管（如下图），与新鲜混合气混合后进入气缸， ），与新鲜混合气混合后进入气缸 入进气管（如下图），与新鲜混合气混合后进入气缸， 利用废气中所含有大量的二氧化碳(CO2)不参与燃烧却能 利用废气中所含有大量的二氧化碳(CO 吸收热量的特点，降低燃烧温度，以减少NOx的排放。 NOx的排放 吸收热量的特点，降低燃烧温度，以减少NOx的排放。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
较早使用 的机械式EGR EGR控 的机械式EGR控 制装置是利用 进气歧管的真 空度及排气压 力来控制EGR EGR阀 力来控制EGR阀 的开启及开启 的程度， 的程度，主要 有三种控制方 如图12 12式，如图12-1 所示。 所示。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
试验结果说明： EGR率小于10%时 试验结果说明：当EGR率小于10%时，燃油消耗量基 率小于10% 本上不增加， EGR率大于20%时 发动机燃烧不稳定， 率大于20% 本上不增加，当EGR率大于20%时，发动机燃烧不稳定， 工作粗暴，HC排放物将增加10%。因此通常将EGR 排放物将增加10% EGR率控制 工作粗暴，HC排放物将增加10%。因此通常将EGR率控制 10%～20%范围内较合适 范围内较合适。 在10%～20%范围内较合适。 随着负荷增加EGR率允许值也增加（阴影部分）。 EGR率允许值也增加 随着负荷增加EGR率允许值也增加（阴影部分）。 怠速和低负荷时，NOx排放浓度低 排放浓度低， 怠速和低负荷时，NOx排放浓度低，为了保证稳定燃 不进行EGR EGR。 烧，不进行EGR。 只有热态下进行EGR 发动机温度低时，NOx排放浓 EGR。 只有热态下进行EGR。发动机温度低时，NOx排放浓 度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR EGR。 度也较低，为了保证正常燃烧，冷机时不进EGR。 大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性， 大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性， 此时混合气较浓，NOx排放生成物较少 可不进行EGR 排放生成物较少， EGR或 此时混合气较浓，NOx排放生成物较少，可不进行EGR或 减少EGR EGR率 减少EGR率。
12.2 汽车排放电子控制系统的结构与原理
通常以废气再循环率来衡量废气的引入量， 通常以废气再循环率来衡量废气的引入量，废气再 循环率定义如下： 循环率定义如下：
EGR率 EGR气体量 气体量/ 吸入的空气量+ EGR气体量 气体量） EGR率 = EGR气体量/（吸入的空气量+ EGR气体量）×100%
12.1
概
述
2．汽车排放控制的分类 机内净化：从进气系统入手，通过改善混合气的质量， ① 机内净化：从进气系统入手，通过改善混合气的质量，使燃 烧产生的有害成分降低。这一类的排放控制装置有： 烧产生的有害成分降低。这一类的排放控制装置有：进气温度自动 控制装置、废气再循环控制装置、混合比加浓式减速废气净化装置、 控制装置、废气再循环控制装置、混合比加浓式减速废气净化装置、 进气歧管真空度控制阀等。 进气歧管真空度控制阀等。 机外净化：对发动机排出的废气进行再净化处理， ② 机外净化：对发动机排出的废气进行再净化处理，将废气中 所含的CO HC和NOx等有害气体转化为无害的水(H2O)、 CO、 等有害气体转化为无害的水(H2O) 所含的CO、HC和NOx等有害气体转化为无害的水(H2O)、二氧化碳 (CO2)和氮(N2)等气体 这一类的排放控制装置有：热反应器、 和氮(N2)等气体。 (CO2)和氮(N2)等气体。这一类的排放控制装置有：热反应器、氧化 催化剂转化器、三元催化转化器、二次空气供给装置等。 催化剂转化器、三元催化转化器、二次空气供给装置等。目前广泛 使用的发动机废气净化装置是三元催化转化装置。 使用的发动机废气净化装置是三元催化转化装置。 污染源封闭循环净化：对曲轴箱气体及燃油箱燃油蒸发等HC ③ 污染源封闭循环净化：对曲轴箱气体及燃油箱燃油蒸发等HC 排放源实施封闭化处理，以阻断向空气排放HC 这类控制装置有： HC。 排放源实施封闭化处理，以阻断向空气排放HC。这类控制装置有： 曲轴箱强制通风装置、活性炭罐等。 曲轴箱强制通风装置、活性炭罐等。
废气再循环控制装置通过控制EGR率来保证发动机运 废气再循环控制装置通过控制EGR率来保证发动机运 EGR 转性能良好的同时，达到最佳的NOx净化效果。 NOx净化效果 转性能良好的同时，达到最佳的NOx净化效果。 EGR率与发动机动力性 经济性和排放性能有关（ 率与发动机动力性、 EGR率与发动机动力性、经济性和排放性能有关（如 下图）。 下图）。 EGR率增加过大时 使燃烧速度太慢， 率增加过大时， EGR率增加过大时，使燃烧速度太慢，燃烧变得不稳 失火率增加， HC也会增加 EGR率过小 NOx排放 也会增加； 率过小， 定，失火率增加，使HC也会增加；EGR率过小，NOx排放 达不到法规要求，易产生爆震，发动机过热等现象。 达不到法规要求，易产生爆震，发动机过热等现象。 因 EGR率必须根据发动机工况要求进行控制 率必须根据发动机工况要求进行控制。 此EGR率必须根据发动机工况要求进行控制。