第6章发动机有害排放物的控制

§ 例如，在美国特别是在加利福尼亚州，自1990年以来，排放标准 愈以严格。为了满足排放标准，必须对发动机的排气进行净化。 近几年来，汽车界开发和创造出许多净化排气新技术和新装置。
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第6章发动机有害排放物的控制
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第6章发动机有害排放物的控制
第二节 强制式曲轴箱通风系统
§ 简介 § PCV系统的组成 § PCV阀
（在PCV系统中最重要的控制元件）
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第6章发动机有害排放物的控制
在新鲜的混和气中掺入废气之后，混和气的热值降低，致使发动机 的有效功率下降。为了做到既能减少NOx的排放，又能保持发动机的 动力性，必须根据发动机的工况对再循环的废气量加以控制。NOx的 生成量随发动机负荷的增大而增多，因此，再循环的废气量也应随负荷 而增加，，在暖机期间或怠速时，NOx生成量不多，为了保持发动机 运转的稳定性，不进行排气再循环。在全负荷或高转速下工作时，为了 使发动机有足够的动力性，也不进行排气再循环。
•更进一步
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▪
CO是燃油的不完全燃烧产物，是一种无臭无味的气体。它与
血液中血红素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸入CO后，血液
吸收和运送氧气的能力降低，导致头晕，头痛等中毒症状。当吸入
体积分数为0.3%的CO气体时，可致人于死亡。
▪
NOx主要指NO和NO2，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。
空气滤清器多用于化油器式或节气门汽油喷射式发动机上。恒温 进气空气滤清器的功用就是当发动机冷起动之后，向发动机供给 热空气。在这种情况下，即使化油器供给稀混合气，热空气也能 促使燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC的排放，又改 善了发动机低温运转性能。当发动机温度升高后，恒温进气空气 滤清器向发动机供给环境温度的空气。因此，这种空气滤清器是 一种排气的净化装置。
空气中含NOx的体积分数达(10~20)*0.0001%可刺激口腔及鼻粘膜，
眼角膜等。当NOx的体积分数达500*0.0001%时，几分钟可使人出
现肺气肿而死亡。
▪
HC包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸气。HC和NOx在
阳光照射下形成光化学烟雾，其中主要的生成物是臭氧( )，它具
有强氧化性，可使橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激
简介
强制式曲轴箱通风系统又称PCV系统。在发动机工作时，会有部 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。这些物质如不及时清 除，将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈蚀。又因为窜入曲轴箱 内的气体中含有HC及其它污染物，所以不准许把这种气体排放到大气 中。现代汽车发动机所采用的强制式曲轴箱通风系统，就是防止曲轴 箱气体排放到大气中的净化装置。
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五、柴油机微粒的过滤器
微粒是柴油机排放的突出问题。对车用柴油机排气微粒的处理， 主要采用过滤法。微粒过滤器的滤芯由多孔陶瓷制造，有较高的过 滤效率。排气穿过多孔陶瓷滤芯进入排气管，而微粒则滞留在滤芯 上。
过滤器工作一段时间后，需及时清除存积在滤芯上的微粒，以 恢复过滤器的工作能力和减少排气阻力。为此，在过滤器入口处设 置一个燃烧器，通过喷油器向燃烧器内喷入少量燃油，并供入二次 空气，利用火花塞或电热塞将其点燃，将滞留在滤芯上的微粒烧掉
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§ 一种由电脑控制的排气再循环系统如图6-7 所示。排气再循环阀(EGR
阀)8用来控制再循环的废气量。进气管真空度经电磁阀6和真空调节
阀7作用到EGR阀 8的真空膜片室12，吸引膜片13向上并带动锥形阀14
升起，这时发动机排出的废气由排气支管经锥形阀进入进气支管。作 用在膜片上的真空度越大，锥形阀的开度就越大，再循环的废气量也 越多。如果没有真空度传送到真空膜片室，弹簧11推压膜片向下，使 锥形阀关闭，这时废气不能进行再循环。真空调节阀的作用是根据进 气管真空度的变化或节气门开度的大小调节通往EGR阀的真空度，使 再循环的废气量随节气门开度或发动机负荷的增大而增加。电磁阀由 电脑3控制。电脑根据空气流量计2，节气门位置传感器1，冷却越温 度传感器4和发动机转速传感器5等输入的信号，使电磁阀通电或断电。 当发动机冷却温度低于50℃时，或发动机在怠速工作时，或发动机转 速超过预定值时，电脑使电磁阀断电，电磁阀中的可动铁心隔断真空 传送通道，同时空气经电磁阀进入真空调节阀，使锥形阀14关闭，不 进行排气再循环。
第6章发动机有害排放物的控制
（续）
§ 本节从以下几方面介绍汽车的排气净化装置：
一、发动机的有害排放物 二、恒温进气空气滤清器 三、二次空气喷射系统 四、催化转换器 五、柴油机微粒过滤器 六、排气再循环（EGR）系统
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一、发动机的有害排放物
§ 以内燃机为动力的汽车是城市大气的主要污染源之一。汽车排 放的污染物主要有一氧化碳(CO)，碳氢化合物(HC)，氮氧化合 物(NOx)和微粒。
度较低时，转换器的转换效率急剧下降。因此，催化转换器都安装 在温度较高的排气支管后面。 § 第三，必须向装有三效催化转换器的发动机供给理论混合比的混合 气，才能保证三效催化转换器有较好的转换效果。如果混合气成分 不是理论混合比，那么，CO和HC氧化反应或NOx的还原反应不可 能进行的很完全。 § 另外，发动机调节不当，如混合气过浓，或气缸缺火，都将引起转 换器严重过热。
2. 工作原理
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1.组成
•图6-4所示为电脑 控制的二次空气喷 射系统，它由空气 泵1，旁通线圈及旁 通阀2，分流线圈 及分流阀4，空气 分配管6，空气喷 管7和单向止回阀11 等组成。
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2.工作原理
空气泵通常由发动机驱动，空气泵产生的低压空气称作二次空 气。在分流阀与排气道之间以及分流阀与催化转换器之间均装有单 向止回阀，以防止排气进入二次空气喷射系统。分流线圈及旁通线 圈由电脑控制，当接通发动机点火开关之后，电源电压便施加到两 个线圈绕组上，电脑通过对每个绕组提供接地使线圈通电。当发动 机起动之后，电脑不使旁通线圈和分流线圈通电，于是这两个线圈 同时把通向旁通阀和分流阀的真空隔断，这时空气泵送出的空气经 旁通阀进入大气。这种状态称为起动工作状态，其持续时间的长短 决定于发动机的温度。如果发动机的温度很低，起动工作状态将持 续较长时间。
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三、二次空气喷射系统
§ 很多汽车发动机装有二次空气喷射系统。虽然二次空气喷射系统有各种 各样的结构，但其功用却基本相同，即利用空气泵将新鲜空气经空气喷 管喷入排气道或催化转换器，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成 为二氧化碳( )和水( )。
•1.组成
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（续）
发动机在预热期间，电脑同时使旁通线圈和分流线圈通电。这时进 气管真空度分别经旁通线圈和分流线圈传送到旁通阀和分流阀。空气泵 送出的空气此时经旁通阀流入分流阀，再由分流阀流入空气分配管，最 后由空气喷管喷入排气道。
当发动机在正常的冷却温度下工作时，电脑只使旁通线圈通电而不 使分流线圈通电，通向分流阀的真空度被分流线圈隔断，这时，空气泵 送出的空气经旁通阀进入分流阀，再经分流阀进入氧化催化转换器。
▪ 当同时采用两种转换器时，通常把两者放在同一个转化器外壳内，而 且三效催化转换器置于氧化催化转换器前面。排气经过三效催化转换 器之后，部分未被氧化的CO和HC继续在氧化转换器中与供入的二次 空气进行氧化反应。
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催化转化器的结构
§ 催化转化器有两种结构形式(图6-5)： § 一、颗粒型催化转换器(图6-5a)
人眼和咽喉。
▪
微粒主要是柴油机排气中的碳烟，而汽油机的排气微粒微不足
道。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道有害。
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二、恒温进气空气滤清器
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。它
是在普通空气滤清器上增设一套空气加热与控制系统构成的(图61)。气道燃油喷射式发动机不采用恒温进气空气滤清器。恒温进气
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四、催化转换器
催化转换器是利用催化作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对 人体无害的气体的一种排气净化装置，也称为催化净化转换器。金属 铂、钯或铑均可作催化剂。在化学反应过程中，催化剂只促进反应的 进行，不是反应物的一部分。催化转换器有氧化催化转换器和三效催 化转换器。
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恒温进气空气滤清器的结构
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恒温进气空气滤清器的工作原理示于图6-3。 • 当发动机冷起动后汽车前罩下的环境温度低于30 摄氏度时，双金属进气温度传感器4将通气阀5开启 (图6-3)。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向上，膜片通过连杆带动控制阀 9将进气导流管10关闭。这时，热空气从热炉经热空 气管7进入空气滤清器(图6-3a)。温度在30-50摄氏度 之间时，进气温度传感器根据温度的高低部分地开启 通气阀，使进气管真空度只有一部分传送到控制膜盒。 在此部分真空度的作用下，控制阀部分地开启导流管。 这时将有部分热空气和部分环境空气供入发动机(图63b)，使进气温度基本恒定。当进气温度超过53摄氏 度之后，双金属进气温度传感器使通气阀关闭，真空 软管与膜盒隔断，在这种情况下没有真空度传到膜盒， 膜片在膜片弹簧3的推压下向下移动。这时，控制阀 将进气导流管全部打开，而将热空气管完全封闭，于 是进入空气滤清器的空气全部是环境空气(图6-3c)。
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第6章发动机有害排放物的控制
（续）
▪ 氧化催化转换器只将排气中的CO和HC氧化为 和 ，因此这种催 化转换器也称作二效催化转换器。必须向氧化催化转换器供给二次空 气作氧化剂，才能使其有效地工作。
▪ 三效催化转换器可同时减少CO，HC和NOx的排放，它以排气中的CO 和HC作为还原剂，把NOx还原为氮(N2)和氧(O2)，而CO和HC在还原 反应中被氧化为 和 。
其中有100个直径为2-3mm的多孔性陶瓷小球构成反应床，排气从反应床 流过； § 二、整体型催化转换器(图6-5b) 其中是一个有很多蜂窝状小孔的陶瓷块，排气从蜂窝状小孔流过。转换 器内的陶瓷小球或陶瓷块小孔表面有一层薄薄的铂，钯或铑的镀层。小 球或陶瓷块均装再不锈钢外壳内。与颗粒型催化转换器相比，整体型催 化转换器有体积小，与排气接触的表面积大和排气阻力小等许多优点。
第6章发动机有害排放物 的控制
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第6章发动机有害排放物的控制
第六章 发动机有害排放物的控制
§ 排气净化装置 § 强制式曲轴箱通风系统 § 汽油蒸发控制系统
§ 随着汽车保有量的与日俱增，汽车排气对人类健康的危害及对环 境的污染也日甚一日。对此，世界各国都制定了相应的法规或标 准，以期把汽车的有害排放物控制在较低的水平上。
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第6章发动机有害排放物的控制
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第6章发动机有害排放物的控制
催化转换器的使用条件
催化转换器的使用条件相当严格： § 首先，装用催化转换器的发动机只能使用无铅汽油。如果使用加铅
汽油，铅覆盖在催化剂表面将使催化剂失效。 § 其次，仅当温度超过350摄氏度时，催化转换器才起催化反应。温
(图6-6)。
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第6章发动机有害排放物的控制
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第6章发动机有害排放物的控制
六、排气再循环(EGR)系统
排气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到气管，并与新鲜混 合气一起再次进入气缸。由于废气含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却 吸收大量的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的 生成量。排气再循环是净化排气中NOx的主要方法。