5. 电控汽油机的排放控制系统

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5.1 概述
5.1.2 电控汽油机排放污染的控制方法 单从控制汽油机的污染物排放来说,现代汽油发动机排 放控制可以通过以下技术来进行: 1)发动机结构优化技术(CO、HC) 2)闭环电控发动机管理技术 3)燃油蒸发排放控制技术(HC) 4)闭式曲轴箱强制通风技术(HC) 5)废气再循环技术(NOx) 6)三元催化转化器技术(CO、HC、NOx ) 7)改进油料、燃油的质量、组分、添加剂
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.1 废气再循环系统的类型及组成
1. 机械控制式EGR系统——不采用ECU控制
EGR率控制的范围有限(一般为5%~15%),且控制精度远不能满 足发动机的实际需求。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.1 废气再循环系统的类型及组成
2. 电子控制式EGR系统——采用ECU控制 EGR率控制的范围大(15%~20%),且控制自由度大,故新型汽 车发动机都趋向于选择电子控制式EGR系统。 1)开环控制式EGR系统
【基本原理】热容量理论的具体应用:是发动机废气中的CO2、H2O 、NO2等三原子气体的比热容较高,又不能燃烧,因此在燃烧过程中 不仅阻碍了燃烧速度,而且吸收了较多的热量,所以能降低最高燃气 温度;同时废气对新鲜混合气的稀释作用,降低了氧浓度,从而使 NOx生成收到抑制。
5.2 废气再循环(EGR)控制
【作用】向ECU反馈EGR阀开度 信号。
【工作原理】电位计式传感器,工 作原理与线性可变电阻式节气门位 置传感器相同。电位计利用一个柱 塞推动。
【注意】发动机冷却液温度低于 57℃、发动机急减速、小负荷( 进气量少)、怠速、急加速时 EGR阀关闭,几乎没有废气再循 环至发动机。
带有EGR阀位置传感器的EGR阀
【特别注意】这 里的工作过程只 适用于没有真空 控制阀的 EGR系统 。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
4、真空控制阀(VCV:Vacuum Control Valve)
【作用】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,使真空保持在恒定水 平(-17kPa) 。 【工作原理】进气歧管真空通过S 口作用在膜片上,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,阀开启,给真空电 磁阀提供真空,这个动作过程不断 进行,调整提供给真空电磁阀的真 空,使真空度保持恒定。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
1、EGR阀
【作用】使一定量的废气流入进气 歧管进行再循环。 【工作原理】当加在膜片上的真空 吸力大于弹簧力时,阀轴被拉离原 位,通道打开,使废气进入再循环 系统。 EGR电磁阀控制膜片上方真空室 的真空度。真空度大,阀的开度增 大;反之,阀的开度减小。
5.1.1 汽车排放污染的生成机理与危害
2. 碳氢化合物(HC)
【危害】碳氢化合物(HC)具有一定的毒性,并且易燃易爆,其中的苯 类物质又具有致癌作用;HC和NOx在阳光照射下产生臭氧(O3),形成 光化学烟雾,对人类、植物、环境危害极大,震惊世界的“洛杉矶光 化学烟雾事件”就是一个典型的例子。
【控制方法】:采用C含量少的代用燃料或采用电控技术改善燃烧, 保证混合气浓度和燃烧温度最佳等。
废气再循环(EGR)控制
【原因】废气再循环量过多,会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖 机工况的运转稳定性,造成发动机动力性下降,HC排放量上升。因 此,必须根据发动机工况的变化控制废气再循环率(EGR率)。
【EGR率】作为废气再循环的控制指标,其定义式为:
EGR率 EGR量 100% 吸入空气量 EGR量
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
3、EGR电磁阀
【作用】控制EGR阀膜片上方真 空室的真空度。
【工作原理】 EGR电磁阀线圈5不 通电,通大气口3被关闭,4、6相通 ,即EGR阀膜片上方的真空室有真 空; (EGR阀打开, EGR工作) EGR电磁阀线圈通电,将通进气歧 管6的真空通道关闭,通大气口3 打 开,3、4相通,即EGR阀膜片上方 的真空室与大气相通,没有真空。 (此时EGR阀关闭, EGR阻断)
通过检测实际的 EGR率或EGR 阀开度作为反馈 信号来控制EGR 系统,控制精度 更高。
【组成】EGR 阀、EGR电磁 阀、 EGR阀位 置传感器等。
1—真空控制阀;2—废气再循环电磁阀;3—真空管; 4—废气再循环阀;5—EGR阀位置传感器
Hale Waihona Puke Baidu
5.2 废气再循环(EGR)控制
2)闭环控制式EGR系统
1、发动机转速传感器:提供发动机转速信号,是ECU计算EGR 率的重要参数之一。此外,当发动机转速低于900r/min或高于 3200r/min时(高低限值因车型而不同),ECU输出持续高电平控 制信号,使EGR电磁阀关闭,发动机进气管无废气再循环。 2、空气流量计:提供发动机负荷信息,是ECU确定EGR率的另 一重要参数。 3、冷却液温度传感器:提供发动机温度信号,在发动机温度低 时,ECU输出控制信号,不进行废气再循环。 4、EGR阀位置传感器:向ECU反馈EGR阀开度信号,ECU根据 此信号修正电磁阀开度,使EGR率保持在最佳值。
5.1 概述
5.1.1 汽车排放污染的生成机理与危害
1. 一氧化碳(CO)
【生成机理】1)燃烧不完全(空气不足或者空气中氧含量不足;混 合气的掺混不均匀);2)高温条件下CO2与H2O的离解反应。 {离解又称解离,指化合物分裂而形成离子或原子团的过程。} 【危害】人吸入后与体内血红蛋白结合成一氧化碳-血红蛋白,将降低 血液吸收和运送氧的能力,容易造成低氧血症,导致组织缺氧。当吸入 CO达0.3%(体积)时,可致人死亡。 【改进措施】 促进形成良好 质量混合气, 适当提高燃烧 温度。
【组成】EGR阀、EGR电磁阀等。 【工作过程】ECU→EGR电磁阀 →真空度→EGR阀→部分废气进 入进气歧管。
【注意】ECU通过查找三维脉谱 图,输出适当的控制指令进行控 制,而对其控制结果不进行检测。
5.2 废气再循环(EGR)控制
2. 电子控制式EGR系统——采用ECU控制 2)闭环控制式EGR系统
EGR阀位置传 感器向ECU反 馈EGR阀开度 信号,ECU根 据此信号修正 电磁阀开度, 使EGR率保持 在最佳。
1—真空控制阀;2—废气再循环电磁阀;3—真空管; 4—废气再循环阀;5—EGR阀位置传感器
【注意】EGR率传 感器的闭环控制!
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.1 废气再循环系统的类型及组成 EGR系统有关的传感器信号及其作用:
5.1.1 汽车排放污染的生成机理与危害
3. 氮氧化合物(NOx)
【成分】主要是NO(占95%),NO2排出量较少。 【成因】三个条件:1)高温;2)富氧;3)缸内的滞留时间。 【生成机理】点燃式发动机:1)空燃比的影响;2)点火正时的影响 ;3)已燃气体的影响。 【危害】一方面:发动机废气刚一排出时,气体内存在的NO毒性较 小,但容易被氧化成毒性较大的NO2等其他氮氧化合物。NOx进入肺 泡后能形成亚硝酸和硝酸,对肺组织产生剧烈的刺激作用。 另一方面 :NOx与HC受阳光中紫外线照射后发生化学反应,形成有毒的光化学 烟雾。 【控制方法】降低混合气中氧的浓度,降低燃烧温度,缩短在高温燃 烧带内的滞留时间以及改善混合气的形成等。
EGR的控制目的:根据发动机的不同工况,控制最佳的EGR率,以有效 控制NOx的排放量。 【注意】: 1)在对EGR率的控制中,需同时对点火提前角进行控制。 2)不进行废气再循环的工况:起动、怠速、暖机、转速高于3200r/min 或低于900r/min。 3)最大EGR率一般不超过15%~25%。
EGR阀的结构
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构 1、EGR阀——气道式EGR阀
通大气 【特别注意】膜片上方通控制真空,下方通大气。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
1、EGR阀——正背压式
【工作原理】当发动 机低速时,废气压力 低,放气阀在弹簧的 作用下打开,膜片上 方不能形成真空,锥 形阀关闭,废气不循 环。 当发动机高速时,废 气压力高,放气阀在 废气压力的作用下关 闭,如果膜片上方有 真空,锥形阀打开, 废气循环。
1- EGR阀位置传感器 2- EGR阀位置传感 器电路 3-膜片 4-废气出 5-废气入 6-阀体 7-接EGR电磁阀
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
2、EGR阀位置传感器
【传感器电路】EGR阀门开度越大反馈给ECU的信号电压越高。
电源5V 信号输出 地线
5.1.1 汽车排放污染的生成机理与危害
4. 颗粒物(PM)
【来源】主要是柴油发动机燃烧不完全的产物,其内含有大量黑色的 碳颗粒和其它杂质粉尘。 【成因】由烃类燃料在高温缺氧条件下裂解生成的。
【危害】长期悬浮于空气中,影响能见度 ;易通过呼吸系统而吸附在肺细胞上,其 中可溶性有机物、多环芳香烃等是致癌物 质。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
1、EGR阀——线性电磁式
【工作原理】 ECU根据传感器信号 控制EGR阀的电磁线 圈脉冲信号的占空比 ,控制阀的开度,实 现不同EGR率。
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
2、EGR阀位置传感器
EGR电磁阀
3-通大气 4-去EGR阀 6-通进气歧管
1- 空气通道 2- 阀体 5-电磁阀线圈
5.2 废气再循环(EGR)控制
5.2.2 废气再循环系统的主要部件结构
3、EGR电磁阀——EGR真空电磁阀(VSV)
【工作原理】当需要增大废气再循环流量时,
ECU输出的占空比减小,EGR电磁阀相对的通电时 间减小,EGR阀真空室通进气歧管的相对时间增大 ,其真空度增大而使阀开度增大,使废气再循环 流量相应增加。 当EUC输出占空比为0的信号(持续低电平)时, EGR电磁阀断电。这时,EGR阀真空室与进气歧管 持续相通,其真空度达到最大(直接取决于进气歧 管的真空度),阀的开度最大,废气的再循环流量 也达到最大。 当不需要废气再循环时,ECU输出占空比为100 %的信号(持续高电平),使EGR电磁阀常通电, EGR阀真空室与大气常通,阀关闭,阻断了废气再 循环。
5.2 废气再循环(EGR)控制
废气再循环(Exhaust Gas Re-circulation,EGR)
【概念】废气再循环(EGR): 是指把发动机排出的一部分废气 引入进气歧管,并与新鲜混合气 混合后重新进入气缸参与燃烧, 以降低发动机燃烧温度,减少排 气中氮氧化合物(NOX)等有害气 体的排放。
电喷发动机技术
汽车工程学院
第5章 电控汽油机的排放控制系统
5.1 概述 5.2 废气再循环(EGR)控制 5.3 曲轴箱强制通风系统 5.4 二次空气喷射系统
5.5 三元催化转换器与闭环控制
5.6 燃油蒸发排放控制系统
第4章 发动机怠速控制系统
【知识目标】:
1)了解汽车排放污染的生成机理与危害; 2)熟悉电控汽油机排放污染的控制方法; 3)掌握废气再循环(EGR)系统、曲轴箱强制通风系统、 二次空气喷射系统、三元催化转换器、燃油蒸发排放控制系 统的结构及工作原理。
5.1.1 汽车排放污染的生成机理与危害
2. 碳氢化合物(HC)
【来源】包括未燃和未完全燃烧的燃油蒸汽;供油系统中燃料的蒸发 和滴漏。尾气HC占总量的60%;曲轴箱窜气HC占总量的25%;供油 系统的蒸气占HC总量的15%~20%左右。
【成因】: 1)混合气过浓,燃烧不完全,则未燃烧的燃料或燃烧过程中生成的 HC增加; 2)混合气过稀,或缸内废气过多时,则可能引起火焰不充分甚至完 全断火,致使排气中的HC浓度显著增加。 3)缸壁激冷效应; 4)缝隙效应。
【技能目标】:
能够对废气再循环(EGR)系统、曲轴箱强制通风系统 、二次空气喷射系统、三元催化转换器、燃油蒸发排放控制 系统进行检测。
5.1 概述
汽车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)、二氧化硫(SO2)、铅(Pb)和碳烟(PM)等。
汽车排放的尾气不仅污染环境,而且对人体健康带来严重的危害!
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