汽车新技术课件—第九章 排放控制

片簧阀 O2 传感器
三元催化器
(1)催化器
燃烧室里产生的有害气体经过三元 催化器时被贵金属进行化学反应， 净化成对人体无害的气体，排到大气。
排放气体 CO+O2
贵金属 白金
净化气体 CO2
HC+O2
Nox
铂
铑
CO2+H2O
H2O,CO2,+N2
(2)片簧阀
由于排放气体的脉动，产生 负压，片簧阀打开，向排气系统 供给二次空气。在背压的作用下 片簧阀关闭，防止排气的逆流。
9.4 燃油蒸发气体控制装置
把燃料箱或化油器里产生的燃料蒸气不排出到大气，供入气缸内进 行燃烧，抑制HC的产生。蒸发气体控制装置有通断型电磁阀的控制方式 和占空比控制方式。 (1)通断型构成 为了防止汽油箱向大气排放燃油蒸气而产生污染，在电控发动机控 制系统中普遍采用了由电控单元(ECU)控制的活性炭罐蒸发污染控制装 置。 发动机工作时，电控单元(ECU)根据发动机转速、冷却水温度、空 气流量等信号，控制炭罐电磁阀的开闭，进而控制排放控制阀上部的真 空度，从而达到控制排放控制阀开度的目的。当排放控制阀打开时，汽 油蒸气将通过排放控制阀被吸人进气歧管，随进气一起进入气缸内燃烧。
单元二 发动机电控系统构造与维修
第九章 排放净化控制装置
在大气污染中，汽车排放所造成的污染占有相当的比重。据有关 部门资料介绍，大气中所含CO的75％、HC和NOx的50％来源于汽车 的排放。特别是排放污染早已成为严重的社会公害。为此，发达国家均 建立了严格的排放法规加以限制。汽车排放中的有害物质主要是CO(汽 油不完全燃烧的产生)、HC(汽油不完全燃烧和缸壁淬冷产生)、 NOx(高温条件下，氧和氮反应产生)，除此而外，汽油蒸发对大气也会 造成一定程度的污染。CO、HC和NOx与空燃比之间的关系前已述及。
(2)HC的产生: HC产生的原因除燃料的不完 全燃烧汽油蒸汽外，缸壁淬冷也是 排气中HC的主要来源。由于壁面 的冷却作用，缸壁附近的混合气， 活塞顶部与第一道环之 间空隙的混合气烧不着随废气 排出.当混合气过稀，引起断火， 使排气中的 HC增加。
汽油(C6H14(核酸))
H
热+压力 CH4(甲烷)
A)怠速时;进气量少,燃料雾化也不良，需要浓混合气， 因此CO的产生量多。 B)加速时或高负荷行驶时;加速时或输出最大功率时需要很大的旋转扭矩， 因此需要浓混合气，CO的排放量也随着增加。 C)减速时;化油器车辆，节气门关闭，进气量少但进气管负压很大，因此怠 速口喷油量多，混合气变浓，CO产生量增加。
C2H4(乙烯）
C3H8(丙烷)
HC排放浓度和空燃比的关系:
HC产生时，浓混合气氧气不足或由于稀薄混合气发生断火， HC量增加。 空燃比:少—因氧气不足增加 多—因断火增加 混合气:浓---因氧气不足增加 稀薄---因断火增加
HC排放浓度和行驶状态的关系:
怠速或减速时增加，特别是减速时混合气过浓，发生断火 HC的产生增加(防止装置;缓冲器) 。
排气压力 空滤
EGR电磁阀
系统的工作是随着通道真空，排放废气，冷却水温，发动机转速进行控制。但急减速时， 进气岐管水温70º C以下, 散热器水温 17º C以下或发动机转速 1500rpm以下时，为了提高行驶性 能，停止EGR，在Nox产生量多的中速，中负荷区域，增加EGR量，降低 Nox量.
工作条件
燃油蒸发气体控制装置
(2)占空比型构成 ECU根据各种输入装置检测发动机工作状态，随工作条件由占空比控制进 行调节已确定的燃油蒸发气体量。电磁阀是发动机暖机时，齿轮工作状态，怠 速开关OFF时,氧传感器功能正常时工作。
输入 信号
ECU 电磁阀 单向阀 活性碳罐
油气分离器
吸入发动机内
(3) 蒸发气体控制元件的构成
废气在循环停止时
废气在循环进行时
附压信号
由EGR
(2)EGR 真空阀 废气压力和进气岐管的负 压下，内部的膜片弹簧工作， 调节 EGR阀 的负荷变化量。 (3)EGR 电磁阀 受微机输出的信号（冷却 水温度和散热器温度信号）， 使负压到EGR控制阀。 (4)真空延迟阀 延迟EGR阀的负压传达， 防止 EGR的突然开启。
CO2
O
C 对人体无害 CO
O
C 对人体有害
O
CO排放浓度和空燃比的关系:
CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧产生，混合气浓时燃 烧时所需要的氧不足，而CO产生量多。 空燃比: 少(浓)---CO多 = 混合气:浓---CO多 多(稀)---CO少 稀---CO少
CO排放浓度和行驶状态的关系:
废气再循环装置原理
燃烧速度慢
EGR=
EGR气体流量 吸入空气量+EGR气体流量
100
NOx
NOx
混合气密度大
燃烧速度快
排放气体
混合气密度小
燃烧速度慢
电子控制式 EGR
位置传感器 电磁阀(EGR,VENT) 电磁阀(EGR,VACUUM)
到进气岐管 排气入口 EGR阀 ECU 1 2 位置传感器
空气滤清器
片簧阀
空气被切断时 片簧阀
排气岐管
停止
发动机 从空气滤清器来
催化器 往催化器
(3)二次空气喷射系统
二次空气喷射系统是为了消除从燃烧室到排气管中未完全燃烧的HC 和CO而设置的。为了区别于发动机的正常进气，把这种向排气系统中供给 空气的装置称为二次空气喷射系统 。 在发动机工作过程中，空气经分流阀、转向阀等到达各缸的排气门附 近(或排气管道)，利用燃烧后的高温，使废气中残留的HC和CO与空气相 混合后再次燃烧，以达到排气净化的目的 。
HC排放浓度和燃烧时形状的关系:
加快火焰传播速度，使混合气产生涡流防止异常燃烧。
(3) Nox的产生:
通常把氮气和氧气的化合物统称 为氧的化合物（Nox）。占空气中78% (体积比)氮气在燃烧室的高温条件下 （温度1500ºC以上） ，由氧和氮的 反应所形成的。 N2+O2=2NO 这些 NO排到大气，并与空气中 的氧分子发生反应而变成NO2. 2NO+O2=2NO2 氮的氧化物有好几种，但汽车尾 气排出去的主要是NO，NO在大气中 又转换成NO2。
油箱和化油器蒸发的 HC 20%
曲轴相窜气 HC 25%
排气 CO 100% HC 55% Nox 100%
9.1.2 汽油发动机的有害燃烧产物
(1) CO的生成: CO产生原因是在局部 缺氧或低温下由于烃的 不完全燃烧而产生的。 构成汽油的碳元素燃烧并 生成 (CO2). C+O2=CO2 但空气不足时进行不完全 燃烧并进行2C+O2=2CO化 学反应，产生CO。
种类
条件 散热器水温17º C以下或发动机冷却水温70º C以下
EGR量
备注 缩短暖机时间
切断EGR 怠速,低速无负荷 高速高负荷 基本EGR 增量EGR 其他区域 中速中负荷
无
提高稳定性 输出最高功率
Baidu Nhomakorabea
少量 多量 最高15%左右
(2)背压修正阀
背压修正阀的作用是根据排气歧管中的背压，附加控 制废气再循环。 当发动机在小负荷排气背压低时，背压修正阀使EGR 控制阀保持关闭状态，不进行废气再循环。 在发动机负荷增大，排气歧管背压增大时，背压修正 阀才允许EGR控制阀打开进行废气再循环。
燃料泵 三元催化器
9.1.1 排放污染物
(1)排放污染物的来源 汽车排气管排气，燃料箱和化油器的油气，曲轴箱窜气。 (2)有害物的种类 在发动气缸内，汽油和空气混合并燃烧，大部分生成CO2和 H2O。但一 部分由于不完全燃烧而生成对人体有害的气体。 有害物的 3种类 CO----一氧化碳 HC----碳氢化合物 Nox---氧化氮
理论空燃比
CO HC 各 排 放 气 体 浓 度
NOx 少 (浓 ) 空燃比 大(稀薄)
9.2 三元催化转换器
现代汽车发动机上普 遍采用三元催化转换器，它 不仅能促使CO、HC的氧化 反应，也能促使NOx的还原 反应，从而使CO、HC和 NOx三种有害气体都得到净 化。三元催化转换器安装在 排气管中，其结构如图所示。
三元催化剂是金属铂(或钯)和铑的混合物，它能够与HC、 CO和NOx发生反应。但是只有当空燃比保持稳定时，其转换 效率才得到精确控制。三元催化转换器转换效率与空燃比的 关系曲线见图，在理论空燃比(14.7：1)时，三元催化转换器 的转换效率最佳。 因此，为了保持有良好的废气转换效率，必须对空燃比进 行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范 围内。
N2常温时 ZZZ N N2高温时 N NO N N
NO2
Nox排放浓度和空燃比的关系: Nox是空气在燃烧时的高温条件下，由氧和氮的反应所形成的。因 此跟燃烧室的温度有密切关系，空燃比 (15~16:1)附近 Nox值最大.混合 比稀或浓时Nox产生量减少.
空燃比;少---减少 混合气;浓---减少 多---增加 稀薄---增加 Nox排放浓度和行驶状态的关系:
催化剂的表面活性作用是利用排气本身的热量激发的。 一般排气中有害成份的开始转化温度高于250℃ 。发动机起动预热 5min后才能达到此温度，一旦转换反应开始，催化床便因反应放热而自动 地保持高温。 使用最佳温度范围为400-1000℃，在此温度范围内，既能保持有高的 净化率，又能延长转换器的使用寿命。当温度超过1000 ℃ 时，催化剂会 由于过热而加快老化，以至于完全丧失催化功能。 如火花塞缺火或点火不正时，未燃烧的混合气进入转换器，使催化床 温度急剧升高(可达1400 ℃ )，转换器负荷加大，寿命降低。排气中的铅化 物、碳烟、焦油等物质也会造成转换器过早的损坏，因此，为了提高三元 转换器的使用寿命，汽油发动机应使用无铅汽油。
9.1 发动机排放控制与净化的技术措施

三元催化转换器； 废气再循环(EGR)； 二次空气喷射； 活性碳罐系统。
排放控制装置的连接
活性碳罐 燃料压力调节器 ECU
清除电磁阀
单向阀 TPS PCV阀 喷油嘴 AFS WTS ISC阀 EGR控制阀 EGR电磁阀 高压侧 燃料滤清器 氧传感器 分离器
从进气岐管来 活性碳罐: 将油气吸附与碳粒表面， 跟纯空气一起由气体状态进 入进气岐管。 到进气岐管 NO3清除控制阀: 增加进入气缸的蒸发气 体流量的阀门，受清除控制电 磁阀的信号。
从燃料箱来
滤网
碳粒
滤网
空气(PURGE AIR)
9.5 三元催化器和二次空气喷射装置
在燃烧室里产生的排放气体中的HC,CO,Nox经过催化器时被Pt,Ph的作用， 进行氧化和还原反应转换成CO2,H2O,N2. 为了促进氧化反应，通过片簧阀供入 新鲜空气。 构成图:
燃烧室的温度跟充气量有关。节气门开度大，充其量多，Nox 产生量增多。
9.1.3 有害气体的排放浓度
CO:理论空燃比为基准，当高于
空燃比时增加，低于空燃比时减少。 HC:高于理论空燃比增加， 低于理论空燃比因断火也增加. NOx:稍稀于理论空燃比时产生量 最多，比理论空燃比稍浓或稍稀， 产生量减少。
通常二次空气喷射系统需要与热反应器配合使用，以达到 更好的排气净化效果。 热反应器也是一种用来降低HC和CO排放量的后处理装置。 它安装在发动机排气道的出口处。主要由壳体、外筒和内筒三层 壁组成，壳体与外筒之间是保温层，其间填充有绝热材料，使其 内部保持有一定的高温，以利于HC和CO的再燃烧。
9.3 废气再循环（EGR)控制系统
废气再循环是在发动机工作过程中，将一部分废气引到吸 人的新鲜空气(或混合气)中，返回气缸内进行再循环的方法， 其作用是用来减少NOx的排放量。 在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环 的废气将对发动机的性能产生严重的影响。 参与再循环的废气量（EGR率）一般在6％—13％之间变 化为宜。
EGR率负荷可变率
B.P.T (Back Pressure Transducer) EGR型式
EGR真空阀
3通道电磁阀 ECU 控制
EGR 信号
背压 信号
WTS /W
WTS
TPS
EGR控制阀
(1)EGR 控制阀
由EGR真空阀来的 负压信号
给EGR真空阀 传达废气输入信号
废气到进气岐管
废气再循环入口
EGR阀 TPS CAS AFS WTS 1;检测发动机转速 2;决定EGR气体量
机械式 EGR
真空控制阀 排放气体 真空控制阀 空气 空气 真空控制阀
空气
构 成
发 动 机 排放气体 EGR阀
发 动 机 排放气体
发 动 机
EGR阀
排放气体
EGR阀
特 征
净率 EGR
EGR负荷可变 轻负荷-EGR率少 高负荷-EGR率大