06第六章发动机有害排放物的控制系统

第六章发动机有害排放物的控制第一节排气净化装置仅涉及发动机的机外净化装置，有：（1）恒温进气空气滤清器（2）二次空气喷射系统（3）催化转换器（4）排气再循环系统（5）曲轴箱通风及汽油蒸发控制系统一、发动机的有害排放物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）和微粒排放。（1）一氧化碳（CO）：碳氢燃料的不完全产物，人吸入后将降低血液吸收和运送氧气的能力。（2）碳氢化合物（HC）：包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸汽。（3）氮氧化合物（NOx）：燃烧室内高温富氧环境中的产物。HC和Nox在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。（4）微粒排放：主要指柴油机排气中的碳烟，其表面吸附的可融性有机物对人的呼吸道有害。二、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（增加一套空气加热和控制装置）。多用于化油器式或节气门体汽油喷射式发动机上。为什么要进行进气温度调节？当发动机冷起动后，在怠速或小节气门开度下工作时，化油器供给浓混合气，燃烧不完全，发动机排气中CO和HC较多。恒温进气空气滤清器的作用就是当发动机冷起动后，向发动机供给热空气，这样，化油器即使供给稀混合气，热空气也能保证燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC排放，又能使发动机在低温下稳定工作。当发动机工作温度升高后，恒温进气空气滤清器向发动机供给环境温度的空气。恒温进气空气滤清器的结构见图6-1、图6-2所示。（进气管真空度作用在真空控制膜盒7上，控制控制阀8开大或关小）进气管真空度是如何作用到真空控制膜盒上的呢？见图6-3所示的恒温进气空气滤清器的工作原理示意图。双金属进气温度传感器4在环境温度低于30C开启，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克服弹簧3弹力向上，通过连杆带动控制阀9将进气导流管10关闭。此时，热空气管7打开，被排气支管8加热的热空气进入空气滤清器（图6-3a）。当汽车前罩下的环境温度在30~53C之间时，进气温度传感器部分地开启通气阀，使进气管真空度只有一部分传送到控制膜盒。控制阀部分地开启进气导流管，热空气管也部分地开启。因此，部分冷空气和热空气供入发动机，使进气温度基本恒定。见图6-3（b）所示。当环境温度超过53C后，双金属进气温度传感器将通气阀关闭，真空软管与膜盒隔断，膜片弹簧力使控制阀关闭热空气管，将进气导流管完全打开，供入发动机的全部是环境空气。见图6-3（c）所示。二、二次空气喷射系统二次空气喷射系统的主要功用是在冷起动时由ECU根据发动机温度，控制来自空气泵的新鲜空气喷入排气歧管或三元催化转换器中，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳（CO2）和水（H2O），以控制尾气中CO和HC成分，同时，加快三元催化转换器的升温过程。二次空气喷射系统主要由空气泵、内部开关阀和单向阀等组成。空气泵通常由发动机带驱动，单向阀的功用是防止废气返回空气泵。当发动机起动后，电脑不使旁通阀2和分流阀7的电磁线圈通电，于是，旁通阀2和分流阀7的真空割断，此时，空气泵1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，起动工作状态的持续时间较长。当接通发动机点火开关后，电源电压便施加在旁通阀2和分流阀7的电磁线圈上，电脑通过对每个绕组提供接地而使线圈通电。发动机在预热期间，在发动机温度超过20C时，电脑使旁通阀和分流阀的电磁线圈通电，这时，进气管真空度传送到旁通阀和分流阀，空气泵送出的空气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歧管。当发动机在正常的冷却液温度下工作时，电脑只使旁通阀电磁线圈通电，而不使分流阀电磁线圈通电。因此，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。四、催化转换器催化转换器安装在排气歧管之后、排气消声器之前的排气管中。其作用是利用催化剂（通常是金属铂、钯或铑）的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无害的正常气体。催化转换器有氧化催化转换器和三元催化转换器。氧化转换器只将排气中的CO、HC氧化成CO2和H2O，又称为二元催化转换器，必须提供二次空气作为氧化剂。三元催化转换器可以同时降低CO、HC和NOx的排放。它可以以排气中的CO和HC作为还原剂，将Nox还原成氮气（N2）和氧气（O2），而CO和HC则被氧化为CO2和H2O。当空燃比在理论空燃比（14.7）附近时，氧化-还原反应达到平衡，CO、HC和NOx的排放同时达到最低。如果在三元催化转换器之后再连接一个氧化催化转换器，排气管中未被氧化的CO和HC继续与供入的二次空气进行氧化反应，进一步降低CO和HC排放。（1）催化转换器不能使用加铅汽油，会使催化剂失效；（2）催化转换器仅在温度超过350C才起作用，因此，催化转换器都安装在温度较高的排气歧管后面附近；（3）混合气空燃比必须在14.7附近。混合气过浓或气缸缺火，都会使转换器过热。五、排气再循环（EGR）系统废气再循环是指把发动机排出的部分废气回送到进气管，并与新鲜混合气一起进入气缸。由于废气中含有大量的CO2，在不参与燃烧，却吸收了大量的热，因此，降低了最高燃烧温度，又使混合气中氧的成份降低，因此减少了NOx排放。废气再循环使发动机动力性能和经济性能下降，尤其是废气再循环过多，会影响发动机怠速、低转速小负荷、暖机工况的运转稳定性，因此，必须根据发动机工况的变化控制废气再循环率（参与废气再循环的废气比例）。现代轿车发动机排气再循环（EGR）系统由电脑控制，主要由废气再循环阀（EGR阀）控制废气再循环的废气量。而EGR阀的开度大小由电磁阀和真空调节阀控制作用在EGR阀上真空膜片室内的进气管真空度大小，改变膜片的位置，就改变了EGR阀的开度大小，从而改变了废气再循环的废气量。废气再循环系统工作原理如图6-7所示。上图是装有排气背压修正阀（真空调节阀7）的EGR排气再循环系统。在EGR（真空）电磁阀6与EGR控制阀8之间的真空管路中装有一背压修正阀（真空调节阀7）。其功用是根据排气歧管中的背压（即根据进气管真空度的变化或节气门开度的大小，因为发动机负荷大时，排气歧管背压高），附加控制排气再循环。当发动机小负荷工况时，排气背压低，背压修正阀保持EGR阀处于关闭状态，不进行排气再循环；只有在发动机负荷增大，排气歧管背压增大时，背压修正阀才允许EGR阀打开，进行废气再循环。排气歧管的背压通过管路作用在背压修正阀的背压气室下方。当发动机处于小负荷工况时，排气背压低，在阀门弹簧的作用下去，气室膜片向下移动，使修正阀门关闭真空气道。此时，EGR阀在其阀门弹簧作用下保持关闭，因而不进行废气再循环。当发动机负荷增大，排气歧管背压升高时，修正阀背压气室下方的背压升高，使膜片克服阀门弹簧弹力向上运动，将修正阀门打开。由EGR电磁阀控制的真空通过背压修正阀而进入EGR控制阀上方真空气室，将EGR阀吸开，排气再循环通道打开，排气进行再循环。EGR电磁阀受ECU控制。ECU通过发动机转速信号、进气压力信号、水温信号、空气流量信号等，通过控制电磁阀开度，来控制进入EGR控制阀上方膜片室内的真空度，从而控制EGR控制阀的开度，改变废气参与再循环的排气量。第二节强制式曲轴箱通风装置（PCV系统）发动机工作时，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内。这将导致润滑油变质，造成机件腐蚀或锈蚀，并且对大气环境HC等气体的污染。强制式曲轴箱通风装置就是防止曲轴箱内碳氢燃料蒸汽和燃烧产物排放到大气中的净化装置。强制式曲轴箱通风装置最重要的控制元件是PCV阀，其功用是根据发动机工况的变化自动调节进入气缸的曲轴箱内气体的数量。因此，强制式曲轴箱通风装置又称为PCV系统控制元件PCV阀的作用：根据发动机工况的变化自动调节进入气缸的曲轴箱气体的数量。发动机不工作时PCV阀的开度当发动机不工作时，PCV阀中的弹簧2将其中的锥形阀3压在阀座4上，关闭了曲轴箱与进气管的通路。2)发动机在怠速或减速时PCV阀的开度在怠速或减速时，进气管真空度很大，克服弹簧力把锥形阀高高举起，这时锥形阀3与PCV阀体1之间只有很小的缝隙。此时，窜入曲轴箱的气体也很少。3)部分节气门开度时PCV阀的开度进气管真空度比怠速时小，在弹簧的作用下锥形阀3与PCV阀体1之间的缝隙增大。由于窜入曲轴箱的气体较怠速时多，所以需要较大的PCV阀开度。4)发动机在大负荷工作时PCV阀的开度节气门全开，进气管真空度较小，弹簧将锥形阀3进一步下压，使PCV阀的开度达到最大。此时，将产生更多的曲轴箱气体，必须使PCV阀开度最大。5)进气管回火时PCV阀的开度如果进气管发生回火，进气管压力增大，锥形阀落在阀座上，如同发动机不工作时一样，以防止回火窜入曲轴箱引起爆炸。6)如果气缸或活塞严重磨损，将会有更多气体窜入曲轴箱，引起曲轴箱压力异常升高，部分曲轴箱气体从空气滤清器处反喷。PCV阀堵塞，会造成曲轴箱通风不畅PCV软管漏气，会造成发动机怠速不稳若气缸的密封性能良好，PCV系统应该使曲轴箱内的压力略低于大气压力（才能形成强制通风的作用）第三节汽油蒸发控制系统汽油蒸发（EVAP）排放控制系统的作用是防止燃油箱和化油器浮子室内的燃油蒸发（HC化合物）排入大气造成污染。方法是将这些汽油蒸气收集和储存在活性炭罐内，在发动机工作时再将其送入气缸烧掉。发动机停机后，燃油蒸气进入炭罐，被活性炭吸附。发动机起动后，进气管真空度经真空软管10传送到限流阀8，膜片上移并将限流孔开启，新鲜空气自炭罐底部向上流过炭罐，与吸附在活性炭表面的汽油蒸气，经限流孔和汽油蒸气管9进入进气歧管。炭罐顶部的限流阀8的作用是用来控制进入进气歧管的汽油蒸气和空气数量。怠速时，传送到膜片上方的真空度很小，致使孔径较大的限流孔关闭，以免破坏怠速时混合气的空燃比；大负荷或高转速工况下，限流阀全开，大、小限流孔均开启。图6燃油蒸发（EVAP）控制系统1-汽油箱2-燃油泵3-蒸发阀4-双通阀5-碳罐6-EVAP控制电磁阀7-进气软管8-节气门9-滤网10-量孔当发动机在中、小负荷下工作（水温75C）时，电脑给EVAP控制电磁阀提供搭铁回路，EVAP控制电磁阀开启，活性碳罐与进气管之间形成通路，新鲜空气即从活性碳罐下方的控制量孔进入活性碳罐，清除吸附在碳粒表面上的燃油蒸气，并与其一起通过进气管进入气缸内燃烧。