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1、第12章 汽車排放控制系統(tǒng),,本章主要內(nèi)容,汽車排放的形成和危害 汽車排放控制的作用與分類 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理,12.1 概 述,1.汽車排放的形成和危害 隨著汽車保有量的增加，汽車排放對環(huán)境所造成的影響也隨之增大。 汽車排放對人類危害最大的是： 一氧化碳(CO) 碳?xì)浠衔?HC) 氮氧化物(NOx),,12.1 概 述,1一氧化碳(CO) CO是烴類燃料在空氣不足的情況下，由于不完全燃燒而產(chǎn)生的有害物。CO被人體吸收后，容易與血紅蛋白結(jié)合，阻礙血紅蛋白帶氧，會造成人體內(nèi)缺氧而使人感到頭痛、惡心，嚴(yán)重時還導(dǎo)致人因窒息而死。 2碳?xì)浠衔?HC) HC是石油產(chǎn)品

2、的基本組成部分，其與氧的化合(燃燒)所釋放的熱量是發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的能量。但排人大氣中的HC則是一種污染。發(fā)動機(jī)排氣中高含量的HC是燃料未經(jīng)燃燒或燃燒不完全的產(chǎn)物。此外，燃油箱汽油蒸發(fā)、曲軸箱氣體直接排放等，也是HC對大氣造成污染的來源。HC氣體在陽光下與氮氧化物NOx作用，進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)，形成含有臭氧(O3)、丙稀醛、甲醛、硝酸鹽、酮及過氧化酰等物質(zhì)的光化學(xué)煙霧。這種“煙霧”具有較強(qiáng)的氧化力和特殊的氣味，對人眼、咽喉等有刺激作用，并容易使橡膠開裂和植物受損等。在諸多的碳?xì)浠衔镏?，苯比芘還是一種致癌物。,12.1 概 述,3氮氧化物(NOX) NOX是在溫度很高的情況下氮與氧化合的產(chǎn)物，對大

3、氣造成污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。氮氧化物是一種有毒并帶有惡臭的氣體，會引起人眼結(jié)膜、口腔、咽喉粘膜腫脹和充血，并可能導(dǎo)致支氣管炎、肺炎等病。,12.1 概 述,2.汽車排放控制的作用與分類 （1）汽車排放控制的作用 汽車對大氣的污染主要源自發(fā)動機(jī)排出的廢氣，三種有害排放物中，全部CO、NOx和約占60的HC都是由發(fā)動機(jī)排氣管排出的。此外，曲軸箱氣體和燃油箱燃油蒸發(fā)的HC排放各約占汽車HC總排放的20。對汽車排放的控制，就是通過改善燃燒、降低燃燒溫度、阻斷曲軸箱氣體和燃油蒸發(fā)排放、凈化排氣管廢氣等手段，使汽車對大氣的污染減小到最低的限度，以緩解汽車保有量增加對環(huán)境所帶

4、來的負(fù)面影響、滿足人類對環(huán)境質(zhì)量不斷提高的要求。,12.1 概 述,2汽車排放控制的分類 機(jī)內(nèi)凈化：從進(jìn)氣系統(tǒng)入手，通過改善混合氣的質(zhì)量，使燃燒產(chǎn)生的有害成分降低。這一類的排放控制裝置有：進(jìn)氣溫度自動控制裝置、廢氣再循環(huán)控制裝置、混合比加濃式減速廢氣凈化裝置、進(jìn)氣歧管真空度控制閥等。 機(jī)外凈化：對發(fā)動機(jī)排出的廢氣進(jìn)行再凈化處理，將廢氣中所含的CO、HC和NOx等有害氣體轉(zhuǎn)化為無害的水(H2O)、二氧化碳(CO2)和氮(N2)等氣體。這一類的排放控制裝置有：熱反應(yīng)器、氧化催化劑轉(zhuǎn)化器、三元催化轉(zhuǎn)化器、二次空氣供給裝置等。目前廣泛使用的發(fā)動機(jī)廢氣凈化裝置是三元催化轉(zhuǎn)化裝置。 污染源封閉循環(huán)凈

5、化：對曲軸箱氣體及燃油箱燃油蒸發(fā)等HC排放源實(shí)施封閉化處理，以阻斷向空氣排放HC。這類控制裝置有：曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)裝置、活性炭罐等。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,1.廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng) （1）廢氣再循環(huán)的作用 在高溫下(高于1370 )，氮與氧氣化合生成NOx。在其它條件相同的情況下，發(fā)動機(jī)的燃燒溫度越高，燃燒后產(chǎn)生的NOx就越多。廢氣再循環(huán)(Exhaust Gas RecirculationEGR)就是將發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣引入進(jìn)氣管（如下圖），與新鮮混合氣混合后進(jìn)入氣缸，利用廢氣中所含有大量的二氧化碳(CO2)不參與燃燒卻能吸收熱量的特點(diǎn)，降低燃燒溫度，以減少NOx的排放

6、。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,EGR原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,（2）廢氣再循環(huán)量的控制方式 增加廢氣再循環(huán)量，發(fā)動機(jī)的燃燒溫度可進(jìn)一步降低，抑制NOx產(chǎn)生的作用就更有效。但廢氣再循環(huán)量過多，會導(dǎo)致混合氣的著火性變差，造成發(fā)動機(jī)的油耗上升，動力性下降，HC排放量上升。因此，必須控制廢氣引入量，而在發(fā)動機(jī)起動、怠速和低負(fù)荷等工況下，發(fā)動機(jī)的燃燒溫度較低，NOx不會超量，為確保發(fā)動機(jī)可靠運(yùn)行，就不能在新鮮混合氣中摻入廢氣。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,通常以廢氣再循環(huán)率來衡量廢氣的引入量，廢氣再循環(huán)率定義如下： EGR率 = EGR氣體

7、量/（吸入的空氣量+ EGR氣體量）100% 廢氣再循環(huán)控制裝置通過控制EGR率來保證發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好的同時，達(dá)到最佳的NOx凈化效果。 EGR率與發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)（如下圖）。EGR率增加過大時，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩(wěn)定，失火率增加，使HC也會增加；EGR率過小，NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動機(jī)過熱等現(xiàn)象。 因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動機(jī)工況要求進(jìn)行控制。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,試驗(yàn)結(jié)果說明：當(dāng)EGR率小于10%時，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時，發(fā)動機(jī)燃燒不穩(wěn)定，工作粗暴，

8、HC排放物將增加10%。因此通常將EGR率控制在10%20%范圍內(nèi)較合適。 隨著負(fù)荷增加EGR率允許值也增加（陰影部分）。怠速和低負(fù)荷時，NOx排放濃度低，為了保證穩(wěn)定燃燒，不進(jìn)行EGR。 只有熱態(tài)下進(jìn)行EGR。發(fā)動機(jī)溫度低時，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機(jī)時不進(jìn)EGR。 大負(fù)荷、高速時，為了保證發(fā)動機(jī)有較好的動力性，此時混合氣較濃，NOx排放生成物較少，可不進(jìn)行EGR或減少EGR率。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,較早使用的機(jī)械式EGR控制裝置是利用進(jìn)氣歧管的真空度及排氣壓力來控制EGR閥的開啟及開啟的程度，主要有三種

9、控制方式，如圖12-1所示。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,（3）廢氣再循環(huán)電子控制系統(tǒng)的控制原理 電子控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的組成如圖12-2所示。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,ECU根據(jù)各傳感器的信號判斷發(fā)動機(jī)的工況與狀態(tài)，以確定是否需要廢氣再循環(huán)或再循環(huán)流量的大小，并輸出占空比可變的控制脈沖，通過控制EGR電磁閥的占空比來調(diào)節(jié)EGR閥的開度，以實(shí)現(xiàn)最佳的EGR率控制。 為實(shí)現(xiàn)非線性的最佳EGR再循環(huán)流量控制，在EGR電子控制系統(tǒng)的存儲器中儲存各工況下的最佳廢氣再循環(huán)流量值，通常以電磁閥占空比參數(shù)的方式儲存(圖12-3)，ECU根據(jù)各傳感器信號，直接查找并計(jì)算

10、得到最佳的EGR電磁閥占空比值，并輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號。 有的EGR電子控制系統(tǒng)通過EGR閥開度傳感器反饋EGR閥開度信息，相應(yīng)的在ECU的存儲器中儲存的是發(fā)動機(jī)各工況下的EGR閥開度參數(shù)。工作時，ECU根據(jù)各傳感器信號查找并計(jì)算得到最佳的EGR閥開度，并與當(dāng)前EGR閥開度比較。如果不相等，ECU將調(diào)整占空比控制脈沖，將EGR閥的開度調(diào)整至最佳狀態(tài)。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,廢氣再循環(huán)電子控制系統(tǒng)有關(guān)的傳感器信號及其作用如下。 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。提供發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號，是ECU計(jì)算EGR率的重要參數(shù)之一。此外，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于

11、900 rmin或高于3200 rmin時(高低限值因車型而不同)，ECU輸出持續(xù)高電平控制信號，使EGR電磁閥關(guān)閉，發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管無廢氣再循環(huán)。 空氣流量傳感器或進(jìn)氣壓力傳感器。提供發(fā)動機(jī)負(fù)荷信息，是ECU確定EGR率的另一重要參數(shù)。 發(fā)動機(jī)冷卻液溫度傳感器。提供發(fā)動機(jī)溫度信號，在發(fā)動機(jī)溫度低時，ECU輸出控制信號，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。 節(jié)氣門位置傳感器。提供發(fā)動機(jī)怠速信號，當(dāng)發(fā)動機(jī)處于怠速工況時，ECU輸出控制信號，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。 點(diǎn)火開關(guān)。提供發(fā)動機(jī)起動信號，在起動發(fā)動機(jī)時，ECU輸出控制信號，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,（3）電子控制廢氣再循

12、環(huán)的結(jié)構(gòu) 典型的電子控制EGR系統(tǒng)如圖12-4所示。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理, EGR閥 EGR閥膜片的一邊(下部)通大氣，裝有彈簧的另一邊為真空室，其真空度由EGR電磁閥控制。增大真空室的真空度，使膜片克服彈簧力上拱，閥的開度就增大，廢氣再循環(huán)流量也就增加。當(dāng)上部失去真空度時，膜片在彈簧力的作用下向下拱而使閥關(guān)閉，阻斷廢氣再循環(huán)。 安裝有EGR閥開度傳感器的EGR閥如圖12-5所示。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理, EGR電磁閥 EGR電磁閥有三個通氣口（如右圖），EGR電磁閥不通電時，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口被關(guān)閉。這時EGR電磁閥使進(jìn)氣歧管與EG

13、R閥真空室相通；當(dāng)EGR電磁閥線圈通電時，產(chǎn)生的電磁力使閥體下移，閥體下端將通進(jìn)氣歧管的真空通道關(guān)閉，而上端的通大氣閥口打開，于是就使EGR閥的真空室與大氣相通。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理, EGR控制系統(tǒng)工作過程 ECU根據(jù)各有關(guān)傳感器的信號確定的廢氣再循環(huán)流量后，通過輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號，控制EGR電磁閥在相應(yīng)的占空比下工作，將EGR閥的真空室的壓力調(diào)制在相應(yīng)的值，使EGR閥有相應(yīng)的開度。 當(dāng)需要增大廢氣再循環(huán)流量時，ECU輸出的占空比減小，EGR電磁閥相對的通電時間減小，EGR閥真空室通進(jìn)氣歧管的相對時間增大，其真空度增大而使閥開度增大，使廢氣再循環(huán)流量相應(yīng)增加

14、。 當(dāng)EUC輸出占空比為0的信號(持續(xù)低電平)時，EGR電磁閥斷電。這時，EGR閥真空室與進(jìn)氣歧管持續(xù)相通，其真空度達(dá)到最大(直接取決于進(jìn)氣歧管的真空度)，閥的開度最大，廢氣的再循環(huán)流量也達(dá)到最大。 當(dāng)不需要廢氣再循環(huán)時，ECU輸出占空比為100的信號(持續(xù)高電平)，使EGR電磁閥常通電，EGR閥真空室與大氣常通，閥關(guān)閉，阻斷了廢氣再循環(huán)。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,2.燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng) （1）活性炭罐的作用 燃油箱中的汽油蒸發(fā)，汽油蒸氣的壓力達(dá)到設(shè)定值時，就會從油箱蓋的排氣閥排出，造成對大氣的HC污染。燃油箱用通氣管與活性炭罐連接，其作用就是將汽油箱中的汽油蒸氣

15、收集于罐中，并在發(fā)動機(jī)工作時，通過流經(jīng)的空氣將汽油蒸氣送入進(jìn)氣管參與燃燒(圖12-7)，以免汽油箱中的汽油蒸氣直接排放到大氣中而造成空氣污染。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,活性炭罐,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,（2）活性炭罐通氣量控制的作用 要使活性炭罐能隨時收集汽油箱中的汽油蒸氣必需及時將活性炭罐中的汽油蒸氣“驅(qū)走”，同時，攜帶活性炭罐汽油蒸氣的這部分氣體進(jìn)入進(jìn)氣管后，不應(yīng)對發(fā)動機(jī)的正常工作造成負(fù)面影響?；钚蕴抗尥饬靠刂凭褪窃诒ＷC活性炭罐能正常起作用的同時，發(fā)動機(jī)能正常地工作。 （3）活性炭罐通氣控制原理 較

16、早的燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)利用節(jié)氣門處的真空度直接控制膜片式通氣閥來控制活性炭罐通氣量(參見圖12-7)。這種控制方式的控制精度較低，現(xiàn)已被電子通氣量控制裝置所取代，其控制系統(tǒng)的基本組成如圖12-8所示。 EUC根據(jù)有關(guān)傳感器的信號判斷發(fā)動機(jī)工況與狀態(tài)，并輸出相應(yīng)的控制脈沖，通過控制活性炭罐通氣電磁閥的開關(guān)占空比來調(diào)節(jié)活性炭罐通氣閥的開度，使流經(jīng)活性炭罐進(jìn)入進(jìn)氣管的空氣流量適應(yīng)發(fā)動機(jī)工況、狀態(tài)變化的需要。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理, 活性炭罐?；钚蕴抗拗醒b有活性炭，活性炭可吸附汽油箱中的汽

17、油蒸氣，但這種吸附力不強(qiáng)，當(dāng)有空氣流過時，蒸氣分子又會脫離，隨空氣一起進(jìn)入進(jìn)氣歧管。 活性炭罐通氣閥。閥的上部為真空室，其真空度由活性炭罐通氣電磁閥控制。當(dāng)真空度增大時，閥膜片向上拱，主通氣口通氣量增加。 活性炭罐通氣電磁閥。三通氣口的活性炭罐通氣電磁閥其結(jié)構(gòu)與工作原理與EGR電磁閥相似，其作用是根據(jù)ECU輸出的占空比控制脈沖工作，調(diào)整活性炭罐通氣閥的開度。,12.2 汽車排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,有二通氣口的活性炭罐通氣電磁閥，其結(jié)構(gòu)與工作原理與開關(guān)電磁式怠速控制閥相似，使用這種活性炭罐通氣電磁閥的系統(tǒng)一般無活性炭罐通氣閥，直接通過活性炭罐通氣電磁閥的開關(guān)占空比來控制通氣量，其控制系統(tǒng)如

18、圖12-10所示。,12.3 汽車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢,缸內(nèi)直接噴射,12.3 汽車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢,采用電控缸內(nèi)直接噴射方法，在火花塞附近供給濃混合氣，以利著火；在其它區(qū)域供給稀混合氣，進(jìn)行分段噴油。達(dá)到分層燃燒的目的。據(jù)報(bào)導(dǎo)空燃比為30時，仍可燃燒。此種方法可節(jié)約燃料三分之一以上。 為了減少稀燃時的NOx,在排氣系統(tǒng)中安裝了兩只溫度傳感器、兩只氧傳感器和兩級催化轉(zhuǎn)化器。,12.3 汽車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢,兩級催化轉(zhuǎn)化器,12.3 汽車排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢,試驗(yàn)結(jié)果表明：CO、HC和NOx三種排放物在第一個十五工況循環(huán)中將占總排放量的70-80%，因此今后解決排放的重點(diǎn)在: 降低HC排放； 改善怠速和暖機(jī)期間的排放； 盡可能地縮短催化器的加熱時間，在催化器達(dá)到起燃溫度之前，最大程度地降低發(fā)動機(jī)排出的廢氣。,,