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1、第12章 汽車(chē)排放控制系統(tǒng),,本章主要內(nèi)容,汽車(chē)排放的形成和危害 汽車(chē)排放控制的作用與分類(lèi) 汽車(chē)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(chē)排放的形成和危害 隨著汽車(chē)保有量的增加，汽車(chē)排放對(duì)環(huán)境所造成的影響也隨之增大。 汽車(chē)排放對(duì)人類(lèi)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(lèi)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(huì)造成人體內(nèi)缺氧而使人感到頭痛、惡心，嚴(yán)重時(shí)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(dòng)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(dòng)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(duì)大氣造成污染的來(lái)源。HC氣體在陽(yáng)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(guò)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(duì)人眼、咽喉等有刺激作用，并容易使橡膠開(kāi)裂和植物受損等。在諸多的碳?xì)浠衔镏校奖溶胚€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(duì)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(huì)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(chē)排放控制的作用與分類(lèi) （1）汽車(chē)排放控制的作用 汽車(chē)對(duì)大氣的污染主要源自發(fā)動(dòng)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(dòng)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(chē)HC總排放的20。對(duì)汽車(chē)排放的控制，就是通過(guò)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(chē)對(duì)大氣的污染減小到最低的限度，以緩解汽車(chē)保有量增加對(duì)環(huán)境所帶

4、來(lái)的負(fù)面影響、滿足人類(lèi)對(duì)環(huán)境質(zhì)量不斷提高的要求。,12.1 概 述,2汽車(chē)排放控制的分類(lèi) 機(jī)內(nèi)凈化：從進(jìn)氣系統(tǒng)入手，通過(guò)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(lèi)的排放控制裝置有：進(jìn)氣溫度自動(dòng)控制裝置、廢氣再循環(huán)控制裝置、混合比加濃式減速?gòu)U氣凈化裝置、進(jìn)氣歧管真空度控制閥等。 機(jī)外凈化：對(duì)發(fā)動(dòng)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(wú)害的水(H2O)、二氧化碳(CO2)和氮(N2)等氣體。這一類(lèi)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(dòng)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(duì)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(lèi)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(chē)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(dòng)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(dòng)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(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,EGR原理,12.2 汽車(chē)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(dòng)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(guò)多，會(huì)導(dǎo)致混合氣的著火性變差，造成發(fā)動(dòng)機(jī)的油耗上升，動(dòng)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(dòng)機(jī)起動(dòng)、怠速和低負(fù)荷等工況下，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度較低，NOx不會(huì)超量，為確保發(fā)動(dòng)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(chē)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(lái)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(guò)控制EGR率來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好的同時(shí)，達(dá)到最佳的NOx凈化效果。 EGR率與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能有關(guān)（如下圖）。EGR率增加過(guò)大時(shí)，使燃燒速度太慢，燃燒變得不穩(wěn)定，失火率增加，使HC也會(huì)增加；EGR率過(guò)小，NOx排放達(dá)不到法規(guī)要求，易產(chǎn)生爆震，發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱等現(xiàn)象。 因此EGR率必須根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況要求進(jìn)行控制。,12.2 汽車(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：當(dāng)EGR率小于10%時(shí)，燃油消耗量基本上不增加，當(dāng)EGR率大于20%時(shí)，發(fā)動(dòng)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(shí)，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(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，NOx排放濃度也較低，為了保證正常燃燒，冷機(jī)時(shí)不進(jìn)EGR。 大負(fù)荷、高速時(shí)，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)有較好的動(dòng)力性，此時(shí)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(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車(chē)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(lái)控制EGR閥的開(kāi)啟及開(kāi)啟的程度，主要有三種

9、控制方式，如圖12-1所示。,12.2 汽車(chē)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(chē)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(hào)判斷發(fā)動(dòng)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(guò)控制EGR電磁閥的占空比來(lái)調(diào)節(jié)EGR閥的開(kāi)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(chǔ)器中儲(chǔ)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(chǔ)存(圖12-3)，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)，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(hào)。 有的EGR電子控制系統(tǒng)通過(guò)EGR閥開(kāi)度傳感器反饋EGR閥開(kāi)度信息，相應(yīng)的在ECU的存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存的是發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下的EGR閥開(kāi)度參數(shù)。工作時(shí)，ECU根據(jù)各傳感器信號(hào)查找并計(jì)算得到最佳的EGR閥開(kāi)度，并與當(dāng)前EGR閥開(kāi)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(kāi)度調(diào)整至最佳狀態(tài)。,12.2 汽車(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車(chē)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(hào)及其作用如下。 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器。提供發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，是ECU計(jì)算EGR率的重要參數(shù)之一。此外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于

11、900 rmin或高于3200 rmin時(shí)(高低限值因車(chē)型而不同)，ECU輸出持續(xù)高電平控制信號(hào)，使EGR電磁閥關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管無(wú)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(dòng)機(jī)負(fù)荷信息，是ECU確定EGR率的另一重要參數(shù)。 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液溫度傳感器。提供發(fā)動(dòng)機(jī)溫度信號(hào)，在發(fā)動(dòng)機(jī)溫度低時(shí)，ECU輸出控制信號(hào)，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。 節(jié)氣門(mén)位置傳感器。提供發(fā)動(dòng)機(jī)怠速信號(hào)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況時(shí)，ECU輸出控制信號(hào)，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。 點(diǎn)火開(kāi)關(guān)。提供發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)信號(hào)，在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，ECU輸出控制信號(hào)，不進(jìn)行廢氣再循環(huán)。,12.2 汽車(chē)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(chē)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(kāi)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(shí)，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(kāi)度傳感器的EGR閥如圖12-5所示。,12.2 汽車(chē)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(gè)通氣口（如右圖），EGR電磁閥不通電時(shí)，彈簧將閥體向上壓緊，通大氣閥口被關(guān)閉。這時(shí)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(shí)，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(kāi)，于是就使EGR閥的真空室與大氣相通。,12.2 汽車(chē)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(guò)程 ECU根據(jù)各有關(guān)傳感器的信號(hào)確定的廢氣再循環(huán)流量后，通過(guò)輸出相應(yīng)的占空比脈沖信號(hào)，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(kāi)度。 當(dāng)需要增大廢氣再循環(huán)流量時(shí)，ECU輸出的占空比減小，EGR電磁閥相對(duì)的通電時(shí)間減小，EGR閥真空室通進(jìn)氣歧管的相對(duì)時(shí)間增大，其真空度增大而使閥開(kāi)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(hào)(持續(xù)低電平)時(shí)，EGR電磁閥斷電。這時(shí)，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(kāi)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(shí)，ECU輸出占空比為100的信號(hào)(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(chē)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(shí)，就會(huì)從油箱蓋的排氣閥排出，造成對(duì)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(dòng)機(jī)工作時(shí)，通過(guò)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(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,,12.2 汽車(chē)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(chē)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(shí)收集汽油箱中的汽油蒸氣必需及時(shí)將活性炭罐中的汽油蒸氣“驅(qū)走”，同時(shí)，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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作造成負(fù)面影響。活性炭罐通氣量控制就是在保證活性炭罐能正常起作用的同時(shí)，發(fā)動(dòng)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(mén)處的真空度直接控制膜片式通氣閥來(lái)控制活性炭罐通氣量(參見(jiàn)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(hào)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)工況與狀態(tài)，并輸出相應(yīng)的控制脈沖，通過(guò)控制活性炭罐通氣電磁閥的開(kāi)關(guān)占空比來(lái)調(diào)節(jié)活性炭罐通氣閥的開(kāi)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(dòng)機(jī)工況、狀態(tài)變化的需要。,12.2 汽車(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車(chē)排放電子控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與原理,12.2 汽車(chē)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(guò)時(shí)，蒸氣分子又會(huì)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(shí)，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(kāi)度。,12.2 汽車(chē)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(kāi)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(wú)活性炭罐通氣閥，直接通過(guò)活性炭罐通氣電磁閥的開(kāi)關(guān)占空比來(lái)控制通氣量，其控制系統(tǒng)如

18、圖12-10所示。,12.3 汽車(chē)排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),缸內(nèi)直接噴射,12.3 汽車(chē)排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),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(shí)，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(shí)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(jí)催化轉(zhuǎn)化器。,12.3 汽車(chē)排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),兩級(jí)催化轉(zhuǎn)化器,12.3 汽車(chē)排放控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),試驗(yàn)結(jié)果表明：CO、HC和NOx三種排放物在第一個(gè)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(shí)間，在催化器達(dá)到起燃溫度之前，最大程度地降低發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣。,,