廢氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理6.ppt

1、第六章 廢氣控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理,當(dāng)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)，燃料空氣混合比為1：14.7(即lkg重的汽油與14.7kg重的空氣混合)時(shí)，空氣中的氧氣(O2)和氮?dú)?N2)，和汽油中的碳(C)和氫(H)完全燃燒的結(jié)果是，發(fā)動(dòng)機(jī)排放出二氧化碳(CO2)、水(H 2O)及氮?dú)?N 2)。但實(shí)際情況往往不這么理想，發(fā)動(dòng)機(jī)因無(wú)法達(dá)到百分之百的燃燒效率、而會(huì)產(chǎn)生氮氧化合物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)、一氧化碳(CO)等廢氣。 在這些氣體當(dāng)中，氮氧化合物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)和一氧化碳(CO)會(huì)造成大氣污染，危害人體健康，因此，汽車(chē)上采用各種廢氣控制裝置來(lái)降低這些氣體的排放。常見(jiàn)的廢氣控制裝置有曲軸

2、箱強(qiáng)制通風(fēng)(PCV)、燃油蒸汽回收(EVAP)、廢氣再循環(huán)(EGR)和三元催化轉(zhuǎn)化器(TWC)等系統(tǒng)。,第一節(jié)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng),曲軸箱內(nèi)竄缸混合氣中，7080是未燃燒氣體(HC)，燃燒的副產(chǎn)品(水蒸氣和各種氣化的酸)則占2030。所有這些都能破壞機(jī)油，產(chǎn)生油泥，使曲軸箱銹蝕。為防止這一情況出現(xiàn)，以前的車(chē)輛都是從曲軸箱中引出通風(fēng)管道，讓這些氣體逸入大氣。但由于許多排放法規(guī)不允許這樣做，這些竄缸混合氣必須回到燃燒室重新燃燒。一般來(lái)說(shuō)，歧管真空度對(duì)竄缸混合氣產(chǎn)生的影響比發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更大。如果氣缸蓋罩和進(jìn)氣歧管只是簡(jiǎn)單他用一根管子連接，不會(huì)很有效地解決這一問(wèn)題。因此，需要在曲軸箱(氣缸蓋罩)和進(jìn)氣歧管

3、之間安裝一個(gè)曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)閥(PCV)，以便根據(jù)歧管真空度，改變?cè)试S進(jìn)入氣缸重新燃燒的竄缸混合氣的量。PCV閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況工作。,發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)或回火時(shí)，由于其自身重量和彈簧重量，PCV閥關(guān)閉。如圖6-1所示。,怠速運(yùn)轉(zhuǎn)或減速時(shí)，負(fù)壓很強(qiáng)，所以PCV閥向上移動(dòng)(打開(kāi))。但是由于真空通道仍然狹窄，允許通過(guò)的竄缸混合氣量還很少。如圖6-2所示。,正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，真空度正常，真空通道擴(kuò)寬，PCV閥部分打開(kāi)。如圖6-3所示。,加速或高負(fù)荷時(shí)，PCV閥完全打開(kāi)，真空通道也完全打開(kāi)。如圖6-4所示。,從圖6-5可以看出，全負(fù)荷時(shí)PCV閥允許通過(guò)的竄缸混合氣很少，所以，當(dāng)產(chǎn)生的竄缸混合氣超過(guò)PCV閥吸入能力時(shí)，

4、竄缸混合氣也通過(guò)連接空氣濾清器和氣缸蓋罩的管道，從空氣濾清器吸入歧管。,第二節(jié)燃油蒸氣回收系統(tǒng),燃油蒸氣回收系統(tǒng)又簡(jiǎn)稱(chēng)EVAP。在這套裝置中，燃油蒸氣回收罐(活性炭罐)用于吸收從燃油箱或化油器浮子室蒸發(fā)的汽油蒸氣(HC)，以防止這些汽油蒸氣逸入大氣。 EFI發(fā)動(dòng)機(jī)用電腦控制燃油蒸氣回收系統(tǒng)，由汽油蒸氣回收罐、電控電磁閥、雙向閥(預(yù)設(shè)壓力)單向閥及相應(yīng)的管路組成。,一、燃油蒸氣回收罐,燃油蒸氣回收罐內(nèi)充滿(mǎn)活性炭顆粒，故又稱(chēng)活性炭罐。活性炭能吸附燃油蒸氣中的汽油燃油分子。當(dāng)燃油箱內(nèi)的燃油蒸氣進(jìn)入回收罐時(shí)，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空氣則燃油排入大氣。蒸氣回收罐上方的進(jìn)氣口與燃油箱相通；出氣

5、口經(jīng)軟管與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管相通，中燃油間設(shè)有一個(gè)電控電磁閥控制管路的通斷。,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果電磁閥關(guān)閉，則進(jìn)入罐內(nèi)的汽燃油油分子被活性炭吸附?；厥展迌?nèi)設(shè)有三個(gè)單向閥，當(dāng)電磁閥開(kāi)啟且控制氣路中的真空度較大燃油時(shí)，1號(hào)單向閥便開(kāi)啟吸附在活性炭表面的汽油分子重新蒸發(fā)，被吸入進(jìn)氣管參加燃燒。當(dāng)燃油燃油箱中的蒸氣壓力高時(shí)，2號(hào)單向閥開(kāi)啟，3號(hào)單向閥關(guān)閉，燃油箱內(nèi)的燃油蒸氣便進(jìn)入回燃油收罐。反之，當(dāng)燃油箱內(nèi)出現(xiàn)真空時(shí)，2號(hào)單向閥關(guān)閉，3號(hào)單向閥和油箱蓋上的單向閥均打燃油開(kāi)，空氣被吸入燃油箱。,二、電控電磁閥,電控電磁閥的作用是控制進(jìn)入進(jìn)氣管的燃油蒸氣量，防止正常的混合氣成分被破壞。電腦根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況，控制電

6、磁閥的通斷，以凋節(jié)進(jìn)氣量。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止或怠速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電磁閥關(guān)閉。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以中速或高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電磁閥開(kāi)啟。這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量較大，少量的燃油蒸氣不會(huì)影響混合氣的成分。,第三節(jié)廢氣再循環(huán)系統(tǒng),廢氣再循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)EGR系統(tǒng)。EGR是英文Exhaust Gas Recirculation的縮寫(xiě)。EGR系統(tǒng)用于減少?gòu)U氣中NOx的含量。由于加速或發(fā)動(dòng)機(jī)高負(fù)荷，使燃燒室內(nèi)的溫度升高，而高溫促使氮?dú)夂涂諝庵械难趸?。所以，減少NOx生成的最好辦法是降低燃燒室的溫度。EGR系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)氣歧管再循環(huán)廢氣中的CO2和水蒸氣(H2O)，降低燃油在混合氣中的比例，使混合氣變稀，且?guī)ё呋旌蠚馊紵a(chǎn)生的一部分熱量從而使燃燒

7、室溫度下降，減少了NOx的產(chǎn)生。,一、EGR閥的類(lèi)型與測(cè)試,(一)EGR閥的類(lèi)型 EGR閥按控制方式可區(qū)分為正壓力控制式(簡(jiǎn)稱(chēng)P型)和負(fù)壓力控制式(簡(jiǎn)稱(chēng)N型)如圖6-7所示。 正壓力控制式完全由真空來(lái)控制。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，若有真空流到EGR膜盒，將膜盒吸起后，EGR閥即會(huì)打開(kāi)。必須等真空完全消失，EGR閥才會(huì)關(guān)閉。,負(fù)壓力控制式由真空及排氣壓力來(lái)控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，原在EGR膜盒的真空會(huì)泄放，直到EGR閥動(dòng)作條件達(dá)到時(shí)，膜盒內(nèi)才有真空。但此時(shí)EGR閥尚未開(kāi)啟，必須等排氣壓力足夠時(shí)EGR閥才能打開(kāi)。打開(kāi)時(shí)間一次可持續(xù)約20s。 通常，EGR閥工作時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)降低50r/min以上，這表示該

8、閥正常。,EGR閥控制方式的類(lèi)型可出其編號(hào)區(qū)分，如圖6-8所示,二、非電腦控制EGR系統(tǒng),(一)溫控閥控制EGR系統(tǒng) 早期EGR閥的真空源是由溫控閥來(lái)控制，如圖6-9所示。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)工作溫度時(shí)，位于水道上的溫控閥打開(kāi)，接通節(jié)氣門(mén)到EGR閥膜片室的真空。如果節(jié)氣門(mén)打開(kāi)到一定角度，真空吸力便吸開(kāi)EGR閥，使廢氣進(jìn)入進(jìn)氣歧管。,(二)負(fù)壓調(diào)節(jié)式EGR系統(tǒng),另一方面，因?yàn)闇囟鹊蜁r(shí)NOx的生成少，就沒(méi)有必要使用EGR裝置，所以，EGR這時(shí)就由溫控閥來(lái)切斷真空源，使閥門(mén)關(guān)閉。,在EGR裝置中，再循環(huán)廢氣的多少可以由EGR負(fù)壓調(diào)節(jié)器控制。之所以需要這一控制機(jī)構(gòu)，是因?yàn)榕艢馄绻軆?nèi)的壓力在1個(gè)大氣壓上下幾百帕

9、(幾毫米汞柱)范圍內(nèi)變化。發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷很低時(shí)，進(jìn)氣歧管負(fù)壓就很強(qiáng)。如果對(duì)由EGR裝置再循環(huán)的廢氣量不加以控制，就會(huì)有超過(guò)需要的廢氣被再循環(huán)。而發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)，廢氣循環(huán)量太大就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)低負(fù)荷時(shí)、EGR裝置幾乎沒(méi)有必要工作，因?yàn)榇蠖鄶?shù)NOx是在高負(fù)荷時(shí)生成的?；谏鲜鲈?，就需要EGR負(fù)壓調(diào)節(jié)器，在低負(fù)荷時(shí)限制廢氣再循環(huán)量。,三、電腦控制EGR系統(tǒng),(一)電磁閥的類(lèi)型 在電腦控制的EGR系統(tǒng)中，常見(jiàn)的電磁閥類(lèi)型有如下兩種： 1單一式真空電磁閥 EGR閥由電腦控制的一個(gè)電磁閥控制。當(dāng)電腦不提供搭鐵時(shí)，真空吸力無(wú)法到達(dá)EGR膜只有在電腦提供搭鐵后。電磁閥才打開(kāi)，使真空吸力到達(dá)E

10、GR膜盒，EGR閥打開(kāi)，如圖6-11所示。,2. 復(fù)合式真空電磁閥,復(fù)合式真空電磁閥同時(shí)控制EGR閥、活性炭罐（CCP）和熱控制進(jìn)氣閥（EFE），如圖6-12所示。,(二)典型的電腦控制EGR系統(tǒng),1脈沖控制式EGR系統(tǒng)(PWM) 該系統(tǒng)由電腦控制EGR真空電磁閥的搭鐵通過(guò)真空吸力打開(kāi)EGR閥，與此同時(shí)另外配置一組EGR位置傳感器檢測(cè)EGR作用信號(hào)。電磁閥和位置傳感器合稱(chēng)EGR控制電磁閥總成。,2反饋背壓檢測(cè)控制式EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)類(lèi)似脈沖控制式EGR系統(tǒng)：不同之處是將EGR位置傳感器外裝，沒(méi)有與EGR電磁閥做成一體，如圖6-14所示。,3排氣溫度檢測(cè)控制式EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)類(lèi)似脈沖控制式EG

11、R系統(tǒng)。不同之處是，在EGR排氣口端裝一個(gè)溫度開(kāi)關(guān)，用以檢測(cè)EGR閥作用。必須注意的是，EGR溫度開(kāi)關(guān)是由電腦輸出一個(gè)12V的檢測(cè)電源到EGR溫度傳感器。也有采用5V參考電源的溫度傳感器檢測(cè)EGR閥是否作用、類(lèi)似水溫傳感器。如圖6-15所示。,4. 電子反饋檢測(cè)控制式EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)類(lèi)似脈沖控制式EGR系統(tǒng)，不同處是在檢測(cè)EGR閥是否作用時(shí)，在EGR膜片上裝置了一個(gè)電位計(jì)來(lái)檢測(cè)EGR閥的開(kāi)度。電位計(jì)工作電源為5V，電腦取得電位信號(hào)后，以百分比來(lái)計(jì)算，當(dāng)EGR閥全關(guān)時(shí)為0，當(dāng)EGR閥全開(kāi)時(shí)為100。EGR閥全關(guān)時(shí)電壓為0.51.5v，全開(kāi)時(shí)為4.54.8V，真空膜盒中真空吸力約為13.523.

12、7kPa，即可打開(kāi)EGR閥，如圖6-16所示。,5數(shù)字控制式EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)電磁閥分別由三組電磁閥控制度氣流量，由電腦控制該組電磁閥的開(kāi)度，并不利用真空膜盒，如圖6-l 7所示。,第四節(jié) 二次空氣吸入和噴射系統(tǒng),發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的廢氣中的HC和CO是可燃性氣體，如果迫使空氣進(jìn)入排氣歧管，且廢氣夠熱，廢氣就會(huì)在排入大氣以前重新燃燒，廢氣中的CO和HC也就轉(zhuǎn)化成為無(wú)污染的CO2和H 2O。為實(shí)現(xiàn)這一目的，常用二次空氣吸入(AS)法和二次空氣噴射(AI)法。,一、二次空氣吸入系統(tǒng),如圖6-20所示，有些AS裝置中裝有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)減速或冷機(jī)時(shí)，阻止空氣進(jìn)入。因?yàn)闇p速和冷卻水溫度低時(shí)，空氣燃

13、油混合氣大濃，就會(huì)出現(xiàn)催化劑過(guò)熱或排氣管放炮的危險(xiǎn)。,如圖6-20所示，有些AS裝置中裝有一個(gè)控制機(jī)構(gòu)，以便在發(fā)動(dòng)機(jī)減速或冷機(jī)時(shí)，阻止空氣進(jìn)入。因?yàn)闇p速和冷卻水溫度低時(shí)，空氣燃油混合氣大濃，就會(huì)出現(xiàn)催化劑過(guò)熱或排氣管放炮的危險(xiǎn)。,二、二次空氣噴射系統(tǒng),二次空氣噴射(AI)系統(tǒng)使用空氣泵(空氣泵通常用V形皮帶驅(qū)動(dòng))，迫使空氣進(jìn)入排氣歧管。這個(gè)方法能提供重新燃燒所需要的足夠的空氣。但有一部分發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率需用于驅(qū)動(dòng)空氣泵。由于電控汽油噴射、三元催化轉(zhuǎn)化器及其他這類(lèi)設(shè)備的成功研制，這個(gè)方法現(xiàn)在已經(jīng)很少被采用。,第五節(jié) 廢氣催化轉(zhuǎn)化器,一、三元催化轉(zhuǎn)化器 催化劑是其本身在形態(tài)和質(zhì)量上均無(wú)變化，卻能促成化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。例如正常情況下，HC、CO和NOx和O2在一起即使被加熱到500 也不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，但當(dāng)這些氣體通過(guò)催化劑后就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而轉(zhuǎn)化成為無(wú)害的CO2、H 20和N2。 汽車(chē)的廢氣催化轉(zhuǎn)化器所用的催化劑，通常有鉑、銥、銠等。催化劑涂在許多“載體”的表面上，以增加其與廢氣接觸的表面積。 但是如果使用含鉛汽油，催化劑表面就會(huì)被覆蓋上一層鉛而失效。因此，安裝有廢氣催化轉(zhuǎn)化器的車(chē)輛必須始終使用無(wú)鉛汽油。凈化汽車(chē)廢氣的理想狀態(tài)是在催化劑的作用下，通過(guò)使NOx