模塊7-發(fā)動機排放

2023/2/5模塊7-發(fā)動機排放控制知識要點●電子控制汽油噴射發(fā)動機尾氣排放控制的有效措施●汽油發(fā)動機尾氣排放的三種有害氣體●三元催化反應器如何工作●廢氣再循環(huán)的作用、二次空氣供給系統(tǒng)的作用技能要點●排放控制的目的是什么？●檢查碳罐電磁閥的方法●廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)檢查方法12023/2/5三種有害氣體在汽車發(fā)動機排放中，有三種有害氣體，即CO、HC和NOX。這三種有害氣體分別來源于尾氣排放、曲軸箱竄氣、燃油蒸發(fā)。CO主要是發(fā)動機工作中的缺氧、混合氣過濃、混合不均、空氣濾清器堵塞等原因引起的；HC主要是發(fā)動機混合氣不能能正常燃燒造成的，如火花塞工作不良，高壓電缺火等原因引起的；NOX形成原因主要是發(fā)動機工作中火焰溫度過高造成的。

尾氣排放有兩種標準，一種是美國標準，另一種是歐洲標準。美國是世界上最早執(zhí)行排放法規(guī)的國家。歐洲標準又分為歐I、歐II、歐III、歐IV、歐V等。

為實現(xiàn)歐III標準,降低發(fā)動機的原始排放,要求電控發(fā)動機具有以下功能。(1)精確控制發(fā)動機啟動后暖機過程中的空燃比。在保證發(fā)動機啟動的情況下,應盡量減少啟動、啟動后、啟動過程中的原始排放。主要采用以下技術來控制空燃比。1）采用順序噴射技術，并采取分缸空燃比控制策略，確保每個氣缸內(nèi)混合氣進行充分的燃燒，從而降低發(fā)動機的原始排放。2）通過空燃比閉環(huán)控制，提高三元催化轉化器對HC、CO、NOX轉化效率，并保證三者排放值均衡。3）通過點火提前角的控制，在啟動后盡快提高排氣溫度，使三元催化轉化器盡快參與工作。22023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施一、三元催化轉化器圖7-1奔馳車系三元催化反應器的安裝安裝情況圖7-2三元催化反應器內(nèi)部結構32023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施三元催化轉化器為了達到排放法規(guī)要求。國外1996年后生產(chǎn)的汽車必須配置OBD-II系統(tǒng)，也就是必須安裝三元催化轉化器，簡稱為TWC。所謂三元是指CO、HC、NOX三種有害氣體。三元催化轉化器安裝在排氣管中部，其外形如圖7-2所示：

三元催化轉化器的構造：三元催化轉化器分為顆粒式和整體式兩種類型。顆粒式載體將催化劑沉積在顆粒狀氧化鋁載體表面，主要用于美國和日本生產(chǎn)的汽車上，其應用趨向減少，正在失去其重要性。歐洲的汽車生產(chǎn)廠家實際上從末采用過這類載體。整體式載體分成陶瓷式和金屬式兩種，它將催化劑沉積在蜂巢狀表面，可增大催化劑與廢氣的實際接觸面積。以整體式三元催化轉化器為例，其主要由四部分組成：載體、涂在載體上的催化活性層、承納載體的鋼板殼體和鋼板殼體之間的隔離層或緩沖層，如圖7-2所示：42023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施三元催化轉化器的工作原理圖

圖7-3三元催化反應器內(nèi)部的化學反應過程52023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施三元催化轉化器的工作原理三元催化轉化器的工作原理是利用內(nèi)含的貴重金屬銠作還原劑，將NOX還原成無害的氮氣（N2）和二氧化碳（CO2）。還原過程中所產(chǎn)生的O2，再加上三元催化轉換器內(nèi)二次空氣導管所導入的新鮮空氣中的O2（有些車型才有）；以鉑（Pt）或鈀（Pd）作催化劑和CO、HC一起進行氧化反應，使其轉變成無害CO2和H2O，這種催化的過程稱為二段式轉化，如圖7-3所示：三元催化轉換器將有害氣體轉化為無害氣體的效率受諸多因素的影響。其中影響最大的是混合氣的濃度和排氣溫度。三元催化轉換器的最低工作溫度是246-302℃；最高工作溫度為760℃。發(fā)動機的排氣溫度高于815℃以上時，三元催化轉換器的工作效率將明顯下降，并且使用壽命縮短。有些三元催化轉化裝置中裝有排氣溫度報警裝置。當報警裝置發(fā)出報警信號時，應停機熄火，查明排氣溫度過高的原因，予以排除。在使用中，燃氣溫度過高一般是由于發(fā)動機長時間大負荷下工作或因故障而燃燒不完全所致。三元催化轉化器的如果和氧傳感器配合使用，對三種有害氣體的轉化效率最高，如圖7-4所示：

62023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施三元催化轉化器如果和氧傳感器配合使用，對三種有害氣體的轉化效率最高。

圖7-4三元催化反應器的凈化效應72023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施二、燃油蒸氣排放控制系統(tǒng)

圖7-5碳罐圖7-6燃油蒸發(fā)凈化控制系統(tǒng)1-清除閥2-清除管3-真空膜片1-油氣分離器2-油箱3-油氣清除控制閥4-節(jié)流閥4-真空信號5-油箱油氣。5-空氣導管6-空氣濾清器7-排氣管8-發(fā)動機9-活性碳罐10-真空管82023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施燃油蒸氣排放控制系統(tǒng)結構和工作原理

燃油蒸氣排放控制系統(tǒng)碳罐如圖7-5所示：燃油蒸發(fā)凈化控制系統(tǒng)如圖7-6所示。碳罐的主要功能是將燃油箱的汽油蒸氣在汽車發(fā)動機停機或非閉環(huán)控制狀態(tài)時的汽油蒸氣收集起來，待汽車發(fā)動機閉環(huán)工作狀態(tài)時，燃油蒸與碳罐下部吸入的新鮮空氣混合后再參與燃燒。電磁閥控制汽油蒸氣管路通斷，電磁閥受ECU控制。ECU根據(jù)發(fā)動機的工況適時接通和斷開電磁閥，控制進氣歧管和碳罐之間的通道，從而控制碳罐中的汽油蒸氣是否參與燃燒。一般在開環(huán)工作狀態(tài)切斷管路的通道；閉環(huán)工作狀態(tài)時接通管路的通道，在進氣道負壓作用下，實現(xiàn)新鮮空氣從碳罐底部吸入，經(jīng)過碳罐和汽油蒸氣混合后進入氣缸燃燒。92023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施三、.廢氣再循環(huán)控制1.廢氣再循環(huán)控制的作用與工作原理再循環(huán)能降低火焰溫度。廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)的作用是降低廢氣中的氮氧化物（NOX）排放量。NOX的排放主要是因為發(fā)動機在工作中火焰溫度過高造成的。廢氣再循環(huán)就是將發(fā)動機作工后排氣管排出的廢氣再引入氣缸，再次參與燃燒，因此叫廢氣再循環(huán)。廢氣中的主要成份是CO2、H2O和N2等。CO2、H2O和N2這幾種物質都是熱容量高的物質（熱容量高是指這種物質在加溫過程中每升高1度所吸收的熱量多），因此這幾種物質在再次參與燃燒時能吸收熱量，降低火焰溫度，所以廢氣再循環(huán)能減少NOX的排放量。廢氣再次引入氣缸參與燃燒，這部分廢氣占據(jù)了一部分可燃混合氣的位置，取代了一部分新鮮可燃混合氣，發(fā)動機工作中產(chǎn)生熱能的物質少了，也是降低火焰溫度的一個原因。一些比較新的電子控制發(fā)動機已不再需要EGR系統(tǒng)來降低NOX排放，而是利用進排氣門的重疊開啟時刻吸入一部分廢氣進入氣缸參與燃燒的方式起到相同的效果。2.廢氣再循環(huán)控制的類型及結構廢氣再循環(huán)依據(jù)控制方式：EGR系統(tǒng)分為真空控制式、排氣背壓EGR式、電子控制EGR式。102023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施真空控制EGR系統(tǒng)圖7-7真空控制的EGR系統(tǒng)圖7-8真空控制閥112023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施真空控制EGR系統(tǒng)組成真空控制的EGR系統(tǒng)中，主要由真空控制閥VCV、真空電磁閥VSV、EGR閥位置傳感器。EGR閥組成見圖7-10所示:①真空控制閥真空控制閥(VCV)為機械式真空開關閥,如圖7-9所示:它位于真空電磁閥和進氣歧管之間,其作用是調節(jié)加在真空電磁閥的真空度,使其保持在恒定水平(17KPa【-130mmHg】)。進氣歧管真空通過S口作用在VSV的膜片上,如果真空度大,在彈簧作用下膜片下移，關閉S口；如果真空度小,克服彈簧力,閥開啟,給VSV提供真空,這個動作過程不斷地調整,使提供給VSV的真空度保持恒定。122023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施②真空電磁閥

真空電磁閥是三通閥。當其斷電時,大氣壓力通過該閥直接作用在EGR閥上,使其保持關閉,如圖7-9所示:在一定的條件下ECU控制VSV閥的脈寬來改變其開度,從而使提供給EGR閥的真空度發(fā)生變化,最終使EGR閥保持在一定的開度.圖7-9真空電磁閥132023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施③EGR閥位置傳感器

該傳感器利用由一個柱塞推動的電位計向發(fā)動機電子控制器傳送EGR閥的實際位置信號。ECU利用EGR閥位置傳感器的信號控制EGR閥的開啟高度,感知EGR量。ECU中存儲有多種工況下的EGR閥的最佳位置,如果實際位置與存儲的最佳值不同,發(fā)動機ECU對VSV進行脈寬開度調制。例如,若要增加廢氣再循環(huán)量,ECU提供的控制脈寬,VSV閥開度增加,則提供給EGR閥更多的真空,EGR閥位置提升，廢氣再循環(huán)量增加。發(fā)動機冷卻液溫度低于57℃、汽車減速、發(fā)動機負荷小(發(fā)動機進氣量少)、怠速節(jié)氣門全開(全負荷)時EGR閥關閉，幾乎沒有廢氣進入發(fā)動機進行循環(huán)。進入發(fā)動機的廢氣循環(huán)量隨發(fā)動機的負荷增加而增加。

圖7-10EGR閥的結構142023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施④EGR真空調節(jié)閥閥

圖7-11EGR真空調節(jié)閥152023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施

④EGR真空調節(jié)閥閥

該閥靠近節(jié)氣門體。其作用是使一定量的廢氣流入進氣歧管進行再循環(huán)。EGR閥膜片的一側連接一根閥軸桿，另一側與彈簧相連（彈簧使閥門保持常閉），如圖7-11所示：當加在膜片上的真空壓力大于彈簧力時，閥軸桿被拉離原位，通道打開，使廢氣進入進氣系統(tǒng)。真空電磁閥開啟真空通路，因而真空壓力吸動EGR閥上的膜片，使閥桿打開，將廢氣引入氣缸，使NOX降低。

162023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施2）排氣背壓控制EGR系統(tǒng)圖7-12排氣背壓控制的EGR系統(tǒng)172023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施排氣背壓控制EGR系統(tǒng)排氣背壓控制EGR系統(tǒng)見圖7-12所示。發(fā)動機排氣壓力隨著進氣量的增加而按比例增大。節(jié)氣門開度越大，進氣量增加越多，一個較高的排氣壓力作用于EGR真空調節(jié)閥的恒壓室，它將推動EGR真空調節(jié)閥的膜片向上運動，從而增加了EGR真空調節(jié)閥室外的通道面積。當節(jié)氣門開啟時，發(fā)動機轉速增加，進氣歧管的真空減小，進氣管感知作用節(jié)氣門體的E孔和R孔，見圖7-12處的進氣歧管真空。當真空電磁閥VSV開啟，真空作用在EGR閥的真空室上。由于EGR閥真空室內(nèi)的真空度增加，導至EGR閥門打開，使恒壓室外壓力下降，反過來降低了EGR真空調節(jié)閥的膜片壓力，使EGR真空調節(jié)閥開度減小，廢氣再循環(huán)量也相對減少。由此可知，廢氣再循環(huán)系統(tǒng)是根據(jù)進氣的真空度和排氣壓力的大小來控制廢氣再循環(huán)量的，也即是隨發(fā)動機負荷的變化來控制廢氣再循環(huán)量的。182023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施3）電子控制EGR閥圖7-13線控EGR系統(tǒng)工作原理圖7-14線性（步進電機式）EGR閥的結構

192023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施3）電子控制EGR閥早期，許多發(fā)動機使用ECU直接控制的EGR閥，如電磁閥式、步進電機式（也稱線性EGR閥）①EGR電磁閥通用電子控制EGR閥如圖7-13所示：完全是電子控制的電磁閥，不需要真空。發(fā)動機中有兩個或三個ECU控制的電磁閥控制各自的排氣閥，以關閉或打開EGR②線控EGR閥線控EGR系統(tǒng)工作原理如圖7-14所示。線控EGR系統(tǒng)能獨立的對再循環(huán)發(fā)動機的廢氣量進行準確的控制，而不管進氣管真空度的大小，現(xiàn)在大多數(shù)的通用汽車采用線性控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一個步進電機，能準確調節(jié)廢氣再循環(huán)量，并能反饋給計算機有關準確位置的電位計信號。線控EGR系統(tǒng)還有下列優(yōu)點：a.可對廢氣再循環(huán)量進行連續(xù)變量控制；b.直接對閥體操作控制最大流量和快速反應；20課題7.1減少有害氣體排放的控制措施（續(xù)前）c.提高了流量精度和重復性以及診斷能力，反應時間比真空控制的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)要快10倍；d.因有閉環(huán)控制針閥位置控制，不受汽車工作狀態(tài)變化（如汽車電壓、環(huán)境溫度和真空變化）的影響；e.流量更精確，改善了燃油和點火控制。線性控制EGR閥由下列總成組成，如圖7-14所示：①電磁閥（繞線管和線圈）總成，其電磁閥為封裝的并連接到針閥位置傳感器端子上，以構成共用總成插頭；②電樞總成位于繞線管和線圈總成之中，含有針閥和閥總成、底座總成有底座，墊片和墊板組成；③底座有兩種尺寸的節(jié)流孔流進閥體，廢氣經(jīng)小節(jié)流孔再經(jīng)閥門流入進氣歧管。212023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施3.廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的故障現(xiàn)象（1）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)引起的故障現(xiàn)象如果EGR閥不能開啟或廢氣流動受到限制，那么將可能出現(xiàn)如下征兆：1）在加速或發(fā)動機轉速穩(wěn)定時，聽到點火爆燃所引起的砰砰聲；2）排放的氮氧化物過多；如果EGR閥由于粘滯而關閉不嚴，那么將可能出現(xiàn)如下征兆：1）怠速不穩(wěn)或頻繁熄火停機；2）發(fā)動機性能變差，動力不足。222023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施（2）廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的故障檢測進行故障診斷的第二步就是全面的觀察。檢測真空操作的EGR閥是否正常動作可按下列步驟進行：1）檢查EGR閥內(nèi)的真空膜片能否保持真空，用手動檢查真空泵給EGR閥的動作情況。實際情況下，當有真空提供時，EGR閥動作，發(fā)動機的工作應受到影響。另外，有真空提供時，EGR閥應能保持住真空，若EGR閥內(nèi)真空下降，那么說明閥有故障。2）檢查排氣阻力，如果EGR閥能保持住真空，但是當EGR閥開啟時，發(fā)動機的運轉末受到影響，那么必須檢查排氣阻力。如果真空閥不能保持住真空，說明閥本身有問題，需要更換。232023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施（3）OBD-II系統(tǒng)對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的監(jiān)測圖7-15真空控制的EGR系統(tǒng)傳感器安裝位置示意圖242023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施（3）OBD-II系統(tǒng)對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的監(jiān)測(1)在第二代隨車自診斷系統(tǒng)中，對于EGR系統(tǒng)監(jiān)測采用了各種各樣的方法，具體使用哪一方法，取決于制造廠商和用戶要求。大多數(shù)汽車使用MAP傳感器來監(jiān)測廢氣再循環(huán)情況。在減速期間，計算機指令再循環(huán)系統(tǒng)工作，同時觀察MAP傳感器的反應。如果排氣再循環(huán)流量是充足的，發(fā)動機進氣歧管真空度會下降，MAP傳感器會檢測到這一變化量。如果廢氣再循環(huán)量不足，MAP檢測不到這一變化。有些排氣背壓控制的EGR系統(tǒng)利用廢氣溫度傳感器檢測廢氣再循環(huán)情況，如圖7-15所示：廢氣溫度傳感器安裝在廢氣返回通道上。廢氣正常流動時，廢氣溫度傳感器感知的溫度應比進氣溫度高35℃。當EGR閥開啟時，若EGR將廢氣溫度進行比較，如果說廢氣溫度沒有比進氣溫度高出一定值，則認為EGR系統(tǒng)有問題：當EGR閥關閉時若檢測到的廢氣溫度還比進氣溫度高，則也認為EGR系統(tǒng)有問題。252023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施（3）OBD-II系統(tǒng)對廢氣再循環(huán)系統(tǒng)的監(jiān)測(2)有些真空控制的EGR系統(tǒng)利用EGR閥位置和廢氣溫度信號來判斷廢氣再循環(huán)情況，如圖7-17所示：當EGR閥開啟時，若廢氣溫度沒有比進氣溫度高出一定值，則認為EGR系統(tǒng)有問題。多設一個EGR閥位置傳感器，用來檢測廢氣再循環(huán)量是否過多。當EGR閥關閉時，若EGR閥位置傳感器信號比ECU內(nèi)存儲的數(shù)值高，則可以判斷出EGR閥關閉不嚴。如果廢氣再循系統(tǒng)的效率沒有達到預定的水平，計算機經(jīng)過連續(xù)兩個發(fā)動機驅動循環(huán)還捕捉不到達標信號，就會置出故障碼并點亮故障指示燈。262023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施四、二次空氣供給系統(tǒng)圖7-16空氣泵二次空氣供給系統(tǒng)272023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施通常我們將發(fā)動機工作中從進氣歧管進入發(fā)動機新鮮空氣叫一次空氣供給；而將一部分新鮮空氣引入排氣管的空氣叫二次空氣供給。發(fā)動機二次空氣供給系統(tǒng)利用空氣泵將新鮮空氣噴入排氣管或三元催化轉換器，使排氣管中的CO和HC進一步氧化或燃燒成為CO2和H2O，如圖7-16所示。二次空氣供給系統(tǒng)的作用是為了進一步降低排氣中的有害氣體CO、HC的排放，并提高三元催化轉換器的轉化效率。新鮮空氣進入排氣管或三元催化轉化器的控制，由ECU進行控制。按空氣供給的動力源進行分類，二次空氣供給系統(tǒng)有兩種：一種采用空氣泵噴射系統(tǒng)和利用排氣壓力將空氣導入的脈沖式空氣噴射系統(tǒng)。282023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施1.空氣泵二次空氣供給系統(tǒng)

新型電腦控制的二次空氣噴射系統(tǒng)如7-17所示；空氣泵通常由發(fā)動機驅動，產(chǎn)生的低壓空氣稱為二次空氣。ECU控制各電磁閥的動作，來控制空氣泵輸出空氣的流向，有兩種類型的空氣泵送系統(tǒng)：皮帶輪驅動型空氣泵、電動機驅動型空氣泵。所有空氣泵二次空氣噴射系統(tǒng)中都有一個單向閥，讓空氣流進排氣歧管而阻止熱排氣倒流入控制泵。當發(fā)動機處于冷態(tài)時，空氣泵直接輸出空氣到排氣歧管中，有助于讓更多地氧與HC和CO進行氧化反應，生成H2O和CO2，如圖7-17a）所示：當發(fā)動機處于熱機并處于閉環(huán)控制狀態(tài)時，ECU控制分流電磁閥，讓空氣泵直接將空氣送到催化轉化器，見圖7-17b）所示：當進氣歧管真空度快速增加，已超過怠速時的正常水平，如在快速減速期間，ECU控制分流電磁閥，使空氣泵的空氣直接輸出到空氣濾清器，抑制空氣脈動，降低進氣噪聲，同時也有效地阻止了減速期間的排氣回火。帶驅動型空氣泵使用離心式空氣濾清器，當空氣泵旋轉時，從其下部吸入空氣，空氣被輕微壓縮。電動機驅動型空氣泵通常只在發(fā)動機冷態(tài)時使用。

292023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施2.脈沖式二次空氣供給系統(tǒng)a）b）圖7-17脈沖式二次空氣噴射系統(tǒng)302023/2/5課題7.1減少有害氣體排放的控制措施同空氣泵二次空氣噴射系統(tǒng)相比，脈沖二次空氣噴射系統(tǒng)不需要空氣泵。其工作原理如圖7-17a）所示：空氣來自空氣濾清器，由ECU控制真空電磁閥的打開與關閉，真空電磁閥與單向閥相連，排氣中的壓力是正負交替的脈沖壓力波。當真空電磁閥開啟時，進氣歧管真空吸動脈沖空氣噴射閥的膜片，使閥開啟。此時由于排氣負壓，將來自空氣濾清器的新鮮空氣，經(jīng)脈沖空氣噴射閥導入排氣管內(nèi)，加大了三元催化轉換器的化學反應能力。當排氣壓為正時，脈沖空氣噴射閥內(nèi)的單向閥關閉，排氣不會反回至進氣歧管。

312023/2/5發(fā)動機排放控制3.空氣泵送系統(tǒng)的故障診斷（1）視覺觀察如果說排放系統(tǒng)檢測不出問題，就應觀察空氣泵送。仔細觀察二次空氣供給系統(tǒng)的管道及管接頭，如有任何的孔洞而導至漏空氣或尾氣，就應更換掉。當空氣泵工作不良時，應檢查單向閥的情況，看是否有尾氣倒流現(xiàn)象，以防止損壞空氣泵。二次空氣吸入閥損壞（常通）等，會導致怠速不穩(wěn)，加速無力。對于皮帶驅動型空氣泵，應檢查驅動皮帶是否磨損，以及是否有足夠的張力。322023/2/5發(fā)動機排放控制（2）二次空氣噴射的主動測試方法二次空氣的主動測試的方法有兩種，