模块四排气净化与排放控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.1,汽车排放的污染物,4.2,废气再循环控制系统（,EGR,）,4.3,三元催化转换器（,TWC,）,4.4,燃油挥发控制,模块四 排放控制系统,4.1.1,发动机排放的有害气体,4.1.2,排气净化的措施,4.1.3,发动机尾气成分异常分析,4.1,汽车,排放的,污染物,1.,一氧化碳（,CO,）,排气中的,CO,主要是在局部缺氧或低温下由于烃燃料不完全燃烧产生的，因此,CO,的排出量基本上受空燃比所支配，通常在空燃比过小时易产生,2.,碳氢化合物（,HC,）,是发动机废气中未燃部分，还包括供油系统中燃料的蒸发和滴漏，造成燃烧不充分。,3.,氮氧化合物（,NO,X,）,当气缸内的温度越高，燃烧后残留的氧气浓度越大，高温持续的时间越长，,NOx,越多,4,、二氧化碳（,CO,2,）,是发动机排放主要产物,5,、炭烟（,PM,）,主要是柴油发动机燃烧不完全的产物，其内还有大量黑色的炭颗粒,4.1.1,发动机排放的有害气体,1.,机内净化技术,机内净化技术是在发动机的工艺结构设计上入手，保证燃料能够在机内尽可能的燃烧完全。这种技术的研究，主要集中在：,a,改变燃料的供给方式，采用燃油喷射系统。,b,点火系统的电子化设计。,2.,机外净化措施,发动机本身的改进，尚不能符合排放的规定时，就要附加净化处理装置。主要有：汽油蒸气挥发控制、废气再循环控制、二次空气供给、三元催化转换器和空燃比反馈控制等。,3.,能源替代技术,主要是改变汽车所使用的能源，采用污染小或清洁的能源来替代燃油。如用煤气或天然气替代燃油的汽车，电动汽车，太阳能汽车等。,4.1.2,排气净化的措施,1.,尾气分析的主要内容,有混合气空燃比、点火正时及催化器转化效率等，主要分析的参数有,CO,、,HC,、,CO2,和氧（,O2,），还有空燃比（,A/F,）或过量空气系数（,）。,2.,成分异常分析,HC,的读数高，说明燃油没有充分燃烧,CO,的读数是零或接近零，则说明混合气充分燃烧。,CO,的含量过高，表明燃油供给过多、空气供给过少，燃油供给系统和空气供给系统有故障，如喷油嘴漏油、燃油压力过高、空气滤清器不洁净。,CO2,是可燃混合气燃烧的产物，其高低反映出混合气燃烧的好坏，即燃烧效率。可燃混合气燃烧越完全，,CO2,的读数就越高；当发动机混合气出现过浓或过稀时，,CO2,的含量都将降低。,O2,的含量是反映混合气空燃比的最好指标，燃烧正常时，只有少量未燃烧的氧气通过汽缸，尾气中,O2,的含量应为,1,2%,。,O2,的读数小于,1%,，说明混合气过浓；,O2,的读数大于,2%,，表示混合气太稀。,4.1.3,发动机尾气成分异常分析,4.2.1,废气再循环系统的基本概念,4.2.2,废气再循环系统,主要分类及控制方式,1,、,EGR,系统的分类,（,1,）按是否有反馈信号分,开环控制,EGR,系统,闭环控制,EGR,系统,（,2,）按工作方式分,真空膜片式,电子控制电磁式,2,、,EGR,控制系统的基本模式,4.2,废气再循环控制系统（,EGR,）,功能,：将适当的废气重新引入气缸参加燃烧，从而降低气缸的最高温度，以减少,NOx,的排放量。,4.2.1,废气再循环系统的基本概念,图,4-1 EGR,控制系统的组成,当发动机在怠速、低速、小负荷及冷机时，,ECU,控制废气不参与再循环，避免发动机性能受到影响；当发动机超过一定的转速、负荷及达到一定的温度时，,ECU,控制少部分废气参与再循环，而且，参与再循环的废气量根据发动机转速、负荷、温度及废气温度的不同而不同，以达到废气中的,NOx,最低。,如,右图,，主要由,EGR,阀和,EGR,电磁阀等组成,原理：,EGR,阀安装在废气再循环通道中，用以控制废气再循环量。,EGR,电磁阀按装在通向,EGR,真空通道中，,ECU,根据发动机冷却液温度、节气门开度、转速和起动等信号来控制电磁阀的通电或断电,。,ECU,不给,EGR,电磁阀通电时，控制,EGR,阀的真空通道接通,，,EGR,阀开启，进行废气再循环；,ECU,给,EGR,电磁阀通电时，控制,EGR,阀的真空度通道被切断，,EGR,阀关闭，停止废气在循环。,2.,开环控制,EGR,系统,1,、,EGR,电磁阀,2,、节气门,3,、,EGR,阀,4,、水温传感器,5,、曲轴位置传感器,6,、,ECU 7,、,起动信号,3.,闭环控制,EGR,系统,闭环控制,EGR,系统，检测实际的,EGR,率或,EGR,阀开度作为反馈控制信号，其控制精度更高。,与开环相比只是在,EGR,阀上增设一个,EGR,阀开度传感器，控制原理如图，,EGR,率传感器安装在进气总管中的稳压箱上，新鲜空气经节气门进入稳压箱，参与再循环的废气经,EGR,电磁阀进入稳压箱，传感器检测稳压箱内气体中的氧浓度，并转换成电信号送给,ECU,，,ECU,根据此反馈信号修正,EGR,电磁阀的开度，使,EGR,率保持在最佳值。,下,一页,用,EGR,阀开度反馈控制的,EGR,系统 用,EGR,率反馈控制的,EGR,系统,图,4-3,闭环控制,EGR,系统,图,4-5,装有背压修正阀的电控,EGR,系统,真空膜片式,EGR,系统主要有正背压废气再循环系统和负背压废气再循环系统。,其主要通过电磁阀控制传送到,EGR,阀内部膜片上部控制管路中的真空度，再结合发动机在不同工况下的排气压力和进气岐管绝对压力（,MAP,）差值综合控制,EGR,阀的开关程度。,真空膜片式,EGR,系统,电子控制,EGR,除了可实现,EGR,率的精确控制外，还可实现比机械式,EGR,量值更大的,EGR,率控制,。电子控制的,EGR,根据传感器测得的发动机转速、负荷、温度状态等工况信号，由,ECU,计算出符合当时工况的最佳的,EGR,率，并控制,EGR,执行器进行相应的操作。更为精确的,EGR,控制系统还对,EGR,率进行闭环控制，将实际的,EGR,率反馈给,ECU,，供,ECU,对输出的控制信号进行修正，以便实际的,EGR,率与控制目标更为逼近。,电子控制式,EGR,系统,2,、,EGR,控制系统的基本模式,当发动机低速运转，水温低于,60,时，,EGR,阀关闭，不进行废气再循环，以防止发动机怠速不稳。为避免燃烧不稳定，发动机冷却水温超过,100,，,EGR,阀关闭，不进行废气再循环。,当发动机中速运转、中等负荷下工作时，,ECU,控制,EGR,阀开启，进行废气再循环,当发动机在大负荷工作时，空燃比（,A/F,）较小，,NOx,生成量不多，,EGR,阀减小甚至关闭，降低废气再循环，以保证发动机有足够的功率输出。,4.3.1,三元催化转换器（,TWC,）,1.,TWC,功能,2.,TWC,的构造,3.,工作过程,4.3.2,氧传感器,与空燃比,A/F,反馈控制,1,、,氧传感器的功用,2,、氧传感器的类型,（,1,）,氧化锆式,（,2,）,氧化钛式,3,、,空燃比反馈控制,4.3.3,氧传感器的使用与检修注意事项,4.3.4.,TWC,的,使用,与,检测,4.3.,三元催化转换器（,TWC,）,利用转换器中的三元催化剂，将发动机排出废气中的有害气体转变为无害气体。,1.TWC,功能,2.TWC,的构造,如上图，三元催化剂一般为铂（或钯）与铑的混物。,影响因素,影响最大的是混合气的浓度和排气温度。,如上图只有在理论空燃比,14.7,附近，三元催化转化器的转化效率最佳，一般都装有氧传感器检测废气中的氧的浓度，氧传感器信号输送,给,ECU,，,用来对空燃比进行反馈控制。,此外，发动机的排气温度过高（,815,以上），,TWC,转换效率将明显下降。,工作过程：,当含有,HC,和,CO,的废气在有氧的情况下通过转换器时,铂催化剂开始氧化，,HC,和,CO,与氧化生成水蒸气和,CO2,。此次氧化反应对,NOx,的减少无影响，要减少氮氧化合物,(N0 x),，需进行一次还原反应。,在三元催化反应器中，用铑作催化剂,将,N0 x,分解成氮、氧元素。污染物的高效转换是在大约,250,的工作温度下开始的,3.,工作过程,及影响因素,1.,氧传感器功用,来检测废气中的氧的浓度，以确定实际的空燃比比理论值大还是小，并把信号输送给,ECU,，,ECU,根据氧传感器反馈的此信号，对喷油量进行修正，使实际的空燃比,A/F,约为,14.7,，过量空气系数,控制在,0.98,1.02,之间，故氧传感器也称为,传感器。,图,4-11,氧传感器的安装位置,（,1,）氧化锆氧传感器,扫,4-10,和,4-11,氧化锆氧传感器及其输出特性,a,）,结构,b,）,输出特性,1,法兰,2,铂电极,3,氧化锆管,4,铂电极,5,加热器,6,涂层,7,废气,8,套管,9,大气,下一页,（,1,）氧化锆氧传感器,结构,如,右图,，在,400,以上的高温时，若氧化锆内外表面处的气体中的氧的浓度有很大差别，在铂电极之间将会产生电压。当混合气稀时，排气中氧的含量高，传感器元件内外侧氧的浓度差小，氧化锆元件内外侧两极之间产生的电压很低（接近,0V,），,反之，如排气中几乎没有氧，内外侧的之间电压高（约为,1V,）。,在理论空燃比附近，氧传感器输出电压信号值有一个突变。,如右图,氧化锆氧传感器及其输出特性,a,）,结构,b,）,输出特性,1,法兰,2,铂电极,3,氧化锆管,4,铂电极,5,加热器,6,涂层,7,废气,8,套管,9,大气,（,2,）氧化钛氧传感器,结构如右图，主要由二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等组成。,当废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大；反之，废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小，利用适当的电路对电阻变量进行处理，即转换成电压信号输送,给,ECU,，,用来确定实际的空燃比。,1,二氧化钛元件,2,金属外壳,3,陶瓷绝缘体,4,接线端子,5,陶瓷元件,6,导线,7,金属保护套,下一页,（,3,）氧氧化钛传感器控制电路,氧化钛氧传感器的工作电路，如图所示。,ECU2#,端子将一个恒定的,1V,工作电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与,ECU4#,端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，,ECU4#,端子上的电压降也随着变化。当,4#,端子上的电压高于参考电压时，,ECU,判定混合气过浓；当,4#,端子上的电压低于参考电压时，,ECU,判定混合气过稀。通过,ECU,的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与,ECU,连接的,4#,端子上的电压也是在,0.1,0.9V,之间不断变化,3,、空燃比反馈控制,假定开始时混合气的实际空燃比偏浓，此时氧传感器输出高电平信号。,ECU,收到这一信号后，通过减小,(,开始骤降，然后缓降,),反馈修正系数，使喷油持续时间缩短，喷油器的喷油量减少。由于喷油量减少，混合气很快变稀。,当混合气浓度低于理论空燃比时，氧传感器输出低电位信号。,ECU,接收到这一信号后，又使反馈修正系数增大（开始快升，然后缓升,),，结果使喷油持续时间延长，喷油器的喷油增加，致使混合气又很快变浓。如此反复循环，不断地对空燃比进行反馈控制，最终使混合气的实际空燃比在稳定在理论值附近。,4.3.3,氧传感器的使用与检修注意事项,氧传感器使用时需要按照规定里程或时间间隔定期检测或更换，新型的能保证行驶,8,11,万,km,。,更换时应清除排气管上安装螺纹孔内的沉积物，在安装时还需用专用的防粘剂，该防粘剂含有石墨和玻璃粉，石墨烧掉后留下玻璃粉在螺纹上易于拆卸。,在维修保养的过程中，应避免在氧传感器附近使用橡胶润滑剂、皮带油或者含硅的喷剂。硅化合物会堆集在传感器通大气一侧，造成不正确电压信号，使电脑误以为是稀混合气信号，而将混合气调整过淡。使用含铅汽油则效果正相反，铅化合物堆集在传感器通废气一侧，使电脑误以为是浓混合气信号，而将混合气调整过稀。,检测可用各类扫描仪器、数字电压表来