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1、第第6 6章章 汽油机排放控制系统构造与检修汽油机排放控制系统构造与检修 汽油机排放污染物的产生原因和控制方式6 1 汽油机排放控制系统的构造 6 2 汽油机排放控制系统的检修 6 3 6 1 6 1 汽油机排放污染物的产生原因汽油机排放污染物的产生原因 和控制方式和控制方式 6 1 1 发动机排放污染物的产生 原因及种类 发动机排放污染物主要来自发动机 工作时气缸内可燃混合气燃烧后排出的 废气 以及发动机气缸向曲轴箱中窜气 的泄漏 汽车燃油箱中燃油蒸气的泄漏 等 如图6 1所示 图6 1 汽油机排放污染物的产生原因 汽油机的排放污染物主要有一氧化 碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧 化合物 N
2、Ox 等 汽油机的CO HC和NOx与可燃混 合气的浓度有很大的关系 见图6 2 当可燃混合气较浓时 空燃比小于 理论空燃比 由于燃烧不完全 会使 CO HC的排放量上升 随着可燃混合 气浓度的降低 CO HC的排放量均下 降 但由于稀混合气中氧的比例增加 NOx的排放量会随之升高 在空燃比稍大 于理论空燃比时 燃烧室温度最高 加 上氧气充足 所以生成的NOx最多 图6 2 汽油机空燃比与排气污染物浓度的关系 柴油机的排放污染物除了一氧化碳 CO 碳氢化合物 HC 氮氧化 合物 NOx 之外 还有来自燃烧废气的 微粒物 PM 又称炭烟 6 1 2 6 1 2 汽油机排放控制装置的种类与作用汽油
3、机排放控制装置的种类与作用 1 燃油蒸气回收装置 燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油 箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管 使 之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃 烧 防止其排入大气中污染环境 2 2 废气再循环装置 废气再循环装置 废气再循环装置 EGR 的作用是 将5 15 的废气引入进气歧管 返回 气缸燃烧 以降低燃烧温度 减少高温 燃烧时NOx的生成量 3 3 二次空气喷射装置 二次空气喷射装置 二次空气喷射装置的作用是适时适 量地向排气管中喷入新鲜空气 以促进 排气管中HC CO的燃烧和转换 减少 其排放量 4 4 三元催化反应器 三元催化反应器 三元催化反应器安装在排气管的中段 其外形
4、类似消声器 其作用是将排气中的HC CO及NOx 3 种有害气体进行氧化 还原反应 生成H2O CO2和N2等无害气体 使排气得以净化 6 2 6 2 汽油机排放控制系统的构造汽油机排放控制系统的构造 6 2 1 燃油蒸气回收装置 燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油箱 内的汽油蒸气回收至发动机进气管 使之 和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃烧 防止汽油蒸气排入大气中污染环境 燃油蒸气回收装置由活性炭罐 活 性炭罐电磁阀 单向阀及相应的蒸气管 道和真空软管组成 如图6 3所示 图6 3 燃油蒸气回收装置 1 活性碳罐 2 单向阀2 3 活性炭罐电磁阀 4 油箱 5 单向阀1 燃油箱内产生的汽油蒸气
5、经管道进 入活性炭罐 蒸气中的汽油分子被吸附 在活性炭表面 剩下的无害气体则经活 性炭罐的出气口排到大气中 当发动机以中高速运转时 ECM使 电磁阀开启 存储在活性炭罐内的汽油 蒸气经过软管被吸入发动机 6 2 2 6 2 2 废气再循环装置废气再循环装置 废气再循环是指将发动机排出的废 气的一部分 5 15 再送回到进气 管 和新鲜的混合气混合之后再次进入 气缸参加燃烧 见图6 4 使气缸中混 合气燃烧的最高温度降低 从而减少了 燃烧过程中氮氧化合物 NOx 的生成量 降低排放污染 图6 4 废气再循环 1 排气歧管 2 EGR阀 3 进气管 废气再循环装置由废气再循环 EGR 阀 废气调整
6、阀 三通电磁阀及相应的废气 管道和真空管道组成 如图6 5所示 图6 5 废气再循环装置组成 1 三通电磁阀 2 废气 3 废气再循环 4 ECM 废气再循环阀用于控制再循环的废 气量 作用在废气再循环阀真空膜片室内 的真空度愈大 阀的开度就愈大 再循 环的废气量也愈大 如图6 6所示 图6 6 废气再循环装置工作原理 1 进气室 2 节气门 3 节气门体 4 大气 5 膜片 6 废气调节阀 7 三通电磁阀 8 废气再循环阀 废气调整阀的作用是利用进气管真空 度的变化 按节气门开度的大小控制通往 废气再循环阀的真空度 使废气再循环阀 的开度能随节气门的开大而增大 使再循 环的废气量能随发动机负
7、荷的增大而相应 增加 三通电磁阀由ECM控制 ECM在一 定条件下接通三通电磁阀的电源 使废 气再循环阀开启 产生废气再循环 见 图6 4 在一些特殊条件下 ECM会关闭废气 再循环 这些条件如下 发动机水温低于50 怠速或小负荷运转 转速低于1 000r min 左右 高速运转 转速高于4 500r min左右 突然加速或减速 由线性电磁阀控制的废气再循环装 置 ECM通过改变作用在EGR线性电 磁阀上的脉冲信号占空比 来调节施加 在废气再循环阀上的真空度 控制废气 再循环阀的开度 从而使废气再循环的 控制更加精确 如图6 7所示 图6 7 线性电磁阀控制的废气再循环装置 1 废气再循环阀
8、2 废气再循环阀位置传感器 3 EGR线性电磁阀 4 进气管 5 排气管 为许多发动机在该装置中还设置了 一个监控废气再循环装置是否正常工作 的传感器 如EGR位置传感器 EGR温 度传感器等 EGR位置传感器安装在废气再循环 阀的上方 见图6 7 电位器的活动触 点 臂 与废气再循环阀的阀芯连接在 一起 当EGR阀开启时 活动触点随阀 芯移动 产生与阀的移动位置相应的电 压信号并反馈给ECM 当废气再循环装 置不能正常工作时 ECM就可以根据反 馈信号作出判断 EGR温度传感器一般安装在废气再 循环阀至进气管之间的通道上 当没有废气再循环时 EGR温度传 感器向ECM反馈一个与此时气体温度相
9、 应的电压信号 当ECM使废气再循环阀开启时 传 感器的温度迅速升高 反馈给ECM的电 压信号也随之发生突变 ECM根据这一 变化即可判断废气再循环装置已正常工 作 6 2 36 2 3 二次空气喷射装置 二次空气喷射装置 二次空气喷射装置的主要功用是在 发动机冷起动时 将新鲜空气喷入排气 歧管或三元催化反应器中 以促进冷车 运转的发动机废气中较多的HC和CO在 排气管中燃烧和转换 从而降低其排放 量 同时加快冷起动后三元转化反应器 的升温过程 该装置由空气泵 切换阀 上回阀 电磁阀等组成 如图6 8所示 图6 8 二次空气喷射装置 1 三元催化反应器 2 止回阀 3 切换阀 4 电磁阀 5
10、水温传感器 6 曲轴位置传感器 7 其他传感器 8 空气泵 空气泵将新鲜空气加压 经切换阀 止回 阀喷入各缸排气歧管或三元催化反应器内 在 排气歧管或三元催化反应器内与高温废气混合 燃烧 使CO HC变成CO2 H2O 当发动机热车后 ECM控制空气泵电磁阀 使切换阀切换 停止向排气管喷射空气 当该系统正常工作时 排气的HC CO CO2值会降低 但O2值升高 因此 在使用废气分析仪检测排气时 应将二次 空气喷射装置关闭 6 2 4 6 2 4 三元催化反应器及其监测系统三元催化反应器及其监测系统 三元催化反应器安装在排气管上 其作用是将排气中的CO HC 和NOx 3 种有害气体通过氧化和还
11、原反应转变为 无害的CO2 H2O和N2 三元催化反应器由金属外壳 格栅 状陶瓷载体 催化剂涂层等组成 见图 6 9 图6 9 三元催化反应器 1 外壳 2 网状隔层 3 催化器 4 催化 剂 5 多孔格栅状陶瓷载体 格栅状陶瓷载体一般由三氧化二铝 制成 表面涂有很薄的催化剂涂层 发动机排气中的CO HC 和NOx 3 种气体通过三元催化反应器时 由于催 化剂的作用 在高温下开始进行氧化 还原化学反应 CO在被氧化成二氧化碳 CO2 HC被氧化成水 H2O 和CO2 NOx被 还原成氮气 N2 和氧气 O2 三元催化反应器的净化效率与可燃 混合气的空燃比有关 当可燃混合气处 于理论空燃比范围内
12、时 三元催化反应 器的净化效率最高 由于三元催化反应器的使用寿命有 限 因此需要对其进行监测 以便在其 性能下降时能及时发现 防止汽车使用 过程中排放污染水平超标 监控三元催化反应器工作效率的方 法主要有3种 双氧传感器法 双碳氢传 感器法 双温度传感器法 其中 采用双氧传感器进行监控的 方法应用最多 所谓双氧传感器法 就是在三元催 化反应器后增加第2个氧传感器 ECM 通过比较三元催化反应器前后排气管中 氧的浓度 来判断其工作效率是否正常 见图6 10 正常工作的三元催化反应器 其下游氧 传感器的动态响应曲线的振幅将明显小于上 游氧传感器 见图6 10 a 反之 如果下游氧传感器信号的波形非
13、 常接近上游氧传感器 见图6 10 b ECM即认为三元催化反应器的工作效率过 低 图6 10 三元催化反应器工作效率的监测 6 3 6 3 汽油机排放控制系统的检修汽油机排放控制系统的检修 6 3 1 燃油蒸气回收装置的检修 1 燃油蒸气回收装置工作性能的 检查 燃油蒸气回收装置可按下述方法检 查其是否工作正常 将发动机热车至正常工作温度 并使之 怠速运转 拔下活性炭罐上的真空软管 检查软 管内有无真空吸力 若装置工作正常 在发动机怠速运转中电磁阀应不通 软 管内应无真空吸力 如果此时软管内有吸力 应检查活性炭 罐电磁阀线束插头内有无电压信号 若有电压信号 说明ECM的控制失常 可能是某些传
14、感器的故障所致 若无电压信 号 说明电磁阀关闭不严 应更换电磁阀 踩下加速踏板 使发动机转速大于 2 000r min 同时检查上述软管内有无 真空吸力 若有吸力 说明正常 若无 吸力 应检查电磁阀线束插头内的信号 电压 若电压正常 说明电磁阀有故障 若电压异常或无电压 说明ECM 相关 的传感器或控制线路有故障 2 2 活性炭罐电磁阀的检查 活性炭罐电磁阀的检查 其检查方法是拔下电磁阀线束插头 向电磁阀内吹气 电磁阀应不通气 再将 12V电源接在电磁阀两接线柱上 同时向电 磁阀内吹气 电磁阀应可以通气 如有异常 则说明电磁阀有故障 应 更换 6 3 2 6 3 2 废气再循环装置的检修废气再
15、循环装置的检修 1 废气再循环装置工作性能的检查 废气再循环装置是否正常工作的检查方 法如下 起动发动机 并以怠速运转 将手指伸入EGR阀上部的膜片室中 按在膜片上 检查废气再循环阀有无动 作 在冷车状态下踩下加速踏板 便发动 机转速上升至2 000r min左右 此时废气 再循环阀应不开启 手指上应感觉不到 膜片的动作 在发动机热车后 水温高于50 踩下加速踏板 使发动机转速上升至 2 000r min左右 此时废气再循环阀应 开启 手指应可感觉到膜片的动作 若废气再循环阀不能按上述规律动 作 则说明该系统工作不正常 应检查 该系统各零部件 2 2 EGREGR阀的检查阀的检查 其检查方法如
16、下 让发动机以怠速运转 拔下连接废气再循环阀与废气调整阀的 真空软管 用手动抽真空泵对废气再循环阀膜片 室施加约20kPa的真空度 若此时发动机 怠速运转性能变坏甚至熄火 说明废气再 循环阀工作正常 若发动机运转性能无变 化 说明废气再循环阀损坏 应更换 思思 考考 题题 1 汽油机的排放污染物主要有哪些 分别是 如何产生的 2 说明汽油机空燃比与排放污染物的关系 3 燃油蒸气回收装置的作用是什么 由哪些 部件组成 说明其工作原理 4 废气再循环装置的作用是什么 由哪些 部件组成 说明其工作原理 5 二次空气喷射装置的作用是什么 由哪 些部件组成 说明其工作原理 6 三元催化反应器的作用是什么 说明结 构和工作原理 7 ECM如何通过下游氧传感器信号监测 三元催化转化器的工作效率
