第10章排气净化装置

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1、第10章 排气净化装置 第10章 排气净化装置 10.1 排气净化装置概述 10.2 废气再循环系统 10.3 汽油蒸气回收控制系统 10.4 三元催化反应器 10.5 二次空气喷射系统 10.6 曲轴箱强制通风系统 10.7 排气净化装置的检修 第10章 排气净化装置 10.1 排气净化装置概述 10.1.1 汽车废气中的主要有害物质以内燃机为动力的汽车是城市大气的主要污染源之一。汽 车排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)和微粒。CO是燃油的不完全燃烧产物，是一种无色、无臭、无味的气体。它与血液中血红素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸入CO后，血液

2、吸收和运送氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。当吸入体积分数为0.3的CO气体时，可致人于死亡。 第10章 排气净化装置 NOx主要是指NO和NO2。它产生的原因是由于在燃烧过程中高温高压的作用下，空气中的氧和氮发生化学反应生成NO和少量的NO2，NO进入大气后被氧化成NO2。空气中NOx的体积分数达(1020)10可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当NOx的体积分数超过50010%时，几分钟可使人出现肺气肿而死亡。HC包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸气。HC和NOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其中主要的生成物是臭氧(O3)，它具有强氧化性，可使橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激人

3、眼和咽喉。 第10章 排气净化装置 10.1.2 排气净化方法其主要包括以下几个方面：(1)前处理：对燃料和空气在进入发动机气缸前进行处理，以减少燃烧后排气中的有害成分。如采用代用燃料（包 括醇类燃料、氢气、液化石油气、天然气等）。 (2)机内处理：包括对燃料、供给系及点火系等各系统的设计与改进，以减少排气中的有害成分的生成。如增加废气再循环系统、降低压缩比、缩小燃烧室激冷区、加强燃烧室内涡流、延迟点火时间、加大点火能量、采用燃油喷射、 采用稀薄燃烧等。 第10章 排气净化装置 (3) 后处理：在发动机将废气排入大气前，应用净化装置，在排气系统中进行处理，以减少排入大气中的有害成分。如采用二次

4、空气喷射、热反应器再次燃烧法和催化反应器等。第10章 排气净化装置 10.2.1 废气再循环系统的功用与要求1.功用废气再循环（ExhaustGasRecirculation，EGR）是指把发动机排出的部分废气回送到进气管，并与新鲜混合气一起再 次进入气缸。由于废气中含有大量的CO2，而CO2不能燃烧却吸收大量 的热，使气缸中混合气的燃烧温度降低，从而减少了NOx的生 成量。所以，废气再循环系统的主要功用是降低燃烧的最高温 度和氧的相对浓度，从而有效地控制燃烧过程中NOx的生成量。 10.2 废气再循环系统第10章 排气净化装置 2.要求在新鲜的混合气中掺入废气之后，混合气的热值降低，致使发动

5、机的有效功率下降。为了做到既能减少NOx的排放，又能保持发动机的动力性，必须根据发动机运转的工况对再循环的废气量加以控制。NOx的生成量随发动机负荷的增大而增多，因此，对废气再循环装置的控制有如下要求：（1）负荷的增加，使废气再循环量增加至允许限度。 第10章 排气净化装置 （2）怠速及低负荷时，NOx排放浓度低，为保证正常燃烧，应使废气再循环量为零。（3）暖机过程中，发动机温度低，NOx排放浓度也较低，为了防止因废气引入燃烧室而恶化燃烧稳定性，应使废气再循环量为零。（4）当大负荷、高速或油门全开时，为保证发动机的动力性，应使废气再循环量为零。 第10章 排气净化装置 10.2.2 废气再循环

6、系统的组成与基本工作原理1.组成一种由电脑控制的废气再循环系统如图101所示。该系统主要由废气再循环阀（EGR阀）8、电磁阀6、真空调节阀7和废气循环管等组成。 第10章 排气净化装置 图101 废气再循环系统 第10章 排气净化装置 2.基本工作原理废气再循环阀(EGR阀)用来控制再循环的废气量。进气管真空度经电磁阀6和真空调节阀7作用到EGR阀8的真空膜片室12，吸引膜片13向上并带动锥形阀14升起，这时发动机排出的废气由排气支管经锥形阀进入进气歧管。作用在膜片上的真空度越大，锥形阀的开度就越大，再循环的废气量也越多。如果没有真空度传送到真空膜片室，弹簧11推压膜片向下，使锥形阀关闭，这时

7、废气不能进行再循环。真空调节阀的作用是根据进气管真空度的变化或节气门开度的大小调节通往EGR阀的真空度，使再循环的废气量随节气 门开度或发动机负荷的增大而增加。 第10章 排气净化装置 电磁阀由电控单元3控制，电控单元根据空气流量计2、节气门位置传感器1、冷却液温度传感器4和发动机转速传感器5等输入的信号，使电磁阀通电或断电。当发动机冷却液温度低于50时，或发动机在怠速工作时，或发动机转速超过预定值时，电控单元使电磁阀断电，电磁阀中的可动铁芯隔断真空传送通道，同时空气经电磁阀进入真空调节阀，使锥形阀14关闭，不进行排气再循环。 第10章 排气净化装置 10.3 汽油蒸气回收控制系统 10.3.

8、1 汽油蒸气回收控制系统的功用燃油箱和化油器浮子室中的汽油随时都在蒸发汽化，若不加以控制或回收，汽油蒸气将逸入大气，造成对环境的污染。在汽车排放的HC污染物总量中，这部分约占有20。为了防止汽油箱向大气中排放汽油蒸气所产生的污染，现代轿车普遍采用了由ECU控制的活性炭罐蒸气回收控制系统，将这些汽油蒸气收集和储存在炭罐内，在发动机工作时再将其 送入气缸参加燃烧，以降低HC排放量。 第10章 排气净化装置 10.3.2 汽油蒸气回收控制系统的组成与基本工作原理1.组成典型的汽油蒸气回收控制系统如图102所示，它主要由活性炭罐控制电磁阀、活性炭罐、排放控制阀、连接管等构成。 第10章 排气净化装置

9、图102 汽油蒸气回收控制系统 第10章 排气净化装置 2.基本工作原理油箱中的燃油蒸气通过单向阀进入炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭。发动机工作时，ECU根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，控制活性炭罐控制电磁阀的动作来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放阀的开闭动作。当排放控制阀打开时，汽油蒸气通过阀中的定量排放小孔吸入进气歧管，然后进入气缸烧掉。在某些车型上，汽油蒸气回收控制系统有利于发动机抑制爆燃，当ECU判断出发动机产生爆燃时，即刻使炭罐电磁阀关闭，切断真空，关闭排放控制阀，直至爆燃消失后且超过 150ms时，ECU才使炭罐电磁阀恢复工作。 第10章 排气净化装置 10

10、.4 三元催化反应器 10.4.1 三元催化反应器的功用催化反应器的作用是将废气中的HC、CO和NOx转变为无害的H2O、CO2和N2。它可分为二元催化反应器（只能对CO和HC起催化反应作用）和三元催化反应器（能对CO、HC和NOx起催化转换作用）。现代汽车装用的多为三元催化反应器。 第10章 排气净化装置 10.4.2 三元催化反应器的组成与基本工作原理1.组成如图103所示，催化反应器由支承环、波纹网眼环、密封垫、整体式催化反应器载体和温度传感器组成。所谓催化剂，是指涂层部分或载体和涂层的合称。 第10章 排气净化装置 图103 催化反应器 第10章 排气净化装置 2.基本工作原理金属铂、

11、钯或铑均可作催化剂。在化学反应过程中，催 化剂只促进反应的进行，不是反应物的一部分。三元催化反应器可同时减少CO、HC和NOx的排放，它以排气中的CO和HC作为还原剂，把NOx还原为氮(N2)和氧(O2)，而CO和HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。当同时采用二元和三元两种反应器时，通常把两者放在同一个转换器外壳内，称其为双芯催化反应器。而且三元催化反应器置于二元催化反应器前面。排气经过三元催化转换器之后，部分未 被氧化的CO和HC继续在二元催化反应器中与供入的二次空气进行氧化反应。 第10章 排气净化装置 三元催化反应器对HC、CO、NOx的转换效率在不同的可燃混合气浓度时是不同的。在浓

12、混合气时，CO和HC的转换效率高，而在稀混合气时，NOx的转换效率高。为了保证催化反应器对CO、HC和NOx 都有较高的转换效率，必须保持混合气在理论空燃比附近。因此，在使用三元催化反应器时，必须装有氧传感器，对空燃比进行反馈控制，以使空燃比维持在理论空燃比附近。如混合气过浓或气缸缺火，都将引起反 应器严重过热失效。当温度超过350时，催化反应器才起催化反应；当温度较低时，反应器的转换效率急剧下降。因此，催化反应器都安装在温度较高的排气歧管后面。 第10章 排气净化装置 10.4.3 三元催化反应器在使用过程中的注意事项为了防止三元催化反应器损坏，在使用中应注意以下几点：(1)对于装有催化反应

13、器和手动变速器的车辆，不能用推发或拖发的方法启动发动机。因为使用这种方法启动发动机，在发动机没有立即着火时，没有燃烧的燃油将进入催化反应器并积聚在其中，在发动机启动走热以后，会因高温而爆炸，损坏催化反应器。因此，在汽车不能发动时，可搭接车外的蓄电池或辅助装置来启动。 第10章 排气净化装置 (2)对于长期封存的车辆来说，汽油中的添加剂对任何一种催化反应器可能都是有害的。如化油器和喷油器清洗剂中的碳溶剂，虽然它的化学损害不明显，但催化反应器的工作受到影响是肯定的。(3)装有催化反应器的汽车应避免在封闭的环境中让发动机长时间运转。因此，在催化反应器周围没有正常的空气循环可能使其温度上升到超过正常的

14、工作温度(427)，引起邻近的防护金属板或车身绝缘烧焦，而此时还会出现硫酸蒸气的气味。 第10章 排气净化装置 (4)在用千斤顶和举升机将汽车顶起时，应注意支脚不要接触催化反应器。有些汽车的催化反应器离车架很近，应特别注意。为了增加车架和催化反应器之间的距离，有的汽车制造厂家将催化反应器做成圆管状。(5)在用搭接车外电源启动发动机，维修起动机和测试气缸压缩压力等情况下，在发动机未着火之前不要长时间拖动发动机，以防止未燃烧的燃油积聚在催化反应器内。同样，在汽车停住之前，不能关点火开关。 第10章 排气净化装置 (6)当出现不能熄火、动力波动、回火、持续堵塞或其他故障现象时，应立即修理。(7)不要

15、用脱开火花塞高压线的方法试验点火系是否跳火。如果不能不这样做，则可在试验中火花塞没有跳火，试验后30s内不要启动发动机。(8)定期调整供油系和点火系等系统，以保持这些系统工作正常。这对装催化反应器的汽车来说，十分重要。 第10章 排气净化装置 10.5 二次空气喷射系统 10.5.1 二次空气喷射系统的功用二次空气喷射系统也称二次空气供给系统、空气净化系统或空气保护系统。很多汽车发动机装有二次空气喷射系统。虽然二次空气喷射系统有各种各样的结构，但其功用却基本相同，即利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排气道或催化反应器，使排气中的CO和HC进一步氧化或燃烧成为二氧化碳(CO2)和水(H2O)，以

16、减少CO和HC的排放。 第10章 排气净化装置 10.5.2 二次空气喷射系统的组成与基本工作原理1.组成图104所示为电脑控制的二次空气喷射系统，它由空气泵1、旁通线圈及旁通阀2、分流线圈及分流阀4、空气分配管6、空气喷管7和单向阀11等组成。空气泵通常由发动机驱动。空气泵产生的低压空气称做二次空气。在分流阀与排气道之间以及分流阀与催化转换器之间均装有单向阀，以防止排气进入二次空气喷射系统。分流线圈及旁通线圈由电脑控制，当接通发动机点火开关之后，电源电压便施加到两个线圈的绕组上， 电脑通过对每个绕组提供接地使线圈通电。 第10章 排气净化装置 图104 电脑控制的二次空气喷射系统 第10章 排气净化装置 2.基本工作原理当发动机启动之后，电脑不让旁通线圈和分流线圈通电，于是这两个线圈同时把通向旁通阀和分流阀的真空隔断，这时空气泵1送出的空气经旁通阀进入大气。这种状态称为启动工作状态，其持续时间的长短决定于发动机的温度。如果发动机温度很低，则启动工作状态将持续较长时间。