汽车新技术课件—第九章排放控制

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1、单元二 发动机电控系统构造与维修,第九章 排放净化控制装置 在大气污染中，汽车排放所造成的污染占有相当的比重。据有关部门资料介绍，大气中所含CO的75、HC和NOx的50来源于汽车的排放。特别是排放污染早已成为严重的社会公害。为此，发达国家均建立了严格的排放法规加以限制。汽车排放中的有害物质主要是CO(汽油不完全燃烧的产生)、HC(汽油不完全燃烧和缸壁淬冷产生)、NOx(高温条件下，氧和氮反应产生)，除此而外，汽油蒸发对大气也会造成一定程度的污染。CO、HC和NOx与空燃比之间的关系前已述及。,9.1 发动机排放控制与净化的技术措施 三元催化转换器； 废气再循环(EGR)； 二次空气喷射； 活

2、性碳罐系统。,排放控制装置的连接,ECU,清除电磁阀,活性碳罐,燃料压力调节器,PCV阀,喷油嘴,WTS,EGR控制阀,EGR电磁阀,ISC阀,TPS,AFS,氧传感器,高压侧 燃料滤清器,燃料泵,单向阀,分离器,三元催化器,9.1.1 排放污染物 (1)排放污染物的来源 汽车排气管排气，燃料箱和化油器的油气，曲轴箱窜气。 (2)有害物的种类 在发动气缸内，汽油和空气混合并燃烧，大部分生成CO2和 H2O。但一部分由于不完全燃烧而生成对人体有害的气体。 有害物的 3种类 CO-一氧化碳 HC-碳氢化合物 Nox-氧化氮,油箱和化油器蒸发的 HC 20%,曲轴相窜气 HC 25%,排气 CO 1

3、00% HC 55% Nox 100%,9.1.2 汽油发动机的有害燃烧产物,(1) CO的生成: CO产生原因是在局部 缺氧或低温下由于烃的 不完全燃烧而产生的。 构成汽油的碳元素燃烧并 生成 (CO2). C+O2=CO2 但空气不足时进行不完全 燃烧并进行2C+O2=2CO化 学反应，产生CO。,O,C,O,对人体无害,CO2,C,O,CO,对人体有害,CO排放浓度和空燃比的关系: CO主要是在局部缺氧或低温下由于烃的不完全燃烧产生，混合气浓时燃烧时所需要的氧不足，而CO产生量多。 空燃比: 少(浓)-CO多 = 混合气:浓-CO多 多(稀)-CO少 稀-CO少 CO排放浓度和行驶状态的

4、关系: A)怠速时;进气量少,燃料雾化也不良，需要浓混合气， 因此CO的产生量多。 B)加速时或高负荷行驶时;加速时或输出最大功率时需要很大的旋转扭矩，因此需要浓混合气，CO的排放量也随着增加。 C)减速时;化油器车辆，节气门关闭，进气量少但进气管负压很大，因此怠速口喷油量多，混合气变浓，CO产生量增加。,(2)HC的产生: HC产生的原因除燃料的不完 全燃烧汽油蒸汽外，缸壁淬冷也是 排气中HC的主要来源。由于壁面 的冷却作用，缸壁附近的混合气， 活塞顶部与第一道环之 间空隙的混合气烧不着随废气 排出.当混合气过稀，引起断火， 使排气中的 HC增加。,H,汽油(C6H14(核酸),热+压力 C

5、H4(甲烷),C2H4(乙烯）,C3H8(丙烷),HC排放浓度和空燃比的关系: HC产生时，浓混合气氧气不足或由于稀薄混合气发生断火，HC量增加。 空燃比:少因氧气不足增加 混合气:浓-因氧气不足增加 多因断火增加 稀薄-因断火增加 HC排放浓度和行驶状态的关系: 怠速或减速时增加，特别是减速时混合气过浓，发生断火 HC的产生增加(防止装置;缓冲器) 。 HC排放浓度和燃烧时形状的关系: 加快火焰传播速度，使混合气产生涡流防止异常燃烧。,(3) Nox的产生: 通常把氮气和氧气的化合物统称 为氧的化合物（Nox）。占空气中78% (体积比)氮气在燃烧室的高温条件下 （温度1500 C以上） ，

6、由氧和氮的 反应所形成的。 N2+O2=2NO 这些 NO排到大气，并与空气中 的氧分子发生反应而变成NO2. 2NO+O2=2NO2 氮的氧化物有好几种，但汽车尾 气排出去的主要是NO，NO在大气中 又转换成NO2。,N2常温时,ZZZ,N2高温时,NO,NO2,N,N,N,N,Nox排放浓度和空燃比的关系: Nox是空气在燃烧时的高温条件下，由氧和氮的反应所形成的。因此跟燃烧室的温度有密切关系，空燃比 (1516:1)附近 Nox值最大.混合比稀或浓时Nox产生量减少. 空燃比;少-减少 混合气;浓-减少 多-增加 稀薄-增加 Nox排放浓度和行驶状态的关系: 燃烧室的温度跟充气量有关。节

7、气门开度大，充其量多，Nox产生量增多。,CO:理论空燃比为基准，当高于 空燃比时增加，低于空燃比时减少。 HC:高于理论空燃比增加， 低于理论空燃比因断火也增加. NOx:稍稀于理论空燃比时产生量 最多，比理论空燃比稍浓或稍稀， 产生量减少。,9.1.3 有害气体的排放浓度,理论空燃比,CO,HC,NOx,各排放气体浓度,空燃比,少(浓),大(稀薄),9.2 三元催化转换器,现代汽车发动机上普遍采用三元催化转换器，它不仅能促使CO、HC的氧化反应，也能促使NOx的还原反应，从而使CO、HC和NOx三种有害气体都得到净化。三元催化转换器安装在排气管中，其结构如图所示。,三元催化剂是金属铂(或钯

8、)和铑的混合物，它能够与HC、CO和NOx发生反应。但是只有当空燃比保持稳定时，其转换效率才得到精确控制。三元催化转换器转换效率与空燃比的关系曲线见图，在理论空燃比(14.7：1)时，三元催化转换器的转换效率最佳。 因此，为了保持有良好的废气转换效率，必须对空燃比进行精确地控制，即把空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内。,催化剂的表面活性作用是利用排气本身的热量激发的。 一般排气中有害成份的开始转化温度高于250 。发动机起动预热5min后才能达到此温度，一旦转换反应开始，催化床便因反应放热而自动地保持高温。 使用最佳温度范围为400-1000，在此温度范围内，既能保持有高的净化率，又能延长

9、转换器的使用寿命。当温度超过1000 时，催化剂会由于过热而加快老化，以至于完全丧失催化功能。 如火花塞缺火或点火不正时，未燃烧的混合气进入转换器，使催化床温度急剧升高(可达1400 )，转换器负荷加大，寿命降低。排气中的铅化物、碳烟、焦油等物质也会造成转换器过早的损坏，因此，为了提高三元转换器的使用寿命，汽油发动机应使用无铅汽油。,9.3 废气再循环（EGR)控制系统,废气再循环是在发动机工作过程中，将一部分废气引到吸人的新鲜空气(或混合气)中，返回气缸内进行再循环的方法，其作用是用来减少NOx的排放量。 在怠速、低转速小负荷及发动机处于冷态运行时，再循环的废气将对发动机的性能产生严重的影响

10、。 参与再循环的废气量（EGR率）一般在613之间变化为宜。,EGR=,EGR气体流量,吸入空气量+EGR气体流量,燃烧速度慢,燃烧速度快,燃烧速度慢,NOx,NOx,排放气体,混合气密度小,混合气密度大,废气再循环装置原理,100,位置传感器,排气入口,EGR阀,1,2,TPS,CAS,AFS,WTS,EGR阀,电磁阀(EGR,VENT),电磁阀(EGR,VACUUM),位置传感器,电子控制式 EGR,1;检测发动机转速,2;决定EGR气体量,到进气岐管,ECU,构成,特征,发动机,发动机,发动机,空气,真空控制阀 排放气体,排放气体,EGR阀,空气,排放气体,EGR阀,真空控制阀,真空控制

11、阀,空气,排放气体,净率 EGR,EGR负荷可变 轻负荷-EGR率少 高负荷-EGR率大,EGR率负荷可变率,机械式 EGR,EGR阀,EGR真空阀,背压 信号,EGR 信号,3通道电磁阀,EGR控制阀,E C U 控制,WTS /W,WTS,TPS,B.P.T (Back Pressure Transducer) EGR型式,(1)EGR 控制阀,由EGR真空阀来的 负压信号,给EGR真空阀 传达废气输入信号,废气在循环停止时,废气在循环进行时,废气到进气岐管,废气再循环入口,(2)EGR 真空阀 废气压力和进气岐管的负 压下，内部的膜片弹簧工作， 调节 EGR阀 的负荷变化量。 (3)EG

12、R 电磁阀 受微机输出的信号（冷却 水温度和散热器温度信号）， 使负压到EGR控制阀。 (4)真空延迟阀 延迟EGR阀的负压传达， 防止 EGR的突然开启。,附压信号,由EGR,排气压力,空滤,EGR电磁阀,系统的工作是随着通道真空，排放废气，冷却水温，发动机转速进行控制。但急减速时，进气岐管水温70C以下, 散热器水温 17C以下或发动机转速 1500rpm以下时，为了提高行驶性能，停止EGR，在Nox产生量多的中速，中负荷区域，增加EGR量，降低 Nox量. 工作条件,种类,切断EGR,基本EGR,增量EGR,条件,散热器水温17C以下或发动机冷却水温70C以下,怠速,低速无负荷,高速高负

13、荷,其他区域,中速中负荷,EGR量,无,少量,多量,备注,缩短暖机时间,提高稳定性,输出最高功率,最高15%左右,(2)背压修正阀 背压修正阀的作用是根据排气歧管中的背压，附加控制废气再循环。 当发动机在小负荷排气背压低时，背压修正阀使EGR控制阀保持关闭状态，不进行废气再循环。 在发动机负荷增大，排气歧管背压增大时，背压修正阀才允许EGR控制阀打开进行废气再循环。,9.4 燃油蒸发气体控制装置 把燃料箱或化油器里产生的燃料蒸气不排出到大气，供入气缸内进行燃烧，抑制HC的产生。蒸发气体控制装置有通断型电磁阀的控制方式和占空比控制方式。 (1)通断型构成 为了防止汽油箱向大气排放燃油蒸气而产生污

14、染，在电控发动机控制系统中普遍采用了由电控单元(ECU)控制的活性炭罐蒸发污染控制装置。 发动机工作时，电控单元(ECU)根据发动机转速、冷却水温度、空气流量等信号，控制炭罐电磁阀的开闭，进而控制排放控制阀上部的真空度，从而达到控制排放控制阀开度的目的。当排放控制阀打开时，汽油蒸气将通过排放控制阀被吸人进气歧管，随进气一起进入气缸内燃烧。,(2)占空比型构成 ECU根据各种输入装置检测发动机工作状态，随工作条件由占空比控制进行调节已确定的燃油蒸发气体量。电磁阀是发动机暖机时，齿轮工作状态，怠速开关OFF时,氧传感器功能正常时工作。,燃油蒸发气体控制装置,单向阀,油气分离器,活性碳罐,电磁阀,E

15、CU,吸入发动机内,输入 信号,活性碳罐: 将油气吸附与碳粒表面， 跟纯空气一起由气体状态进 入进气岐管。 NO3清除控制阀: 增加进入气缸的蒸发气 体流量的阀门，受清除控制电 磁阀的信号。,(3) 蒸发气体控制元件的构成,空气(PURGE AIR),滤网,滤网,碳粒,从燃料箱来,从进气岐管来,到进气岐管,在燃烧室里产生的排放气体中的HC,CO,Nox经过催化器时被Pt,Ph的作用，进行氧化和还原反应转换成CO2,H2O,N2. 为了促进氧化反应，通过片簧阀供入新鲜空气。 构成图:,9.5 三元催化器和二次空气喷射装置,片簧阀,三元催化器,O2 传感器,(1)催化器 燃烧室里产生的有害气体经过三元 催化器时被贵金属进行化学反应， 净化成对人体无害的气体，排到大气。,排放气体,贵金属,净化气体,CO+O2 白金 CO2 HC+O2 铂 CO2+H2O Nox 铑 H2O,CO2,+N2,(2)片簧阀 由于排放气体的脉动，产生 负压，片簧阀打开，向排气系统 供给二次空气。在背压的作用下 片簧阀关闭，防止排气的逆流。,片簧阀,空气滤清器,发动机,排气岐管,催化器,空气被切断时,停止,片簧阀,从空气滤清器来,往催化器,(3)二次空气喷射系统,