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1、第7单元排放控制系统课文A排放控制系统概述为了减小不完全燃烧和蒸发气体对大气的污染，并保持良好的运行性能和燃油经济性, 所有的汽车上都采用了多种排放控制系统。这些系统包括曲轴箱强制通风（PCV）系统、蒸 发排放控制（EVAP）系统、废气再循环（EGR）系统、空气喷射（AIR）系统和三元催化 转化器（TWO系统。1 .PCV系统PCV系统的作用是收集曲轴箱产生的蒸汽和气缸窜气，并将这些气体引入到进气系统, 以便在燃烧期间将其烧掉。这些蒸汽稀释了混合气，因此必须对它们进行精心的控制和计量, 以便不影响发动机的性能。这就是PCV阀的任务。怠速时，空气燃油混合气非常关键，只 允许一点点蒸汽进入到进气系
2、统。高速时，混合气得浓度就不那么重要了，并且发动机气缸 压力也升高，因而允许有更多的蒸汽进入进气系统。当PCV阀或PCV系统赌塞时，蒸汽就 会倒流回到空气滤清器，甚至更糟的是，过大的压力会破坏密封件，导致发动机润滑油的泄 漏。如果使用了不正确的PCV阀，或者PCV系统存在漏气现象，发动机将会怠速不稳，甚 至出现将发动机润滑油从发动机内吸出来的现象。2 .EGR系统废气再循环（EGR）系统能降低燃烧过程中所产生的氮氧化合物。EGR系统使用数量 可控的废气来稀释空气-燃油混合气。由于废气不会燃烧，所以EGR将降低燃烧温度。在燃 烧温度降低的情况下，空气中只有极少的氮与氧结合，而形成氮氧化合物（NO
3、x）。大局部 氮只是随废气而排出气缸。为了获得良好的运行性能，最好让EGR阀的开度（以及废气流 量）与节气门开度呈正比例。为了改善运行性能，在发动机低温起动、怠速以及节气门全开 时，要停止EGR。由于在不同的发动机上NOx控制要求不同，因此就有使用各种控制装置 来提供这些功能的假设干不同的EGR系统。1） EGR 阀大多数这样的系统都采用了真空操纵的EGR阀，来调节进入进气歧管的废气流量（图 7-1和图7-2）o进气歧管下面的交叉排气通道将废气通道EGR阀（有些直列式发动机通过 一根外部气管将废气通到EGR阀）。EGR阀一般安装化油器下面的一根板上，或者直接安 装在进气歧管上。EGR阀是一个真
4、空操纵的流量控制阀。借助膜片处的控制真空翻开EGR阀，就能让废 气流过该阀而进入进气歧管。在这里，废气与空气-燃油混合气混合，稀释了混合气，尽管 仍能完全燃烧，但燃烧室温度却降低了。为了确保EGR系统该工作的时候能工作，采用了许多不同的控制装置。理想的情况是, 当发动机到达工作温度时，以及发动机在除了怠速和大节气门开度之外的工况下工作时， EGR系统应该正常工作。EGR阀有各种设计。正背压EGR阀在膜片的中央部位有一个通气阀。一个小弹簧保持 该通气阀开启，废气的通道从锥形阀通过阀杆到达放气阀。当发动机运转时，废气压力加给 放气阀。发动机在低速时，废气压力缺乏以翻开放气阀，发保持关闭。随着发动机
5、转速和车速的增加，废气压力也会增加。到达预定的节气门开度时，废气 压力将EGR阀通气孔关闭。当控制真空加给膜片时，膜片和阀就被向上提升，因而阀开启。 如果在发动机不运转的情况下，来自外部真空源的真空就被加到正背压EGR阀上，由于真 空通过通气孔而放掉，因此阀将不会翻开。在负背压EGR上，常闭的通气孔位于膜片的中心。废气的通道从锥形阀的下端，经过 阀杆到达通气阀。当发动机低速运转时，排气系统中就存在高压脉冲。然而，在这些高压脉 之间存在着低压脉冲。随着发动机转速的增加，在给定的时间内，气缸点火的次数会增加， 因而排气系统中各个高压脉冲会靠得很近。在发动机和车速较低时，排气系统中的负脉冲使通气阀保
6、持开启。当发动机转速和车 速增加到预定值时，排气负压脉冲就会下降，通气阀关闭。在这种情况下，EGR阀开启。 当在发动机不运转的情况下，将来自外真空源的真空加给负背压EGR阀时，通气孔关闭， 真空应该将EGR阀翻开。一个数字式EGR阀内含有多达三个由PCM直接操纵的电磁阀。每个电磁阀都含有一 个可动柱塞，柱塞的锥形端与一个节流孔贴合。当给任何一个电磁阀通电时，其柱塞就会升 起，废弃就会通过节流孔进入进气歧管。电磁阀和节流孔具有不同的尺寸。PCM可以操纵 其中一个、两个或者全部三个电磁阀动作，从而提供所需要的废气循环量，获得最正确的NOx 控制效果。EGR阀内含有一个EGR阀位置即EGR阀升程传感
7、器，该传感器是一个线性电位计。 该传感器的信号电压在IV （EGR阀关闭时D到4.5V （EGR阀全开时）之间变化。为了用脉冲宽度调节原理对EGR阀柱塞和EGR流量进行精确控制，PCM给EGR电磁 阀线圈发送通/断脉冲信号。EGR阀位置（EVP）传感器为PCM提供一个反响信号，告诉 PCM EGR阀的指令位置是否到达。2）内部废气再循环EGR降低了局部负荷时发动机废气中的氮氧化合物（一氧化氮NO和少量的二氧化氮 N02,合称为氮氧化合物NOx）。内部废气再循环系统的目的是在没有采用发动机外部管路 的情况下，来控制废气的再循环。在传统的增压箱节流发动机上，在局部节气门开度时，进气道与排气道之间存
8、在一个 压力差。对四冲程发动机，排气行程接近终了时，进气门开启，后面接着一个进气门和排气 门同时开启的时期。在这个气门重叠期内，进气道的低压促使燃烧室内的剩余废气倒流入进 气道。结果，燃烧室内的压力下降又促使排气道内的废气倒流回燃烧室。这些剩余废气稀释 了进入的空气-燃油混合气。对新鲜进气的稀释降低了峰值燃烧温度和压力，因而降低了废气中的NOx含量。过度 的稀释会导致不完全燃烧或不稳定燃烧，从而引起了碳氢化合物（HC）的增加。稀释的最 佳程度随着发动机的转速和负荷的变化而变化。按照常规，利用一种外部废气再循环系统就 能获得最正确运行状况所需要的稀释要求。这种外部废气再循环系统借助于外部管路和控
9、制 阀，使数量得到计量的废气进行再循环。3 .蒸发排放控制系统汽油易挥发。过去，这些蒸发的排放物被放到大气中。来自汽车的全部HC排放物中有 20%来自汽油箱。1970年，限制汽油箱排放物排放到大气中的排放法规获得通过。为了消 除这个污染源，研制了蒸发排放控制系统。该系统的作用是收集和保存来自汽油箱和化油器 的蒸发排放物。活性炭罐用来收集燃油蒸汽。燃油蒸汽吸附在活性炭上，一直到发动机起动 时，在发动机真空的作用下，这些蒸汽才被吸入发动机，与空气燃油混合气一起燃烧掉。 使用该系统要求使用密封的汽油箱盖。这个汽油箱盖对系统工作如此重要，以至于现在许多 州都将汽油箱盖的监测纳入州排放检测计划中。197
10、0年前的小汽车通过一个通气式汽油箱 盖，将燃油蒸汽放到大气中。今天，采用了密封式汽油箱盖，并采用了改进设计的汽油箱。 汽油箱内必须有汽油蒸汽聚集的空间，以便能将这些蒸汽通往活性炭罐。一只清污阀用来控 制进入发动机的蒸汽流量。此清污阀受发动机真空的控制。该系统的一个常见故障就是清污 阀损坏和发动机的真空直接将燃油吸进进气系统。这将加浓混合气并使火花塞被脏污。大多 数活性炭罐都有一个滤网，应将其定期更换。当燃油经济性变差时、应该对该系统进行检查。在某些发动机上，动力控制模块（PCM）允许在某些工况下，进气歧管真空将汽油蒸 汽吸入燃烧室。所有这些发动机都采用占空比清污控制系统。PCM通过操纵占空比E
11、VAP 清污电磁阀来控制蒸汽流量（图7-3）。4 .空气喷射系统由于没有内燃机效率能够到达100%,所以排气中总是存在某些未燃燃料，这就增加了 碳氢化合物排放。为了消除这个排放源，研制了空气喷射系统。燃烧需要有燃料、氧和热。 三者缺一，燃烧就无法进行。在排气歧管内，有足够的热量来支持燃烧。如果引入一些氧， 那么任何未燃的燃料都会燃烧。这种燃烧不会产生动力，但却会使过多的碳氢化合物排放得 到降低。与在燃烧室里的情况不同，这种燃烧是不可控制的，因此，如果废气中的燃油含量 过多的话，就会出现爆炸，并发出爆裂声。有时，在正常情况下（如减速），肺气肿的燃油 含量也过高。在这些情况下，我们会要求关闭空气喷
12、射系统。这是通过分流阀来实现的。使 用分流阀，而不是关闭空气泵，即可使空气不流向排气歧管，而转移到别处。由于所有这些 都是在燃烧过程完成之后进行的，所以这是一种对发动机性能没有影响的排放控制。新型的空气喷射系统采用了 ECM控制（图7-4）。当发动机在低温时，PCM就会给控 制电磁阀通电。这就使空气流到空气转换阀。空气转换阀通电，从而将空气引入到排气道。发动机升温后，即在闭环模式，PCM就会给控制电磁阀断电，从而使空气流到催化转 化器的两个催化床之间。这就给氧化催化剂提供了额外的氧，从而降低了 HC和CO排放， 同时还使第一个催化床保持较低的氧量水平。这就使还原催化剂能更有效地降低NOx排放
13、值。5 .催化转化器汽车排放物的控制有三种方法。一是促成更加完全的燃烧，使燃烧的有害副产物减少; 二是使过多的碳氢化合物返回到发动机进行燃烧;三是提供一个可供氧化或进行燃烧的额外 场所。这种额外的场所就使催化转化器。催化转化器的外观像一只消声器。它位于排气系统 中消声器的前面。在催化转化器内，有用铝或钿制成的很多小球或一个蜂窝结构。伯和钿用 作催化剂（催化剂是一种用于加速化学反响过程的物质）。当废气中的碳氢化合物和一氧化 碳从催化剂上经过时，就会被氧化而转变成二氧化碳和水。随着催化转化器工作，就会产生 热。废气中有害成分越多，催化转化器工作就越艰难，产生的热量就越多。在某些情况下， 由于过热，可能会看到转化器发光。如果转化器难以净化污浊的废气，它将自我损毁。含铅 汽油也会在伯和钿催化剂层上形成一个涂层，而导致转化器失效。