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1、废气控制系统的结构废气控制系统的结构和原理和原理第1页，共51页，编辑于2022年，星期六n n 当汽油发动机怠速运转，燃料空气混合比为1 1：14.7(即即lkglkg重的汽油与14.7kg重的空气混合)时，空气中的时，空气中的氧气氧气(O2)(O2)和氮气(N2)，和汽油中的碳(C)(C)和氢和氢(H)(H)完全燃烧完全燃烧的结果是，发动机排放出二氧化碳的结果是，发动机排放出二氧化碳(CO2)、水(H 2O)及氮气及氮气(N 2)(N 2)。但实际情况往往不这么理想，发动机因无法达到百分。但实际情况往往不这么理想，发动机因无法达到百分之百的燃烧效率、而会产生氮氧化合物之百的燃烧效率、而会产
2、生氮氧化合物(NOx)(NOx)、碳氢化合物(HC)(HC)、一氧化碳(CO)(CO)等废气。等废气。n n 在这些气体当中，氮氧化合物(NOx)(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳和一氧化碳(CO)(CO)会造成大气污染，危害人体健康，因会造成大气污染，危害人体健康，因此，汽车上采用各种废气控制装置来降低这些气体的排放。此，汽车上采用各种废气控制装置来降低这些气体的排放。常见的废气控制装置有曲轴箱强制通风常见的废气控制装置有曲轴箱强制通风(PCV)、燃油蒸汽、燃油蒸汽回收回收(EVAP)、废气再循环(EGR)和三元催化转化器和三元催化转化器(TWC)(TWC)等系统。等系统。第2页，共5
3、1页，编辑于2022年，星期六第一节曲轴箱强制通风系统第一节曲轴箱强制通风系统 n n 曲轴箱内窜缸混合气中，曲轴箱内窜缸混合气中，708080是未燃烧气体是未燃烧气体(HC)，燃烧的副产品，燃烧的副产品(水蒸气和各种气化的酸水蒸气和各种气化的酸)则占20203030。所有这些都能破坏机油，产生油泥，使曲轴箱锈蚀。所有这些都能破坏机油，产生油泥，使曲轴箱锈蚀。为防止这一情况出现，以前的车辆都是从曲轴箱中引出通为防止这一情况出现，以前的车辆都是从曲轴箱中引出通风管道，让这些气体逸入大气。但由于许多排放法规不允风管道，让这些气体逸入大气。但由于许多排放法规不允许这样做，这些窜缸混合气必须回到燃烧室
4、重新燃烧。一许这样做，这些窜缸混合气必须回到燃烧室重新燃烧。一般来说，歧管真空度对窜缸混合气产生的影响比发动机转般来说，歧管真空度对窜缸混合气产生的影响比发动机转速更大。如果气缸盖罩和进气歧管只是简单他用一根管子速更大。如果气缸盖罩和进气歧管只是简单他用一根管子连接，不会很有效地解决这一问题。因此，需要在曲轴箱连接，不会很有效地解决这一问题。因此，需要在曲轴箱(气缸盖罩气缸盖罩)和进气歧管之间安装一个曲轴箱强制通风阀(PCV)(PCV)，以便根据歧管真空度，改变允许进入气缸重新燃烧的窜缸混合气的量。PCV阀根据发动机的工况工作。第3页，共51页，编辑于2022年，星期六n n发动机停机或回火时
5、，由于其自身重量和弹簧重量，PCV阀关闭。如图6-1所示。第4页，共51页，编辑于2022年，星期六n n怠速运转或减速时，负压很强，所以PCVPCV阀向上移动(打打开开)。但是由于真空通道仍然狭窄，允许通过的窜缸混合气量还很少。如图6-26-2所示。第5页，共51页，编辑于2022年，星期六n n正常运转时，真空度正常，真空通道扩宽，PCV阀部分打开。如图6-3所示。第6页，共51页，编辑于2022年，星期六n n加速或高负荷时，PCV阀完全打开，真空通道也完全打开。如图6-4所示。第7页，共51页，编辑于2022年，星期六n n从图6-56-5可以看出，全负荷时PCVPCV阀允许通过的窜缸
6、混合气很少，所以，当产生的窜缸混合气超过PCV阀吸入能力时，窜缸混合气也通过连接空气滤清器和气缸盖罩的管道，从空气滤清器吸入歧管。第8页，共51页，编辑于2022年，星期六第二节燃油蒸气回收系统第二节燃油蒸气回收系统 n n燃油蒸气回收系统又简称EVAP。在这套装置中，燃油蒸气回收罐(活性炭罐)用于吸收从燃油箱或化油器浮子室蒸发的汽油蒸气(HC)，以防止这些汽油蒸气逸入大气。n nEFI发动机用电脑控制燃油蒸气回收系统，由汽油蒸气回收罐、电控电磁阀、双向阀(预设压力)单向阀及相应的管路组成。第9页，共51页，编辑于2022年，星期六第10页，共51页，编辑于2022年，星期六一、燃油蒸气回收罐
7、一、燃油蒸气回收罐 n n 燃油蒸气回收罐内充满活性炭颗粒，故又燃油蒸气回收罐内充满活性炭颗粒，故又称活性炭罐。活性炭能吸附燃油蒸气中的汽油称活性炭罐。活性炭能吸附燃油蒸气中的汽油燃油分子。当燃油箱内的燃油蒸气进入回收罐燃油分子。当燃油箱内的燃油蒸气进入回收罐时，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空时，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空气则燃油排入大气。蒸气回收罐上方的进气口气则燃油排入大气。蒸气回收罐上方的进气口与燃油箱相通；出气口经软管与发动机进气管与燃油箱相通；出气口经软管与发动机进气管相通，中燃油间设有一个电控电磁阀控制管路相通，中燃油间设有一个电控电磁阀控制管路的通断。的通断。n
8、n发动机运转时，如果电磁阀关闭，则进入罐内的汽燃油油分子被活性发动机运转时，如果电磁阀关闭，则进入罐内的汽燃油油分子被活性炭吸附。回收罐内设有三个单向阀，当电磁阀开启且控制气路中的真炭吸附。回收罐内设有三个单向阀，当电磁阀开启且控制气路中的真空度较大燃油时，空度较大燃油时，1 1号单向阀便开启吸附在活性炭表面的汽油分子号单向阀便开启吸附在活性炭表面的汽油分子重新蒸发，被吸入进气管参加燃烧。当燃油燃油箱中的蒸气压力高重新蒸发，被吸入进气管参加燃烧。当燃油燃油箱中的蒸气压力高时，时，2 2号单向阀开启，号单向阀开启，3 3号单向阀关闭，燃油箱内的燃油蒸气便进入号单向阀关闭，燃油箱内的燃油蒸气便进入
9、回燃油收罐。反之，当燃油箱内出现真空时，回燃油收罐。反之，当燃油箱内出现真空时，2 2号单向阀关闭，号单向阀关闭，3 3号单号单向阀和油箱盖上的单向阀均打燃油开，空气被吸入燃油箱。向阀和油箱盖上的单向阀均打燃油开，空气被吸入燃油箱。第11页，共51页，编辑于2022年，星期六二、电控电磁阀二、电控电磁阀 n n电控电磁阀的作用是控制进入进气管的燃油蒸气量，防止正常的混合气成分被破坏。电脑根据发动机工况，控制电磁阀的通断，以凋节进气量。当发动机停止或怠速运转时，电磁阀关闭。当发动机以中速或高速运转时，电磁阀开启。这时发动机的进气量较大，少量的燃油蒸气不会影响混合气的成分。第12页，共51页，编辑
10、于2022年，星期六第三节废气再循环系统第三节废气再循环系统 n n废气再循环系统简称EGR系统。EGR是英文Exhaust Gas Recirculation的缩写。EGR系统用于减少废气中NOx的含量。由于加速或发动机高负荷，使燃烧室内的温度升高，而高温促使氮气和空气中的氧化合。所以，减少NOx生成的最好办法是降低燃烧室的温度。EGR系统通过进气歧管再循环废气中的CO2和水蒸气(H2O)，降低燃油在混合气中的比例，使混合气变稀，且带走混合气燃烧所产生的一部分热量从而使燃烧室温度下降，减少了NOx的产生。第13页，共51页，编辑于2022年，星期六一、一、EGR阀的类型与测试阀的类型与测试
11、n n(一一)EGR)EGR阀的类型阀的类型 n nEGREGR阀按控制方式可区分阀按控制方式可区分为正压力控制式为正压力控制式(简称简称P P型型)和负压力控制式和负压力控制式(简称简称NN型型)如图如图6-76-7所示。所示。n n正压力控制式完全由真空来正压力控制式完全由真空来控制。当发动机发动后，若控制。当发动机发动后，若有真空流到有真空流到EGREGR膜盒，将膜盒，将膜盒吸起后，膜盒吸起后，EGREGR阀即会阀即会打开。必须等真空完全消打开。必须等真空完全消失，失，EGREGR阀才会关闭。阀才会关闭。n n负压力控制式由真空及排气压力来控制。在发动机发动后，原在负压力控制式由真空及排
12、气压力来控制。在发动机发动后，原在EGREGR膜盒的真空会泄放，直到膜盒的真空会泄放，直到EGREGR阀动作条件达到时，膜盒内才有阀动作条件达到时，膜盒内才有真空。但此时真空。但此时EGREGR阀尚未开启，必须等排气压力足够时阀尚未开启，必须等排气压力足够时EGREGR阀才能阀才能打开。打开时间一次可持续约打开。打开时间一次可持续约20s20s。n n通常，通常，EGREGR阀工作时，发动机转速会降低阀工作时，发动机转速会降低50r/min50r/min以上，这表示该阀正常。以上，这表示该阀正常。第14页，共51页，编辑于2022年，星期六EGREGR阀控制方式的类型可出其编号区分，如图阀控制
13、方式的类型可出其编号区分，如图阀控制方式的类型可出其编号区分，如图阀控制方式的类型可出其编号区分，如图6-86-8所示所示所示所示 第15页，共51页，编辑于2022年，星期六二、非电脑控制二、非电脑控制EGR系统系统n n(一一一一)温控阀控制温控阀控制温控阀控制温控阀控制EGREGR系统系统系统系统 n n早期早期EGREGR阀的真空源是由温控阀来控制，如图阀的真空源是由温控阀来控制，如图6-96-9所示。当发动机所示。当发动机到达工作温度时，位于水道上的温控阀打开，接通节气门到到达工作温度时，位于水道上的温控阀打开，接通节气门到EGREGR阀膜片室的真空。如果节气门打开到一定角度，真空吸
14、力便吸开阀膜片室的真空。如果节气门打开到一定角度，真空吸力便吸开EGREGR阀，使废气进入进气歧管。阀，使废气进入进气歧管。第16页，共51页，编辑于2022年，星期六(二二)负压调节式负压调节式EGR系统系统 n n另一方面，因为温度低时另一方面，因为温度低时NOxNOx的生的生成少，就没有必要使用成少，就没有必要使用EGREGR装置，所装置，所以，以，EGREGR这时就由温控阀来切断真这时就由温控阀来切断真空源，使阀门关闭。空源，使阀门关闭。n n在在EGREGR装置中，再循环废气的多装置中，再循环废气的多少可以由少可以由EGREGR负压调节器控制。负压调节器控制。之所以需要这一控制机构，
15、是因之所以需要这一控制机构，是因为排气歧管内的压力在为排气歧管内的压力在1 1个大气压个大气压上下几百帕上下几百帕(几毫米汞柱几毫米汞柱)范围内变范围内变化。发动机负荷很低时，进气歧化。发动机负荷很低时，进气歧管负压就很强。如果对由管负压就很强。如果对由EGREGR装装置再循环的废气量不加以控制，置再循环的废气量不加以控制，就会有超过需要的废气被再循环。就会有超过需要的废气被再循环。而发动机低负荷时，废气循环量而发动机低负荷时，废气循环量太大就会使发动机运转不正常。太大就会使发动机运转不正常。另外，发动机低负荷时、另外，发动机低负荷时、EGREGR装装置几乎没有必要工作，因为大多数置几乎没有必
16、要工作，因为大多数NOxNOx是在高负荷时生成的。基是在高负荷时生成的。基于上述原因，就需要于上述原因，就需要EGREGR负压负压调节器，在低负荷时限制废气调节器，在低负荷时限制废气再循环量。再循环量。第17页，共51页，编辑于2022年，星期六三、电脑控制三、电脑控制EGR系统系统 n n(一一一一)电磁阀的类型电磁阀的类型电磁阀的类型电磁阀的类型n n在电脑控制的在电脑控制的EGREGR系统中，常见的电磁阀类型有如下两种：系统中，常见的电磁阀类型有如下两种：n n1 1单一式真空电磁阀单一式真空电磁阀n nEGREGR阀由电脑控制的一个电磁阀控制。当电脑不提供搭铁时，真空吸力阀由电脑控制的
17、一个电磁阀控制。当电脑不提供搭铁时，真空吸力无法到达无法到达EGREGR膜只有在电脑提供搭铁后。电磁阀才打开，使真空吸力膜只有在电脑提供搭铁后。电磁阀才打开，使真空吸力到达到达EGREGR膜盒，膜盒，EGREGR阀打开，如图阀打开，如图6-116-11所示。所示。第18页，共51页，编辑于2022年，星期六2.复合式真空电磁阀复合式真空电磁阀 n n复合式真空电磁阀同时控制复合式真空电磁阀同时控制EGREGR阀、活性炭罐（阀、活性炭罐（CCP）和）和热控制进气阀（热控制进气阀（EFE），如图），如图6-126-12所示。第19页，共51页，编辑于2022年，星期六(二二)典型的电脑控制典型的电
18、脑控制EGR系统系统 n n1 1脉冲控制式脉冲控制式EGREGR系统系统(PWM)(PWM)n n该系统由电脑控制该系统由电脑控制EGREGR真空电磁阀的搭铁通过真空吸力打开真空电磁阀的搭铁通过真空吸力打开EGREGR阀，与此同时另外配置一组阀，与此同时另外配置一组EGREGR位置传感器检测位置传感器检测EGREGR作用信号。电作用信号。电磁阀和位置传感器合称磁阀和位置传感器合称EGREGR控制电磁阀总成。控制电磁阀总成。第20页，共51页，编辑于2022年，星期六2反馈背压检测控制式反馈背压检测控制式EGREGR系统系统n n该系统类似脉冲控制式该系统类似脉冲控制式EGREGR系统：不同之
19、处是将系统：不同之处是将EGREGR位置传感器位置传感器外装，没有与外装，没有与EGREGR电磁阀做成一体，如图电磁阀做成一体，如图6-146-14所示。所示。第21页，共51页，编辑于2022年，星期六3排气温度检测控制式排气温度检测控制式EGR系统系统 n n该系统类似脉冲控制式该系统类似脉冲控制式EGREGR系统。不同之处是，在系统。不同之处是，在EGREGR排气口端装一排气口端装一个温度开关，用以检测个温度开关，用以检测EGREGR阀作用。必须注意的是，阀作用。必须注意的是，EGREGR温度开关温度开关是由电脑输出一个是由电脑输出一个12V12V的检测电源到的检测电源到EGREGR温度
20、传感器。也有采用温度传感器。也有采用5V5V参考电源的温度传感器检测参考电源的温度传感器检测EGREGR阀是否作用、类似水温传感器。如图阀是否作用、类似水温传感器。如图6-156-15所示。所示。第22页，共51页，编辑于2022年，星期六4.电子反馈检测控制式电子反馈检测控制式EGR系统系统 n n该系统类似脉冲控制式该系统类似脉冲控制式EGREGR系统，不同处是在检测系统，不同处是在检测EGREGR阀是否作用阀是否作用时，在时，在EGREGR膜片上装置了一个电位计来检测膜片上装置了一个电位计来检测EGREGR阀的开度。电位计工阀的开度。电位计工作电源为作电源为5V5V，电脑取得电位信号后，
21、以百分比来计算，当，电脑取得电位信号后，以百分比来计算，当EGREGR阀全阀全关时为关时为0 0，当，当EGREGR阀全开时为阀全开时为100100。EGREGR阀全关时电压为阀全关时电压为0.50.51.5v1.5v，全开时为，全开时为4.54.54.8V4.8V，真空膜盒中真空吸力约为，真空膜盒中真空吸力约为13.513.523.7kPa23.7kPa，即可打开，即可打开EGREGR阀，如图阀，如图6-166-16所示。所示。第23页，共51页，编辑于2022年，星期六5数字控制式数字控制式EGR系统系统 n n该系统电磁阀分别由三组电磁阀控制度气流量，由电脑控制该组该系统电磁阀分别由三组
22、电磁阀控制度气流量，由电脑控制该组电磁阀的开度，并不利用真空膜盒，如图电磁阀的开度，并不利用真空膜盒，如图6-l 76-l 7所示。所示。第24页，共51页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 二次空气吸入和喷射系统二次空气吸入和喷射系统 n n发动机所排放的废气中的发动机所排放的废气中的HCHC和和COCO是可燃性气体，如果迫使空气是可燃性气体，如果迫使空气进入排气歧管，且废气够热，废气就会在排入大气以前重新燃进入排气歧管，且废气够热，废气就会在排入大气以前重新燃烧，废气中的烧，废气中的COCO和和HCHC也就转化成为无污染的也就转化成为无污染的CO2CO2和和H 2OH 2O。为实。为实
23、现这一目的，常用二次空气吸入现这一目的，常用二次空气吸入(AS)(AS)法和二次空气喷射法和二次空气喷射(AI)(AI)法。法。第25页，共51页，编辑于2022年，星期六一、二次空气吸入系统一、二次空气吸入系统 n n如图如图6-206-20所示，有些所示，有些ASAS装置中装有一个控制机构，以便在发动机减速装置中装有一个控制机构，以便在发动机减速或冷机时，阻止空气进入。因为减速和冷却水温度低时，空气燃油或冷机时，阻止空气进入。因为减速和冷却水温度低时，空气燃油混合气大浓，就会出现催化剂过热或排气管放炮的危险。混合气大浓，就会出现催化剂过热或排气管放炮的危险。n n如图如图6-206-20所
24、示，有所示，有些些ASAS装置中装有装置中装有一个控制机构，一个控制机构，以便在发动机减以便在发动机减速或冷机时，阻速或冷机时，阻止空气进入。因止空气进入。因为减速和冷却水为减速和冷却水温度低时，空气温度低时，空气燃油混合气大浓，燃油混合气大浓，就会出现催化剂就会出现催化剂过热或排气管放过热或排气管放炮的危险。炮的危险。第26页，共51页，编辑于2022年，星期六二、二次空气喷射系统二、二次空气喷射系统 n n二次空气喷射二次空气喷射(AI)(AI)系统使用空气泵系统使用空气泵(空气泵通常用空气泵通常用V V形皮带驱动形皮带驱动)，迫，迫使空气进入排气歧管。这个方法能提供重新燃烧所需要的足够的
25、空气。使空气进入排气歧管。这个方法能提供重新燃烧所需要的足够的空气。但有一部分发动机输出功率需用于驱动空气泵。由于电控汽油喷射、但有一部分发动机输出功率需用于驱动空气泵。由于电控汽油喷射、三元催化转化器及其他这类设备的成功研制，这个方法现在已经很少三元催化转化器及其他这类设备的成功研制，这个方法现在已经很少被采用。被采用。第27页，共51页，编辑于2022年，星期六第五节第五节 废气催化转化器废气催化转化器 n n一、三元催化转化器一、三元催化转化器 n n催化剂是其本身在形态和质量上均无变化，却能促成化学反应的物质。催化剂是其本身在形态和质量上均无变化，却能促成化学反应的物质。例如正常情况下
26、，例如正常情况下，HCHC、COCO和和NOxNOx和和O2O2在一起即使被加热到在一起即使被加热到500 500 也也不会产生化学反应，但当这些气体通过催化剂后就会发生化学反应，不会产生化学反应，但当这些气体通过催化剂后就会发生化学反应，而转化成为无害的而转化成为无害的CO2CO2、H 20H 20和和N2N2。n n汽车的废气催化转化器所用的催化剂，通常有铂、铱、铑等。催化剂涂在汽车的废气催化转化器所用的催化剂，通常有铂、铱、铑等。催化剂涂在许多许多“载体载体”的表面上，以增加其与废气接触的表面积。的表面上，以增加其与废气接触的表面积。n n但是如果使用含铅汽油，催化剂表面就会被覆盖上一层
27、铅而失效。但是如果使用含铅汽油，催化剂表面就会被覆盖上一层铅而失效。因此，安装有废气催化转化器的车辆必须始终使用无铅汽油。净化因此，安装有废气催化转化器的车辆必须始终使用无铅汽油。净化汽车废气的理想状态是在催化剂的作用下，通过使汽车废气的理想状态是在催化剂的作用下，通过使NOxNOx和和O2O2以反以反COCO相相HCHC的化学反应，而完全生成中性的物质的化学反应，而完全生成中性的物质N2N2、H 2OH 2O和和CO2CO2。其反。其反应方程式如下：应方程式如下：第28页，共51页，编辑于2022年，星期六n n因为这种净化器不仅将因为这种净化器不仅将COCO和和HCHC也将也将NOxNOx
28、转换成非污染物，所以又称转换成非污染物，所以又称三元催化转化器三元催化转化器(TWC)(TWC)。n n为了使上述反应发生，空燃比必须非常接近理论比值。如果能做到这一为了使上述反应发生，空燃比必须非常接近理论比值。如果能做到这一点，三种污染物都可以达到很高的净化率。但是如果燃烧的是浓空燃比点，三种污染物都可以达到很高的净化率。但是如果燃烧的是浓空燃比混合气，废气中混合气，废气中COCO和和HCHC的浓度就高，的浓度就高，NOxNOx的还原反应就会发生。的还原反应就会发生。但因为但因为O2O2仍然不足，反应后还有仍然不足，反应后还有COCO和和HCHC残留并排出，见下式残留并排出，见下式 第29
29、页，共51页，编辑于2022年，星期六第30页，共51页，编辑于2022年，星期六第31页，共51页，编辑于2022年，星期六第32页，共51页，编辑于2022年，星期六第33页，共51页，编辑于2022年，星期六第34页，共51页，编辑于2022年，星期六第35页，共51页，编辑于2022年，星期六第36页，共51页，编辑于2022年，星期六第37页，共51页，编辑于2022年，星期六第38页，共51页，编辑于2022年，星期六第39页，共51页，编辑于2022年，星期六第40页，共51页，编辑于2022年，星期六第41页，共51页，编辑于2022年，星期六第42页，共51页，编辑于2022年，星期六第43页，共51页，编辑于2022年，星期六第44页，共51页，编辑于2022年，星期六第45页，共51页，编辑于2022年，星期六第46页，共51页，编辑于2022年，星期六第47页，共51页，编辑于2022年，星期六第48页，共51页，编辑于2022年，星期六第49页，共51页，编辑于2022年，星期六第50页，共51页，编辑于2022年，星期六第51页，共51页，编辑于2022年，星期六