《废气控制系统的结构和原理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《废气控制系统的结构和原理.ppt（51页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、第六章 废气控制系统的结构和原理,当汽油发动机怠速运转，燃料空气混合比为1：14.7(即lkg重的汽油与14.7kg重的空气混合)时，空气中的氧气(O2)和氮气(N2)，和汽油中的碳(C)和氢(H)完全燃烧的结果是，发动机排放出二氧化碳(CO2)、水(H 2O)及氮气(N 2)。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(NOx)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)等废气。在这些气体当中，氮氧化合物(NOx)、碳氢化合物(HC)和一氧化碳(CO)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。常见的废气控制装置有曲轴箱
2、强制通风(PCV)、燃油蒸汽回收(EVAP)、废气再循环(EGR)和三元催化转化器(TWC)等系统。,第一节曲轴箱强制通风系统,曲轴箱内窜缸混合气中，7080是未燃烧气体(HC)，燃烧的副产品(水蒸气和各种气化的酸)则占2030。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(气缸盖罩)和进气歧管之
3、间安装一个曲轴箱强制通风阀(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。,发动机停机或回火时，由于其自身重量和弹簧重量，PCV阀关闭。如图6-1所示。,怠速运转或减速时，负压很强，所以PCV阀向上移动(打开)。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6-2所示。,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。,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。,从图6-5可以看出，全负荷时PCV阀允许通过的窜缸混合气很少，所以，当产生的窜缸混合气超过PCV阀吸入能力时，窜
4、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。,第二节燃油蒸气回收系统,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。EFI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。,一、燃油蒸气回收罐,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
5、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的通断。,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空度较大燃油时，1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时，2号单向阀开启，3号单向阀关闭，燃油箱内的燃油蒸气便进入回燃油收罐。反之，当燃油箱内出现真空时，2号单向阀关闭，3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。,二、电控电磁阀,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
6、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。,第三节废气再循环系统,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
7、度下降，减少了NOx的产生。,一、EGR阀的类型与测试,(一)EGR阀的类型 EGR阀按控制方式可区分为正压力控制式(简称P型)和负压力控制式(简称N型)如图6-7所示。正压力控制式完全由真空来控制。当发动机发动后，若有真空流到EGR膜盒，将膜盒吸起后，EGR阀即会打开。必须等真空完全消失，EGR阀才会关闭。,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EGR膜盒的真空会泄放，直到EGR阀动作条件达到时，膜盒内才有真空。但此时EGR阀尚未开启，必须等排气压力足够时EGR阀才能打开。打开时间一次可持续约20s。通常，EGR阀工作时，发动机转速会降低50r/min以上，这表示该阀正常。
8、,EGR阀控制方式的类型可出其编号区分，如图6-8所示,二、非电脑控制EGR系统,(一)温控阀控制EGR系统 早期EGR阀的真空源是由温控阀来控制，如图6-9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EGR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EGR阀，使废气进入进气歧管。,(二)负压调节式EGR系统,另一方面，因为温度低时NOx的生成少，就没有必要使用EGR装置，所以，EGR这时就由温控阀来切断真空源，使阀门关闭。,在EGR装置中，再循环废气的多少可以由EGR负压调节器控制。之所以需要这一控制机构，是因为排气歧管内的压力在1个大气压上下几百帕(几毫米
9、汞柱)范围内变化。发动机负荷很低时，进气歧管负压就很强。如果对由EGR装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。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。另外，发动机低负荷时、EGR装置几乎没有必要工作，因为大多数NOx是在高负荷时生成的。基于上述原因，就需要EGR负压调节器，在低负荷时限制废气再循环量。,三、电脑控制EGR系统,(一)电磁阀的类型在电脑控制的EGR系统中，常见的电磁阀类型有如下两种：1单一式真空电磁阀EGR阀由电脑控制的一个电磁阀控制。当电脑不提供搭铁时，真空吸力无法到达EGR膜只有在电脑提供搭铁后。电磁阀才打开，使真空吸力到达EGR膜盒，EG
10、R阀打开，如图6-11所示。,2.复合式真空电磁阀,复合式真空电磁阀同时控制EGR阀、活性炭罐（CCP）和热控制进气阀（EFE），如图6-12所示。,(二)典型的电脑控制EGR系统,1脉冲控制式EGR系统(PWM)该系统由电脑控制EGR真空电磁阀的搭铁通过真空吸力打开EGR阀，与此同时另外配置一组EGR位置传感器检测EGR作用信号。电磁阀和位置传感器合称EGR控制电磁阀总成。,2反馈背压检测控制式EGR系统,该系统类似脉冲控制式EGR系统：不同之处是将EGR位置传感器外装，没有与EGR电磁阀做成一体，如图6-14所示。,3排气温度检测控制式EGR系统,该系统类似脉冲控制式EGR系统。不同之处是
11、，在EGR排气口端装一个温度开关，用以检测EGR阀作用。必须注意的是，EGR温度开关是由电脑输出一个12V的检测电源到EGR温度传感器。也有采用5V参考电源的温度传感器检测EGR阀是否作用、类似水温传感器。如图6-15所示。,4.电子反馈检测控制式EGR系统,该系统类似脉冲控制式EGR系统，不同处是在检测EGR阀是否作用时，在EGR膜片上装置了一个电位计来检测EGR阀的开度。电位计工作电源为5V，电脑取得电位信号后，以百分比来计算，当EGR阀全关时为0，当EGR阀全开时为100。EGR阀全关时电压为0.51.5v，全开时为4.54.8V，真空膜盒中真空吸力约为13.523.7kPa，即可打开E
12、GR阀，如图6-16所示。,5数字控制式EGR系统,该系统电磁阀分别由三组电磁阀控制度气流量，由电脑控制该组电磁阀的开度，并不利用真空膜盒，如图6-l 7所示。,第四节 二次空气吸入和喷射系统,发动机所排放的废气中的HC和CO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烧，废气中的CO和HC也就转化成为无污染的CO2和H 2O。为实现这一目的，常用二次空气吸入(AS)法和二次空气喷射(AI)法。,一、二次空气吸入系统,如图6-20所示，有些AS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，空气燃油混合气大浓，就会出
13、现催化剂过热或排气管放炮的危险。,如图6-20所示，有些AS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，空气燃油混合气大浓，就会出现催化剂过热或排气管放炮的危险。,二、二次空气喷射系统,二次空气喷射(AI)系统使用空气泵(空气泵通常用V形皮带驱动)，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、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。,第五节 废气催化转化器,一、三元催化转化器 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
14、正常情况下，HC、CO和NOx和O2在一起即使被加热到500 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，而转化成为无害的CO2、H 20和N2。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“载体”的表面上，以增加其与废气接触的表面积。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。净化汽车废气的理想状态是在催化剂的作用下，通过使NOx和O2以反CO相HC的化学反应，而完全生成中性的物质N2、H 2O和CO2。其反应方程式如下：,因为这种净化器不仅将CO和HC也将NOx转换成非污染物，所以又称三元催化转化器(TWC)。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混合气，废气中CO和HC的浓度就高，NOx的还原反应就会发生。但因为O2仍然不足，反应后还有CO和HC残留并排出，见下式,
