发动机废气控制系统的结构原理

一线天

燃烧和废气控制概论汽车发动机技术
    废气产生的原因:理想的燃料/空气混合比为1∶14.7，最理想的燃烧结果：CO2，H2O，N2，不平衡燃烧及泄漏的气体：
①氧化氮（Nox）NO NO2——产生：过热（1357℃），混合比 12∶1- 18∶1。清除：EGR TWC ，难于检测。
②碳氢化合物（HC）——产生：燃烧不完全，燃油蒸汽，曲轴箱漏气。清除：EVAP TWC PAIR PCV
③一氧化碳（CO）——产生：缺氧。清除：TWC PAIR
④二氧化碳（CO2）——完全燃烧结果。
⑤氧（O2）——氧气过剩。

一、曲轴箱强制通风系统（PCV）
（一）PCV必要性
    曲轴箱内窜缸混合气中，70%～80%是未燃烧气体（HC），燃烧的副产品（水蒸汽和各种气化的酸）则占20%～30%。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，以前的车辆都是安装从曲轴箱引出的通风管道，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。
（二） PCV工作
1.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。
2.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，窜缸混合气量还很少。
3.正常运转时
   真空对积常，真空通道扩宽，部分打开。
4.加速或高负荷时
    PCV阀完全打开，真空通道也完全打开。

二、燃油蒸汽回收系统（EVAP）
（一）必要性
    在这套装置中，汽油蒸汽回收罐（活性碳罐）用于吸收从燃油箱或化油器浮子室蒸发的汽油（HC），以防止这些HC逸入大气。
（二）工作
1、真空控制
   主要用于早期的发动机。
2、电脑控制
    用于ＥＦＩ发动机。该系统由汽油蒸汽回收罐、电控电磁阀、单向阀及相应的管路组成。
    汽油蒸汽回收罐内充满活性炭颗粒，故又称活性炭罐。活性炭能吸附汽油蒸汽中的汽油分子。当燃油箱内的汽油蒸汽进入回收罐时，其分子被吸附在活性炭表面上，余下的空气则排入大气。蒸汽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相通，中间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。当燃油箱中的蒸汽压力高时，2号单向阀开启，3号单向阀关闭，燃油箱内的汽油蒸汽便进入回收罐；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开，空气被吸入燃油箱。
    电控电磁阀的作用是控制进入进气管的燃油蒸汽量，防止正常的混合气成份被破坏。电脑根据发动机工况，控制电磁阀的通断，以调节进气量。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，少量的燃油蒸汽不会影响混合气的成份。
    故障：
1、电磁阀损坏
2、系统漏气
3、系统堵塞
4、真空管接反
5、碳罐吸附性变差

三、废气再循环系统（EGR）
（一）EGR系统的必要性
     废气再循环（Exhust Gas Reciculation）简称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，燃烧室内的温度升高，生成的NOx也随之增加。因为高温促使氮和空气中的氧化合，所以，减少NOx生成的最好办法是降低燃烧室的温度。废气主要成分是CO2和水蒸汽（H2O），这些都是非常稳定的气体，不和氧反应。EGR装置通过进气歧管再循环这些气体，使燃烧温度降低。空气和燃油混合气和这些废气混合在一起时，燃油在混合气中的比例自然就降低了（混合气变稀）。另外，这一混合气燃烧所产生的热量，有一部分也被废气带走了。因此，燃烧室的最高温度也下降，从而减少了NOx的产生。
（二）EGR的工作
1、EGR阀的识别与测试
    EGR阀有正压力控制式和负压力控制式两种类型：
   （ 1）正压力控制式—简称P型
    正压力控制式完全由真空来控制，当发动机起动后，若有真空源到EGR膜盒，将膜盒吸起后，EGR阀即会打开，必须真空完全消失，EGR阀才会关闭。
   （ 2）负压力控制式—简称N型
    负压力控制式由真空及排气压力来控制，当发动机起动后，原在EGR膜盒的真空会泄放，直到EGR动作条件达到时，才有发动机真空建立在膜盒内，但EGR阀尚未能开启，必须排气压力到达EGR阀时才能打开 。
2、EGR阀的开启控制
    因为在低温及低负荷的情况下，Nox的生成量很少，所以EGR系统在没必要工作。在怠速时，如果EGR阀打开，会导致发动机抖动甚至熄火。在高速时，如果EGR阀打开，则会影响发动机的输出功率，高速时功率不足。因此，EGR阀的工作时机必须控制，在一般情况下必须同时满足以下条件：   
① 发动机达到工作温度。
② 中高速时。
    EGR阀的开启控制有以下几种：
（1）直接真空控制
    极少数早期车型EGR阀的真空由节气门控制，真空管接至节气门前方，当发动机加速时，真空源即作用于EGR阀上。
（2）温控阀控制
    早期EGR阀的真空源是由温控阀来控制，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。
（3）电磁阀控制
    EGR阀的真空源，由电脑控制一个电磁阀，当电脑不提供搭铁时，真空无法流到EGR膜盒；当电脑提供搭铁后，电磁阀打开，使真空源流到EGR膜盒，使得EGR阀打开。
（4）流量阀控制
     该型电磁阀的设计是分别由三组电磁控制流量阀，由电脑控制该组电磁阀的开度，并不利用真空膜盒。
（5）步进电机控制
    曰产风度A33的EGR系统采用步进电机控制EGR流量控制阀的开度，从而控制废气的再循环量。步进电机有4组线圈，都由ECM电脑控制搭铁动作。线圈电阻为20.9-23.1Ω。在EGR系统工作时，步进电机的步数一般在10-55步。
3、EGR的监控方式
    电控汽油喷射发动机的电脑控制系统会采用各种方式来监控EGR系统是否工作。常见的监控方式有以下几种：
（1）进气压力传感器MAP监控
   一些采用D型电控燃油喷射系统的发动机，可以根据MAP信号的变化情况检测EGR系统是否工作。
（2）开关式监控
    该系统是由电脑控制EGR真空电磁阀的搭铁，控制真空源去打开EGR阀，同时另外配置一组EGR位置传感器（开关信号）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。
（3）差压阀位置传感器监控
    该系统采用差压阀位置传感器监控EGR系统的工作。
（4）排气温度检测控制
    该系统在检测EGR阀是否作用，是在EGR排气口端，装置一个温度传感器来检测EGR阀作用。早期车型的EGR温度传感器是由电脑输出一个12V的检测电源到EGR温度传感器。现代车型均采用5V参考电源的负温度系数的温度传感器，原理类似水温传感器。
（5）EGR位置（高度）传感器监控
    该在检测EGR阀是否作用，是在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%。若以电压信号检测EGR阀全关时为0.5V到1.5V，全开时为4.5V到4.8V，真空膜盒中约4in-Hg到7in-Hg真空吸力时，即可打开EGR阀。

四、二次空气吸入（AS）喷射（AI）系统
（一）AS和AI系统的必要性
由于CO和HC是可以燃烧的物质，因此，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H2O。有两种方法可以实现这一目的：二次空气吸入（AS）法和二次空气喷射（AI）法。
（二）二次空气吸入（AS）系统
    AS系统利用废气的波动（即排气压力有规律的突然变化），打开和关闭片簧阀，让空气断续地进入排气歧管。用这个方法吸入排气歧管的空气和用AI法相比，其量甚小，所以AS法只适用于相对体积较小的发动机。
在有些AS装置中，装有一个机构，在发动机减速或冷机时，阻止空气进入。减速和冷却水温度低时，空气燃油混合气太浓，就会产生催化剂过热或排气管放炮的危险。
（三）二次空气喷射（AI）装置系统
    AI系统使用空气泵，迫使空气进入排气歧管（空气泵通常用V型皮带驱动）。这个方法能提供重新燃烧所需要的足够的空气，但是有一部分发动机输出功率就要用于驱动空气泵。由于电控汽油喷射系统、三元催化净化器及其它这类设备研制成功，这个方法现在已经很少被采用了。
（四）二次空气喷射系统优缺点
    缺点：
1、 一部分发动机输出功率就要用于驱动空气泵。
2、排气管过热。
    优点：
    发动机冷起动阶段未燃烧的碳氢化合物及一氧化碳等有害物质排放相对较高，并且此时，三元催化反应器尚未达到工作温度(300度以上)。所以在轿车排放标准达到EU3或EU4要求时，必须装备此机外净化装置-二次空气系统。以降低发动机冷起动阶段有害物质的排放。另一方面，再次燃烧的热量使三元催化反应器很快就达到所需的工作温度。

五、三元催化净化器
（一）三元催化净化器（TWC）     
    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：HC、CO和NOx和氧气一起被加热至500℃（932℉），实际上不产生化学反应，但当这些气体通过催化剂作用后即发生化学反应，这些气体就转化成为无害的CO2、H2O和N2。
    汽车的废气催化净化器所用催化剂，视气体种类而异：通常使用的有铂、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。
    如果使用含铅汽油，催化剂表面就会覆盖上一层铅，使催化剂失效。因此，安装有废气催化净化器的车辆必须始终使用无铅汽油。
   “净化率”用于测量废气中污染物能转换成非污染物的比例。当催化剂温度超过400℃（752℉）时，净化率接近100%。这就是说，在温度低于400℃（752℉）时，催化剂不能有效起催化作用。
（二）氧传感器
    目前用于电控汽油喷射系统进行反馈控制的传感器是氧传感器。它安装在发动机的排气管上，用来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换成电压信号。排气中氧气分子的浓度取决于混合气的空燃比：当混合气浓于理论混合气（即空燃比小于14.7：1）时，在燃烧过程中氧分子被全部耗尽，排气中没有氧气分子；当混合气稀于理论混合气（即空燃比大于14.7：1）时，在燃烧过程中氧分子未能全部耗尽，排气中含有氧分子。混合气越稀，排气中的氧分子浓度就越大。因此，氧传感器发出的信号间接地反映了混合气空燃比的高低。电脑按氧传感器的反馈信号，对喷油量的计算结果进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。


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yanyang001

好贴,顶

断肠人

够全面

ulyuly

谢谢！

uweliao

慢慢学习中。。。

xdl198258

讲得比较全面，好贴