第6章 汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)構(gòu)造與檢修

第6章汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)構(gòu)造與檢修汽油機(jī)排放污染物的產(chǎn)生原因和控制方式6.1汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)的構(gòu)造6.2汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)的檢修6.36.1汽油機(jī)排放污染物的產(chǎn)生原因和控制方式6.1.1發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物的產(chǎn)生原因及種類

發(fā)動(dòng)機(jī)排放污染物主要來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸內(nèi)可燃混合氣燃燒后排出的廢氣，以及發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸向曲軸箱中竄氣的泄漏、汽車燃油箱中燃油蒸氣的泄漏等，如圖6.1所示。圖6.1汽油機(jī)排放污染物的產(chǎn)生原因

汽油機(jī)的排放污染物主要有一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）等。

汽油機(jī)的CO、HC和NOx與可燃混合氣的濃度有很大的關(guān)系（見(jiàn)圖6.2）。

當(dāng)可燃混合氣較濃時(shí)（空燃比小于理論空燃比），由于燃燒不完全，會(huì)使CO、HC的排放量上升；隨著可燃混合氣濃度的降低，CO、HC的排放量均下降。

但由于稀混合氣中氧的比例增加，NOx的排放量會(huì)隨之升高，在空燃比稍大于理論空燃比時(shí)，燃燒室溫度最高，加上氧氣充足，所以生成的NOx最多。圖6.2汽油機(jī)空燃比與排氣污染物濃度的關(guān)系

柴油機(jī)的排放污染物除了一氧化碳（CO）、碳?xì)浠衔铮℉C）、氮氧化合物（NOx）之外，還有來(lái)自燃燒廢氣的微粒物（PM），又稱炭煙。6.1.2汽油機(jī)排放控制裝置的種類與作用1．燃油蒸氣回收裝置

燃油蒸氣回收裝置的作用是將汽車油箱內(nèi)的汽油蒸氣回收至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管，使之和新鮮混合氣一同進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒，防止其排入大氣中污染環(huán)境。2．廢氣再循環(huán)裝置

廢氣再循環(huán)裝置（EGR）的作用是將5%～15%的廢氣引入進(jìn)氣歧管，返回氣缸燃燒，以降低燃燒溫度，減少高溫燃燒時(shí)NOx的生成量。3．二次空氣噴射裝置

二次空氣噴射裝置的作用是適時(shí)適量地向排氣管中噴入新鮮空氣，以促進(jìn)排氣管中HC、CO的燃燒和轉(zhuǎn)換，減少其排放量。4．三元催化反應(yīng)器

三元催化反應(yīng)器安裝在排氣管的中段，其外形類似消聲器。

其作用是將排氣中的HC、CO及NOx

3

種有害氣體進(jìn)行氧化—還原反應(yīng)，生成H2O、CO2和N2等無(wú)害氣體，使排氣得以凈化。

6.2汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)的構(gòu)造6.2.1燃油蒸氣回收裝置

燃油蒸氣回收裝置的作用是將汽車油箱內(nèi)的汽油蒸氣回收至發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管，使之和新鮮混合氣一同進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒，防止汽油蒸氣排入大氣中污染環(huán)境。

燃油蒸氣回收裝置由活性炭罐、活性炭罐電磁閥、單向閥及相應(yīng)的蒸氣管道和真空軟管組成，如圖6.3所示。圖6.3燃油蒸氣回收裝置1—活性碳罐2—單向閥23—活性炭罐電磁閥4—油箱5—單向閥1

燃油箱內(nèi)產(chǎn)生的汽油蒸氣經(jīng)管道進(jìn)入活性炭罐，蒸氣中的汽油分子被吸附在活性炭表面，剩下的無(wú)害氣體則經(jīng)活性炭罐的出氣口排到大氣中。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)以中高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ECM使電磁閥開(kāi)啟，存儲(chǔ)在活性炭罐內(nèi)的汽油蒸氣經(jīng)過(guò)軟管被吸入發(fā)動(dòng)機(jī)。6.2.2廢氣再循環(huán)裝置

廢氣再循環(huán)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣的一部分（5%～15%）再送回到進(jìn)氣管，和新鮮的混合氣混合之后再次進(jìn)入氣缸參加燃燒（見(jiàn)圖6.4），使氣缸中混合氣燃燒的最高溫度降低，從而減少了燃燒過(guò)程中氮氧化合物（NOx）的生成量，降低排放污染。圖6.4廢氣再循環(huán)1—排氣歧管2—EGR閥3—進(jìn)氣管

廢氣再循環(huán)裝置由廢氣再循環(huán)（EGR）閥、廢氣調(diào)整閥、三通電磁閥及相應(yīng)的廢氣管道和真空管道組成，如圖6.5所示。圖6.5廢氣再循環(huán)裝置組成1—三通電磁閥2—廢氣3—廢氣再循環(huán)4—ECM

廢氣再循環(huán)閥用于控制再循環(huán)的廢氣量。

作用在廢氣再循環(huán)閥真空膜片室內(nèi)的真空度愈大，閥的開(kāi)度就愈大，再循環(huán)的廢氣量也愈大，如圖6.6所示。圖6.6廢氣再循環(huán)裝置工作原理1—進(jìn)氣室2—節(jié)氣門(mén)3—節(jié)氣門(mén)體4—大氣5—膜片6—廢氣調(diào)節(jié)閥7—三通電磁閥8—廢氣再循環(huán)閥

廢氣調(diào)整閥的作用是利用進(jìn)氣管真空度的變化，按節(jié)氣門(mén)開(kāi)度的大小控制通往廢氣再循環(huán)閥的真空度，使廢氣再循環(huán)閥的開(kāi)度能隨節(jié)氣門(mén)的開(kāi)大而增大，使再循環(huán)的廢氣量能隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的增大而相應(yīng)增加。

三通電磁閥由ECM控制。ECM在一定條件下接通三通電磁閥的電源，使廢氣再循環(huán)閥開(kāi)啟，產(chǎn)生廢氣再循環(huán)（見(jiàn)圖6.4）。

在一些特殊條件下，ECM會(huì)關(guān)閉廢氣再循環(huán)。這些條件如下。①發(fā)動(dòng)機(jī)水溫低于50℃。②怠速或小負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速低于1

000r/min左右）。③高速運(yùn)轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速高于4

500r/min左右）。④突然加速或減速。

由線性電磁閥控制的廢氣再循環(huán)裝置。ECM通過(guò)改變作用在EGR線性電磁閥上的脈沖信號(hào)占空比，來(lái)調(diào)節(jié)施加在廢氣再循環(huán)閥上的真空度，控制廢氣再循環(huán)閥的開(kāi)度，從而使廢氣再循環(huán)的控制更加精確，如圖6.7所示。圖6.7線性電磁閥控制的廢氣再循環(huán)裝置1—廢氣再循環(huán)閥2—廢氣再循環(huán)閥位置傳感器3—EGR線性電磁閥4—進(jìn)氣管5—排氣管

為許多發(fā)動(dòng)機(jī)在該裝置中還設(shè)置了一個(gè)監(jiān)控廢氣再循環(huán)裝置是否正常工作的傳感器，如EGR位置傳感器、EGR溫度傳感器等。EGR位置傳感器安裝在廢氣再循環(huán)閥的上方（見(jiàn)圖6.7），電位器的活動(dòng)觸點(diǎn)（臂）與廢氣再循環(huán)閥的閥芯連接在一起，當(dāng)EGR閥開(kāi)啟時(shí)，活動(dòng)觸點(diǎn)隨閥芯移動(dòng)，產(chǎn)生與閥的移動(dòng)位置相應(yīng)的電壓信號(hào)并反饋給ECM。當(dāng)廢氣再循環(huán)裝置不能正常工作時(shí)，ECM就可以根據(jù)反饋信號(hào)作出判斷。EGR溫度傳感器一般安裝在廢氣再循環(huán)閥至進(jìn)氣管之間的通道上。

當(dāng)沒(méi)有廢氣再循環(huán)時(shí)，EGR溫度傳感器向ECM反饋一個(gè)與此時(shí)氣體溫度相應(yīng)的電壓信號(hào)。

當(dāng)ECM使廢氣再循環(huán)閥開(kāi)啟時(shí)，傳感器的溫度迅速升高，反饋給ECM的電壓信號(hào)也隨之發(fā)生突變，ECM根據(jù)這一變化即可判斷廢氣再循環(huán)裝置已正常工作。6.2.3二次空氣噴射裝置

二次空氣噴射裝置的主要功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)冷起動(dòng)時(shí)，將新鮮空氣噴入排氣歧管或三元催化反應(yīng)器中，以促進(jìn)冷車運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣中較多的HC和CO在排氣管中燃燒和轉(zhuǎn)換，從而降低其排放量，同時(shí)加快冷起動(dòng)后三元轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的升溫過(guò)程。

該裝置由空氣泵、切換閥、上回閥、電磁閥等組成，如圖6.8所示。圖6.8二次空氣噴射裝置1—三元催化反應(yīng)器2—止回閥3—切換閥4—電磁閥

5—水溫傳感器6—曲軸位置傳感器7—其他傳感器8—空氣泵

空氣泵將新鮮空氣加壓，經(jīng)切換閥、止回閥噴入各缸排氣歧管或三元催化反應(yīng)器內(nèi)，在排氣歧管或三元催化反應(yīng)器內(nèi)與高溫廢氣混合燃燒，使CO、HC變成CO2、H2O。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)熱車后，ECM控制空氣泵電磁閥使切換閥切換，停止向排氣管噴射空氣。

當(dāng)該系統(tǒng)正常工作時(shí)，排氣的HC、CO、CO2值會(huì)降低。但O2值升高。因此，在使用廢氣分析儀檢測(cè)排氣時(shí)，應(yīng)將二次空氣噴射裝置關(guān)閉。6.2.4三元催化反應(yīng)器及其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

三元催化反應(yīng)器安裝在排氣管上，其作用是將排氣中的CO、HC、和NOx3種有害氣體通過(guò)氧化和還原反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害的CO2、H2O和N2。

三元催化反應(yīng)器由金屬外殼、格柵狀陶瓷載體、催化劑涂層等組成（見(jiàn)圖6.9）。圖6.9三元催化反應(yīng)器1—外殼2—網(wǎng)狀隔層3—催化器4—催化劑5—多孔格柵狀陶瓷載體

格柵狀陶瓷載體一般由三氧化二鋁制成。表面涂有很薄的催化劑涂層。

發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的CO、HC、和NOx

3種氣體通過(guò)三元催化反應(yīng)器時(shí)，由于催化劑的作用，在高溫下開(kāi)始進(jìn)行氧化—還原化學(xué)反應(yīng)。CO在被氧化成二氧化碳（CO2）。HC被氧化成水（H2O）和CO2。NOx被還原成氮?dú)猓∟2）和氧氣（O2）。

三元催化反應(yīng)器的凈化效率與可燃混合氣的空燃比有關(guān)，當(dāng)可燃混合氣處于理論空燃比范圍內(nèi)時(shí)，三元催化反應(yīng)器的凈化效率最高。

由于三元催化反應(yīng)器的使用壽命有限，因此需要對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便在其性能下降時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，防止汽車使用過(guò)程中排放污染水平超標(biāo)。

監(jiān)控三元催化反應(yīng)器工作效率的方法主要有3種：雙氧傳感器法、雙碳?xì)鋫鞲衅鞣?、雙溫度傳感器法。

其中，采用雙氧傳感器進(jìn)行監(jiān)控的方法應(yīng)用最多。

所謂雙氧傳感器法，就是在三元催化反應(yīng)器后增加第2個(gè)氧傳感器，ECM通過(guò)比較三元催化反應(yīng)器前后排氣管中氧的濃度，來(lái)判斷其工作效率是否正常（見(jiàn)圖6.10）。

正常工作的三元催化反應(yīng)器，其下游氧傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線的振幅將明顯小于上游氧傳感器［見(jiàn)圖6.10（a）］。

反之，如果下游氧傳感器信號(hào)的波形非常接近上游氧傳感器［見(jiàn)圖6.10（b）］，ECM即認(rèn)為三元催化反應(yīng)器的工作效率過(guò)低。圖6.10三元催化反應(yīng)器工作效率的監(jiān)測(cè)6.3汽油機(jī)排放控制系統(tǒng)的檢修6.3.1燃油蒸氣回收裝置的檢修1．燃油蒸氣回收裝置工作性能的檢查

燃油蒸氣回收裝置可按下述方法檢查其是否工作正常。①將發(fā)動(dòng)機(jī)熱車至正常工作溫度，并使之怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。

②拔下活性炭罐上的真空軟管，檢查軟管內(nèi)有無(wú)真空吸力。若裝置工作正常，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速運(yùn)轉(zhuǎn)中電磁閥應(yīng)不通，軟管內(nèi)應(yīng)無(wú)真空吸力。

如果此時(shí)軟管內(nèi)有吸力，應(yīng)檢查活性炭罐電磁閥線束插頭內(nèi)有無(wú)電壓信號(hào)。

若有電壓信號(hào)，說(shuō)明ECM的控制失常，可能是某些傳感器的故障所致；若無(wú)電壓信號(hào)，說(shuō)明電磁閥關(guān)閉不嚴(yán)，應(yīng)更換電磁閥。

③踩下加速踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于2

000r/min，同時(shí)檢查上述軟管內(nèi)有無(wú)真空吸力。若有吸力，說(shuō)明正常；若無(wú)吸力，應(yīng)檢查電磁閥線束插頭內(nèi)的信號(hào)電壓。

若電壓正常，說(shuō)明電磁閥有故障；若電壓異?；驘o(wú)電壓，說(shuō)明ECM、相關(guān)的傳感器或控制線路有故障。2．活性炭罐電磁閥的檢查

其檢查方法是拔下電磁閥線束插頭，向電磁閥內(nèi)吹氣，電磁閥應(yīng)不通氣；再將12V電源接在電磁閥兩接線柱上，同時(shí)向電磁閥內(nèi)吹氣，電磁閥應(yīng)可以通氣。

如有異常，則說(shuō)明電磁閥有故障，應(yīng)更換。6.3.2廢氣再循環(huán)裝置的檢修1．廢氣再循環(huán)裝置工作性能的檢查

廢氣再循環(huán)裝置是否正常工作的檢查方法如下。①起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。

②將手指伸入EGR閥上部的膜片室中，按在膜片上，檢查廢氣再循環(huán)閥有無(wú)動(dòng)作。

③在冷車狀態(tài)下踩下加速踏板，便發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升至2

000r/min左右，此時(shí)廢氣再循環(huán)閥應(yīng)不開(kāi)啟，手指上應(yīng)感覺(jué)不到膜片的動(dòng)作。

④在發(fā)動(dòng)機(jī)熱車后（水溫高于50℃），踩下加速踏板，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升至2

000r/min左右，此時(shí)廢氣再循環(huán)閥應(yīng)

開(kāi)啟，手指應(yīng)可感覺(jué)到膜片的動(dòng)作。

若廢氣再循環(huán)閥不能按上述規(guī)律動(dòng)作，則說(shuō)明該系統(tǒng)工作不正常，應(yīng)檢查該系統(tǒng)各零部件。2．EGR閥的檢查

其檢查方法如下。①讓發(fā)動(dòng)機(jī)以怠速運(yùn)轉(zhuǎn)。②拔下連接廢氣再循環(huán)閥與廢氣調(diào)整閥的真空軟管。

③用手動(dòng)抽真空泵對(duì)廢氣再循環(huán)閥膜片室施加約20kPa的真空度。