降低汽油机排放污染的措施

1.排放污染物的形成原因及影响因素；

2.废气再循环控制系统；

3.燃油蒸发排放控制系统；

4.三元催化转化系统；

5.二次空气喷射系统。

1.能够解答客户关于汽油机降低排放污染方面的咨询；

2.能够识别汽油机排放控制系统的组成部件及工作原理；

3.增强法规、环保意识；

4.具有与客户沟通交流的能力；

5.具备信息搜集和处理的能力。

目前关于汽车排放的控制非常严格，汽油发动机普遍采用各种排放污染控制装置，关于排放控制装置都有哪些，你清楚吗？这些装置又是怎样降低排放的呢？通过下面的学习，相信你会找到答案。

针对某一具体车辆发动机的实物或图片，向客户说明该发动机排放控制系统的结构组成、工作原理及特点。

汽车的排放污染源主要有3个，如图4-45所示。一是发动机排气管排出的发动机燃烧废气（俗称尾气），汽油车的主要污染成分是CO、HC和NOx，而柴油车除了这3种有害物外，还排放大量的微粒物；二是曲轴箱排放物，在压缩和燃烧过程中，发动机未燃的HC由燃烧室漏向曲轴箱，再排向大气；三是燃料蒸发排放物，主要由发动机燃料供给系的燃料蒸发而产生。

图4-45　汽车排放污染源

一、排放污染物的形成原因及影响因素

（一）排放污染物的成因

1.一氧化碳

①燃料不完全燃烧。CO是在燃烧过程中烃类燃料缺氧而不能完全燃烧的产物。

②CO2和H2O在高温时离解。当汽油机缸内温度超过1 800℃时，CO2和H2O在高温时会产生离解，生成CO。

2.碳氢化合物

①由于气缸壁对火焰的冷却作用、缝隙效应、油膜和沉积物对燃油蒸气的吸附作用，使燃料未燃烧或未完全燃烧。

②由于燃料供给系统的蒸发及燃烧室等泄漏而产生。

3.氮氧化物

①在高温燃烧过程中，空气中的分子氮被氧化为NO，也称为高温NO，是NO的主要来源。

②在燃烧过程中，燃料中的含氮化合物分解成低分子氮化物，其被氧化生成NO，也称为燃料NO。

③在燃烧过程中，燃料中的碳氢化合物裂解出的CH、CO2、C等与空气中的N2反应生成HCN和NH等，并进一步与OH、O反应生成NO，也称为激发或瞬发NO。

（二）排放污染物的主要影响因素

1.混合气浓度

空燃比与汽油机排气污染物的关系如图4-46所示（假定发动机转速和负荷不变）。当空燃比在16以下时，随着空燃比的下降，混合气浓度增大，氧气不足，不完全燃烧现象严重，使CO、HC排放增多，NOx排放减少。当空燃比大于17时，随着空燃比增大，CO排放减少。同时氧化反应速度慢，燃烧温度下降，使HC排放增多，NOx排放减少。在混合气浓度稍稀处，HC、CO排放浓度最小，而NOx排放浓度最大。

图4-46　空燃比与汽油机排气污染物的关系

2.运行工况

汽油机在怠速和小负荷工况运行时，供给的混合气偏浓，并且燃烧室温度较低，燃烧速度慢，易引起不完全燃烧，使CO含量增多；又因为燃烧室温度低，燃烧室壁面激冷现象严重，不能燃烧的燃油量增多，使排出的HC增多。

在中等负荷时，供给经济混合气，混合气易于完全燃烧，CO、HC排放减少；由于燃烧室温度增高，使NOx生成量增多。

在大负荷时，供给浓混合气，使燃烧气体压力、温度升高，有较多的NOx生成；同时，也提高了排气温度，使HC在排气中继续燃烧，其排放量减少；但由于混合气较浓，使CO排放量增多。(www.xing528.com)

3.火花质量和点火提前角

汽油机点火系统的火花质量和点火提前角对汽车排气污染物有较大影响。

①火花质量决定点燃混合气的能力。当点燃稀薄混合气时，火花的持续时间对汽车排气污染物的影响是很大的。火花越弱，出现失火现象越多，而失火将会造成大量的HC生成。

②点火提前角推迟时，可降低燃烧气体的最高温度，使NOx排放量降低。点火提前角的推迟，还会延长混合气燃烧时间，在做功行程后期，未燃的HC会继续燃烧，使HC排放量降低。

4.配气相位

配气机构凸轮形状决定气门开启和关闭时刻及气门升程曲线，而这些参数影响发动机的充气过程；进入气缸新鲜混合气数量，决定发动机的转矩和功率；留在气缸内未燃混合气数量和在排气门开启时未被排出的废气量，会影响点火性能和燃烧状况，从而影响发动机效率、未燃HC的排放浓度。在进、排气门同时开启时，根据气缸内压力状况，新鲜混合气可能排出机外，或废气流回进气歧管，这会对发动机效率和未燃HC排放物造成很大影响。

二、废气再循环控制系统

废气再循环（EGR，Exhaust Gas Recirculation），是指在发动机工作时将一部分废气引入进气管，并与新鲜空气混合后吸入气缸内再次进行燃烧的过程。废气再循环是目前用于降低NOx排放量的一种有效方法，它是通过降低燃烧室的燃烧温度来抑制NOx的生成。

废气再循环控制系统的结构与工作原理如图4-47所示。主要由控制单元1、废气再循环（EGR）控制阀2、废气再循环温度传感器3、废气再循环电磁阀4、催化净化器上游的λ传感器5、催化净化器6等组成。

图4-47　废气再循环控制系统的结构和工作原理

1—控制单元；2—废气再循环（EGR）控制阀；3—废气再循环温度传感器；4—废气再循环电磁阀；5—催化净化器上游的λ传感器；6—催化净化器。

发动机工作时，根据点火开关、曲轴位置、冷却液温度、节气门位置等传感器的输出信号，ECU确定发动机运行工况，同时输出指令，控制电磁阀电磁线圈的导通与截止，并利用进气管的真空来控制废气再循环控制阀开启或闭合动作，使废气再循环进行或停止。

三、燃油蒸发排放控制系统

为了防止汽油箱向大气中排放汽油蒸气所产生的污染，在现代轿车上普遍采用了由ECU控制的燃油蒸发排放控制系统，如图4-48所示。

图4-48　燃油蒸发排放控制系统

1—控制单元；2—活性炭罐电磁阀；3—活性炭罐。

油箱中的燃油蒸气通过单向阀进入活性炭罐上部，空气从炭罐下部进入清洗活性炭。发动机工作时，根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，ECU通过控制活性炭罐电磁阀的动作来控制排放控制阀上部的真空度，从而控制排放阀的开闭动作。当排放控制阀打开时，汽油蒸气通过阀中的定量排放小孔被吸入进气歧管，然后进入气缸燃烧。

在某些车型上，燃油蒸发排放控制系统为有利于发动机抑制爆燃，当ECU判断出发动机产生爆燃时，即刻使活性炭罐电磁阀关闭，切断真空，关闭排放控制阀，直至爆燃消失且超过s时，ECU才使燃油蒸发排放控制系统恢复工作。

四、三元催化转化系统

发动机排气中的HC、CO和NOx排放物在温度高于1 000℃时可以很容易变成无害气体。然而，在排气系统中想要维持这么高的温度是不可能的。含有铂（Pt）、钯（Pd）或铑（Ph）等贵金属的催化剂可以在低很多的温度（300～900℃）下将这三种排放物同时转化掉，因此被称为三元催化转化器。

三元催化转化器由壳体、减振层、载体和催化剂涂层四部分组成，如图4-49所示。

图4-49　三元催化转化器的结构

（a）基本结构；（b）载体和涂层结构

三元催化转化器的转化效率与空燃比关系极大（参见图4-46），要求空燃比保持在理论空燃比14.7±0.3范围内。只有这样，催化剂才能既使CO、HC氧化，又使NOx还原，实现催化剂三效。为此，三元催化转化器必须与电喷发动机配合使用，并在三元催化转化器之前安装氧传感器，检测三元催化转化器入口处的氧气浓度，以便精确控制空燃比。

五、二次空气喷射系统

二次空气喷射系统的实质是将一定量的空气引入排气管中，使废气中的一氧化碳和碳氢化合物进一步燃烧，以减少一氧化碳和碳氢化合物的排放，这是减少污染物排放的最早使用的办法，目前与催化转换器配合使用。

图4-50所示为奥迪A6轿车二次空气喷射系统原理图。在冷起动阶段，发动机控制单元1通过二次空气泵继电器2来起动二次空气泵5，使空气到达二次空气控制阀4。与此同时，二次空气泵电磁阀3起动，这就使真空作用到二次空气控制阀4上，于是二次空气控制阀开启，将二次空气送到气缸盖排气通道中。

图4-50　二次空气喷射系统工作原理

1—控制单元；2—二次空气泵继电器；3—二次空气泵电磁阀；4—二次空气控制阀；5—二次空气泵；6—催化净化器上游的λ传感器；7—催化净化器。

随堂测试

1.汽油车的主要污染成分是________、________和________。

2.在汽油机怠速和小负荷工况运行时，供给的混合气________，并且燃烧室温度较低，燃烧速度慢，易引起不完全燃烧，使________含量增多；又因为燃烧室温度低，燃烧室壁面激冷现象严重，不能燃烧的燃油量增多，使排出的________增多。

3.三元催化转化器的转化效率与空燃比关系极大，要求空燃比保持在理论空燃比14.7±0.3范围内。只有这样，催化剂才能使CO、HC________，又使NOx________，实现催化剂三效。

4.二次空气喷射系统的实质是将一定量的________引入排气管中，使废气中的________和________进一步燃烧，以减少一氧化碳和碳氢化合物的排放。

任务实施

任务工单