第8章排放控制系统

第8章排放控制系统 第一节排放控制系统简介第二节二次空气供给系统第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统第四节废气再循环控制 EGR 系统第五节曲轴箱强行通风 PCV 系统 第一节排放控制系统简介 一 汽车的公害汽车的公害主要包括三个方面 1 排气对大气的污染 在大气污染中 汽车排放所造成的污染占有相当比重 据有关资料介绍 大气中所含CO的75 HC和NOx的50 来源汽车的排放 2 噪声对环境污染 下一页 返回 第一节排放控制系统简介 3 电气设备对无线电广播及电视的电波干扰 但只是局部问题由于排污的危害很大 而且排气净化问题已成为当前汽车工业发展中起决定性作用的因素之一 因此排放的控制在国外汽车越来越受重视 汽油是多种碳氢化合物的混合物 在发动机气缸内 汽油和空气混合并燃烧 大部分生成CO2和H2O 依据燃烧条件 也有一部分由于不完全燃烧而生成CO和HC化合物 此外 当燃烧温度很高时 空气中的氮与未燃的氧起反应 生成NOx其中CO HC和NOx气体对人类和环境都会造成很大危害 下一页 返回 上一页 第一节排放控制系统简介 二 汽车排污的来源汽车排污的来源有三方面 1 从排气管排出的废气 主要成分是CO HC和NOx 其他还有SO2 铅化合物和炭烟等 2 曲轴箱窜气 即从活塞与气缸之间的间隙漏出的 再自曲轴箱经通气管排出的燃烧气体 其主要成分是HC 3 从油箱盖挥发 油泵接头挥发 油泵与油箱的连接处挥发出的汽油蒸气 成分是HC汽油车排放源的有害气体相对排放量如图8 1所示 下一页 返回 上一页 第一节排放控制系统简介 三 汽车的净化措施在汽车排出的成分中 CO HC和NOx是主要的污染物质 因此 目前汽车的排污标准和净化措施也旨在降低这三种成分和含量 为此在汽车上采取了下列净化措施 1 电子燃油喷射 EFI 减少废气HC CO和NOx的排放量 2 三元催化装置 TWC 减少废气HC CO和NOx的排放量 3 油箱蒸发物排放控制 EVAP 减少HC气体排放量 4 废气再循环 EGR 减少NOx排放量 下一页 返回 上一页 第一节排放控制系统简介 5 曲轴箱强制通风 PCV 减少HC气体的挥发 6 二次空气供给 减少HC CO的排放量本章仅对二次空气供给系统 油箱蒸发物排放控制系统 废气再循环控制系统和曲轴箱强制通风系统加以说明 知识点滴 在大众汽油车上 目前曲轴箱强制通风系统为节气门前一根管和节气门后一根管的普通方式 没有量的控制 而厦气再循环控制系统 2007年 仅在宝来1 8L上装备 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 二次空气供给系统是降低尾气排放的机外净化装置之一 在冷车启动后将一定量的空气引入到排气管中 使废气中的CO和HC进一步燃烧 以减少CO和HC的排放 它是减少污染物排放的最早使用方法 二次空气供给系统的控制实质是向废气中吹入额外的空气 以增加氧含量 使废气中因未充分燃烧而产生的CO和HC在排气的高温下再次燃烧 生成CO 和H2O 达到排气净化的目的 下一页 返回 第二节二次空气供给系统 在采用催化反应器以后 这一方法仍然适用 在对汽车排放要求越来越严格的今大 二次空气供给这种净化方式的作用越来越重要 整个装置的结构也越来越完善 发展成为二次空气供给系统 奥迪A6和宝来的部分车型装有二次空气供给系统 现以该车型的二次空气供给系统为例 说明系统的组成及工作过程 奥迪A6二次空气供给系统组成和工作原理如图8 2所示 二次空气供给系统属于选装部件 如果要达到欧洲W号排放标准则必须采用二次空气供给系统 图8 3所示为宝来二次空气供给系统空气喷射阀位置 下一页 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 当发动机控制单元J220发出指令 控制二次空气泵继电器动作后 二次空气泵就被启动 空气经空气泵加压后分别进入两个二次空气进气组合阀 同时 控制单元控制二次空气进气阀打开 使与其相连的真空作用到二次空气进气组合阀上 如图8 4所示为宝来二次空气进气组合阀 进气组合阀在真空的作用下开启 便将气泵送来的二次空气吹入到汽缸盖的排气通道中 下一页 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 由此可见 二次空气系统并不是一直在工作 而是由发动机控制单元根据需要控制 在部分时间内起作用 发动机冷启动时工作时间约100s 而热启动工作约10s 二次空气系统工作时 因排气中氧含量高 三元催化器前的氧传感器电压输出低 通过此数据可看出系统是否工作 下一页 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 在冷启动状态下 发动机要求极浓的混合气以利于启动 但这一阶段因为混合气不能充分燃烧 所以废气中所含CO和HC的比例较高 如不采取措施 这一过程将造成大量的排放污染 二次空气系统主要就是在这一阶段工作 一方面可以降低冷启动阶段有害物质的排放 另一方面 再次燃烧发出的热量可以使三元催化反应器很快达到所需的工作温度 大大缩短了催化反应器的启动时间 极大地改善了冷启动阶段的排气质量 下一页 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 随着新的排放标准的不断出台 对汽车排放的要求日益严格 2000年出台的欧洲 号标准和2005年实施的欧洲IV号标准 除各项排放指标都比欧洲I号 II号标准有所提高外 检测方法也有所改变 过去的检测是在热启动情况下进行 而且可以经过40s后再检验 而现在改为在冷启动状态下直接进行检验 这就要求发动机在冷启动后的排放必须达到一个新的标准 否则不会通过如此严格的检验 下一页 返回 上一页 第二节二次空气供给系统 在现代汽油发动机控制系统中 二次空气系统恰恰能很好地解决这一问题 所以二次空气系统已成为轿车排放达到欧 欧 标准的必备装置 目前 奥迪A6 白萨特等车型均采用此系统 提前进入了更为彻底的环保行列 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 一 活性炭罐控制系统油箱中的燃油因外部空气和排气管的热辐射变热 加之从系统回油管流回的过量燃油 它在流过发动机零部件时 这些部件已被热的发动机机辐射加热 结果燃油箱中的燃油受热挥发 这就产生了排放物 它主要来自燃油箱的燃油蒸气 下一页 返回 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 蒸发物排放受环保法规的限制 该法规要求安装蒸发物排放控制系统 该系统配备有安装在油箱通风管末端的活性炭滤清器 又叫活性炭罐 活性炭滤清器中的活性炭吸附燃油蒸气 为了使活性炭罐在饱和后 具有再生功能 在发动机运行时 进气管中产生真空将这股新鲜空气和汽油蒸气经过炭罐吸进进气管 这股空气流吸收了储存在活性炭中的燃油蒸气 并把它们带到发动机中以供燃烧 为了使空燃比控制更精确和利于自诊断 在与进气管相通的导管上安装炭罐电磁阀 计量这股再生 清洁 气流 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 清洁气流必定是不知道成分的油气混合物 因为它含有新鲜空气 也含有从活性炭罐中吸收的一定浓度的燃油蒸气 因此对于空燃比闭环控制系统 清洁气流是主要的干扰因素 相当于进气总量1 的且主要是由新鲜空气组成的清洁气流 将会使全部进气混合气稀释1 另一方面 清洁气流含有较多的汽油成分时 也可使混合气加浓30 即活性炭罐的汽油成分会对空燃比影响1 30 图8 5所示为蒸发物排放控制系统 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 活性炭罐电磁阀在保持空燃比偏移量最小的同时 确保活性炭罐有足够的通气量 才能保证活性炭吸附的吸附能力不下降 怠速时进气歧管有最大的真空度 此时活性炭罐电磁阀打开是最好时机 其他工况打开 由于进气歧管没有最大的真空度 活性炭罐电磁阀打开也没有实际意义 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 在怠速阶段 氧传感器的空燃比反馈控制系统未工作时 只有极少的清洁气流能进入进气系统或根本不进入进气系统 因为即使氧传感器的信号进入电脑 某些工况电脑也不进行反馈调节 系统也没有能够补偿清洁气流引起的混合气浓度偏移量的程序 所以ECU为了让此时的混合气不受来自油箱的气流干扰 活性炭罐电磁阀在此时间段中关闭 例如启动和怠速的某些工况 活性炭罐电磁阀关闭 另如 为防止未燃烧的燃油蒸气进入催化转化器 一旦节气门全闭时 活性炭罐电磁阀立即断电关闭 以响应供油中断 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 在热车时 怠速和部分负荷节气门后有真空吸力 且空燃比反馈控制起作用 这时是活性炭罐电磁阀打开的最好时刻 清洁气流吸收一定的气态 燃油蒸气 或叫 燃油负荷 燃油负荷的大小由来自先前的再生循环数据 电脑内时间记数器记录上一次活性炭罐电磁阀打开到现在积累的时间 来确定在刚接通清洁气流时的占空比 系统选择最合适工况 由ECU发出占空比信号以一定开度打开电磁阀 与此同时 控制系统减小喷油持续时间 以补偿清洁气流中的预期燃油含量 防止混合气过浓 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 由于混合气调整功能是一个氧传感器的独立处理过程 因此系统可以确认任何由燃油负荷引起的空燃比偏移量 并且能根据初始状态作适当的修正 综合以上内容 分析大众发动机的油箱蒸发物排放控制系统数据 显示组010 油箱通风 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 显示区1 活性炭罐电磁阀的占空比 显示区2 油箱通风的空燃比校正系数 显示区3 为活性炭罐的充满程度 3 0时活性炭罐中无燃油蒸气 3 2时活性炭罐中充满燃油蒸气 显示区4 为活性罐过滤系统 AKF 冲洗程度 数值为0 00时 从AKF活性炭罐系统没有吸入混合气 数值为0 30时为吸入空气量的30 来自AKF系统 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 为了对清洁空气流进行 负荷敏感 控制 2000年以后的电脑运用了进气管模型的原始参数 这些参数包括进气管的内部压力和温度 这有利于清洁气流的准确计算 系统设计范围为清洁气流所含燃油可占燃油总量的40 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 二 油箱泄漏检测系统以上讲的是国内大众汽车现阶段的油箱蒸发物排放控制系统 即当前要求只是局限于检查活性炭罐是否处于正常工作状况 新的油箱蒸发物排放控制系统要求采取措施探测到蒸发排放控制系统中油泵与油箱的接缝及油箱盖上的任何一点的泄漏情况 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 1 第一种诊断油箱泄漏的方法是采用真空测试诊断燃油系统的泄漏先用一个截止电磁阀中断供给活性炭罐的新鲜空气 从而密封油箱系统 然后 使发动机在怠速下运行 打开活性炭罐电磁阀 这样进气管的真空度会打一展到油箱的整个系统 装在油箱内的压力传感器监测到打开活性炭罐电磁阀以后的压力变化 压力变化曲线在指定时间内应下降为进气歧管压力 否则系统可确定存在泄漏 图8 6所示为采用真空测试诊断燃油系统的泄漏 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 2 另一种诊断油箱泄漏的方法是采用基准孔的泄漏诊断这种测试方法不再是用压力传感器监测到的压力值作为测试参数 而是用空气泵的工作电流作为测试参数 图8 7所示是在燃油系统加压测试操作过程 用电动空气泵给燃油箱加压 加压时压力上升后 电机的运转阻力会使电机的工作电流加大 即如果燃油箱是个密封系统的话 电机因阻力电流在标定时间内会上升至一个指定值 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 根据固定截面的基准孔 汽车行驶中或发动机运行时活性炭罐电磁阀会通过确定的空气流量 电脑控制用两位三通电磁阀将空气泵与活性炭罐接通 得到的电流曲线将指明燃油系统是否存在泄漏 甚至根据电流上升到标定值的时间确定泄漏孔的大小 结论 抽真空和打压是空调系统测试是否有漏的测试方法 今天用到了油箱检漏上 其中打压测试要比抽真空测试效果好 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 三 国内早期进口车油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统图8 8所示为早期国内进口丰田车LS400油箱蒸发物排放控制系统组成 现在已经和大众有相同的结构 LS400油箱蒸发物排放控制系统是利用双金属片式真空开关阀BVSV 冷却液35 以下BVSV关闭 油箱的蒸发燃油不进发动机燃烧 下一页 返回 上一页 第三节油箱蒸发物排放控制 EVAP 系统 冷却液35 以上BVSV稍开启 冷却液54 以上BVSV全开启 节气门开度产生的吸力能使止回阀 打开 油箱的蒸发燃油进入发动机燃烧 止回阀 的作用是平衡油箱中压力 油箱中压力过高时 开 关 压力蒸气经 进入活性炭罐吸附 油箱中油泵泵油造成高真空时 止回阀 关 开 大气进入油箱 注 欧洲和澳大利亚款车型有BVSV阀的冷却水温度控制 国内一般采用直接通入发动机进气管内 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 废气再循环 EGR ExhaustGasRecirculation 系统 是将一部分排气引入进气管与新混合气混合后进入气缸燃烧 从而降低燃烧温度 是目前用于降低NOx排放的一种有效措施 EGR控制系统减少NOx排放的基本原理是 排气中主要成分是CO2 H2O和N2等 这三种气体的热容量较高 当新混合气和部分排气混合后 热容量也随之增大 在进行相同发热量的燃烧 混入部分排气 可减缓火焰的传播速度 燃烧温度降低 这样就抑制NOx生成 下一页 返回 第四节废气再循环控制 EGR 系统 由于采用EGR控制系统 使混合气的着火性能和发动机输出功率下降 因此应选择NOx排放量多的发动机运转范围 进行适量的EGR控制 EGR的控制指标大多采用EGR率表示 其定义加下 EGR率 进入气缸的排气量 进入气缸的气体总量的比值 x100 早期车应用温度真空开关控制发动机进气歧管与真空阀之间的真空通道 水温超过42 以后真空开关完全打开 只要发动机节气门后有真空度就能实现再循环 但设计通道截面很小 EGR率一般为5 15 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 电子控制的废气再循环 EEGR ElectronicExhaustGasRecirculation 系统 不仅结构简单 而且可进行较大EGR率 15 20 控制 另外 随着EGR的增加 燃烧将变得不稳定 缺火严重 油耗上升 HC的排放量也增加 当燃烧恶化时 可减少EGR率 甚至完全停止EGR 电脑控制的EGR控制系统的主要功能 就是选择NOx排放量多的发动机运转范围 进行适量EGR控制 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 一 开环控制式排气再循环系统早期可变EGR率废气再循环控制的工作原理是 根据发动机台架试验确定的EGR率与发动机转速 进气量等的对应关系 将有关数据存入发动机ECU内的ROM中 发动机工作时 电脑根据各种传感器送来的发动机转速 进气量等的信号与微机的ROM中的数据对应上时 输出这个工况下的EGR率的指令 控制电磁阀的开度 以调节排气再循环的EGR率 注 早期国内进口日本车大多采用这种排气再循环系统 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 二 闭环控制式排气再循环系统由前述可知 在开环控制式排气再循环系统中 EGR率只受微处理机预先设置好的程序控制 不检测发动机各种工况下的EGR率 而在闭环控制式排气再循环系统中 电脑以EGR率作为反馈信号实现闭环控制 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 现在为了保证控制电磁阀的实际开度与电脑内控制的开度一致 并能进行自适应 加装了反馈电磁阀位置的传感器 注 有滑动变阻器类反馈位置信号的系统 都可以设计成能自适应的系统 所以也必须有基本设定 大众宝来1 8L发动机的EEGR系统组成和作用 图8 9所示为宝来1 8L发动机的EEGR系统位置 图8 10所示为宝来1 8L发动机的EEGR系统组成 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 由于电脑控制EGR时 选择NOx排放量多的发动机运转范围 进行适量EGR控制 所以在以下不利工况时停止废气再循环 1 发动机水温低于50 时 不应进行废气再循环 2 怠速和小负荷时 NOx排放量不高 不进行废气再循环 3 全负荷和急加速时 不应进行废气再循环 防止损失发动机动力 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 4 怠速 超速时废气再循环不工作 NOx排放量随负荷增加而增加 电脑控制EGR率也应随之增加 废气再循环量的EGR率小于18 废气再循环控制电磁阀N18和位置传感器G212 如图8 11所示 废气再循环控制电磁阀N18接收发动机控制单元发出的脉冲控制信号 来控制再循环阀的动作 位置传感器G21 反馈控制阀位置 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 废气再循环控制阀N18清洗或更换之后要作基本设定 使之与电脑内存储值相符 否则发动机怠速抖动 出现G212故障码 目前大众宝来1 8L发动机的EEGR系统 基本设定01 04 074 如果N18出现故障 则废气再循环系统停止工作 发动机控制单元可以通过监测进气管压力监测到相应的故障信息 如果废气再循环阀出现故障 因为它是机械阀 所以无故障记忆 只能通过常规方法检查 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 宝来1 8L发动机废气再循环阀系统的数据可以进入发动机控制单元 01 08 076读取数据块 为保证能看到EEGR系统工作 发动机应以中小负荷运转 显示组076 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 因为废气再循环可以减少废气中氮氧化物的浓度 所以必须监测该系统是否运行正常 开启EGR阀引入部分废气返回进气管 由于残余废气进入进气管 进入气缸 所以首先影响进气管的真空度 然后影响燃烧过程 根据这种特性 诊断EGR系统有以下两种方法 1 用进气管压力传感器监测进气管压力 在节气门部分开度时短暂地关闭EGR阀 EGR阀的关闭改变了进气管真空度 这个变化由进气管压力传感器来监测 并且它的大小就是EGR系统工作状况的标记 此种方式较为多用 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 2 基于怠速稳定性的诊断 这种方式运用于没有热膜式空气质量流量计或没有进气管压力传感器的系统中 怠速时 电脑控制EGR阀稍微开启 残余气体的增加导致发动机运行状况恶化 可以通过监测系统中产生的运行恶化工况来诊断EGR系统工作是否正常 怠速自诊断测试中能废气再循环 那它真正的实际工作工况也能废气再循环 此种方式较为少用 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 三 早期进口车的EGR系统为了减少NOx排放 使部分废气经过EGR阀再循环到进气歧管 以降低最高燃烧温度图8 12所示为LS400废气再循环 油箱蒸发物排放控制和曲轴箱强制通风零部件布置 知识点滴 正规渠道进口的国内LS400厦气再循环可以用一个BVSV阀代替真空电磁阀 走私多为真空电磁阀 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 冷却液温度53 以下VSV真空开关阀断电关闭 EGR阀膜片上部与大气相通 弹簧和大气在合力作用下将EGR阀关闭 不进行循环 图8 13所示为LS400废气再循环和油箱蒸发物排放控制系统管路 节气门开度角位于E孔和R孔之间 冷却液温度55 以上 发动机3800r min以下 电脑控制VSV通电开启 发动机的真空可以进入到EGR阀上部 真空吸力打开EGR阀 进行再循环 但由于EGR调节器膜片上部作用大气 实际上进入到EGR阀上部的真空并不是进气歧管真空 它是介于大气和进气歧管真空之间的一个真空 所以EGR阀处于半开状态 下一页 返回 上一页 第四节废气再循环控制 EGR 系统 节气门开度角位于R孔以上 冷却液温度55 以上 发动机3800r min以下真空电磁阀VSV开启 进行再循环 此时即使发动机排气压力不够低 EGR真空调节器膜片在上部真空作用下关闭大气通道 并打开EGR阀 使EGR气增加 4000r min以上VSV关闭不再循环 返回 上一页 第五节曲轴箱强行通风 PCV 系统 早期从气缸的活塞环窜入到曲轴箱的气体和曲轴箱内的润滑油蒸气 是用通风管直接排到大气中去的 这部分气体中含有高浓度的未燃烃 润滑油蒸气 不完全燃烧产物以及不同量的废气成分等 下一页 返回 第五节曲轴箱强行通风 PCV 系统 现在汽车上采用将窜气引入气缸内燃烧掉的曲轴箱强制通风 PCV PositiveCrankcaseVentilation 系统 PCV有开式和闭式两种 图8 14 a 所示为开式系统 它是在早先曲轴箱通风的基础上 将曲轴箱和空气滤