第6章汽油机排放控制系统构造与检修

1、汽油机排放污染物的产生原因和控制方式汽油机排放污染物的产生原因和控制方式6.1汽油机排放控制系统的构造汽油机排放控制系统的构造6.2汽油机排放控制系统的检修汽油机排放控制系统的检修6.36.1.1 发动机排放污染物的产生发动机排放污染物的产生原因及种类原因及种类 发动机排放污染物主要来自发动机发动机排放污染物主要来自发动机工作时气缸内可燃混合气燃烧后排出的工作时气缸内可燃混合气燃烧后排出的废气，以及发动机气缸向曲轴箱中窜气废气，以及发动机气缸向曲轴箱中窜气的泄漏、汽车燃油箱中燃油蒸气的泄漏的泄漏、汽车燃油箱中燃油蒸气的泄漏等，如图等，如图6.1所示。所示。图图6.1汽油机排放污染物的产生原因汽

2、油机排放污染物的产生原因 汽油机的排放污染物主要有一氧化汽油机的排放污染物主要有一氧化碳（碳（CO）、碳氢化合物（）、碳氢化合物（HC）、氮氧）、氮氧化合物（化合物（NOx）等。）等。 汽油机的汽油机的CO、HC和和NOx与可燃混与可燃混合气的浓度有很大的关系（见图合气的浓度有很大的关系（见图6.2）。）。 当可燃混合气较浓时（空燃比小于当可燃混合气较浓时（空燃比小于理论空燃比），由于燃烧不完全，会使理论空燃比），由于燃烧不完全，会使CO、HC的排放量上升；随着可燃混合的排放量上升；随着可燃混合气浓度的降低，气浓度的降低，CO、HC的排放量均下的排放量均下降。降。 但由于稀混合气中氧的比例增加

3、，但由于稀混合气中氧的比例增加，NOx的排放量会随之升高，在空燃比稍的排放量会随之升高，在空燃比稍大于理论空燃比时，燃烧室温度最高，大于理论空燃比时，燃烧室温度最高，加上氧气充足，所以生成的加上氧气充足，所以生成的NOx最多。最多。图图6.2汽油机空燃比与排气污染物浓度的关系汽油机空燃比与排气污染物浓度的关系 柴油机的排放污染物除了一氧化碳柴油机的排放污染物除了一氧化碳（CO）、碳氢化合物（）、碳氢化合物（HC）、氮氧化）、氮氧化合物（合物（NOx）之外，还有来自燃烧废气）之外，还有来自燃烧废气的微粒物（的微粒物（PM），又称炭烟。），又称炭烟。1燃油蒸气回收装置燃油蒸气回收装置 燃油蒸气回收

4、装置的作用是将汽车油燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃烧，防止其排入大气中污染环境。烧，防止其排入大气中污染环境。 废气再循环装置（废气再循环装置（EGR）的作用是）的作用是将将5%15%的废气引入进气歧管，返回的废气引入进气歧管，返回气缸燃烧，以降低燃烧温度，减少高温气缸燃烧，以降低燃烧温度，减少高温燃烧时燃烧时NOx的生成量。的生成量。 二次空气喷射装置的作用是适时适二次空气喷射装置的作用是适时适量地向排气管中喷入新鲜空气，以促进量地向排气管中喷入新

5、鲜空气，以促进排气管中排气管中HC、CO的燃烧和转换，减少的燃烧和转换，减少其排放量。其排放量。 三元催化反应器安装在排气管的中段，三元催化反应器安装在排气管的中段，其外形类似消声器。其外形类似消声器。 其作用是将排气中的其作用是将排气中的HC、CO及及NOx 3 种有害气体进行氧化种有害气体进行氧化还原反应，生成还原反应，生成H2O、CO2和和N2等无害气体，使排气得以净化。等无害气体，使排气得以净化。 6.2.1 燃油蒸气回收装置燃油蒸气回收装置 燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油燃油蒸气回收装置的作用是将汽车油箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使箱内的汽油蒸气回收至发动机进气管，使之和新鲜

6、混合气一同进入发动机气缸内燃之和新鲜混合气一同进入发动机气缸内燃烧，防止汽油蒸气排入大气中污染环境。烧，防止汽油蒸气排入大气中污染环境。 燃油蒸气回收装置由活性炭罐、活燃油蒸气回收装置由活性炭罐、活性炭罐电磁阀、单向阀及相应的蒸气管性炭罐电磁阀、单向阀及相应的蒸气管道和真空软管组成，如图道和真空软管组成，如图6.3所示。所示。图图6.3燃油蒸气回收装置燃油蒸气回收装置1活性碳罐活性碳罐 2单向阀单向阀2 3活性炭罐电磁阀活性炭罐电磁阀 4油箱油箱 5单向阀单向阀1 燃油箱内产生的汽油蒸气经管道进燃油箱内产生的汽油蒸气经管道进入活性炭罐，蒸气中的汽油分子被吸附入活性炭罐，蒸气中的汽油分子被吸附在

7、活性炭表面，剩下的无害气体则经活在活性炭表面，剩下的无害气体则经活性炭罐的出气口排到大气中。性炭罐的出气口排到大气中。 当发动机以中高速运转时，当发动机以中高速运转时，ECM使使电磁阀开启，存储在活性炭罐内的汽油电磁阀开启，存储在活性炭罐内的汽油蒸气经过软管被吸入发动机。蒸气经过软管被吸入发动机。 废气再循环是指将发动机排出的废废气再循环是指将发动机排出的废气的一部分（气的一部分（5%15%）再送回到进气）再送回到进气管，和新鲜的混合气混合之后再次进入管，和新鲜的混合气混合之后再次进入气缸参加燃烧（见图气缸参加燃烧（见图6.4），使气缸中混），使气缸中混合气燃烧的最高温度降低，从而减少了合气燃

8、烧的最高温度降低，从而减少了燃烧过程中氮氧化合物（燃烧过程中氮氧化合物（NOx）的生成）的生成量，降低排放污染。量，降低排放污染。图图6.4废气再循环废气再循环1排气歧管排气歧管 2EGR阀阀 3进气管进气管 废气再循环装置由废气再循环（废气再循环装置由废气再循环（EGR）阀、废气调整阀、三通电磁阀及相应的废气阀、废气调整阀、三通电磁阀及相应的废气管道和真空管道组成，如图管道和真空管道组成，如图6.5所示。所示。图图6.5废气再循环装置组成废气再循环装置组成1三通电磁阀三通电磁阀 2废气废气 3废气再循环废气再循环 4ECM 废气再循环阀用于控制再循环的废废气再循环阀用于控制再循环的废气量。气

9、量。 作用在废气再循环阀真空膜片室内作用在废气再循环阀真空膜片室内的真空度愈大，阀的开度就愈大，再循的真空度愈大，阀的开度就愈大，再循环的废气量也愈大，如图环的废气量也愈大，如图6.6所示。所示。图图6.6废气再循环装置工作原理废气再循环装置工作原理1进气室进气室 2节气门节气门 3节气门体节气门体 4大气大气 5膜片膜片 6废气调节阀废气调节阀 7三通电磁阀三通电磁阀 8废气再循环阀废气再循环阀 废气调整阀的作用是利用进气管真空废气调整阀的作用是利用进气管真空度的变化，按节气门开度的大小控制通往度的变化，按节气门开度的大小控制通往废气再循环阀的真空度，使废气再循环阀废气再循环阀的真空度，使废

10、气再循环阀的开度能随节气门的开大而增大，使再循的开度能随节气门的开大而增大，使再循环的废气量能随发动机负荷的增大而相应环的废气量能随发动机负荷的增大而相应增加。增加。 三通电磁阀由三通电磁阀由ECM控制。控制。ECM在在一定条件下接通三通电磁阀的电源，使一定条件下接通三通电磁阀的电源，使废气再循环阀开启，产生废气再循环（废气再循环阀开启，产生废气再循环（见图见图6.4）。）。 在一些特殊条件下，在一些特殊条件下，ECM会关闭废气会关闭废气再循环。这些条件如下。再循环。这些条件如下。 发动机水温低于发动机水温低于50。 怠速或小负荷运转（转速低于怠速或小负荷运转（转速低于1 000r/min左右

11、）。左右）。 高速运转（转速高于高速运转（转速高于4 500r/min左右）。左右）。 突然加速或减速。突然加速或减速。 由线性电磁阀控制的废气再循环装由线性电磁阀控制的废气再循环装置。置。 ECM通过改变作用在通过改变作用在EGR线性电线性电磁阀上的脉冲信号占空比，来调节施加磁阀上的脉冲信号占空比，来调节施加在废气再循环阀上的真空度，控制废气在废气再循环阀上的真空度，控制废气再循环阀的开度，从而使废气再循环的再循环阀的开度，从而使废气再循环的控制更加精确，如图控制更加精确，如图6.7所示。所示。图图6.7线性电磁阀控制的废气再循环装置线性电磁阀控制的废气再循环装置1废气再循环阀废气再循环阀

12、2废气再循环阀位置传感器废气再循环阀位置传感器 3EGR线性电磁阀线性电磁阀 4进气管进气管 5排气管排气管 为许多发动机在该装置中还设置了为许多发动机在该装置中还设置了一个监控废气再循环装置是否正常工作一个监控废气再循环装置是否正常工作的传感器，如的传感器，如EGR位置传感器、位置传感器、EGR温温度传感器等。度传感器等。 EGR位置传感器安装在废气再循环位置传感器安装在废气再循环阀的上方（见图阀的上方（见图6.7），电位器的活动触），电位器的活动触点（臂）与废气再循环阀的阀芯连接在点（臂）与废气再循环阀的阀芯连接在一起，当一起，当EGR阀开启时，活动触点随阀阀开启时，活动触点随阀芯移动，产

13、生与阀的移动位置相应的电芯移动，产生与阀的移动位置相应的电压信号并反馈给压信号并反馈给ECM。当废气再循环装。当废气再循环装置不能正常工作时，置不能正常工作时，ECM就可以根据反就可以根据反馈信号作出判断。馈信号作出判断。 EGR温度传感器一般安装在废气再温度传感器一般安装在废气再循环阀至进气管之间的通道上。循环阀至进气管之间的通道上。 当没有废气再循环时，当没有废气再循环时，EGR温度传温度传感器向感器向ECM反馈一个与此时气体温度相反馈一个与此时气体温度相应的电压信号。应的电压信号。 当当ECM使废气再循环阀开启时，传使废气再循环阀开启时，传感器的温度迅速升高，反馈给感器的温度迅速升高，反

14、馈给ECM的电的电压信号也随之发生突变，压信号也随之发生突变，ECM根据这一根据这一变化即可判断废气再循环装置已正常工变化即可判断废气再循环装置已正常工作。作。 二次空气喷射装置的主要功用是在二次空气喷射装置的主要功用是在发动机冷起动时，将新鲜空气喷入排气发动机冷起动时，将新鲜空气喷入排气歧管或三元催化反应器中，以促进冷车歧管或三元催化反应器中，以促进冷车运转的发动机废气中较多的运转的发动机废气中较多的HC和和CO在在排气管中燃烧和转换，从而降低其排放排气管中燃烧和转换，从而降低其排放量，同时加快冷起动后三元转化反应器量，同时加快冷起动后三元转化反应器的升温过程。的升温过程。 该装置由空气泵、

15、切换阀、上回阀、该装置由空气泵、切换阀、上回阀、电磁阀等组成，如图电磁阀等组成，如图6.8所示。所示。图图6.8二次空气喷射装置二次空气喷射装置1三元催化反应器三元催化反应器 2止回阀止回阀 3切换阀切换阀 4电磁阀电磁阀5水温传感器水温传感器 6曲轴位置传感器曲轴位置传感器 7其他传感器其他传感器 8空气泵空气泵 空气泵将新鲜空气加压，经切换阀、止回空气泵将新鲜空气加压，经切换阀、止回阀喷入各缸排气歧管或三元催化反应器内，在阀喷入各缸排气歧管或三元催化反应器内，在排气歧管或三元催化反应器内与高温废气混合排气歧管或三元催化反应器内与高温废气混合燃烧，使燃烧，使CO、HC变成变成CO2、H2O。

16、 当发动机热车后，当发动机热车后，ECM控制空气泵电磁阀控制空气泵电磁阀使切换阀切换，停止向排气管喷射空气。使切换阀切换，停止向排气管喷射空气。 当该系统正常工作时，排气的当该系统正常工作时，排气的HC、CO、CO2值会降低。但值会降低。但O2值升高。因此，值升高。因此，在使用废气分析仪检测排气时，应将二次在使用废气分析仪检测排气时，应将二次空气喷射装置关闭。空气喷射装置关闭。 三元催化反应器安装在排气管上，三元催化反应器安装在排气管上，其作用是将排气中的其作用是将排气中的CO、HC、和、和NOx 3种有害气体通过氧化和还原反应转变为种有害气体通过氧化和还原反应转变为无害的无害的CO2、H2O

17、和和N2。 三元催化反应器由金属外壳、格栅三元催化反应器由金属外壳、格栅状陶瓷载体、催化剂涂层等组成（见图状陶瓷载体、催化剂涂层等组成（见图6.9）。）。图图6.9三元催化反应器三元催化反应器1外壳外壳 2网状隔层网状隔层 3催化器催化器 4催化催化剂剂 5多孔格栅状陶瓷载体多孔格栅状陶瓷载体 格栅状陶瓷载体一般由三氧化二铝格栅状陶瓷载体一般由三氧化二铝制成。表面涂有很薄的催化剂涂层。制成。表面涂有很薄的催化剂涂层。 发动机排气中的发动机排气中的CO、HC、和、和NOx 3种气体通过三元催化反应器时，由于催种气体通过三元催化反应器时，由于催化剂的作用，在高温下开始进行氧化化剂的作用，在高温下开

18、始进行氧化还原化学反应。还原化学反应。 CO在被氧化成二氧化碳（在被氧化成二氧化碳（CO2）。）。HC被氧化成水（被氧化成水（H2O）和）和CO2。NOx被被还原成氮气（还原成氮气（N2）和氧气（）和氧气（O2）。）。 三元催化反应器的净化效率与可燃三元催化反应器的净化效率与可燃混合气的空燃比有关，当可燃混合气处混合气的空燃比有关，当可燃混合气处于理论空燃比范围内时，三元催化反应于理论空燃比范围内时，三元催化反应器的净化效率最高。器的净化效率最高。 由于三元催化反应器的使用寿命有由于三元催化反应器的使用寿命有限，因此需要对其进行监测，以便在其限，因此需要对其进行监测，以便在其性能下降时能及时发

19、现，防止汽车使用性能下降时能及时发现，防止汽车使用过程中排放污染水平超标。过程中排放污染水平超标。 监控三元催化反应器工作效率的方监控三元催化反应器工作效率的方法主要有法主要有3种：双氧传感器法、双碳氢传种：双氧传感器法、双碳氢传感器法、双温度传感器法。感器法、双温度传感器法。 其中，采用双氧传感器进行监控的其中，采用双氧传感器进行监控的方法应用最多。方法应用最多。 所谓双氧传感器法，就是在三元催所谓双氧传感器法，就是在三元催化反应器后增加第化反应器后增加第2个氧传感器，个氧传感器，ECM通过比较三元催化反应器前后排气管中通过比较三元催化反应器前后排气管中氧的浓度，来判断其工作效率是否正常氧的

20、浓度，来判断其工作效率是否正常（见图（见图6.10）。）。 正常工作的三元催化反应器，其下游氧正常工作的三元催化反应器，其下游氧传感器的动态响应曲线的振幅将明显小于上传感器的动态响应曲线的振幅将明显小于上游氧传感器见图游氧传感器见图6.10（a）。）。 反之，如果下游氧传感器信号的波形非反之，如果下游氧传感器信号的波形非常接近上游氧传感器见图常接近上游氧传感器见图6.10（b），），ECM即认为三元催化反应器的工作效率过即认为三元催化反应器的工作效率过低。低。图图6.10三元催化反应器工作效率的监测三元催化反应器工作效率的监测6.3.1 燃油蒸气回收装置的检修燃油蒸气回收装置的检修 1燃油蒸气

21、回收装置工作性能的燃油蒸气回收装置工作性能的检查检查 燃油蒸气回收装置可按下述方法检燃油蒸气回收装置可按下述方法检查其是否工作正常。查其是否工作正常。 将发动机热车至正常工作温度，并使之将发动机热车至正常工作温度，并使之怠速运转。怠速运转。 拔下活性炭罐上的真空软管，检查软拔下活性炭罐上的真空软管，检查软管内有无真空吸力。若装置工作正常，管内有无真空吸力。若装置工作正常，在发动机怠速运转中电磁阀应不通，软在发动机怠速运转中电磁阀应不通，软管内应无真空吸力。管内应无真空吸力。 如果此时软管内有吸力，应检查活性炭如果此时软管内有吸力，应检查活性炭罐电磁阀线束插头内有无电压信号。罐电磁阀线束插头内有

22、无电压信号。 若有电压信号，说明若有电压信号，说明ECM的控制失常，的控制失常，可能是某些传感器的故障所致；若无电压信可能是某些传感器的故障所致；若无电压信号，说明电磁阀关闭不严，应更换电磁阀。号，说明电磁阀关闭不严，应更换电磁阀。 踩下加速踏板，使发动机转速大于踩下加速踏板，使发动机转速大于2 000r/min，同时检查上述软管内有无，同时检查上述软管内有无真空吸力。若有吸力，说明正常；若无真空吸力。若有吸力，说明正常；若无吸力，应检查电磁阀线束插头内的信号吸力，应检查电磁阀线束插头内的信号电压。电压。 若电压正常，说明电磁阀有故障；若电压正常，说明电磁阀有故障；若电压异常或无电压，说明若电

23、压异常或无电压，说明ECM、相关、相关的传感器或控制线路有故障。的传感器或控制线路有故障。 其检查方法是拔下电磁阀线束插头，其检查方法是拔下电磁阀线束插头，向电磁阀内吹气，电磁阀应不通气；再将向电磁阀内吹气，电磁阀应不通气；再将12V电源接在电磁阀两接线柱上，同时向电源接在电磁阀两接线柱上，同时向电磁阀内吹气，电磁阀应可以通气。电磁阀内吹气，电磁阀应可以通气。 如有异常，则说明电磁阀有故障，应如有异常，则说明电磁阀有故障，应更换。更换。1废气再循环装置工作性能的检查废气再循环装置工作性能的检查 废气再循环装置是否正常工作的检查方废气再循环装置是否正常工作的检查方法如下。法如下。 起动发动机，并以怠速运转。起动发动机，并以怠速运转。 将手指伸入将手指伸入EGR阀上部的膜片室中，阀上部的膜片室中，按在膜片上，检查废气再循环阀有无动按在膜片上，检查废气再循环阀有无动作。作。 在冷车状态下踩下加速踏板，便发动在冷车状态下踩下加速踏板，便发动机转速上升至机转速上升至2 000r/min左右，此时废气左右，此时废气再循环阀应不开启，手指上应感觉不到再循环阀应不开启，手指上应感觉不到膜片的动作。膜片的动作。 在发动机热车后（水温高于在发动机热车后（水温高于50），），踩下加速踏板，使发动机转速上升至踩下加速踏板