第六章 发动机有害排放物的控制系统
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汽车构造石晓辉第6章发动机有害排放物的控制系统
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
概述
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
颗粒（PM）
（1）形成原因
碳烟是由烃类燃料在高温缺氧条件 下裂解生成的。
（2）危害
0.1m以下的微粒对人体的危害最大， 吸入肺叶后会吸附在肺细胞上，其 中可溶性有机物、多环芳香烃等是 致癌物质。
燃油蒸发控制系统的组成
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
活性炭罐
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
燃油蒸发控制系统的组成
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
曲轴箱强制通风装置
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
强制式曲轴箱通风系统
l 在发动机工作时，会有部分可燃混合气和燃烧产物经活塞 环由气缸窜入曲轴箱内，还可能有液态燃油漏入曲轴箱。 这些气体将加速润滑油变质并使机件受到腐蚀或锈蚀。又 因为窜入曲轴箱内的气体中含有HC及其他污染物，所以采 用的强制式曲轴箱通风系统，避免这种气体排放到大气中。
（3）改进燃油
通过对燃油的脱硫、重整以及加入 添加剂等，可以改善燃烧，延缓催 化剂的老化。
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
减少排放的概念（柴油机）
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
汽车排放法规简介
1. 排放测试方法 2. 工况法测试系统 3. 测试循环 4. 排放法规及限值
汽车构造石晓辉第6章发动机有害排 放物的控制系统
概述
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
碳氢化合物（HC）
发动机有害排放物的控制(PPT 37张)
哈尔滨工业大学（威海）
第7页
2019/2/28
二、恒温进气空气滤清器
恒温进气空气滤清器也称进气温度自动调节式空气滤清器。它 是在普通空气滤清器上增设一套空气加热与控制系统构成的(图61)。气道燃油喷射式发动机不采用恒温进气空气滤清器。恒温进气 空气滤清器多用于化油器式或节气门汽油喷射式发动机上。恒温 进气空气滤清器的功用就是当发动机冷起动之后，向发动机供给 热空气。在这种情况下，即使化油器供给稀混合气，热空气也能 促使燃油充分汽化和燃烧，从而既减少了CO和HC的排放，又改 善了发动机低温运转性能。当发动机温度升高后，恒温进气空气 滤清器向发动机供给环境温度的空气。因此，这种空气滤清器是 一种排气的净化装置。
哈尔滨工业大学（威海）
第23页
2019/2/28
一种由电脑控制的排气再循环系统如图6-7 所示。排气再循环阀(EGR 阀)8用来控制再循环的废气量。进气管真空度经电磁阀6和真空调节 阀7作用到EGR阀 8的真空膜片室12，吸引膜片13向上并带动锥形阀14 升起，这时发动机排出的废气由排气支管经锥形阀进入进气支管。作 用在膜片上的真空度越大，锥形阀的开度就越大，再循环的废气量也 越多。如果没有真空度传送到真空膜片室，弹簧11推压膜片向下，使 锥形阀关闭，这时废气不能进行再循环。真空调节阀的作用是根据进 气管真空度的变化或节气门开度的大小调节通往EGR阀的真空度，使 再循环的废气量随节气门开度或发动机负荷的增大而增加。电磁阀由 电脑3控制。电脑根据空气流量计2，节气门位置传感器1，冷却越温 度传感器4和发动机转速传感器5等输入的信号，使电磁阀通电或断电。 当发动机冷却温度低于50℃时，或发动机在怠速工作时，或发动机转 速超过预定值时，电脑使电磁阀断电，电磁阀中的可动铁心隔断真空 传送通道，同时空气经电磁阀进入真空调节阀，使锥形阀14关闭，不 进行排气再循环。
第6章 发动机有害排放物的控制系统
优点简便易行测试装置价格便宜和便于携带检测时间短缺点测量结果缺乏全面代表性测量精度较低2工况法将汽车发动机在一个测试循环中排出的废气经稀释后收集起来用废气分析仪测量出废气浓度并推算出每次测试或每公里平均的有害物排放量
第六章发动机有害排放物控制系统
§1．概述 §2．汽车排放法规 §3．汽油机的排放控制装 §4．柴油机排气后处理装置
三效催化转化器的作用
三效催化转化器控制系统
催化转换器
催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的CO 、 HC和 NOx转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置。 催化剂：金属铂、钯和铑；稀土材料。 氧化催化转换器：只将排气中的CO和HC氧化为CO2和H2O 三效催化转换器：把NOx还原为氮(N2)和氧(O 2)，而CO和 HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。 排气经过三效催化转换器之后，部分未被氧化的CO和HC继 续在氧化催化转换器中与供入的二次空气进行氧化反应。
二氧化碳（CO2） 1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
（1）形成原因
完全燃烧的产物。
（2）危害
引起大气层的温室效应，造成对生 态环境的影响。
概述
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
（1）汽油机油箱、化油器浮子室、 汽油泵、汽油管接头等处蒸发出来 的汽油蒸汽，其有害成分以HC为主； （2）曲轴箱通气管排出的“窜气”， 其有害成分以HC为主； （3）排气管排出的废气，其有害成 分是CO、HC、NOx和颗粒。
典型的汽油蒸发控制系统
汽油机排放控制系统
1. 燃油蒸发控制装置 2. 曲轴箱强制通风装置 3. 废气再循环装置 4. 三效催化转化器
第六章发动机有害排放物控制系统
§1．概述 §2．汽车排放法规 §3．汽油机的排放控制装 §4．柴油机排气后处理装置
三效催化转化器的作用
三效催化转化器控制系统
催化转换器
催化转换器是利用催化剂的作用将排气中的CO 、 HC和 NOx转换为对人体无害的气体的一种排气净化装置。 催化剂：金属铂、钯和铑；稀土材料。 氧化催化转换器：只将排气中的CO和HC氧化为CO2和H2O 三效催化转换器：把NOx还原为氮(N2)和氧(O 2)，而CO和 HC在还原反应中被氧化为CO2和H2O。 排气经过三效催化转换器之后，部分未被氧化的CO和HC继 续在氧化催化转换器中与供入的二次空气进行氧化反应。
二氧化碳（CO2） 1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
（1）形成原因
完全燃烧的产物。
（2）危害
引起大气层的温室效应，造成对生 态环境的影响。
概述
1. 排放污染物的成分 2. 污染物的形成与危害 3. 污染物的来源 4. 污染物的净化方式
（1）汽油机油箱、化油器浮子室、 汽油泵、汽油管接头等处蒸发出来 的汽油蒸汽，其有害成分以HC为主； （2）曲轴箱通气管排出的“窜气”， 其有害成分以HC为主； （3）排气管排出的废气，其有害成 分是CO、HC、NOx和颗粒。
典型的汽油蒸发控制系统
汽油机排放控制系统
1. 燃油蒸发控制装置 2. 曲轴箱强制通风装置 3. 废气再循环装置 4. 三效催化转化器
第6章发动机有害排放物的控制
几种工况：
发动机不工作时
PCV阀中的弹篱2将其中的锥形阀3压在阀座4 上，关闭曲轴箱与进气管的通路
怠速或减速时
进气管真空度很大，真空度克服弹簧压力 把锥形阀高高吸起，这时锥形阀3与PCV阀 体1之间只有很小的缝隙，该工况窜入曲轴 箱的气体很少，PCV阀开度虽小，但足以使 曲轴箱气体流出曲轴箱。
节气门部分开度时
温度在30一53度之间 进气温度传感器根据温度的高低部分地开启通气阀，使进气 管真空度只有一部分传送到控制膜盒。在此部分真空度的作 用下，控制阀部分地开启导流管。
进气温度超过53度 双金属进气温度传感器使通气阀关闭，真空软管与膜盆隔断， 没有真空度传到膜盒，膜片在膜片弹簧3的推压下向下移动。控 制阀将进气导流管全部打开，而将热空气管完全封闭。
微粒：
主要是指柴油机排气中的碳烟，而汽油机的 排气微粒微不足道。微粒表面吸附的可溶 性有机物对人的呼吸道有害。
满足新排放标准的技术措施
• 发动机改进
• 燃烧室改进
• 点火系统改进
汽油车
• EGR • 电控喷射
柴油车
• 稀薄燃烧
• 排气后处理
• 三效催化器
• NOx催化器
• 发动机改进
• 燃烧室改进 • EGR
功用：
四、催化转换器
利用催化剂的作用将排气中的CO、HC和NOx转换为对人体无 害的气体
类型：
氧化催化转挽器和三效催化转换器
氧也化称催做化二转效换催器化只转将换排器气。中的CO和HC氧化为CO2，和H2O，
必须向氧化催化转换器供给二次空气作为氧化剂，才能使其 有效地工作。
三效催化转换器可同时减少CO、HC和N0x的排放
NOx高温的产物， NOx的体积分数达(10～20)×10-4 ％可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。体积分数超过 500×10-4 ％时、几分钟可使人出现肺气肿而死亡
发动机有害排放物的控制系统
发动机有害排放物的控制系统一、发动机的有害排放物汽车排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氧氮化合物(NOx)和微粒。
1、CO：是燃油的不完全燃烧产物，是一种无色无臭无味的气体。
它与血液中血红素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸入CO后，血液吸收和运送氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。
当吸入CO气体的体积分数达到0．3％时，可致人于死亡。
生成CO的主要原因是CH燃料的不完全燃烧，除此之外，在燃烧过程中局部高温热分解也是重要原因。
2、Nox：主要是指NO和NO2，其中绝大部分是NO(约占95％)，在燃烧后期或排气过程中，部分NO氧化成NO2，NOx产生于燃烧室内高温富氧的环境中。
NOx和HC一样也是形成光化学烟雾的主要元素之一。
控制NOx产生的主要方法有：降低混合气中氧的浓度，降低燃烧温度，缩短在高温燃烧带内的滞留时间以及改善混合气的形成等。
3、HC：作为燃烧产物，大体上可分为不含氧的HC和醛类等含氧的HC化合物两大类。
HC化合物在阳光照射下引起光化学反应，产生臭氧(O3)、PAH(多环芳香族HC化合物)等具有强氧化特性的物质，形成光化学烟雾。
它不仅降低大气能见度，使橡胶开裂，植物受害，刺激人的眼睛和咽喉，而且在HC化合物中的PAH是致癌物质，是导致碳烟的副产物。
HC化合物产生的主要原因有未完全燃烧生成的HC、由燃料供给系统泄漏产生的HC以及未燃燃料从燃烧室直接排出的HC等三种。
其中引起未完全燃烧的原因是燃烧室内的氧气量不足，燃烧室壁面温度过低，以及混合气形成不充分或燃烧室内局部混合气过浓等。
HC化合物的控制方法主要有采用C含量少的代用燃料；或采用电控技术改善燃烧，保证混合气的浓度和燃烧温度最佳等。
4、微粒：主要是指柴油机排气中的碳烟，微粒尺寸比较小，可长期悬浮在大气中，不仅降低大气的可见度，而且易于被人吸人肺部，同时微粒中的SOF成分具有致癌物。
碳烟是HC系列燃料的燃烧产物，所以其产生与HC系列燃料的燃烧状态直接有关。
第六章 发动机有害排放物的控制系统
HC包括未燃和未完全燃烧的燃油和润滑油蒸气。HC和NOX 在阳 光照射下形成光化学烟雾，其中主要的生成物是臭氧(O3)，它具有强 氧化性，可使橡胶开裂，植物受害，大气能见度降低，并刺激人眼和 咽喉。
微粒主要是指柴油机排气中的碳烟，而汽油机的排气微粒微不足 道。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道有害。
烟台大学
汽车构造
三、氮氧化合物（NOx）
NOX主要是指NO和NO2，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。空气中含NOX 的体积分数达(10～20)×10-4％可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当NOX 的体积分数超过500×10-4％时，几分钟可使人出现肺气肿而死亡。
NOx是NO和NO2的总称， NO约占95%，燃烧后期或排气过程中，部分NO氧 化成NO2 NO在大气层中，与O3反应急速氧化成NO2 ，直接破坏大气层, 有强烈的 刺激味，对肺和心肌等有很强的损坏作用。体积分数超过500x104 %出 现肺气肿 形成光化学烟雾 控制方法：降低混合气中氧的浓度，降低燃烧温度，缩短高温燃烧带内 的滞留时间，改善混合气的形成
烟台大学
汽车构造
第六章 发动机有害排放物的控制系统
CO是不完全燃烧产物，是一种无色无味的气体。它与血液中血 红素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸入CO后，血液吸收和运送 氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。当吸入体积分数为0.3 ％的CO气体时，可致人于死亡。
NOX主要是指NO和NO2，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。 空气中含NOX的体积分数达(10～20)×10-4％可刺激口腔及鼻粘膜、 眼角膜等。当NOX 的体积分数超过500×10-4％时，几分钟可使人出 现肺气肿而死亡。
汽车构造
第六章 发动机有害排放物的控制
第一节 汽车发动机的有害排放物 汽车发动机排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化 合物（HC）、氮氧化合物（NOX）和微粒。 一. 发动机有害排放物 一氧化碳:吸入体积分数为0.3%->死亡 氮氧化合物:体积分数超过500x 104 %出现肺气肿 碳氢化合物:刺激人眼和咽喉 氮氧化合物+碳氢化合物->形成烟雾 微粒：柴油机排气中的碳烟。微粒表面吸附的可溶性有机物 对人的呼吸道有害。
微粒主要是指柴油机排气中的碳烟，而汽油机的排气微粒微不足 道。微粒表面吸附的可溶性有机物对人的呼吸道有害。
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三、氮氧化合物（NOx）
NOX主要是指NO和NO2，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。空气中含NOX 的体积分数达(10～20)×10-4％可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。当NOX 的体积分数超过500×10-4％时，几分钟可使人出现肺气肿而死亡。
NOx是NO和NO2的总称， NO约占95%，燃烧后期或排气过程中，部分NO氧 化成NO2 NO在大气层中，与O3反应急速氧化成NO2 ，直接破坏大气层, 有强烈的 刺激味，对肺和心肌等有很强的损坏作用。体积分数超过500x104 %出 现肺气肿 形成光化学烟雾 控制方法：降低混合气中氧的浓度，降低燃烧温度，缩短高温燃烧带内 的滞留时间，改善混合气的形成
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CO是不完全燃烧产物，是一种无色无味的气体。它与血液中血 红素的亲和力是氧气的300倍，因此当人吸入CO后，血液吸收和运送 氧的能力降低，导致头晕、头痛等中毒症状。当吸入体积分数为0.3 ％的CO气体时，可致人于死亡。
NOX主要是指NO和NO2，产生于燃烧室内高温富氧的环境中。 空气中含NOX的体积分数达(10～20)×10-4％可刺激口腔及鼻粘膜、 眼角膜等。当NOX 的体积分数超过500×10-4％时，几分钟可使人出 现肺气肿而死亡。
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第一节 汽车发动机的有害排放物 汽车发动机排放的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化 合物（HC）、氮氧化合物（NOX）和微粒。 一. 发动机有害排放物 一氧化碳:吸入体积分数为0.3%->死亡 氮氧化合物:体积分数超过500x 104 %出现肺气肿 碳氢化合物:刺激人眼和咽喉 氮氧化合物+碳氢化合物->形成烟雾 微粒：柴油机排气中的碳烟。微粒表面吸附的可溶性有机物 对人的呼吸道有害。
第六章发动机有害排放物的控制系统
颗粒型
（3）催化转换器结构形式
如图6—5a由100个直径为2~3
mm的多孔型陶瓷小球构成的反应床
整体型
是一个有很多蜂窝状小孔的陶 瓷块。如图6—5b 特点：体积小，排气接触面积大，
排 气阻力小。 陶瓷小球和陶瓷快块镀有金属铂、钯或铑均装在不锈钢外壳内。
（4）催化转换器使用条件：
• ①只能使用无铅汽油， • ②当温度超过360℃时，催化转换器才起催化反应； • ③必须供给理论混合气。
四、催化转换器
•
（1 ）
功用：将排气中的CO、HC和Nox转换为对
人体无害的气体的一种排气净化装置。 金属铂、钯或铑均可作催化剂，只起促进 反应的进行，不是反应物的一部分。
（2）类型
• 氧化催化转换器（二效）——将排气中的CO、HC氧化 为CO2，H2O 。 • 三效催化转换器——将排气中的CO、HC氧化为CO2， H2O ， Nox还原为N2、O2。
五、柴油机微粒过滤器
如图6—6（滤芯有多孔陶瓷制造）
六、排气再循环系统--把排出的部分废气回
送到进气管，与新鲜混合气一起再进入汽缸。
• 1.功用：净化排气中的Nox.
2）排气再循环系统
• 在暖机和怠速时、在全 负荷或高转速下工作时， 不进行排气再循环，由 电磁阀的通电和断电来 实现，电磁阀由ECU来 控制。
原理：如图6—3
a)发动机前罩下温度在 30°C以下，通气阀开 启，控制阀关闭； b ）发动机前罩下温度 在30~53°C之间，通 气阀部分开启，控制阀 部分开启； c）发动机前罩下温度 超过53°C之后，通气 阀关闭，控制阀开启。
注意：气道燃油喷
射式发动机不采用。
三、二次空气喷射系统
• 功用：利用空气泵将新鲜空气经空气喷管喷入排Fra bibliotek如图6—7
第6章发动机有害排放物的控制系统
第6章发动机有害排放物的控制系统
低压回路方式
直接联接压气机7入口端 和废气涡轮5出口端来实 现EGR的方法(图6-13a)。 由于压气机7的入口处为 负压，而废气涡轮5出口 压力为正，所以通过联接 适当的EGR回流管6，就可 以很容易地实现EGR。但 由于这种方式的废气直接 流过压气机7和中冷器8， 所以易造成压气机的腐蚀 和中冷器的污染等。
HC和NOx在阳光照射下形成光化学烟雾，其主要生成物 是臭氧，具有强烈氧化性，对人类、环境危害极大。
尾气HC占总量的60％； 产生来源： 曲轴箱窜气HC占总量的25％；
供油系统的蒸气HC占总量的15％～20％左右。 在燃烧过程中HC的生成途径：氧气不足、缝隙效应、激冷 与淬熄。 三、氮氧化物（NOx）：发动机排出的氮氧化物主要是NO （占95%），NO2排出量较少。
第6章发动机有害排放物的控制系统
内部EGR方式
n 利用进、排气管中的气体脉动进行EGR的方式。对发动机 各工作循环，在进气管和排气管中气流的压力脉动都很大。 在这种压力脉动的作用下，使某一缸在进气过程中，其排 气门处出现正压波。此时，如果能再次开启排气门，就可 实现EGR。
n 在排气凸轮中除控制排气所需凸轮1(主凸轮)以外，又增 设内部EGR专用凸轮2(EGR用凸轮)。通过这种机构，在 进气过程中的适当时刻再次开启排气门3，使排出的废气 回流到气缸内部，以实现EGR。
第6章发动机有害排放物的控制系统
2、三元催化转化装置
三元催化转换器可以同 时降低CO、HC和NOx的 排放。它可以以排气中的 CO和HC作为还原剂，将 Nox还原成氮气（N2）和 氧气（O2），而CO和HC 则被氧化为CO2和H2O。当 空燃比在理论空燃比 A/F=14.7 （a=1）附近 时，氧化-还原反应达到平 衡， CO、HC和NOx的排 放同时达到最低。
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第六章发动机有害排放物的控制系统
一、选择题
1．废气再循环的作用是抑制（ C ）的产生。
A．HC； B．CO； C．NO X； D．有害气体
2．进入进气歧管的废气量一般控制在（）范围内。
A．1％～2％； B．2％～5％； C．5％～10％； D．6％～15％
3．在（ B ）时废气再循环控制系统不工作。
A．行驶； B．怠速； C．高转速； D．热车
4．采用三元催化转换器必须安装（ A ）。
A．前氧传感器；B．后氧传感器；C．前后氧传感器；D．氧传感器和爆震传感器
二、判断改错题
1．活性炭罐受ECU控制，在各种工况下都工作。
（）改正：
2．废气再循环的作用是减少HC、CO和NO X的排放量。
（）改正：
3．空燃比反馈控制在各种电控发动机上都使用。
（）改正：
4．空燃比反馈控制的前提是氧传感器产生正常信号。
（）改正：
5．废气排放控制仅在采用OBD—Ⅱ系统中使用。
（）改正：
三、名词解释题
1．曲轴箱的自然通风
2．曲轴箱的强制通风
四、问答题
1.为什么汽车发动机要安装排气消声器？排气消声器的原理是什么？排气消声器采用什么方法来实现它的作用原理？
2．废气再循环阀的控制方式有哪些?
3．为何要采用EGR阀位置传感器?
4．简述两种电控废气再循环控制系统的工作原理。
5．为何要采用三元催化转换器？影响三元催化转换器寿命的因素有哪些?
6．简述空燃比反馈控制的工作原理。