第7单元 排放控制系统
课文A 排放控制系统概述
为了减小不完全燃烧和蒸发气体对大气的污染，并保持良好的运行性能和燃油经济性，所有的汽车上都采用了多种排放控制系统。这些系统包括强制式曲轴箱通风（PCV ）系统、蒸发排放控制（EV AP ）系统、废气再循环（EGR ）系统、空气喷射（AIR ）系统和三元催化转化器（TWC ）系统。
1.PCV 系统
PCV 系统的作用是收集曲轴箱产生的蒸汽和气缸窜气，并将这些气体引入到进气系统，以便在燃烧期间将其烧掉。这些蒸汽稀释了混合气，因此必须对它们进行精心的控制和计量，以便不影响发动机的性能。这就是PCV 阀的任务。怠速时，空气燃油混合气非常关键，只允许一点点蒸汽进入到进气系统。高速时，混合气得浓度就不那么重要了，并且发动机气缸压力也升高，因而允许有更多的蒸汽进入进气系统。当PCV 阀或PCV 系统赌塞时，蒸汽就会倒流回到空气滤清器，甚至更糟的是，过大的压力会破坏密封件，导致发动机润滑油的泄漏。如果使用了不正确的PCV 阀，或者PCV 系统存在漏气现象，发动机将会怠速不稳，甚至出现将发动机润滑油从发动机内吸出来的现象。
2.EGR 系统
废气再循环（EGR ）系统能降低燃烧过程中所产生的氮氧化合物。EGR 系统使用数量可控的废气来稀释空气-燃油混合气。由于废气不会燃烧，所以EGR 将降低燃烧温度。在燃烧温度降低的情况下，空气中只有极少的氮与氧结合，而形成氮氧化合物（NO X ）。大部分氮只是随废气而排出气缸。为了获得良好的运行性能，最好让EGR 阀的开度（以及废气流量）与节气门开度呈正比例。为了改善运行性能，在发动机低温起动、怠速以及节气门全开时，要停止EGR 。由于在不同的发动机上NO X 控制要求不同，因此就有使用各种控制装置来提供这些功能的若干不同的EGR 系统。
1）EGR 阀
大多数这样的系统都采用了真空操纵的EGR 阀，来调节进入进气歧管的废气流量（图7-1和图7-2）。进气歧管下面的交叉排气通道将废气通道EGR 阀（有些直列式发动机通过一根外部气管将废气通到EGR 阀）。EGR 阀一般安装化油器下面的一根板上，或者直接安装在进气歧管上。
EGR 阀是一个真空操纵的流量控制阀。借助膜片处的控制真空打开EGR 阀，就能让废气流过该阀而进入进气歧管。在这里，废气与空气-燃油混合气混合，稀释了混合气，尽管仍能完全燃烧，但燃烧室温度却降低了。
为了确保EGR 系统该工作的时候能工作，采用了许多不同的控制装置。理想的情况是，当发动机达到工作温度时，以及发动机在除了怠速和大节气门开度之外的工况下工作时，EGR 系统应该正常工作。在今天的汽车上所能见到的各种EGR 控制装置有：温控真空开关（TVS ）、喉管真空放大器（VV A ）、背压传感器、EGR 真空调节器（EVR ）、压力反馈EGR （PFE ）传感器和压力传感器（EPT ）。
EGR 阀有各种设计。正背压EGR 阀在膜片的中央部位有一个通气阀。一个小弹簧保持该通气阀开启，废气的通道从锥形阀通过阀杆到达放气阀。当发动机运转时，废气压力加给放气阀。发动机在低速时，废气压力不足以打开放气阀，发保持关闭。
随着发动机转速和车速的增加，废气压力也会增加。达到预定的节气门开度时，废气压力将EGR 阀通气孔关闭。当控制真空加给膜片时，膜片和阀就被向上提升，因而阀开启。如果在发动机不运转的情况下，来自外部真空源的真空就被加到正背压EGR 阀上，由于真
空通过通气孔而放掉，因此阀将不会打开。
在负背压EGR 上，常闭的通气孔位于膜片的中心。废气的通道从锥形阀的下端，经过阀杆到达通气阀。当发动机低速运转时，排气系统中就存在高压脉冲。然而，在这些高压脉之间存在着低压脉冲。随着发动机转速的增加，在给定的时间内，气缸点火的次数会增加，因而排气系统中各个高压脉冲会靠得很近。
在发动机和车速较低时，排气系统中的负脉冲使通气阀保持开启。当发动机转速和车速增加到预定值时，排气负压脉冲就会下降，通气阀关闭。在这种情况下，EGR 阀开启。当在发动机不运转的情况下，将来自外真空源的真空加给负背压EGR 阀时，通气孔关闭，真空应该将EGR 阀打开。
一个数字式EGR 阀内含有多达三个由PCM 直接操纵的电磁阀。每个电磁阀都含有一个可动柱塞，柱塞的锥形端与一个节流孔贴合。当给任何一个电磁阀通电时，其柱塞就会升起，废弃就会通过节流孔进入进气歧管。电磁阀和节流孔具有不同的尺寸。PCM 可以操纵其中一个、两个或者全部三个电磁阀动作，从而提供所需要的废气循环量，获得最佳的NO X 控制效果。
EGR 阀内含有一个EGR 阀位置即EGR 阀升程传感器，该传感器是一个线性电位计。该传感器的信号电压在1V （EGR 阀关闭时）到4.5V （EGR 阀全开时）之间变化。
为了用脉冲宽度调节原理对EGR 阀柱塞和EGR 流量进行精确控制，PCM 给EGR 电磁阀线圈发送通/断脉冲信号。EGR 阀位置（EVP ）传感器为PCM 提供一个反馈信号，告诉PCM EGR阀的指令位置是否达到。
2）内部废气再循环
EGR 降低了部分负荷时发动机废气中的氮氧化合物（一氧化氮NO 和少量的二氧化氮NO 2，合称为氮氧化合物NO X ）。内部废气再循环系统的目的是在没有采用发动机外部管路的情况下，来控制废气的再循环。
在传统的增压箱节流发动机上，在部分节气门开度时，进气道与排气道之间存在一个压力差。对四冲程发动机，排气行程接近终了时，进气门开启，后面接着一个进气门和排气门同时开启的时期。在这个气门重叠期内，进气道的低压促使燃烧室内的残余废气倒流入进气道。结果，燃烧室内的压力下降又促使排气道内的废气倒流回燃烧室。这些残余废气稀释了进入的空气-燃油混合气。
对新鲜进气的稀释降低了峰值燃烧温度和压力，因而降低了废气中的NO X 含量。过度的稀释会导致不完全燃烧或不稳定燃烧，从而引起了碳氢化合物（HC ）的增加。稀释的最佳程度随着发动机的转速和负荷的变化而变化。按照常规，利用一种外部废气再循环系统就能获得最佳运行状况所需要的稀释要求。这种外部废气再循环系统借助于外部管路和控制阀，使数量得到计量的废气进行再循环。
3. 蒸发排放控制系统
汽油易挥发。过去，这些蒸发的排放物被放到大气中。来自汽车的全部HC 排放物中有20%来自汽油箱。1970年，限制汽油箱排放物排放到大气中的排放法规获得通过。为了消除这个污染源，研制了蒸发排放控制系统。该系统的作用是收集和保存来自汽油箱和化油器的蒸发排放物。活性炭罐用来收集燃油蒸汽。燃油蒸汽吸附在活性炭上，一直到发动机起动时，在发动机真空的作用下，这些蒸汽才被吸入发动机，与空气-燃油混合气一起燃烧掉。使用该系统要求使用密封的汽油箱盖。这个汽油箱盖对系统工作如此重要，以至于现在许多州都将汽油箱盖的监测纳入州排放检测计划中。1970年前的小汽车通过一个通气式汽油箱盖，将燃油蒸汽放到大气中。今天，采用了密封式汽油箱盖，并采用了改进设计的汽油箱。汽油箱内必须有汽油蒸汽聚集的空间，以便能将这些蒸汽通往活性炭罐。一只清污阀用来控制进入发动机的蒸汽流量。此清污阀受发动机真空的控制。该系统的一个常见故障就是清污
阀损坏和发动机的真空直接将燃油吸进进气系统。这将加浓混合气并使火花塞被脏污。大多数活性炭罐都有一个滤网，应将其定期更换。当燃油经济性变差时，应该对该系统进行检查。
在某些发动机上，动力控制模块（PCM ）允许在某些工况下，进气歧管真空将汽油蒸汽吸入燃烧室。所有这些发动机都采用占空比清污控制系统。PCM 通过操纵占空比EV AP 清污电磁阀来控制蒸汽流量（图7-3）。
4. 空气喷射系统
由于没有内燃机效率能够达到100%，所以排气中总是存在某些未燃燃料，这就增加了碳氢化合物排放。为了消除这个排放源，研制了空气喷射系统。燃烧需要有燃料、氧和热。三者缺一，燃烧就无法进行。在排气歧管内，有足够的热量来支持燃烧。如果引入一些氧，那么任何未燃的燃料都会燃烧。这种燃烧不会产生动力，但却会使过多的碳氢化合物排放得到降低。与在燃烧室里的情况不同，这种燃烧是不可控制的，因此，如果废气中的燃油含量过多的话，就会出现爆炸，并发出爆裂声。有时，在正常情况下（如减速），肺气肿的燃油含量也过高。在这些情况下，我们会要求关闭空气喷射系统。这是通过分流阀来实现的。使用分流阀，而不是关闭空气泵，即可使空气不流向排气歧管，而转移到别处。由于所有这些都是在燃烧过程完成之后进行的，所以这是一种对发动机性能没有影响的排放控制。
新型的空气喷射系统采用了ECM 控制（图7-4）。当发动机在低温时，PCM 就会给控制电磁阀通电。这就使空气流到空气转换阀。空气转换阀通电，从而将空气引入到排气道。
发动机升温后，即在闭环模式，PCM 就会给控制电磁阀断电，从而使空气流到催化转化器的两个催化床之间。这就给氧化催化剂提供了额外的氧，从而降低了HC 和CO 排放，同时还使第一个催化床保持较低的氧量水平。这就使还原催化剂能更有效地降低NO X 排放值。
5. 催化转化器
汽车排放物的控制有三种方法。一是促成更加完全的燃烧，使燃烧的有害副产物减少；二是使过多的碳氢化合物返回到发动机进行燃烧；三是提供一个可供氧化或进行燃烧的额外场所。这种额外的场所就使催化转化器。催化转化器的外观像一只消声器。它位于排气系统中消声器的前面。在催化转化器内，有用铂或钯制成的很多小球或一个蜂窝结构。铂和钯用作催化剂（催化剂是一种用于加速化学反应过程的物质）。当废气中的碳氢化合物和一氧化碳从催化剂上经过时，就会被氧化而转变成二氧化碳和水。随着催化转化器工作，就会产生热。废气中有害成分越多，催化转化器工作就越艰难，产生的热量就越多。在某些情况下，由于过热，可能会看到转化器发光。如果转化器难以净化污浊的废气，它将自我损毁。含铅汽油也会在铂和钯催化剂层上形成一个涂层，而导致转化器失效。
第7单元 排放控制系统
课文A 排放控制系统概述
为了减小不完全燃烧和蒸发气体对大气的污染，并保持良好的运行性能和燃油经济性，所有的汽车上都采用了多种排放控制系统。这些系统包括强制式曲轴箱通风（PCV ）系统、蒸发排放控制（EV AP ）系统、废气再循环（EGR ）系统、空气喷射（AIR ）系统和三元催化转化器（TWC ）系统。
1.PCV 系统
PCV 系统的作用是收集曲轴箱产生的蒸汽和气缸窜气，并将这些气体引入到进气系统，以便在燃烧期间将其烧掉。这些蒸汽稀释了混合气，因此必须对它们进行精心的控制和计量，以便不影响发动机的性能。这就是PCV 阀的任务。怠速时，空气燃油混合气非常关键，只允许一点点蒸汽进入到进气系统。高速时，混合气得浓度就不那么重要了，并且发动机气缸压力也升高，因而允许有更多的蒸汽进入进气系统。当PCV 阀或PCV 系统赌塞时，蒸汽就会倒流回到空气滤清器，甚至更糟的是，过大的压力会破坏密封件，导致发动机润滑油的泄漏。如果使用了不正确的PCV 阀，或者PCV 系统存在漏气现象，发动机将会怠速不稳，甚至出现将发动机润滑油从发动机内吸出来的现象。
2.EGR 系统
废气再循环（EGR ）系统能降低燃烧过程中所产生的氮氧化合物。EGR 系统使用数量可控的废气来稀释空气-燃油混合气。由于废气不会燃烧，所以EGR 将降低燃烧温度。在燃烧温度降低的情况下，空气中只有极少的氮与氧结合，而形成氮氧化合物（NO X ）。大部分氮只是随废气而排出气缸。为了获得良好的运行性能，最好让EGR 阀的开度（以及废气流量）与节气门开度呈正比例。为了改善运行性能，在发动机低温起动、怠速以及节气门全开时，要停止EGR 。由于在不同的发动机上NO X 控制要求不同，因此就有使用各种控制装置来提供这些功能的若干不同的EGR 系统。
1）EGR 阀
大多数这样的系统都采用了真空操纵的EGR 阀，来调节进入进气歧管的废气流量（图7-1和图7-2）。进气歧管下面的交叉排气通道将废气通道EGR 阀（有些直列式发动机通过一根外部气管将废气通到EGR 阀）。EGR 阀一般安装化油器下面的一根板上，或者直接安装在进气歧管上。
EGR 阀是一个真空操纵的流量控制阀。借助膜片处的控制真空打开EGR 阀，就能让废气流过该阀而进入进气歧管。在这里，废气与空气-燃油混合气混合，稀释了混合气，尽管仍能完全燃烧，但燃烧室温度却降低了。
为了确保EGR 系统该工作的时候能工作，采用了许多不同的控制装置。理想的情况是，当发动机达到工作温度时，以及发动机在除了怠速和大节气门开度之外的工况下工作时，EGR 系统应该正常工作。在今天的汽车上所能见到的各种EGR 控制装置有：温控真空开关（TVS ）、喉管真空放大器（VV A ）、背压传感器、EGR 真空调节器（EVR ）、压力反馈EGR （PFE ）传感器和压力传感器（EPT ）。
EGR 阀有各种设计。正背压EGR 阀在膜片的中央部位有一个通气阀。一个小弹簧保持该通气阀开启，废气的通道从锥形阀通过阀杆到达放气阀。当发动机运转时，废气压力加给放气阀。发动机在低速时，废气压力不足以打开放气阀，发保持关闭。
随着发动机转速和车速的增加，废气压力也会增加。达到预定的节气门开度时，废气压力将EGR 阀通气孔关闭。当控制真空加给膜片时，膜片和阀就被向上提升，因而阀开启。如果在发动机不运转的情况下，来自外部真空源的真空就被加到正背压EGR 阀上，由于真
空通过通气孔而放掉，因此阀将不会打开。
在负背压EGR 上，常闭的通气孔位于膜片的中心。废气的通道从锥形阀的下端，经过阀杆到达通气阀。当发动机低速运转时，排气系统中就存在高压脉冲。然而，在这些高压脉之间存在着低压脉冲。随着发动机转速的增加，在给定的时间内，气缸点火的次数会增加，因而排气系统中各个高压脉冲会靠得很近。
在发动机和车速较低时，排气系统中的负脉冲使通气阀保持开启。当发动机转速和车速增加到预定值时，排气负压脉冲就会下降，通气阀关闭。在这种情况下，EGR 阀开启。当在发动机不运转的情况下，将来自外真空源的真空加给负背压EGR 阀时，通气孔关闭，真空应该将EGR 阀打开。
一个数字式EGR 阀内含有多达三个由PCM 直接操纵的电磁阀。每个电磁阀都含有一个可动柱塞，柱塞的锥形端与一个节流孔贴合。当给任何一个电磁阀通电时，其柱塞就会升起，废弃就会通过节流孔进入进气歧管。电磁阀和节流孔具有不同的尺寸。PCM 可以操纵其中一个、两个或者全部三个电磁阀动作，从而提供所需要的废气循环量，获得最佳的NO X 控制效果。
EGR 阀内含有一个EGR 阀位置即EGR 阀升程传感器，该传感器是一个线性电位计。该传感器的信号电压在1V （EGR 阀关闭时）到4.5V （EGR 阀全开时）之间变化。
为了用脉冲宽度调节原理对EGR 阀柱塞和EGR 流量进行精确控制，PCM 给EGR 电磁阀线圈发送通/断脉冲信号。EGR 阀位置（EVP ）传感器为PCM 提供一个反馈信号，告诉PCM EGR阀的指令位置是否达到。
2）内部废气再循环
EGR 降低了部分负荷时发动机废气中的氮氧化合物（一氧化氮NO 和少量的二氧化氮NO 2，合称为氮氧化合物NO X ）。内部废气再循环系统的目的是在没有采用发动机外部管路的情况下，来控制废气的再循环。
在传统的增压箱节流发动机上，在部分节气门开度时，进气道与排气道之间存在一个压力差。对四冲程发动机，排气行程接近终了时，进气门开启，后面接着一个进气门和排气门同时开启的时期。在这个气门重叠期内，进气道的低压促使燃烧室内的残余废气倒流入进气道。结果，燃烧室内的压力下降又促使排气道内的废气倒流回燃烧室。这些残余废气稀释了进入的空气-燃油混合气。
对新鲜进气的稀释降低了峰值燃烧温度和压力，因而降低了废气中的NO X 含量。过度的稀释会导致不完全燃烧或不稳定燃烧，从而引起了碳氢化合物（HC ）的增加。稀释的最佳程度随着发动机的转速和负荷的变化而变化。按照常规，利用一种外部废气再循环系统就能获得最佳运行状况所需要的稀释要求。这种外部废气再循环系统借助于外部管路和控制阀，使数量得到计量的废气进行再循环。
3. 蒸发排放控制系统
汽油易挥发。过去，这些蒸发的排放物被放到大气中。来自汽车的全部HC 排放物中有20%来自汽油箱。1970年，限制汽油箱排放物排放到大气中的排放法规获得通过。为了消除这个污染源，研制了蒸发排放控制系统。该系统的作用是收集和保存来自汽油箱和化油器的蒸发排放物。活性炭罐用来收集燃油蒸汽。燃油蒸汽吸附在活性炭上，一直到发动机起动时，在发动机真空的作用下，这些蒸汽才被吸入发动机，与空气-燃油混合气一起燃烧掉。使用该系统要求使用密封的汽油箱盖。这个汽油箱盖对系统工作如此重要，以至于现在许多州都将汽油箱盖的监测纳入州排放检测计划中。1970年前的小汽车通过一个通气式汽油箱盖，将燃油蒸汽放到大气中。今天，采用了密封式汽油箱盖，并采用了改进设计的汽油箱。汽油箱内必须有汽油蒸汽聚集的空间，以便能将这些蒸汽通往活性炭罐。一只清污阀用来控制进入发动机的蒸汽流量。此清污阀受发动机真空的控制。该系统的一个常见故障就是清污
阀损坏和发动机的真空直接将燃油吸进进气系统。这将加浓混合气并使火花塞被脏污。大多数活性炭罐都有一个滤网，应将其定期更换。当燃油经济性变差时，应该对该系统进行检查。
在某些发动机上，动力控制模块（PCM ）允许在某些工况下，进气歧管真空将汽油蒸汽吸入燃烧室。所有这些发动机都采用占空比清污控制系统。PCM 通过操纵占空比EV AP 清污电磁阀来控制蒸汽流量（图7-3）。
4. 空气喷射系统
由于没有内燃机效率能够达到100%，所以排气中总是存在某些未燃燃料，这就增加了碳氢化合物排放。为了消除这个排放源，研制了空气喷射系统。燃烧需要有燃料、氧和热。三者缺一，燃烧就无法进行。在排气歧管内，有足够的热量来支持燃烧。如果引入一些氧，那么任何未燃的燃料都会燃烧。这种燃烧不会产生动力，但却会使过多的碳氢化合物排放得到降低。与在燃烧室里的情况不同，这种燃烧是不可控制的，因此，如果废气中的燃油含量过多的话，就会出现爆炸，并发出爆裂声。有时，在正常情况下（如减速），肺气肿的燃油含量也过高。在这些情况下，我们会要求关闭空气喷射系统。这是通过分流阀来实现的。使用分流阀，而不是关闭空气泵，即可使空气不流向排气歧管，而转移到别处。由于所有这些都是在燃烧过程完成之后进行的，所以这是一种对发动机性能没有影响的排放控制。
新型的空气喷射系统采用了ECM 控制（图7-4）。当发动机在低温时，PCM 就会给控制电磁阀通电。这就使空气流到空气转换阀。空气转换阀通电，从而将空气引入到排气道。
发动机升温后，即在闭环模式，PCM 就会给控制电磁阀断电，从而使空气流到催化转化器的两个催化床之间。这就给氧化催化剂提供了额外的氧，从而降低了HC 和CO 排放，同时还使第一个催化床保持较低的氧量水平。这就使还原催化剂能更有效地降低NO X 排放值。
5. 催化转化器
汽车排放物的控制有三种方法。一是促成更加完全的燃烧，使燃烧的有害副产物减少；二是使过多的碳氢化合物返回到发动机进行燃烧；三是提供一个可供氧化或进行燃烧的额外场所。这种额外的场所就使催化转化器。催化转化器的外观像一只消声器。它位于排气系统中消声器的前面。在催化转化器内，有用铂或钯制成的很多小球或一个蜂窝结构。铂和钯用作催化剂（催化剂是一种用于加速化学反应过程的物质）。当废气中的碳氢化合物和一氧化碳从催化剂上经过时，就会被氧化而转变成二氧化碳和水。随着催化转化器工作，就会产生热。废气中有害成分越多，催化转化器工作就越艰难，产生的热量就越多。在某些情况下，由于过热，可能会看到转化器发光。如果转化器难以净化污浊的废气，它将自我损毁。含铅汽油也会在铂和钯催化剂层上形成一个涂层，而导致转化器失效。