第七節　汽油機排放控制系統

一、汽車排放污染物

主要有一氧化碳（CO）、碳氫化合物（HC）、氮氧化合物（NO_x）和微粒物（PM），而碳氫化合物、氮氧化合物還會形成危害性更大的光化學煙霧。

　　1.一氧化碳（CO）

CO是在發動機內由于空氣不足或空氣中氧含量不足造成混合氣過濃而產生的，也是煤氣的主要成分。相信大家都知道煤氣中毒是怎么回事，汽車尾氣中CO的含量雖不至于導致人死亡，但其危害相當大，能使血液的輸氧能力大大降低，使心臟、頭腦等重要器官嚴重缺氧，引起頭暈、惡心、頭痛等癥狀，使中樞神經系統受損，慢性中毒，嚴重時會使心血管工作困難。

　　2.碳氫化合物（HC）

碳氫化合物包括未燃和未完全燃燒的燃油、潤滑油和部分氧化物等，含有甲烷、甲醛、丙烯醛等醛類氣體。單獨的碳氫化合物一般情況下對人作用不是很明顯，但它是產生光化學煙霧的重要成分。當濃度較高，就會對眼、呼吸道和皮膚有強烈的刺激作用，甚至引起頭暈、惡心、貧血等癥狀。

　　3.氮氧化物（NO_x）

氮氧化物是發動機產生的一種褐色的有刺鼻氣味的氣體，含有多種氮氧化物。氮氧化物進入人體肺泡后形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產生劇烈的刺激作用，亞硝酸鹽則能與人體內血紅蛋白結合，形成變性血紅蛋白，可在一定程度上造成人體缺氧。

　　4.光化學煙霧

氮氧化物受陽光中紫外線照射后發生化學反應，會形成有毒的光化學煙霧，呈淺藍色，是一種強烈刺激性有毒氣體的二次污染物。當光化學煙霧中的光化學劑超過一定濃度時，具有明顯的刺激性，它能刺激眼結膜，引起流淚并導致紅眼病，同時對鼻、咽等器官均有刺激性，能引起急性喘息癥，可以使人呼吸困難，眼紅喉痛，頭腦暈沉，造成中毒。光化學煙霧中的臭氧是強氧化劑，能使植物變黑直至枯死，使橡膠開裂。

　　5.微粒

微粒（也稱顆粒）對人體的健康的危害程度和顆粒的大小及組成有關。微粒越小，懸浮在空氣中的時間越長，它們進入人體肺部后停滯在肺部及支氣管中的比例越大，危害越大。微粒除了對人體的呼吸系統有害外，由于微粒存在孔隙，能黏附SO₂、未燃HC、NO₂等有毒物質或苯丙芘等致癌物質，因而對人體的健康造成更大的危害。柴油機排放的微粒更多，成分更復雜，對人體的危害更大。

另外，科學研究表明，汽車尾氣還與全球變暖關系密切，CO₂含量過高是導致全球氣溫升高的重要原因。

發動機的排放控制就是針對排放產生上述有害物的原理，在發動機上增設一些控制裝置，以降低污染物（CO、HC和NO_x）的排放，并將其控制在規定的范圍內。現代汽車上采用了多種排放凈化措施，一般常用的有二次空氣噴射系統、廢氣再循環（EGR）裝置、活性炭罐控制裝置、三元催化轉換裝置等。

二、汽油蒸氣排放 （EVAP） 控制系統

　　1.EVAP控制系統功能

收集汽油箱和浮子室內的汽油蒸氣，并將汽油蒸氣導入氣缸參加燃燒，從而防止汽油蒸氣直接排出大氣而防止造成污染。同時，根據發動機工況，控制導入氣缸參加燃燒的汽油蒸氣量。

　　2.EVAP控制系統的組成與工作原理

如圖1-41所示，油箱的燃油蒸氣通過單向閥進入活性炭罐上部，空氣從炭罐下部進入清洗活性炭，在炭罐右上方有一定數量的排放小孔及受真空控制的排放控制閥，排放控制閥內部的真空度由炭罐控制電磁閥控制。

發動機工作時，ECU根據發動機轉速、溫度、空氣流量等信號，控制炭罐電磁閥的開閉來控制排放控制閥上部的真空度，從而控制排放控制閥的開度。當排放控制閥打開時，燃油蒸氣通過排放控制閥被吸入進氣歧管。

在部分電控EVAP控制系統中，活性炭罐上不設真空控制閥，而將受ECU控制的電磁閥直接裝在活性炭罐與進氣管之間的吸氣管中，如圖1-42所示為韓國現代轎車裝用的電控EVAP控制系統。

　　3.EVAP控制系統的檢測

（1）一般維護　檢查管路有無破損或漏氣，炭罐殼體有無裂紋，每行駛20000km應更換活性炭罐底部的進氣濾芯。

（2）真空控制閥的檢查　拆下真空控制閥，用手動真空泵由真空管接頭給真空控制閥施加約5kPa真空度，從活性炭罐側孔吹入空氣應暢通，不施加真空度時，吹入空氣則不通。

（3）電磁閥的檢查　拆開電磁閥進氣管一側的軟管，用手動真空泵由軟管接頭給控制電磁閥施加一定的真空度，電磁閥不通電時應能保持真空度，若接蓄電池電壓，真空度應釋放。測量電磁閥兩端子間電阻應為36～44Ω。

三、廢氣再循環 （EGR） 控制系統

　　1.EGR控制系統功能

將適當的廢氣重新引入氣缸參加燃燒，從而降低氣缸的最高溫度，以減少NO_x的排放量。

種類有開環控制EGR系統和閉環控制EGR系統。

　　2.開環控制EGR系統

如圖1-43所示，主要由EGR閥和EGR電磁閥等組成。

EGR閥安裝在廢氣再循環通道中，用以控制廢氣再循環量。EGR電磁閥安裝在通向EGR真空通道中，ECU根據發動機冷卻液溫度、節氣門開度、轉速和啟動等信號來控制電磁閥的通電或斷電。ECU不給EGR電磁閥通電時，控制EGR閥的真空通道接通，EGR閥開啟，進行廢氣再循環；ECU給EGR電磁閥通電時，控制EGR閥的真空度通道被切斷，EGR閥關閉，停止廢氣再循環。

　　3.閉環控制EGR系統

閉環控制EGR系統，將檢測實際的EGR率或EGR閥開度作為反饋控制信號，其控制精度更高。

與開環相比，只是在EGR閥上增設一個EGR閥開度傳感器。其控制原理是EGR率傳感器安裝在進氣總管中的穩壓箱上，新鮮空氣經節氣門進入穩壓箱，參與再循環的廢氣經EGR電磁閥進入穩壓箱，傳感器檢測穩壓箱內氣體中的氧濃度，并轉換成電信號送給ECU，ECU根據此反饋信號修正EGR電磁閥的開度，使EGR率保持在最佳值。

　　4.EGR控制系統的檢修

（1）一般檢查　拆下EGR閥上的真空軟管，發動機轉速應無變化，用手觸試真空軟管應無真空吸力；發動機溫度達到正常工作溫度后，怠速時檢查結果應與冷機時相同，若轉速提高到2500r/min左右，拆下真空軟管，發動機轉速有明顯提高。

（2）EGR電磁閥的檢查　冷態測量電磁閥電阻應為33～39Ω。電磁閥不通電時，從進氣管側吹入空氣應暢通，從濾網處吹應不通；接上蓄電池電壓時，應相反。

（3）EGR閥的檢查　如圖1-44所示，用手動真空泵給EGR閥膜片上方施加約15kPa的真空度，EGR閥應能開啟，不施加真空度，EGR閥應能完全關閉。

四、三元催化轉換器 （TWC） 與空燃比反饋控制系統

　　1.TWC功能

利用轉換器中的三元催化劑，將發動機排出廢氣中的有害氣體轉變為無害氣體。

　　2.TWC的構造

三元催化劑一般為鉑（或鈀）與銠的混合物。

　　3.影響TWC轉換效率的因素

影響最大的是混合氣的濃度和排氣溫度。

只有在理論空燃比14.7∶1附近，三元催化轉化器的轉化效率最佳，一般都裝有氧傳感器檢測廢氣中氧的濃度，氧傳感器信號輸送給ECU，用來對空燃比進行反饋控制。

此外，發動機的排氣溫度過高（815℃以上），TWC轉換效率將明顯下降。

　　4.氧傳感器

（1）氧化鋯氧傳感器　在敏感元件氧化鋯的內外表面覆蓋一層鉑，外側與大氣相同。在400℃以上的高溫時，若氧化鋯內外表面處氣體中氧的濃度有很大差別，在鉑電極之間將會產生電壓。當混合氣稀時，排氣中氧的含量高，傳感器元件內外側氧的濃度差小，氧化鋯元件內外側兩極之間產生的電壓很低（接近0），反之，如排氣中幾乎沒有氧，內外側之間電壓高（約為1V）。在理論空燃比附近，氧傳感器輸出電壓信號值有一個突變，如圖1-45所示。

（2）氧化鈦氧傳感器　氧化鈦氧傳感器主要由二氧化鈦元件、導線、金屬外殼和接線端子等組成。當廢氣中的氧濃度高時，二氧化鈦的電阻值增大；反之，廢氣中氧濃度較低時，二氧化鈦的電阻值減小，利用適當的電路對電阻變量進行處理，即轉換成電壓信號輸送給ECU，用來確定實際的空燃比。

（3）氧傳感器控制電路　日本豐田LS400轎車氧傳感器控制電路如圖1-46所示。閉環控制，當實際空燃比比理論空燃比小時，氧傳感器向ECU輸入高電壓信號（0.75～0.9V）。此時ECU減小噴油量，空燃比增大。當空燃比增大到理論空燃比時，氧傳感器輸出電壓信號將突變下降至0.1 V左右，ECU立即控制增加噴油量，空燃比減小。如此反復，就能將空燃比精確地控制在理論空燃比附近一個極小的范圍內。

　　5.TWC及氧傳感器的檢修

（1）使用注意事項

①裝有氧傳感器和TWC裝置的汽車，禁止使用含鉛汽油。

②裝用蜂巢型轉換器的汽車，一般汽車每行駛80000km應更換轉換器芯體。

③裝用顆粒型轉換器的汽車，其顆粒形催化劑的重量低于規定值時，應更換。

（2）熱型氧傳感器加熱器的檢查　檢測加熱器線圈的電阻，如豐田LS400在20℃時線圈阻值應為5.1～6.3Ω。

（3）氧傳感器信號檢查　發動機高速運轉，直到氧傳感器的工作溫度達到400℃以上再維持怠速運轉。然后反復踩動加速踏板，并測量氧傳感器輸出信號電壓，加速時應為高電壓信號，減速時應輸出低電壓信號。

五、二次空氣供給系統

　　1.二次空氣供給系統的功能

在一定工況下，將新鮮空氣送入排氣管，促使廢氣中的一氧化碳和碳氫化合物進一步氧化，從而降低一氧化碳和HC的排放量，同時加快三元催化轉換器的升溫。

　　2.二次空氣供給系統的組成與工作原理

控制閥主要由舌簧閥和膜片閥組成。

點火開關接通后，蓄電池向二次空氣電磁閥供電，ECU控制電磁閥搭鐵回路。電磁閥不通電時，關閉通向膜片閥真空室的真空通道，膜片閥彈簧推動膜片下移，關閉二次空氣供給通道；ECU給電磁閥通電，進氣管真空度將膜片閥吸起，使二次空氣進入排氣管。

　　3.二次空氣供給系統的檢修

①低溫啟動發動機后，拆下空氣濾清器蓋，應聽到舌簧閥發出的“嗡、嗡”聲。

②拆下二次空氣供給軟管，用手指蓋住軟管口檢查，發動機溫度在18～63℃范圍內怠速運轉時，有真空吸力；溫度在63℃以上，啟動后70s內應有真空吸力，啟動70s后應無真空吸力；發動機轉速從4000r/min急減速時，應有真空吸力。

③拆下二次空氣閥，從空氣濾清器側軟管接頭吹入空氣應不漏氣。

④電磁閥的檢查，阻值應為36～44Ω。