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汽车尾气排放控制、治理技术介绍 北京市汽车研究所 王凯明 一。排放物与空燃比的关系 排放的状态与发动机的燃烧直接相关，通常有4中排放物被加以限制，CO，HC或THC，NOX，在下面可看到CO，CO2，HC，NOX及O2与A/F的关系。 CO与A/F的关系 从图中显示当A/F在接近15：1时，CO达到最低，并当混合气进一步减稀时仍保持此低水平 据此：CO是混合气浓的最好标志，并且尾气中CO和HC的浓度是判断发动机性能的一个非常有用的测量内容 HC与A/F的关系 HC是汽油发动机尾气中未燃烧的汽油蒸汽，由于发动机的燃烧不可能是完全的，所以燃烧室中的某些HC蒸汽保持未燃烧状态随排气排出 HC的浓度主要取决于燃烧室的设计 HC最低点出现在A/F=16：1附近，当混合气过稀或浓，HC都会明显增加 与O2和CO2读值一起，HC也可反映催化器的转化效率 O2 在尾气中O2的状态反映A/F稀的程度 当混合气比15：1浓时，O2稳定在很低的水平，这是由于所有O2在燃烧过程被燃烧了，随着混合气更稀，O2稳定增加，因此尾气中的O2浓度与A/F稀的程度相对应 CO2与A/F的关系 CO2是在燃烧中由一个碳原子和两个氧原子形成的燃烧产物，在尾气测量中的CO2还包括由CO在催化转化器中氧化形成的一部分 CO2是最能反映燃烧效率的一个参数，其最高点出现在理论A/F处 它还能用于检查排气系统是否泄漏，由于只要有明显的泄漏，CO2读值会低 NOX 从体积上讲空气中含有约78%的氮和约21%的氧，氮在燃烧中即不能产生，也不能转移，当温度超过1000℃时，氮和氧结合，而燃烧室内温度在某些工况很容易达到1300℃以上，如有负荷时。 氮和氧的结合形成有害的氮氧化物，包括NO和NO2。发动机燃烧室内形成的所有氮氧化物被称为NOX NOX 对发动机的燃烧来讲，NOX中只有CO是可测量的重要参数，燃烧室中形成的CO在排气形成与附加的氧反应形成CO2 仅从A/F讲，NOX的最大值出现在15.8:1附近，除A/F外，许多其他因素将影响NOX实际值。 NOX的形成并不影响发动机的性能，但使用某些防止NOX形成的装置将会影响发动机的性能，若该装置工作不良时会增加CO和HC 五气体尾气分析仪读值分析： 下表介绍了各读值可能出现的相互关系和常见原因，其中内容是在断开空气喷射系统下获得的。 注：L=低，M=中等程度，H=高 几种与排放相关的排放控制装置： 1. 曲轴箱通风:曲轴箱通风系统有2种，一种是固定量孔式，另一种是PCV阀式，典型的曲轴箱通风系统如下图： 2.炭罐 3.EGR系统 NOX: 大气中有78%的氮气（N2），和21%的氧气（O2）。在燃烧室温度达到2000℉至2500℉时，形成氮氧化物（NOX），其中主要是NO，还有一些NO2，统称为NOX。实际上在燃烧过程中主要形成NO，而在排气过程中，由于添加的氧气（O2）而形成NO2。虽然NOX不会影响发动机的性能，但某些可防止NOX形成的装置会影响发动机的性能，当其功能不正常时，还会导致CO和HC的增加。 NOX与A/F的关系 影响NOX的因素 EGR：它冲淡和稀释进入缸内的混合气，降低燃烧室的温度，减小火焰传播速度， 在40-50km/h车速稳定行驶时，5%的EGR可减少40%以上的NOX，10%的EGR可减少80%的NOX，但若控制不正常时，随着EGR的增加，HC也会迅速增加（失火）。 背压控制式 EGR EGR系统的监测（机械和电气）： 位置检测-位置传感器 温度检测-温度传感器 压力检测-压力传感器（DPFE或PFE） 压力传感器监测方式 二次空气系统： 催化转化器（结构如下图）： 转化效率与空燃比的关系 催化器的正确匹配 *催化转化器与发动机特性的匹配 *催化转化器与电子控制燃油喷射系统的匹 配 *催化转化器与进排气系统的匹配 *催化转化器的流动特性改善与优化设计 *催化转化器与燃料和润滑油的匹配 *催化转化器与整车设计的匹配 氧传感器及催化器的检测和诊断： 由于安装了催化器，用通常的两气分析仪很难诊断发动机的故障，因CO和HC经催化转化后，都与直接燃烧后不样了，故需要4或5气的尾气分析仪。下面仅介绍一些对催化器和控制系统好坏的简单诊断方法。 配气相位：它会影响进气的状态和燃烧室的温度，如同EGR的作用一样。 点火正时：在任何运转状态下，增加点火提前和负荷，将会增加NOX 进气歧管真空：歧管真空的降低，将提高发动机的负荷和燃烧室的温度，降低剩余废气的含量和燃烧时间，从而提高最大循环的温度，导致NOX的增加。相反，歧管真空的增加，将降低发动机的负荷和燃烧室的温度，增加剩余废气的含量和燃烧时间，从而降低最大循环的温度，导致NOX的减少。 发动机转速：发动机转速的增加，由于涡流的影