第三節(jié) 排氣凈化裝置

隨著汽車保有量的與日俱增，汽車排氣對人類健康的危害及對環(huán)境的污染也日甚一日。對此，世界各國都制定了相應(yīng)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，以期把汽車有害排放物控制在較低的水平。為了滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，必須對發(fā)動機(jī)排氣進(jìn)行凈化。近幾年來，汽車界開發(fā)和創(chuàng)制出許多凈化排氣的新技術(shù)和新裝置。

一、發(fā)動機(jī)的有害排放物

以活塞式內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車是城市大氣的主要污染源之一。汽車排放的污染物主要有一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)、氮氧化合物(NO_ｘ)和微粒。CO是燃油的不完全燃燒產(chǎn)物，是一種無色、無臭、無味的氣體。它與血液中血紅素的親和力是氧氣的300倍，因此當(dāng)人吸入CO后，血液吸收和運送氧的能力降低，導(dǎo)致頭暈、頭痛等中毒癥狀。當(dāng)吸入含容積濃度為0.3%的CO氣體時，可致人于死亡。NO_ｘ主要是指NO和NO_２，產(chǎn)生于燃燒室內(nèi)高溫富氧的環(huán)境中。空氣中NO_ｘ濃度在10～20ppm時可刺激口腔及鼻粘膜、眼角膜等。當(dāng)NO_ｘ超過500ppm時，幾分鐘可使人出現(xiàn)肺氣腫而死亡。

二、恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)

恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)也稱進(jìn)氣溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它是由空氣加熱裝置(又稱熱爐)和安裝在空氣濾清器進(jìn)氣導(dǎo)流管上的控制裝置構(gòu)成的恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)多用于化油器式或節(jié)氣門體噴射式發(fā)動機(jī)上。當(dāng)發(fā)動機(jī)冷起動之后，在怠速或小節(jié)氣門開度下工作時，由于溫度低，須供給發(fā)動機(jī)濃混合氣以保持其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。但濃混合氣燃燒不完全，排氣中CO和HC較多。若供給稀混合氣，雖然可以減少有害氣體的排放，但在低溫下發(fā)動機(jī)不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)的功用就是在發(fā)動機(jī)冷起動之后，向發(fā)動機(jī)供給熱空氣，這時即使供給的是稀混合氣，熱空氣也能促使汽油充分汽化和燃燒，從而減少了CO和HC的排放，又改善了發(fā)動機(jī)低溫運轉(zhuǎn)性能。當(dāng)發(fā)動機(jī)溫度升高后，恒溫進(jìn)氣系統(tǒng)向發(fā)動機(jī)供給未經(jīng)加熱的環(huán)境空氣。

三、二次空氣噴射系統(tǒng)

很多汽車發(fā)動機(jī)裝有二次空氣噴射系統(tǒng)。雖然二次空氣噴射系統(tǒng)有各種各樣的結(jié)構(gòu)，但其功用基本相同，即利用空氣泵將新鮮空氣經(jīng)空氣噴管噴入排氣道或催化轉(zhuǎn)換器，使排氣中的CO和HC進(jìn)一步氧化或燃燒成為二氧化碳(CO_２)和水(H_２O)。

四、催化轉(zhuǎn)換器

催化轉(zhuǎn)換器是利用催化劑的作用將排氣中的CO、HC和NOx轉(zhuǎn)換為對人體無害的氣體的一種排氣凈化裝置，也稱作催化凈化轉(zhuǎn)換器。金屬鉑、鈀或銠均可作催化劑。在化學(xué)反應(yīng)過程中，催化劑只促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行，不是反應(yīng)物的一部分。

催化轉(zhuǎn)換器有氧化催化轉(zhuǎn)換器和三元催化轉(zhuǎn)換器。氧化催化轉(zhuǎn)換器只將排氣中的CO和HC氧化為CO_２和H_２O，因此這種催化轉(zhuǎn)換器也稱做二元催化轉(zhuǎn)換器。必須向氧化催化轉(zhuǎn)換器供給二次空氣作為氧化劑，才能使其有效地工作。三元催化轉(zhuǎn)換器可同時減少CO、HC和NOx的排放，它以排氣中的CO和HC作為還原劑，把NO_ｘ還原為氮(N_２)和氧(O_２)，而CO和HC在還原反應(yīng)中被氧化為CO_２和H_２O。當(dāng)同時采用兩種轉(zhuǎn)換器時，通常把兩者放在同一個轉(zhuǎn)換器外殼內(nèi)，而且三元催化轉(zhuǎn)換器置于氧化催化轉(zhuǎn)換器前面。排氣經(jīng)過三元催化轉(zhuǎn)換器之后，部分未被氧化的CO和HC繼續(xù)在氧化催化轉(zhuǎn)換器中與供入的二次空氣進(jìn)行氧化反應(yīng)。

五、柴油機(jī)微粒過濾器

六、排氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)

排氣再循環(huán)是指把發(fā)動機(jī)排出的部分廢氣回送到進(jìn)氣歧管，并與新鮮混合氣一起再次進(jìn)入氣缸。由于廢氣中含有大量的CO₂，而CO₂不能燃燒卻吸收大量的熱，使氣缸中混合氣的燃燒溫度降低，從而減少了NO_x的生成量。排氣再循環(huán)是凈化排氣中NO_x的主要方法。在新鮮的混合氣中摻入廢氣之后，混合氣的熱值降低，致使發(fā)動機(jī)的有效功率下降。為了作到既能減少NO_x的排放，又能保持發(fā)動機(jī)的動力性，必須根據(jù)發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的工況對再循環(huán)的廢氣量加以控制。NO_x的生成量隨發(fā)動機(jī)負(fù)荷的增大而增多，因此，再循環(huán)的廢氣量也應(yīng)隨負(fù)荷而增加。在暖機(jī)期間或怠速時，NO_x生成量不多，為了保持發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，不進(jìn)行排氣再循環(huán)。在全負(fù)荷或高轉(zhuǎn)速下工作時，為了使發(fā)動機(jī)有足夠的動力性，也不進(jìn)行排氣再循環(huán)。

1．真空直接控制EGR閥

2．正背壓EGR閥

3．電子控制EGR閥