项目十   汽车排放污染物与净化

鸿

排放

排气

混合气

发动机

污染物

燃烧

空气

标准

汽车

燃油

环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，发展不仅是满足当代人的需要，还要考虑和不损害后代人的生存条件。因此，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。汽车污染是环境污染的主要途径，为了人类的可持续发展，防治汽车污染已经成了刻不容缓的全球性问题，这就需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来防治汽车污染。

进入21世纪，汽车污染日益成为全球性问题。随着汽车数量越来越多、使用范围越来越广，它对世界环境的负面效应也越来越大，尤其是危害城市环境，引发呼吸系统疾病，造成地表空气臭氧含量过高，加重城市热岛效应，使城市环境转向恶化。

任务一 汽车排放污染物

知识目标

􀁹掌握汽车排放污染物的成分与危害。

技能目标

􀁹掌握汽车排放污染物的检测过程及规范。

一、基础知识

（一）汽车排放污染物的主要成分

汽车的排气中包含许多成分，其中基本成分是二氧化碳、水蒸气、过剩的氧气以及存留下的氮气。它们是燃料和空气完全燃烧后的产物，从毒物学的观点看排气中的这些成分是无害的。

除上述成分外，汽车排气中还含有不完全燃烧的产物和燃烧反应的中间产物，包括一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）和固体微粒（炭烟）等。这些成分的质量总和在汽车排气中所占的比例不大，例如汽油车中只占5％，柴油车中还不到1％，但它们中大部分是有害的，或有强烈刺激性的臭味，有的还有致癌作用。因此被列为有害排放物。

  在相同工况下，汽油车的CO、HC和NOX排放量比柴油车大，因此目前的排放法规对汽油车主要是限制CO、HC和NOX的排放量。柴油车对大气的污染较汽油车轻很多。柴油机燃烧时混合气形成的时间短，在空气不足或混合气不均匀的情况下，主要是产生炭烟污染，因此排放法规主要是限制柴油车的炭烟排放。

（二）汽车排放污染物的来源

1. 发动机排气管排出的废气（尾气）

汽车排放的有害污染物中约有55％的碳氢化合物（HC）和绝大部分的一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOX）、二氧化硫（SO2）、固体微粒（炭烟）排放等都是由排气管排出的。

2. 曲轴箱窜气

曲轴箱窜气的丰要成分是HC(占HC总徘放量的20％—25％)，其余还有C0、NOX、SO2等成分。 

3. 燃油蒸气

燃油系统的燃油蒸气进入人到大气中。主要成分为HC，约占总排出量的20％。

（三）汽车排放污染物的危害

1. 碳氢化合物（HC）

汽车废气中的HC是多种碳氢化合物的总称，是发动机未燃尽的燃料分解或供油系统中燃料的蒸发所产生的气体。单独的HC只有在浓度相当高的情况下才会对人体产生影响，一般情况下作用不大。但HC与NOx在紫外线的照射下，会发生化学反应，形成光化学烟雾。当光化学烟雾种的光化学氧化剂超过一定浓度时，具有明显的刺激性。它能刺激眼结膜，引起流泪并导致红眼症，同时对鼻、咽、喉等器官均有刺激作用，能引起急性喘息症。光化学烟雾还具有损害植物、降低大气能见度、损坏橡胶制品等危害。

2. 一氧化碳（CO）

在标准状况下，一氧化碳（CO）纯品为无色、无臭、无刺激性的气体。相对分子质量为28.01，密度1.25g/l，冰点为-205.1℃，沸点-191.5℃。在水中的溶解度甚低，极难溶于水。与空气混合爆炸极限为12.5%～74.2%。

随空气进入人体的一氧化碳，经肺泡进入血循环后，能与血液中的血红蛋白（Hb）、肌肉中的肌红蛋白和含二价铁的细胞呼吸酶等形成可逆性结合。一氧化碳与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲和力大200～300倍，因此，一氧化碳侵入机体，便会很快与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白（COHb），从而阻碍氧与血红蛋白结合成氧合血红蛋白（HbO2）。一氧化碳与血红蛋白的结合，不仅降低血球携带氧的能力，而且还抑制，延缓氧血红蛋白（HbO2）的解析与释放，导致机体组织因缺氧而坏死，严重者则可能危及人的生命。

3. 氮氧化物（NOX）

排放中的氮氧化物主要是NO2和NO，通常可概括表示为NOX。

汽车尾气中直接排出的氮氧化物基本上都是NO。汽油车排出的氮氧化合物中，NO占99％，而柴油车排出的氮氧化合物中NO2的比例较大。NO从发动机刚排出时，其毒性较小，但排出后NO在大气中被氧化成剧毒的NO2，这一过程一般需要几个小时。若空气中有强氧化剂如臭氧，则氧化过程变得很迅速。NO2是一种刺激性很强的污染物，它能刺激眼、麻醉嗅觉，甚至引起肺气肿。

4. 二氧化硫（SO2）

二氧化硫为无色透明气体，有刺激性臭味，溶于水、乙醇和乙醚。

二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。二氧化硫可被吸收进入血液，对全身产生毒副作用，它能破坏酶的活力，从而明显地影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有一定的损害。

二氧化硫还是酸雨的重要来源，酸雨给地球生态环境和人类社会经济都带来严重的影响和破坏。研究表明，酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展。

5. 固体微粒（炭烟）

炭烟是燃料不完全燃烧的产物。发动机的炭烟主要是直径为0.1～10微米的多孔性炭粒构成。燃烧中各种各样的不完全燃烧产物，可以以多种形式附着在多孔的活性很强的炭粒表面。这些附着在炭粒表而的物质种类繁多，其中有些是致癌物质。

（四）影响汽油机排放污染物产生的因素

1. 混合气浓度

当空燃比在16以下时，随着空燃比的下降，混合气浓度增大，氧气不足，不完全燃烧现象严重，使CO、HC排放增多，NOX排放减少；当空燃比大于17时，随着空燃比增大，CO排放减少，同时氧化反应速度慢，燃烧温度下降，使HC排放增多，NOX排放减少。在混合气浓度稍稀处，HC、CO排放浓度最小，而NOX排放浓度最大。

2. 运行工况

汽油机在怠速和小负荷工况运行时，供给的混合气偏浓，且燃烧室温度较低，燃烧速度慢，易引起不完全燃烧，使CO含量增多；又因为燃烧室温度低，燃烧室壁面激冷现象严重，不能燃烧的燃油量增多，使排出的HC增多。

3. 火花质量和点火提前角

（1）火花质量决定点燃混合气的能力。当点燃稀薄混合气时，火花的持续时间对汽车排气污染物的影响是很大的。火花越弱，出现失火现象越多，而失火将会造成大量的HC生成。现代发动机普遍采用高能点火系统，将点火初级电流从3～4A提高到5～7A，增加了点火强度，加长了火花持续时间，从而改善了混合气燃烧质量，使HC排放量降低。

（2）点火提前角推迟时，可降低燃烧气体的最高温度，使NOX排放量降低。点火提前角的推迟，还会延长混合气燃烧时间，在做功行程后期，未燃的HC会继续燃烧，使HC排放量降低。点火提前对NOX排放浓度的影响还与混合气空燃比有关，在理论空燃比附近，点火提前角影响最大。因此当采用电控汽油喷射加三元催化转化器进行闭环控制时，为了满足更严格的排放法规的要求，可通过推迟点火提前角降低NOX排放浓度。

4. 配气相位

配气机构凸轮形状决定气门开启和关闭时刻及气门升程曲线，而这些参数影响发动机的充气过程。进入气缸的新鲜混合气数量，决定发动机的转矩和功率。留在气缸内的未燃混合气量和在排气门开启时未被排出的废气量会影响点火性能和燃烧状况，从而影响发动机效率、未燃HC的排放浓度。在进、排气门同时开启时，根据气缸内压力状况，新鲜混合气可能排出机外，或废气流回进气歧管，这会对发动机效率和未燃HC排放物造成很大影响。

（五）影响柴油机排放污染物产生的因素

1. 混合气浓度

尽管柴油机混合气不均匀，会有局部过浓区，但由于过量空气系数较大，氧气较充分，能对生成的CO在缸内进行氧化，因而一般CO较少，只是在接近冒烟界限时急剧增加。HC也较少，当λ增加时，HC将随之上升。在λ稍大于1的区域，虽然总体是富氧燃烧，但由于混合气不均匀，但当局部高温缺氧使2≥λ＞1时，就会急剧产生大量碳烟，随着λ增大，碳烟浓度将迅速下降。柴油机NOX排放量随混合气浓度变稀、温度下降而减少。

2. 运行工况

（1）稳定工况时负荷和转速变化的影响。柴油机负荷的变化就是混合气浓度的变化。CO排放在大负荷和小负荷两头偏高；ＨＣ排放则是随着负荷的减小而加大；NOX排放则随着负荷的减小、燃烧温度降低而降低；微粒碳烟排放量在中、低负荷时较低，而大负荷时急剧增长。

柴油机转速改变时，HC和NOX排放变化不大；CO则因高速时充气量下降和燃烧时间短而上升；低速时缸内温度和喷油压力较低也使CO上升；微粒碳烟则在高速时增加，这是由于充气量下降，混合气变浓的缘故。

（2）冷启动过程的影响。柴油机冷启动时，缸内压缩温度很低，燃油雾化条件差，相当部分会附于燃烧室壁面，初期未燃HC以白烟的形式排出机外。由于启动时雾化程度低，直喷柴油机一般要加大50%～100%的启动油量，因此碳烟、HC和C0排放量必然增多。

3. 喷油提前角

推迟喷油，直接喷射式柴油机的NOX大幅度下降，而间接喷射式涡流室柴油机的NOX的下降幅度则小一些。但是喷油过迟，燃油消耗率和碳烟排放都会恶化，对CO和HC的排放也有不利影响。

4. 喷油压力

近年来，提高喷油压力的高压喷射措施日渐成为直接喷射式柴油机机内净化的最佳手段。而间接喷射式柴油机，由于主要依靠气流进行雾化、混合，所以对喷油压力要求较低。

在循环喷油量和喷孔大小及分布不变的情况下，提高喷油压力就是加大喷油率，它直接产生两方面的效果。

（1）降低微粒碳烟的排放量。喷油压力提高，则喷雾粒子的粒径减小，贯穿度加大，喷雾锥角加大，再加上紊流的增强，直接促进了燃油与空气的混合。其直接效果是降低了某一时刻浓混合气成分的比例，使生成微粒碳烟的范围缩小。所以高压喷射必然使微粒碳烟排放降低。

（2）降低油耗率。喷油率增大必然缩短喷油时期，使燃烧加速，从而使油耗率降低以上高压喷射降低烟度和油耗的优点，恰恰弥补了推迟喷油所带来的缺点。应认识到，高压喷射并没有明显削弱推迟喷油所带来的减小NOX排放的效果。因此若将两种措施同时应用，进行合理调配后，NOX和微粒碳烟排放都会同时降低。

二、任务实施

（一）任务内容

(1) 汽油车排放污染物检测。

(2) 柴油车排放污染物检测。

（二）任务实施准备

(1) 器材与设备：实训汽车、不分光红外线气体分析仪、烟度计、白纸、清洁工具等。

(2）参考资料：《汽车构造拆装与维护保养实训》、发动机维修手册。

（三）任务实施步骤

1. 汽油车排放污染物检测。

1) 仪器准备

（1）按仪器使用说明书的要求做好各项检查工作。

（2）接通电源，对气体分析仪预热30min以上。

（3）用标准气样校准仪器，先让气体分析仪吸入清洁空气，用零点调整 旋钮把仪表指针调整到零点，然后把标准气样从标准气样注入口注入，再用标准调整旋钮把仪表指针调到标准指示值。

注意：在灌注标准气样时，要关掉气体分析仪上的泵开关。

（4）把取样探头和取样导管安装到气体分析仪上，此时如果仪表指针超过零点，则表明导管内壁吸附有较多的HC，需要用压缩空气或布条等清洁取样探头和导管。

2) 受检汽油车准备。

（1）进气系统应装有空气滤清器，排气系统应装有排气消声器，并不得有泄漏。

（2）汽油应符合国家标准的规定。

（3）测量时发动机冷却水和润滑油温度应达到汽车使用说明书所规定的热状态。

3) 怠速测量。

（1）发动机由怠速工况加速至0.7额定转速，维持60s后降至怠速状态。

（2）发动机降至怠速状态后，将取样探头插入排气管中，深度等于400mm，并固定于排气管上。

（3）先把指示仪表的读数转换开关打到最高量程档位，再一边观看指示仪表，一边用读数转换开关选择适于排气含量的量程档位。发动机在怠速状态维持15s后开始读数，读取30s内的最高值和最低值，其平均值即为测量结果。

（4）测量工作结束后，把取样探头从排气管里抽出来，让它吸入新鲜空气5min，待仪器指针回到零点后再关闭电源。

2.柴油车排放污染物检测。

1) 仪器准备。

（1）通电前，检查指示仪表指针是否在机械零点上，否则用零点调整螺钉使指针与“10”的刻度重合。

（2）接通电源，仪器进行预热。打开测量开关，在检测装置上垫10张全白滤纸，调节粗调及微调电位器，使表头指针与“0”的刻度重合。

（3）在10张全白滤纸上放上标准烟样，并对准检测装置，仪表指针应指在标准烟样的染黑度数值上，否则应进行调节。

（4）检查取样装置和控制装置中各部机件的工作情况，特别要检查脚踏开关与活塞抽气泵动作是否同步。

（5）检查控制用压缩空气和清洗用压缩空气的压力是否符合要求。

（6）检查滤纸进给机构的工作情况是否正常。检查滤纸是否合格，应洁白无污。

2)受检柴油车准备。

（1）进气系统应装有空气滤清器，排气系统应装有消声器并且不得1有泄漏。

（2）柴油应符合国家规定，不得使用燃油添加剂。

测量时发动机的冷却水和润滑油温度应达到汽车使用说明书所规定的热状态。

3) 测量。

（1）用压力为0.3～0.4MPa的压缩空气清洗取样管路。

（2）把抽气泵置于待抽气位置，将洁白的滤纸置于待取样位置，将滤纸夹紧。

（3）将取样探头固定于排气管内，插入深度等于300mm，并使其轴线与排气管轴线平行。

（4）将脚踏开关引入汽车驾驶室内，但暂不固定在油门踏板上。

（5）按照自由加速工况的规定加速3次，以清除排气系统中的积存物。然后，把脚踏开关固定在油门踏板上，进行实测。

（6）测量取样，按照自由加速工况的规定和自由加速烟度测量规程，将油门踏板与脚踏开关一并迅速踩到底，持续4s后立刻松开，维持怠速运转，循环测量4次，取后3个循环烟度读数的算术平均值作为所测烟度值。

（7）当汽车发动机出现黑烟冒出排气管的时间与抽气泵开始抽气的时间不同步现象时，应取最大烟度值作为所测烟度值。

（8）在被染黑的滤纸上记下试验序号、试验工况和试验日期等，以便保存。

（9）检测结束，及时关闭电源和气源。

三、拓展知识

随着汽车尾气排放污染的日益严重，汽车尾气排放立法势在必行，世界各国早在六、七十年代就对汽车尾气排放建立了相应的法规制度，通过严格的法规推动了汽车排放控制技术的进步，而随着汽车尾气排放控制技术的不断提高，又使更高标准的制订成为可能。

（一）欧洲排放标准

欧洲标准是由欧洲经济委员会（ECE）的排放法规和欧共体（EEC）的排放指令共同加以实现的，欧共体（EEC）即是现在的欧盟（EU）。排放法规由ECE参与国自愿认可，排放指令是EEC或EU参与国强制实施的。汽车排放的欧洲法规（指令）标准1992年前巳实施若干阶段，欧洲从1992年起开始实施欧Ⅰ（欧Ⅰ型式认证排放限值）、1996年起开始实施欧Ⅱ（欧Ⅱ型式认证和生产一致性排放限值）、2000年起开始实施欧Ⅲ（欧Ⅲ型式认证和生产一致性排放限值）、2005年起开始实施欧Ⅳ（欧Ⅳ型式认证和生产一致性排放限值）。

（二）中国排放标准

与国外先进国家相比，我国汽车尾气排放法规起步较晚、水平较低，根据我国的实际情况，从八十年代初期开始采取了先易后难分阶段实施的具体方案，其具体实施至今主要分为四个阶段，也就是我们常说的国I、国II、国III、国IV。

1.第一阶段

1983年我国颁布了第一批机动车尾气污染控制排放标准，这一批标准的制定和实施，标志着我国汽车尾气法规从无到有，并逐步走向法制治理汽车尾气污染的道路，在这批标准中，包括了《汽油车怠速污染排放标准》、《柴油车自由加速烟度排放标准》、《汽车柴油机全负荷烟度排放标准》三个限值标准和《汽油车怠速污染物测量方法》、《柴油车自由加速烟度测量方法》、《汽车柴油机全负荷烟度测量方法》三个测量方法标准。

2.第二阶段

在1983年我国颁布第一批机动车尾气污染控制排放标准的基础上，我国在1989年至1993年又相继颁布了《轻型汽车排气污染物排放标准》、《车用汽油机排气污染物排放标准》两个限值标准和《轻型汽车排气污染物测量方法》、《车用汽油机排气污染物测量方法》两个工况法测量方法标准。至此，我国已形成了一套较为完态的汽车尾气排放标准体系。值得一提的是，我国93年颁布的《轻型汽车排气污染物测量方法》采用了ECER15－04的测量方法，而测量限值《轻型汽车排气污染物排放标准》　则采用了ECER15－03限值标准，该限值标准只相当于欧洲七十年代来的水平（欧洲在1979年实施ECE R15－03标准）。

3.第三阶段

以北京市DB11/105－1998《轻型汽车排气污染物排放标准》的出台和实施，拉开了我国新一轮尾气排放法规制订和实施的序曲，从1999年起北京实施DB11/105－1998地方法规，2000年起全国实施GB14961－1999《汽车排放污染物限值及测试方法》（等效于91/441/1EEC标准），同时《压燃式发动机和装用压燃式发动机的车辆排气污染物限值及测试方法》也制订出台；与此同时，北京、上海、福建等省市还参照ISO3929中双怠速排放测量方法分别制订了《汽油车双怠速污染物排放标准》地方法规，这一条例标准的制订和出台，使我国汽车尾气排放标准达到国外九十年代初的水平。

4.第四阶段

汽车排放污染物主要有HC（碳氢化合物）、NOx（氮氧合物）、CO（一氧化碳）、PM（微粒）等，通过更好的催化转化器的活性层、二次空气喷射以及带有冷却装置的排气再循环系统等技术的应用，控制和减少汽车排放污染物到规定数值以下的标准。根据规划，北京市2008年对全市新增机动车实施“国家第四阶段机动车污染物排放标准”（以下简称“国4排放标准”），具有国4标准的汽车燃油将在2008年1月1日起开始全市供应。

任务二 汽车排放净化技术

知识目标

􀁹 掌握汽车排放净化的技术措施

技能目标

􀁹 掌握发动机尾气的检测过程及规范

一、基础知识

（一）废气再循环系统

废气再循环（Exhaust Gas Recirculation，EGR）是指把发动机排出的部分废气回送到进气歧管，并与新鲜混合气一起再次进入气缸。主要目的为降低排出气体中的NOx的生成量。

由于废气的掺入，能有效抑制燃烧温度的升高，而且由于惰性气体的增加，使着火延迟期变长，燃烧速度减缓，燃烧温度下降，因而可以有效地抑制NOx的生成。但是由于废气的掺入会使混合气的着火性能和发动机的输出功率下降，因此必须对废气的掺入时间和掺入量进行适当的控制。如果EGR控制系统的控制品质不理想，当系统输出大于设定值时，会导致NOx排放增加；在系统输出小于设定值时，会导致柴油机微粒排放增加，而且还会导致燃油经济性和动力性的明显下降。因此，EGR控制器应具有在保持系统稳定的前提下，控制精度高、动态响应快的良好品质。

1. EGR控制目标

（1）在低速、小负荷时，由于供油量小，燃烧变得相对不太稳定，应降低EGR率；在高速、大负荷时，为了获得较高的输出功率也要降低EGR率。

（2）怠速时，由于燃烧温度较低，则NOx的排放量不多，一般应关闭EGR阀，否则将导致发动机工作不稳定。

（3）水温过低时，混合气供应不均匀，燃烧不稳定，而且燃烧温度低，一般要关闭EGR阀；而在电子控制中，应随水温升高而逐渐使阀的开度增大。

（4）在发动机起动时，一般关闭EGR阀，保证发动机顺利起动直至稳定工况。

（5）空气温度也会影响EGR率。因为空气温度对发动机的燃烧也有很大影响，所以空气温度过低也应适当降低EGR的量。

2. 废气再循环系统分类

废气再循环系统根据系统执行器(EGR阀)的动作控制形式，分为机械控制式废气再循环系统和电子控制式废气再循环系统（见图10-1）。

电子控制式废气再循环系统不仅废气再循环率的控制范围大，控制自由度也大。其主要功能特点，就是选择NOx排放量大的发动机工况，进行适量的控制。在发动机工作时，ECU根据各传感器，如转速传感器、水温传感器、节气门位置传感器、点火开关等信号，确定发动机目前在哪一种工况下工作，以输出指令，控制EGR电磁阀打开或关闭，使废气再循环进行或停止。

　　（二）燃油蒸发控制系统

燃油蒸发控制系统（EVAP）能够存储燃油系统产生的燃油蒸气，阻止燃油蒸气泄漏到大气中，同时将收集的燃油蒸气适时地送入进气歧管，与正常混合气混合后进入发动机燃烧，使燃油得到充分利用。

目前常见的比较简单的燃油蒸发控制系统主要由活性炭罐、炭罐控制电磁阀等组成（见图10-2），能够更加精确地控制燃油蒸发流量。

汽油蒸气先被吸附并储存在活性炭罐内，直到特定的发动机工况下，蒸气才被吸入进气歧管，送入发动机缸内燃烧。炭罐由充满活性炭粒的耐油尼龙和塑料容器组成。燃油蒸气被炭罐吸入直到被净化。净化是用新鲜空气吹过炭罐，将燃油蒸气排出炭罐的过程。在净化阀(排放控制阀)与进气管之间装有炭罐控制电磁阀，发动机工作时ECU根据发动机的转速、温度、空气流量等信号，通过控制炭罐电磁阀开启、闭合来控制净化阀上部的真空度，从而控制排放控制阀的开度。当排放控制阀打开时，燃油蒸气通过净化阀被吸入进气歧管。

　　（三）二次空气喷射系统

二次空气喷射系统是空气泵将新鲜空气送入发动机排气管内，从而使排气的HC和CO进一步氧化和燃烧，即把导入的空气中的氧在排气管内与排气中的HC和CO进一步化合形成水蒸气和二氧化碳，从而降低了排气中的HC和CO的排放量。

空气泵型二次空气喷射系统主要由空气泵、分流阀、连接管道等组成（见图10-3）。

工作原理是：当发动机工作时，通过曲轴传动带带动空气泵运转，泵送量大而压力较低的空气流通过软管进入分流阀。正常情况下，分流阀上阀门开启，空气流经分流阀、单向阀进入空气喷射歧管。空气喷射歧管将空气流喷入发动机排气孔或排气歧管，与排气中的HC、CO反应，使其进一步转化成CO2和水蒸气，以减少排气污染。

当汽车冷启动时会要求比平常高的空燃比才能保证运转平稳。由于这个原因， ECU在冷启动时会命令发动机在开路循环模式（固定空燃比）运转20到120秒，直到氧传感器达到正常温度。而在这个过程中，尾气中会生成大量一氧化氮和碳氢化合物等大气污染物。这些一氧化碳和碳氢化合物是可以继续被氧化而减小污染的。

二次空气喷射系统按其空气喷入的部位可分为两类：

第一类，新鲜空气被喷入排气歧管的基部，即排气歧管与气缸体相连接的部位，因此，排气中的HC、CO只能从排气歧管开始被氧化。

第二类，新鲜空气通过气缸盖上的专设管道喷入排气门后气缸盖内的排气通道内，排气中HC、CO的氧化更早进行。二次空气喷射系统按照结构和工作原理的不同可以分为空气泵型和吸气器型两种结构类型。

二次空气喷射系统也常被称为补燃系统或后燃系统。其原因是可燃混合气在气缸内进行第一次燃烧后，其中那些未完全燃烧的部分由于人为地引入新鲜空气而使其在排气过程中进行了补燃，因而经消声器排入大气时的尾气很少有或者完全没有火星。而排气内有火星是在有可燃气体存在的情况下引发火灾的一大原因。因此，二次空气喷射系统也是防止发动机尾气引起火灾的一项重要技术。

　　（四）曲轴箱强制通风

在发动机工作时，燃烧室的高压可燃混合气和已燃气体，或多或少会通过活塞组与气缸之间的间隙漏入曲轴箱内，造成窜气。窜气的成分为未燃的燃油气、水蒸气和废气等，这会稀释机油，降低机油的使用性能，加速机油的氧化、变质。水气凝结在机油中，会形成油泥，阻塞油路；废气中的酸性气体混入润滑系统，会导致发动机零件的腐蚀和加速磨损；窜气还会使曲轴箱的压力过高而破坏曲轴箱的密封，使机油渗漏流失。

为防止曲轴箱压力过高，延长机油使用期限，减少零件磨损和腐蚀，防止发动机漏油，必须实行曲轴箱通风。

曲轴箱通风包括自然通风和强制通风，现代汽油发动机常采用强制式曲轴箱通风（PCV）。

（1）自然式通风

自然通风方式，即在曲轴箱上设置通风管，管上装有空气滤网。当曲轴箱内压力增大时，漏入曲轴箱中的气体经由通风管排出。

（2）强制性通风

强制通风方式，将曲轴箱内的混合气通过连接管导向进气管的适当位置，返回气缸重新燃烧，这样既可以减少排气污染，又提高发动机的经济性。目前车用汽油机都采用强制性通风，汽车用柴油机也逐渐采用强制性通风。强制性通风可分为开式和闭式两种。

开式强制曲轴箱通风装置在发动机处于全负荷低转速时，产生的串气量大，但流量控制阀开度却减小，过量的窜缸混合气会通过开式通风盖散入大气，其净化率只有75%左右。

闭式强制曲轴箱通风装置能完全实现控制曲轴箱的排放，实现曲轴箱完全通风，防止油泥和其他有害物质的积蓄，减少了发动机的故障和磨损。闭式强制曲轴箱通风装置是汽油发动机满足排放法规规定的必要设计。

曲轴箱强制通风系统组成如图10-4所示。

　　（五）微粒捕集器

微粒捕集器是一种安装在发动机排放系统中的陶瓷过滤器，它可以在微粒排放物质进入大气之前将其捕捉。

微粒捕集器能够减少发动机所产生的烟灰达90% 以上，捕捉到的微粒排放物质随后在车辆运转过程中燃烧殆尽。它的工作基本原理是：如柴油微粒过滤器喷涂上金属铂、铑、钯，柴油发动机排出的含有炭粒的黑烟，通过专门的管道进入发动机尾气微粒捕集器，经过其内部密集设置的袋式过滤器，将炭烟微粒吸附在金属纤维毡制成的过滤器上；当微粒的吸附量达到一定程度后，尾端的燃烧器自动点火燃烧，将吸附在上面的炭烟微粒烧掉，变成对人体无害的二氧化碳排出。为了做到这一点，排气后处理系统应用了先进的电控系统、催化涂层和燃料添加型催化剂（FBC）。这种燃料添加型催化剂包含诸如铈、铁和铂等金属。这些材料按比例加入到燃料中，在发动机控制系统的帮助下不仅控制微粒排放物质的数量，而且还控制碳氢化合物和污染气体等污染物的排放量。捕捉器的再生或净化功能必须在可控的基础上完成，以保持捕集器不被烟灰堵塞。在净化周期结束以后，任何残留灰尘或滤渣最终都将在日常维护中被人为地清除。

微粒捕集器可以有效地减少微粒物的排放，它先捕集废气中的微粒物,然后再对捕集的微粒进行氧化，使微粒捕集器再生。所谓过滤器的再生是指在长期工作中，捕集器里的微粒物逐渐增加会引起发动机背压升高,导致发动机性能下降,所以要定期除去沉积的微粒物，恢复捕集器的过滤性能。捕集器的再生有主动再生和被动再生两种方法:主动再生指的是利用外界能量来提高捕捉器内的温度，使微粒着火燃烧。当捕集器中的温度达到550℃时，沉积的微粒物就会氧化燃烧,如果温度达不到550 ℃，过多的沉积物就会堵塞捕捉器，这时就需要利用外加能源(例如电加热器，燃烧器或发动机操作条件的改变)来提高微粒内的温度,使微粒物氧化燃烧。被动再生指的是利用燃油添加剂或者催化剂来降低微粒的着火温度,使微粒能在正常的发动机排气温度下着火燃烧。添加剂(有铈、铁和锶)要以一定的比例加到燃油中，添加剂过多会影响催化器的寿命，但是如果过少，就会导致再生延迟或再生温度升高。

二、任务实施

（一）任务内容

(1)废气再循环系统的检查。

(2)燃油蒸发控制系统的检查。

（二）任务实施准备

(1)器材与设备: 实训汽车、清洁工具等。

(2)参考资料：《汽车构造拆装与维护保养实训》、发动机维修手册。

（三）任务实施步骤

1. 废气再循环系统系统检查

（1）发动机在正常温度下怠速运转。从EGR上拆下真空管，用真空泵在阀上加真空，发动机怠速会开始不稳或停车。当拆下真空泵时怠速恢复正常。如果发动机怠速反应不正确或没反应，则可能是阀膜片泄漏、密封不严或进气歧管排气通道受阻

（2）关掉发动机，观察阀杆随真空加减的变化情况，或用手指放在阀下感觉阀的运动，如果膜片完好无损，则阀杆和膜片会随真空向上移动，且当真空撤下后可回位，否则说明EGR阀已坏，应更换EGR阀。

（3）如果EGR阀工作正常，将其拆下并检查阀和阀的通路是否堵塞，必要时需清洗。

2. 燃油蒸发控制系统检查

（1）油管、油箱及油箱盖的检查。检查油管及其连接部位有无松动、弯曲或损坏；检查油箱盖上的安全阀是否起作用；检查燃油箱有无变形、裂开和漏油处。

（2）活性炭罐的检修。由于炭罐净化系统的控制方式不同，对炭罐的检测方法也不尽相同。对于上述介绍的炭罐，其检测方法如下

① 从净化阀上拆下真空控制阀，将发动机转速升到1500 r/min，检查真空管内的真空度。如果没有真空，则检查该管路是否堵塞。

② 将真空泵接到真空控制口上，加入真空。如果净化阀不能保持真空，则需更换炭罐总成；如果净化阀保持有真空，则拆下净化管，检查管路中是否有真空，如果无真空，则检查管路。

③ 关掉发动机并从炭罐上拆下燃油通风管，将阀上的管口堵住。将真空泵接到净化管口，加入真空。如果炭罐保持真空，则取下滤清器(如装有)后再试；如果炭罐仍保持真空，则更换炭罐，如果不再保持真空，则更换滤清器。如果系统上还装有炭罐控制阀，则还要检测其性能，这里不再叙述。炭罐是一个密封装置，实际中不需维护，当炭罐底部的滤清器脏污、堵塞或损坏时需更换滤清器；当发现炭罐开裂渗油或有其他损伤时应更换总成。

三、拓展知识

燃油分层喷射技术（FSI）是电喷发动机利用电子芯片经过计算分析精确控制喷射量进入气缸燃烧，以提高发动机混和燃油比例，进而提高发动机效率的一种技术。与传统技术把燃油喷入进气歧管的发动机相比，FSI发动机的主要优势有：动态响应好、功率和扭矩可以同时提升、燃油消耗降低。

FSI发动机产生的效果可以从奥迪公司公布的发动机指标看出来。以3.2升FSI和4.2升FSI为例，对比的机型分别是以前的3.0升和4.2升汽油机。功率上，3.2升FSI发动机是257马力，比原机型的218马力提升了39马力，4.2升FSI发动机的350马力比原机型的235马力提升了115马力；在最大扭矩上，是3.2升FSI的330牛米对原机型的290牛米，4.2升FSI的440对原机型的420牛米。

FSI是给发动机的喷射方式带来了革命，它让一款普通发动机的各种性能都得到了提升，而FSI再往上发展就变得更加容易了。TFSI是在FSI基础上加入了涡轮增压技术；而TSI技术与FSI并没有什么相关性。

涡轮增压燃油分层喷射发动机（TFSI），这个比FSI多出来的T字代表的则是涡轮增压（Turbocharger），而发动机本身也的确是在FSI发动机的基础上增加了一个涡轮增压器。涡轮增压是利用发动机排出的高温高压的废气推动涡轮高速转动，再带动进气涡轮压缩进气，提高空气密度，同时电脑控制增大喷油量，配合高密度的进气，因此可以在排量不变的条件下提高发动机工作效率。

由于涡轮增压器是靠排气推动的，因此在发动机转速低时涡轮并不工作。但在这个时候涡轮还是转动的，只是排气压力不够，达不到增大进气压力的效果。随着转速的上升（约1500转或以上），排气压力逐渐加大涡轮就进入了正常的工作状态，达到增压的目的和效果。

但是，当转速接近额定的时候（约5000转或以上），发动机本身的内压超过了排气压力，这时的涡轮同样是不工作的。实际上发动机的一般工作区间正在1500－5000内，所以涡轮增压以它优越的经济性和动力性得到了众多用户的认可。不过怎么说还是有点缺陷，这两个区间的动力缺失如何解决呢，高转速我们可以换个大点的涡轮，可是低转速的动力空挡也会同时加大。很自然的一款无可挑剔的发动机应运而生，TSI把所有问题解决的更巧妙更能打动人心。

TSI（涡轮机械增压燃油分层喷射发动机）的设计非常巧妙，它实际上是把一个涡轮增压器(Turbocharger)和机械增压器(Supercharger)一起装到一台发动机里面。TSI中的T不是指Turbocharger而是Twincharger（双增压）的意思。上文我们讲到涡轮增压发动机在较低和较高转速时都有一个动力的空挡，为了进一步提高发动机的效率，增加一个机械增压装置，并让它在低转速时加大进气压力。而涡轮增压器的尺寸可以再大一些，去弥补高转速时的动力空挡，从而达到一个从低到高转速的全段优异动力表现。

另外，涡轮增压器由于废气涡轮的惯性，会有发动机相应的迟滞现象。而机械增压器则是由发动机转轴直接带动，能够随着发动机转速变化而迅速且线性地改变转速。2005年，大众1.4升直喷汽油发动机首先搭载了这套系统，它的最大功率达到了惊人的170马力。（国产1.8T发动机的最大功率也才150马力）。

需要注意的是，一汽-大众和上海大众对他们的1.4TFSI和1.8TFSI发动机的称呼，二者都称为1.4TSI和1.8TSI。厂商为了避免大家对TFSI简称TSI产生异议，他们对此解释为：“因为一贯体系中我们一般采用3个字作为发动机特有技术的称呼，所以这次我们把TFSI简称为TSI，其中T代表涡轮增压，SI代表直喷技术”。国产迈腾、速腾等车型最新的TSI发动机实际上跟前面说到的TSI并不是一回事。迈腾1.8TSI和即将搭载在速腾身上的1.4TSI发动机实际上去掉了机械增压和燃油分层技术。当然，这也是国产化之后出于油品和成本问题的考虑。

思考题

1.试分析汽车排放污染物的主要成分及来源。

2.试分析汽车排放污染物的危害。

3.简述影响汽油机排放污染物产生的因素。

4.简述影响柴油机排放污染物产生的因素。

5.简述废气再循环系统的类型与工作过程。

6.简述燃油控制蒸发系统的组成与工作过程。

7.简述二次空气喷射系统的组成与工作过程。

8.简述曲轴箱强制通风系统的组成与工作过程。