二次空气系统

现代电子汽车发动机电子控制汽车发动机二次空气系统前言汽车排气是城市空气的主要污染源，严重危害者人体健康，，研究并解决汽车排气对环境的污染问题已成为国际汽车科技产业界员重要的研究课题之一。催化转化器又尚未达到它的工作温度300～350℃，三效催化转化没有达到其效果致使汽车发动机产生大量的HC和CO对环境污染严重。可以采用二次空气法达到很好的效果。一、二次空气及作用原理（一）、净化的必要性1、温度对热反应净化效果影响很大，当排气温度为800℃~900℃时，若排气中有足够的二次空气及氧化反应时间，CO和HC的净化可达如90％以上。可见有必要再次除去有害的CO和HC.2、暖机阶段发动机的温度低，80％以上的HC和CO排放于大气而且城市经常受阻而且路程又短也会产生大量的HC和CO.(二)、二次空气原理它通过向废气中吹进额外的空气(又称二次空气)，增加其中氧气的含量。这样可使废气中未燃烧的有毒物质一氧化碳CO和碳氢化合物HC在高温下再次燃烧.二、二次空气电子控制系统图(一)、二次空气系统元件发动机二次空气系统的构成及相关元件：空气滤清器、二次空气泵继电器、二次空气泵、二次空气控制阀、止回阀、真空度贮存器、发动机控制单元与组合阀门。（二）、二次空气电子控制机制暖机阶段电控单元发出令使电动二次空气泵旋转鼓风，使二位三通电磁换向阀将真空度贮存器和气动截止阀的真空接头连通，真空度贮存器从进气歧管或真空泵获得真空度，温度达到300℃时，电控单元发出指令使电磁换向阀将气动截止阀的真空接头改成与大气相通，气动截止阀立即将二次空气通路截断，二次空气泵便停止转动。该系统的工作时间根据负荷、转速、催化转化器温度、二次空气压力和氧传感器信息确定，通过电磁换向阀传到气动截止阀并将它打开，二次空气使从二次空气泵经气动截止阀和止回阀进入排气系统.三、空气泵具体工作过程（a)发动机冷态和开环状态工作1、空气泵；2、开关电磁阀；3、空气流；4、分流电磁阀在发动机冷态和开环状态工作时，如图a所示，由于催化式排气净化器不够热，不能使用额外空气，因此电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀，使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀，而开关电磁阀将空气引向排气管.(b)、发动机在正常工作或闭环状态工作1、空气泵；2、开关电磁阀；3、空气流；4、分流电磁阀发动机在正常工作或闭环状态工作时，如图b所示，电控单元控制分流电磁阀和开关电磁阀，使空气经分流电磁阀被送往开关电磁阀，再由开关电磁阀将空气送往催化式排气净化器中的氧化剂与还原剂之间，从而提高氧化剂的工作效率。(c)催化净化器不能过热工作1、空气泵；2、开关电磁阀；3、空气流；4、分流电磁阀当催化净化器过热时，加入的空气对催化式排气净化器中的催化剂会造成污染，在这种情况下．如图c所示，电控单元控制分流电磁阀，将空气送往空气滤清器。四、采用二次系统与没有二次空气系统比较随着二次空气量的增大，废气中的HC和CO补氧燃烧的比例不断上升，HC可下降达20％，CO可下降达40％。但是NOx会升高约5％，二次空气对燃油毫无影响。二次空气对HC和CO排放的净化效果受混合过量空气系数的影响二次空气对HC和CO排放的净化效果在很大的程度上受混合过量空气系数的影响。混合气越浓，净化效果越大。过量空气系数超过1.0时，二次空气对HC净化效果很小，对CO则无净化效果。五、二次空气及相关参数的控制策略（一）、二次空气系统只在启动后的暖机阶段运行。一旦三效催化剂转化器达到工作温度，二次空气的系统便推出运行系统。（二）、二次空气系统在工作过程并不是控制二次空气流量。只是在组成二次空气系统时根据发动机的结构参数选定二次空气泵和止回阀阀板上的通孔直径和数量，借此调节二次空气的流量，达到与发动机匹配的目的。（三）、二次空气输入排气系统时，混合气要适当加浓，以便使废气中较多的HC和CO与二次空气进行燃烧，使三效催化剂转化迅速加热。（四）、二次空气输入排气系统时，点火要适当推迟，以便提高排气温度，确保废气中的HC和CO能与二次空气进行燃烧。六、存在的问题（一）、开始启动时由于排气温度低使得废气中的HC和CO难于和二次空气进行燃烧，仍然还是有大量的HC和CO排到大气。（二）、鉴于汽车多数时间在中等负荷和中等转速下行驶，特别是停车怠速时，排气温度更低，要使热反应净化器对汽车各种运行工况均具有较高的净化效果，需增加排气预热或蓄热装置。七、如何改进方案一、电加热催化转换器和二次空气泵联台技术电加热催化转换器利用电阻金属叶片置于催化转换器前端的进气流路上，使电流通过时达到使排气升温的作用，一般采用汽车本身的直流电源通过电极加热金属叶片使催化转换器在很短的时间内从常温升至300℃～600℃。通常它要与二次空气泵联合使用以保证有充足的氧气来使C0、HC氧化。最近里卡多公司新研制的“涡控分层燃烧系统(CCYS—Combu3tionContmHedb1YeltexStn)”、为改善起动、怠速排放，缩短催化器起活时间、在排气系统上装置了带把铂点火涂层的2kw电加热催化器和一个供应二次空气的电动气泵及一些其它设施，使催化剂的点火时间由一般的]oos缩短为20s。30s．极大地改善了起动、怠速工况的排放。方案二、三元催化转化器的预热使用蓄电池加热，先不开发动机，首先由整车ECU起动电动空气泵及加热器，以热空气加热三元催化转化器，空气量和加热器匹配成其进入排气管的温度在400℃左右．当催化器后的温度传感器测得温度大于250℃时，传感器信号处理成开关信号，使整车ECU起动发动机．由于冷机工况下，排放中主要是HC和CO，在TWC的帮助下，和热空气中的O2氧化成H20和C02排出．暖机结束后，ECU关闭空气泵和加热器电源，单向阀防止排气进入加热系统．此时发动机ECU已闭环运行，从而解决了起动热机过程的排放问题八、结束语（1）、在特定转速下，适当选择补气流量，可在降低排放的同时，稳定怠速工况。（2）、机后补气加催化器会大幅度降低NOx的排放量，采用机前电控补气方式使O2量增加，燃烧条件改善，同时会降低三元催化器转化NOx效果，但低速时汽油机最高燃烧温度较低，NOx排放增加不多。（3)热反应净化器对汽油机排放的CO和HC有良好的净化效果，随着二次空气量的增加，CO和HC的排放浓度大幅度降低，在发动机高转速大负荷工况下，C0和HC的最大净化可达95％以上。(4)在发动机中等转速中小负荷工况下，二次空气虽对汽油机排气中CO和HC的热反应净化效果有所改善，但效果不很明显。(5)当二次空气量超过100％以上时，C0和HC的热反应净化效果趋缓，二次空气的供给量以100％～140％为宜。