二次空氣噴射系統

自從世界上第一個車輛排氣污染控制標準實施以來，二次空氣噴射系統已經被廣泛地套用在汽車上，它實際上就是一種尾氣排放控制實用技術，用以減少排氣中的HC和CO的排放量。

基本介紹

• 中文名：二次空氣噴射系統
• 外文名：Air Injection
• 性質：尾氣排放控制實用技術
• 減少：排氣中的HC和CO的排放量
• 形成：水蒸氣和二氧化碳

系統介紹

實踐也已證明，空氣噴射系統在汽、柴油汽車上都能取得良好的效果。它的工作原理是空氣泵將新鮮空氣送入發動機排氣管內，從而使排氣的HC和CO進一步氧化和燃燒，即把導入的空氣中的氧在排氣管內與排氣中的HC和CO進一步化合形成水蒸氣和二氧化碳，從而降低了排氣中的HC和CO的排放量。

功能

二次空氣噴射（Air Injection，AI）系統的功能：在一定工況下，將一定量的新鮮空氣送入排氣管（，促使發動機排出廢氣中的CO和HC進一步氧化，從而降低汽車廢氣中有害物的排放量。起動工況下，二次空氣噴射系統還可以加快三元催化轉換器的升溫，使發動機儘快進入空燃比閉環控制過程，從而改善發動機的工作性能。

系統分類

按其空氣噴入的部位可分為兩類：

二次空氣噴射系統示意圖

第一類，新鮮空氣被噴入排氣歧管的基部，即排氣歧管與汽缸體相連線的部位，因此，排氣中的HC、CO只能從排氣歧管開始被氧化；

第二類，新鮮空氣通過汽缸蓋上的專設管道噴入排氣門後汽缸蓋內的排氣通道內，排氣中HC、CO的氧化更早進行。二次空氣噴射系統按照結構和工作原理的不同可以分為空氣泵型和吸氣器型兩種結構類型。

按控制形式不同可分為：

空氣泵型

空氣泵型二次空氣噴射系統主要由空氣泵、分流閥、連線管道、空氣噴射歧管等組成。

工作原理是：當發動機工作時，通過曲軸傳動帶帶動空氣泵運轉，泵送量大而壓力較低的空氣流通過軟管進入分流閥。正常情況下，分流閥上閥門開啟，空氣流經分流閥、單向閥進入空氣噴射歧管。空氣噴射歧管將空氣流噴入發動機排氣孔或排氣歧管，與排氣中的HC、CO反應，使其進一步轉化成CO2和水蒸氣，以減少排氣污染。一旦空氣泵泵送的空氣壓力太高，釋壓閥起作用，瞬間切斷向空氣噴射歧管供應的空氣，防止發動機產生回火，經過幾秒後，雙向作用閥下落，又恢復向空氣噴射歧管供應空氣，二次空氣噴射系統正常工作。

空氣泵型二次空氣噴射系統

當汽車冷啟動時會要求比平常高的混合氣才能保證運轉平穩。由於這個原因，電子控制模組（ECU）在冷啟動時會命令發動機在開路循環模式（固定空燃比）運轉20到120秒，直到氧感測器達到正常溫度。而在這個過程中，尾氣中會生成大量一氧化氮和碳氫化合物等大氣污染物。這些一氧化碳和碳氫化合物是可以繼續被氧化而減小污染的。只可惜此時的尾氣中沒有足夠的氧氣來進行氧化。

針對空氣泵型二次空氣噴射系統的詳細分析

（1）空氣泵的結構

空氣泵裝在發動機前端，由一個離心式空氣濾清器和一個葉片泵組成。空氣泵由發動機曲軸帶輪經傳動帶驅動，向噴射系統供應量大而壓力底的空氣。

離心式空氣濾清器裝在泵的轉子軸的一端與泵以同轉速轉動。離心式空氣濾清器的作用是清潔進入空氣泵的空氣。離心式空氣濾清器的濾清原理是，當葉輪高速轉動時，空氣中的塵粒與空氣相比，質量較大，在離心力的作用下從進入到空氣泵里的空氣流中分離出去。

葉片泵由泵殼、轉子、葉片、葉片密封槽、進氣道和出氣道等組成。為了使葉片能與泵殼內孔間形成大小不同的空腔，轉子旋轉中心線與泵殼內孔中心線並不重合。在帶輪帶動下，轉子在一條與泵殼內孔不重合的軸線上旋轉。兩片葉片在轉子的槽中一夾角180°布置，並在槽中滑動，葉片與轉子槽間有密封槽。

（2）空氣泵的工作原理

a. 當泵轉動時，第1個葉片從進氣孔上掃過，這一掃過逐漸增大了進氣孔一邊由轉子、葉片和泵殼內孔形成的進氣室的容積，從而產生一定的真空度，在該真空的作用下，經離心式空氣濾清器濾清的空氣則進入進氣室。

b. 轉子繼續轉動，第2個葉片又掃過進氣孔，此時，上述第1個葉片轉動使吸入的空氣被限制在由兩個葉片、轉子和泵殼內孔所密閉的較大的空間裡，當轉子繼續轉動時，這部分空氣便被掃到一個較小的空間裡，使其受到壓縮。

c. 轉子繼續轉動，一旦第1個葉片開始掃過泵的排氣孔，則該部分已被壓縮的空氣就從排氣孔泵送進噴射系統中去，從而完成空氣泵的一個進氣-壓縮-排氣循環。轉子每轉1圈，完成上述2個循環。

當泵的轉子以高速運轉時，上述循環則不間斷地進行，源源不斷地為噴射系統提供新鮮空氣。

分流閥

分流閥常作為一個單獨的總成用螺栓裝在空氣泵上，而管路則用軟管與空氣泵和空氣噴射歧管相連。設定分流閥的目的是當發動機突然減速時，防止排氣系統“回火”到空氣泵。

當節氣門突然關閉、發動機突然減速時，會在進氣管里很高的真空度，從而導致進入汽缸的可燃混合氣變的太濃，在作功行程里無法完全燃燒。排氣時，就有較多的沒有充分燃燒的混合氣經排氣門排往排氣管。如果在這時，二次空氣噴射系統把新鮮空氣噴入排氣歧管或噴入*近排氣門的排氣孔，則新鮮空氣便加劇了未充分燃燒的混合氣在排氣管內的燃燒，從而產生“回火”。而設定分流閥的作用在於發動機突然減速的最初時間裡，瞬間把空氣泵送來的空氣排如大氣，使新鮮空氣不能噴入排氣管，從而防止了“回火”的發生。

當節氣門開度突然減小、發動機突然減速時，在進氣管產生了較大的真空度，該真空度通過管道傳到分流閥膜片表面，在該真空度的作用下，膜片克服彈簧力向上運動，帶動雙向作用閥的下閥打開了下閥口，經下閥口與釋氣孔（由消聲材料製作）相通，使從空氣泵來的空氣流無聲地瞬間排往大氣。但是，空氣泵來的空氣流被分流閥排往大氣的時間僅僅能進行一瞬間，其原因是在膜片上加工有孔板流量孔，該孔能很快平衡膜片兩邊的氣壓。因此在彈簧力的作用下，膜片和雙向作用閥在幾秒內又回到下面位置。雙向作用閥又關閉了下閥口，空氣泵便又開始向排氣歧管或排氣門區供應新鮮空氣。

釋壓閥（限壓閥）主要由閥體、彈簧、閥門和閥座等組成，其作用是當發動機高速運轉，空氣泵泵送的空氣流氣壓超過釋壓閥彈簧預調彈力時，空氣壓力克服彈簧彈力，促使閥門離開閥座，壓力過大的空氣則通過閥門與閥座間的通道經釋氣孔排入大氣，從而使進入空氣噴射歧管的空氣壓力基本上保持恆定；當空氣泵送來的空氣其壓力低於彈簧預調彈力時，彈簧壓閥門回位，從而切斷了排往大氣的通路。由此可見，釋壓閥彈簧的預調彈力決定了各種工況下，空氣泵泵送到整個二次空氣噴射系統的空氣壓力。

單向閥

單向閥，裝在空氣噴射管上。它允許從空氣泵來的具有一定壓力的空氣進入空氣噴射歧管，而防止高溫的發動機廢氣進入連線軟管和空氣泵。也就是說，若空氣泵皮帶斷裂或傳動 打滑等原因造成空氣泵停轉或轉速下降，空氣連線軟管漏氣等不能向噴射系統正常供應空氣時，單向閥可以保護二次空氣噴射系統免受高溫的廢氣損害。

空氣噴射歧管

空氣氣噴射歧管通常是由不銹剛管焊接而成，其形狀和分支數目由發動機的結構和汽缸數目而定。空氣噴射歧管的作用是把空氣泵泵送的新鮮空氣分別噴射進發動機排氣門附近的排氣孔里或噴入排氣歧管。

脈衝型

脈衝型二次空氣噴射系統也稱吸氣器型二次空氣噴射系統。該系統不是套用空氣泵泵送空氣進入噴射歧管，而是套用排氣壓力的脈衝將新鮮空氣吸入排氣系統。研究發現，每次排氣門關閉時，都會有這么一個很短的時間周期，在該時間周期內，排氣孔和排氣歧管內的氣壓都低於大氣壓力，也就是說產生了一個負壓（真空）脈衝。利用這個真空脈衝，經空氣濾清器吸入一定量空氣進入排氣歧管，用這部分空氣中的氧去氧化排氣中的HC和CO。如果該車還裝有催化式排氣淨化器，也可以用這部分空氣去供應催化式排氣淨化器對氧的需要。這就是脈衝型或稱吸氣器型二次空氣噴射系統的工作原理。

脈衝型二次空氣噴射系統

常見的脈衝型二次空氣噴射系統由鋼管、單向吸氣器、軟管等組成。鋼管的一端接吸氣器，另一端用連線盤與發動機排氣歧管相連通，把經空氣濾清器、軟管、吸氣器的新鮮空氣導入排氣歧管。

吸氣器實際上是一個單向閥，它允許從空氣濾清器來的空氣經鋼管流向排氣歧管，並防止排氣歧管中的廢氣鋼管回流到空氣濾清器。

裝有脈衝型二次噴射系統的發動機在怠速或低速運轉時，由於排氣歧管內的負壓脈衝使吸氣器閥門開啟。也就是說，在這種工況下，排氣閥門每關閉一次，在排氣歧管內則出現一次負壓脈衝，吸氣器的單向閥就開啟一次，閥門開啟，在外界大氣壓力的作用下，新鮮空氣經空氣濾清器、軟管、吸氣器、鋼管進入排氣歧管，去進一步氧化排氣中的HC、CO，減少排氣污染。當發動機高速運轉時，由於排氣門的關閉頻繁，每次的負壓脈衝周期特別短，由於慣性作用，吸氣器的單向閥不可能開啟，因此，吸氣器的單向閥門實際是關閉的，此時它只起到一個阻止廢氣排入空氣濾清器的截止閥的作用。也就是說，在發動機高速運轉時，脈衝型二次空氣噴射系統實際上是停止工作的。

電控

（1）電控空氣泵型二次空氣噴射系統

系統中的空氣由電控單元根據輸入信號通過控制相關電磁閥引往空氣濾清器、排氣管及催化式排氣淨化器中。該系統有兩套主控電磁閥，第一套電磁閥為分流閥，用於將空氣送往空氣濾清器；第二套電磁閥為開關電磁閥，用於將空氣送往排氣管或催化式排氣淨化器。該系統有以下幾種工作方式。

a. 在發動機冷態和開環狀態工作時，由於催化式排氣淨化器不夠熱，不能使用額外空氣，因此電控單元控制分流電磁閥和開關電磁閥，使空氣經分流電磁閥被送往開關電磁閥，而開關電磁閥將空氣引向排氣管。

b. 發動機在正常工作或閉環狀態工作時，電控單元控制分流電磁閥和開關電磁閥，使空氣經分流電磁閥被送往開關電磁閥，再由開關電磁閥將空氣送往催化式排氣淨化器中的氧化劑與還原劑之間，從而提高氧化劑的工作效率。

c. 當催化淨化器過熱時，加入的空氣對催化式排氣淨化器中的催化劑會造成污染，在這種情況下，電控單元控制分流電磁閥，將空氣送往空氣濾清器。

（2）電控脈衝型二次空氣噴射系統

系統由電控單元控制電磁閥的打開及關閉，電磁閥與單向閥（也稱檢查閥）相連，由於排氣中的壓力是正負交替的脈衝壓力波，當排氣壓力為負時，來自空氣濾清器的空氣進入排氣管；當壓力為正時，單向閥關閉，空氣不能返回。

二次空氣噴射系統也常被稱為補燃系統或後燃系統。其原因是可燃混合氣在汽缸內進行第一次燃燒後，其中那些未完全燃燒的部分由於人為地引入新鮮空氣而使其在排氣過程中進行了補燃，因而經消聲器排入大氣時的尾氣很少有或者完全沒有火星。而排氣內有火星是在有可燃氣體存在的情況下引發火災的一大原因。因此，二次空氣噴射系統也是防止內燃機尾氣引起火災的一項重要技術和設施。除了在轎車上套用外，它還廣泛套用於安全性能要求更高的內燃機車和專用汽車，如液化氣運輸車、輕油運輸車、機場加油車等。

診斷

系統測試

如果二次空氣噴射系統發生故障，則發動機溫度升高時，它不向排氣口泵人空氣，HC的排放量也會升高。進行測試時，應注意以下幾點：

（1）診斷二次空氣噴射系統，首先要檢查該系統上所有真空軟管和電路連線。

（2）此外空氣泵在皮帶輪的後面有一個離心式濾清器，空氣通過濾清器將灰塵過濾後流入氣泵。皮帶輪與濾清器用螺栓連線在泵軸上，可分別檢修它們。如果皮帶輪或濾清器彎曲、磨損或損壞，應將其更換。

（3）空氣泵的皮帶必須有特定的張力。帶輪鬆動或二次空氣噴射系統有故障，會導致二次噴射系統不能正常工作，最終導致廢氣成分升高或燃油消耗過量。

（4）二次空氣噴射系統的泄壓閥(其作用是當系統堵塞或阻力過大時，釋放壓力以防止空氣泵壓力過高)有的連在旁通閥和分流閥上，也有的連在空氣泵上。如果泄壓閥卡在開啟位置，來自空氣泵的空氣流將通過該閥連續排出，導致有害氣體的排放量增加。

（5）如果二次空氣噴射系統中的軟管有燒壞的跡象，這表明單向閥有泄漏，使排氣進入該系統。

（6）空氣歧管和管道的泄漏會導致廢氣漏出和產生大量噪聲。

（7）如果在旁通閥電磁閥或分流閥電磁閥中或相應的導線內有故障，或者是來自空氣泵的氣流連續逆流(從空氣泵流至排氣口)或順流(從空氣泵至催化轉換器)，二次空氣噴射系統可能會在發動機控制模組內設定故障碼。應使用故障診斷儀檢查與二次空氣噴射系統有關的所有故障代碼。在對系統進行進一步診斷之前，應查明這些代碼的原因。

旁通閥和分流閥的診斷

（1）旁通閥的診斷。

在起動發動機時，聽一聽短時間內是否有空氣從旁通閥排出。如果沒有空氣排出，則從旁通閥拆下真空軟管，再起動發動機。如果從旁通閥排出了空氣，應檢查旁通電磁閥和連線導線。當旁通閥仍無排出空氣時，應檢查從氣泵至該閥的空氣輸送情況，如果有空氣輸送，需更換旁通閥。

（2）分流閥的診斷。

在發動機溫度升高時，從分流閥處拆下至空氣泵排氣口的軟管，檢查是否有來自該軟管的氣流。如果有氣流，表明系統工作正常。如果沒有空氣流動，應從分流閥上拆下真空軟管，再將真空計連線到該軟管上。如果真空度高於3.38kPa，則應更換分流閥。如果真空度為零，應檢查至分流電磁閥的真空軟管、旁通電磁閥和連線導線。

當發動機處於正常工作溫度時，將分流閥至催化轉換器間的空氣軟管拆下，檢查是否有來自於該軟管的氣流。如果有氣流，表明在順流模式下系統工作是正常的。如果沒有氣流，則從分流閥上拆下真空軟管，再將真空表連線到該軟管上。如果真空表指示真空度為零，應更換分流閥。如果在真空表上指示有一定的真空度，應檢查至分流電磁閥的軟管管路、旁通電磁閥和連線導線。