任务十三发动机微机控制排放系统的检修(一).ppt

项目十三 发动机微机控制排放系统的检修 一 1 掌握氧传感器的作用 结构和原理 2 掌握氧传感器的故障分析与检测方法 3 掌握三元催化转换器的作用 结构和工作原理 一 氧传感器的检修 技能一 故障分析 技能二 检修方法 任务载体 排放性能 采用氧传感器的最终目的是为了提高发动机的排放性能 1 作用 空燃比 氧 喷油 14 7 1 如何将空燃比控制为14 7 ECU如何获得空燃比信号 氧传感器作用 检测空燃比 实现空燃比闭环控制 根据传感元件材料 氧传感器有氧化锆和氧化钛型2种 其工作原理不同 目前 市场上的主要的氧传感器都是锆系氧传感器 因为锆系氧传感器寿命较长 也相对稳定 二氧化锆型 ZrO2 锆元素工作特性 氧化锆是具有传导氧离子能力的固体电解质 当温度达到300 氧化锆材料能够传导氧离子 从氧离子浓的一方向氧离子稀的一方流动 从而产生电压信号 二氧化钛型 TiO2 工作原理 尾气中的氧浓度不同 传感器的电阻发生变动 混合气浓的情况下 传感器电阻降低至1000欧姆以下 混合气稀的情况下 传感器电阻升高至20 000欧姆以上 2 类型 根据结构分类 非加热型氧传感器 1线 2线 利用发动机燃烧废气余热进行加热 一般装在离发动机排气口较近的排气管上 加热型氧传感器 3线 4线 内部设计有加热器 可利用系统供电电压强制使氧传感器加速预热 促使其快速反映 及早实现系统的闭环控制 可以装配在距离发动机排气管远端 根据功能或安装位置分类 控制用氧传感器 俗称前氧 可单独测量发动机燃烧废气中氧的浓度 生成电压信号反馈给ECU以达到理想空燃比状态 安装在三元催化器的上游位置 诊断用氧传感器 俗称后氧 安装在三元催化器下游端 控制用氧传感器 前氧 因老化而向ECU输送的电压信号曲线会发生偏移 诊断用氧传感器 后氧 会检测前氧 三元催化器是否仍然处于最佳工作状态 然后ECU就可计算出矫正偏移所需的补偿量 氧传感器安装位置 NTK常见外形 德尔福 DELPHI 常见外形 博世常见外形 全球几大主要知名氧传感器产家 1 德国 博世 BOSCH 2 日本 NGK NTK3 美国 德尔福 Delphi 4 日本 电装 Denso 电装 DENSO 常见外形 不同类型的氧传感器 检测方法不同 伸入排气管内 排气管上 3 结构及工作原理 氧传感器的核心元件是氧化锆管 它是一种固体电解质 其内外表面都覆盖有多孔铂电极和氧化铝保护层 内表面与大气相通 外表面与尾气接触 尾气在与锆管的外表面接触时 尾气中的残留氧气透过铂电极和氧化铝保护层同氧化锆接触 在一定高温下锆管内外由于氧浓差而产生电势差 当在浓燃烧时 尾气中的氧浓度降低 氧传感器输出电压升至参考电压以上 当在稀燃烧时 尾气中的氧浓度升高 氧传感器输出电压降至参考电压以下 1 氧化锆型氧传感器 加热 加热器 预热 300 锆管 敏感元件 废气 大气 冷态不工作 混合气浓 空燃比小于14 7 约为0 9V 混合气稀 空燃比大于14 7 约为0 1V 电压在空燃比14 7跃变 微电池 氧浓度差 电压无源传感器 参考电压0 45V 跃变 灵敏 精确 废气 大气 2 氧化钛型氧传感器 主要由二氧化钛元件 导线 金属外壳和接线端子等组成 当废气中的氧浓度高时 二氧化钛的电阻值增大 反之 废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小 利用适当的电路对电阻变量进行处理 即转换成电压信号输送给ECU 用来确定实际的空燃比 1 二氧化钛元件2 金属外壳3 陶瓷绝缘体4 接线端子5 陶瓷元件6 导线7 金属保护套 氧化钛型氧传感器的工作原理 3 宽频氧传感器 泵入混合气过浓时 泵氧单元以原来的工作电流工作 测试室的氧含量减少 氧传感器感应室电压值超过450mv 控制单元增大泵氧单元的工作电流 使泵氧单元旋转速度增加 增加泵氧速度 泵氧单元泵入测试室中的氧量增加 使感应室电压值恢复到450mv 控制单元根据增加的电流 折算成电压值 减少喷油量 混合气过稀时 泵在原来的工作电流下会泵入较多的氧 测试室中氧的含量增加 氧传感器感应室电压值低于450mv 控制单元减小泵氧单元的工作电流 使泵氧速度减小 泵氧单元泵入测试室中的氧量减少 使感应室电压值恢复到450mv 同时控制单元根据减少的电流 折算成电压值 增加喷油量 宽频氧传感器工作原理 泵送电流与过量空气系数的关系 监测灵敏度更高宽频氧传感器一般都用在稀薄燃烧发动机中 在全空燃比范围内 0 7 4 0 起作用 控制精确度更高 比较 传统氧传感器只能反映混合气的浓稀 而它能精确反馈空燃比 最大限度的发挥三元催化器的作用 降低有害气体的排放 宽频氧传感器特点 低频脉冲 直流电压档 观察信号跳动 评价氧传感器性能的三大指标 最大 近1V最小 近0V变化次数 一般10s变化不少于8次 2500r min 氧传感器的信号波形 2500r min 4 特性 氧化锆氧传感器信号特征 空燃比闭环控制的条件 发动机怠速和部分负荷 氧传感器信号的影响因数分析 氧传感器信号 氧传感器信号不仅反映氧传感器性能 同时反映发动机的工作状态 氧传感器失效 正确使用 5 故障检修 加热器电源 加热器控制 步骤1 读资料 识别电路 氧传感器连接器图 步骤2 分析故障点 步骤3 检测方法 氧传感器检测 线路电压 起动12V 加热器电阻 室温1 5 连线动态测量 万用表 0 1V 10s内不少于8次 0 7V 1 0V 0 1V 0 3V 条件 热机 2500r min 氧传感器的信号波形 2500r min 氧传感器的信号波形 怠速 频率 转速 断线动态测量 条件 热机 2500r min 过浓或过稀 信号电压是否有变化 点火ON 线路0 45V 步骤4 排除 拆下氧传感器 找根本 排故障 辨别氧传感器中毒 正常特征 保护管无残留 颜色呈暗灰色 机油污染特征 保护管表面覆上一层黑色油状的沉积物 成因 燃油添加剂或机油进入发动机进行燃烧 硅中毒特征 保护管沉积物颜色介于亮白色和颗粒状的浅灰色之间 成因 硅化合物存在于一些密封材料 润滑剂及防冻剂中的腐蚀抑制成分 铅中毒特征 保护管表面有发亮的生锈层 成因 使用含铅汽油 大多数的氧传感器经过含铅汽油的侵蚀后 使用里程数会急剧下降 防冻剂污染成因 防冻剂从气缸盖处泄露至发动机 进行燃烧 车型 宁波美日MR6370A型轿车 装用天津丰田8A FE电喷发动机 故障 发动机怠速不稳 排气管冒黑烟且排污超标 故障灯亮起 诊断 故障代码21 起动待发动机温度上升为60 以上时 用万用表检测氧传感器的输出信号 始终为0 7V 拔下一根发动机的真空管 使混合气变稀 再堵住空气滤清器 使混合气变浓 输出电压还是0 7V不变 说明氧传感器损坏 修复 拆下氧传感器 顶尖呈棕色状 铅中毒 更换后试车 故障灯熄灭 故障排除 分析 使用含铅汽油 汽油中的铅造成氧传感器失效 ECU不能实行空燃比闭环控制 造成怠速时混合气较浓 案例1 氧传感器铅中毒 案例分析 车型 奔驰S350故障 怠速抖动 急加速不良检查 1 读故障码 24 氧传感器故障 2 检测氧传感器 4线 加热元件电阻为7欧 电压为13 7V 正常 信号始终为0 1 0 2V 没有变化 不正常 氧传感器至控制单元无断路 短路 正常 3 检查进气系统 发现真空管老化脱落 4 检查点火系统 发现高压正常 点火延续时间过短 发现火花塞型号不符合要求 更换真空管和火花塞后恢复正常 分析 真空管老化脱落和点火不可靠 排气中的氧多 氧传感器信号持续偏低 案例2 氧传感器 虚假 故障 案例分析 二 三元催化转化与闭环控制系统 汽车排放控制技术的发展过程 机外净化二次空气喷射技术 颗粒物捕集技术 热反应器技术 三元催化净化技术 氧化催化技术等 汽车尾气净化的主要方式 目前轻型车排气的最主要净化方式 机内净化汽油喷射电控系统 典型低排放燃烧系统 废气再循环系统以及其他机内净化技术等 三元催化器将汽车排气系统中的有害物质碳氢化合物 一氧化碳和氮氧化物转化为水 二氧化碳和氮气 四部分 1壳体2减震层 垫片 3载体 蜂窝状陶瓷4活性涂层 铂 钯 铑贵金属及稀土化合物等 催化剂 垫片 壳体 核心部分 催化涂层 1 壳体 壳体材料一般为409不锈钢 壳体型腔与载体尺寸完全相配 过渡部分合理引导和分布气体的流动方向 体积较大的壳体在结构上设加强筋以提高刚度 2 垫片 金属垫层 具有较大的弹性 能够很好地保护载体免受强气流冲击 非金属膨胀垫层 除了减震作用以外 还具有隔热 防止气流旁通以及催化剂松动的作用 垫片 在催化转化器中起减振 抗冲击 缓解热应力 保护载体不受损坏 保温和密封的作用 载体承载催化剂 提供大的比表面 使催化剂与有害气体充分接触 最常用载体为陶瓷蜂窝载体及金属蜂窝载体 常用规格有400目 600目等 陶瓷蜂窝载体主要技术参数 外形尺寸 抗压强度 抗热冲击性 孔密度 壁厚 热膨胀系数 吸水率等 3 载体 4 催化剂 目前 车辆中广泛使用的催化剂是铂 钯 铑以及过渡金属氧化物 稀土氧化物等 催化剂参数 贵金属含量 贵金属比例等催化剂性能指标 起燃温度 空燃比特性和耐久性 催化剂涂覆材料包括 催化剂 催化助剂 稳定剂 Al2O3涂层材料等 催化剂活性组分 三元催化器工作过程动画 车载三元催化器外观图 有催化剂参与的化学反应称为催化反应 固体催化剂对气态或液态反应物所起的催化作用为多相催化 车用三元催化器上进行的反应也为多相催化反应 催化反应过程 催化剂表面上的反应过程 催化器转化效率与使用条件密切相关 最关键因素 1 空燃比2 使用温度 在三元催化器中 HC和CO进行氧化反应 NOx进行还原反应 富氧时HC CO转化效率高 贫氧时NOx的转化效率高 在理论值附近一个很窄的范围内 HC CO和NOx转化效率都比较高 称为空燃比窗口 空燃比窗口 选择和匹配催化剂配方的一个重要参数 1 空燃比 转化效率达到50 的温度为起燃温度 它是选择和匹配催化剂配方的另一个重要参数 在三元催化剂的开发中 要尽量降低起燃