电控发动机空燃比反馈控制 氧传感器.ppt

动动脑 提出问题 考查学生知识储备 1 什么是空燃比 空燃比与空气过量系数是否同一个概念 2 混合气过浓 过稀对发动机有哪些影响 3 你知道发动机不同工况对混合气浓度的要求 4 ECU判断混合气浓稀程度的依据是什么 空燃比反馈控制与氧传感器 好大的烟雾哟 HC CO NO 三元催化转换器 1 功能 1 壳体壳体一般由不锈钢制成 以防因氧化皮脱落而造成催化剂的堵塞 2 减震层减震层一般由膨胀挚片和钢丝网两种 起到减震 缓解热应力 保温和密封的作用 安装位置 在排气消声器前 对排气中CO HC和NO这三种有害物质进行净化处理 2 构造 金属外壳 隔热减振衬垫 载体 涂在载体上催化活性层 陶瓷载体特点 易加工 成本低 可以烧结成圆柱形 椭圆形或多边形截面 3 载体 承载催化活性层 整体式载体 陶瓷载体 应用广泛 陶瓷载体结构 蜂窝状 有成千上万个通道 60 cm 蜂窝状提供巨大的催化表面 4 催化活性层 在载体的表面涂覆一层y AI2O3为中间层 活性层 具有多孔性且极其疏松 表面粗糙使通道实际面积增大7000倍 中间层内含有活性促进剂 中间层 一是增大活性表面 提高氧化和还原反应能力 二是提高催化器的储氧能力 影响催化效率 储氧目的 避免空燃比控制过程中 波动时所带来转换效率下降趋势 活性层表面上涂覆一层主要有贵金属Pt Ph催化活性物质 Pt加速HC CO氧化 Ph加速NO还原 可用Pd替代Pt 昂贵 3 三元催化转换器转换原理 小知识 铂和钯是氧化催化剂 当HC和CO与布满铂 钯的热表面接触时 HC和CO就会分别与氧气化合成水和二氧化碳 铑是还原催化剂 当NOX与灼热的铑接触时 NOX就会脱去氧 还原为N 4 三元催化转换器转换性能 1 评价指标 转换效率 2 影响三元催化转换器转换效率的因素 1 转换效率与温度的关系 三元催化转换器的起燃温度一般为250 270 左右 最佳工作温度通常为350 800 当温度超过950 催化转换器会过热而丧失活性 有最近资料介绍提高陶瓷载体的耐高温性 可以达到1200 能有效工作 2 转换效率与混合气浓度的关系 NOX在转化器中还原时需要H2 CO和HC等作为还原剂 混合气过稀时 这些还原剂首先与氧反应 所以NOX的还原反应不能进行 而当混合气过浓时 CO和HC则不能被充分氧化 为什么混合气浓度要在理论空燃比附近才能被同时净化 且转化效率最高 5 催化转换器的老化 报废的三元催化转换器 1 过热老化 温度过高 表面活性层烧结 晶体变大 表面缩小 导致活性丧失 2 化学毒化 燃油和机油中的一些元素 铅 磷 锰 硫 特别是铅 和催化器中的活性材料发生反应 造成活性下降 或上述元素覆盖在活性层表面 称为机械中毒 3 自然老化 使用时间的增长 也会丧失活性 转换效率下降 注意 一定要使用无铅汽油及加注符合规定的机油 6 三元催化转换器检测 1 外观检查检查催化转化器在行驶中是否受到损伤以及是否过热 将车辆升起之后 观察催化转化器表面是否有凹陷 如有明显的凹痕和刮擦 则说明催化转化器的载体可能受到损伤 在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点 如有则说明催化转化器曾处于过热状态 需做进一步的检查 用拳头敲击并晃动催化转化器 如果听到有物体移动的声音 则说明其内部催化剂载体破碎 需要更换催化转化器 同时要检查催化转化器是否有裂纹 各连接是否牢固 各类导管是否有泄漏 如有则应及时加以处理 观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或略有成青色和紫色的痕迹 2 背压试验在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔 接出一个压力表 启动发动机 在怠速和2500r min时 分别测量排气背压 如果排气背压不超过发动机所规定的限值 则表明催化剂载体没有被阻塞 如果排气背压超过发动机所规定的限值 则需将催化转化器后端的排气系统拆掉 重复以上的试验 如果催化转化器阻塞 排气背压仍将超过发动机所规定的限值 如果排气背压下降 则说明消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题 破碎的催化剂载体滞留在下游的排气系统中 所以首先进行外观检查确认催化剂载体完整是非常必要的 对有问题的排气管 消声器和催化转化器也可通过测量其前后的压力损失来判断 3 真空试验将真空表接到进气歧管 启动发动机 使其从怠速逐渐升至2500r min 观察真空表的变化 如果这时真空度下降 则保持发动机转速2500r min不变 且此后真空度读数明显下降 则说明催化转化器有阻塞 4 加热法启动发动机 预热至正常工作温度 将发动机转速维持在2500r min左右 将车辆举升 用数字式温度计 接触式或非接触式红外线激光温度计 测量催化转化器进口和出口的温度 需尽量靠近催化转化器 50mm内 如果车辆在主催化转化器之前还安装了副催化转化器 主催化转化器出口温度应高于进口温度15 20 如果出口温度值低于以上的范围 则催化转化器工作不正常 需更换 如果出口温度值超过以上范围 则说明废气中含有异常高浓度的CO和HC 需对发动机本身做进一步的检查 正常工作的催化转化器 其出口的温度高于进口温度20 25 空燃比反馈控制 控制目标 理论空燃比 14 7 1 附近 信号反馈 氧传感器 空燃比反馈控制 二个氧传感器前 主 氧传感器作用 空燃比控制的反馈信号 后 副 氧传感器作用 将信号输入给ECU测试催化净化的效率 催化器正常 因为催化剂转换碳氢化合物和一氧化碳时消耗了氧 减少了后氧传感器信号的波动 判断催化效率 后氧传感器信号比前氧信号平缓 MIL灯不亮 说明正常 催化器不正常 控制探测器 监视器探测器 判断催化效率 前后两个波形十分接近 MIL灯点亮 说明三元催化器已失效 起动工况 需要浓混合气 以便发动机起动 暖机工况 需要发动机迅速升温 大负荷工况 需要加浓混合气 以便发动机输出最大功率 加速工况 需要发动机输出最大扭矩 以便提高汽车速度 减速工况 需要停止喷油 使发动机转速迅速降低 氧传感器信号失效 ECU将自动进入开环控制状态 此外 氧传感器的温度300 以下时 反馈控制也不会发生作用 空燃比反馈控制 下列情况空燃比实行开环控制 1 功用 2 类型 安装位置 排气管上 外形 氧传感器 氧化锆 电压式 氧化钛 电阻式 宽频式 电流式 一 氧化锆式 电压式 传感器 1 结构 1 锆管 多孔性试管状陶瓷体 内外表面均覆盖着一层多孔铂膜作为电极 内表面与大气相通 外表面与排气管中的废气接触 氧化锆特性 在高温时氧离子易于移动 当氧离子移动时即会产生电动势 锆管外面的防护套上开有槽口或圆孔 使废气与锆管外表面接触 2 原理 内表面与大气接触 氧气浓度高 外表面与排气接触 氧气浓度低 当混合气较浓时 排气中氧离子含量较少 大气中氧离子浓度很大 锆管内 外表面之间的氧离子浓度差较大 氧离子扩散量多 两个铂电极之间的电位差较高 约0 9V 当混合气较稀时 排气中氧离子含量较多 锆管内 外表面之间的氧离子浓度差小 氧离子扩散量少 两个铂电极之间的电位差较低 约0 1V 氧传感器看成为电池和电阻 温度影响氧离子的传导能力 当温度低于300 几乎不产生电动势 内阻很大 没有信号输出 当温度达到一定 在氧浓度差的作用下才产生相应的信号电压 最适宜的工作温度为600 3 加热型氧传感器 当发动机起动后氧传感器输出的信号电压先逐渐升高到0 45V 然后进入升高和下降 混合气变浓和变稀 的循环 后者表示燃油反馈控制系统进入了闭环状态 4 输出信号 氧传感器输出信号 在理论空燃比附近 氧传感器输出电压信号值有一个突变 氧传感器相当于一个混合气浓 稀开关 氧传感器产生的电压 1时产生突变 1时 氧传感器输出电压几乎为零 1时 氧传感器输出电压接近1V 5 电压特性 二 氧化钛式 电阻式 氧传感器 1 结构 有两个二氧化钛元件 一个感测排气中氧含量的二氧化钛陶瓷 另一个是实心二氧化钛陶瓷用来作加热调节 补偿温度误差 小知识 纯二氧化钛 TiO2 在常温下是一种高电阻的半导体 但表面一旦缺氧 其晶体便出现空缺 产生更多的电子 电阻随之减小 二氧化钛式和氧化锆式的主要区别 氧化锆式是将废氧中的氧分子含量的变化转换成电压的变化 而二氧化钛式是将废气中的氧分子含量的变化转换成传感器电阻的变化 2 特点 电阻会随排气中氧浓度的变化而变化 可变电阻 为了使氧传感器能迅速达到工作温度 300 在氧传感器内部有热敏电阻加热元件 以保持氧传感器在发动机工作过程中的温度保持恒定 3 原理 当混合气浓时 排气中氧含量少 氧化钛管外表面氧很少 二氧化钛呈现低电阻 当混合气稀时 排气中氧含量多 氧化钛管外表面氧浓度大 二氧化钛呈现高电阻 三 宽频式 电流式 氧传感器 氧化锆式和氧化钛式氧传感器相当与一个混合气的浓稀开关 只能判断混合气是浓的还是稀的 不能判断出浓多少还是稀多少 氧化锆型氧传感器的特性 即当氧离子移动时会产生电动势 反之 若将电动势加在氧化锆组件上 即会造成氧离子移动 根据此原理即可由控制单元控制所想要的比例值 其实 宽带型氧传感器的基本控制原理就是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来 1 结构 两个部分 一部分为感应室 另一部分是泵氧元 感应室的一面与大气接触 而另一面是测试腔 通过扩散孔与排气接触 与普通氧化锆传感器一样 由于感应室两侧的氧含量不同而产生一个电动势 传感器的关键部件泵氧元 泵氧元一边是排气 另一边与测试腔相连 1 结构 泵氧元 利用氧化锆传感器的反作用原理 将电压施加于氧化锆组件 泵氧元 上 造成氧离子的移动 一般的氧化锆传感器将此电压作为控制单元的输入信号 而宽带型氧传感器不同的是 控制单元要把感应室两侧的氧含量保持平衡 让电压值维持在0 45V 这个任务由泵氧元完成 2 原理 为达到平衡 控制单元增加控制电流使泵氧元增加泵氧效率 使测试腔的氧含量增加 调节感应室的电压恢复到0 45V 把排气中的氧泵入测试腔当中 使感应室两侧的电压值维持在0 45V 这个施加在泵氧元上变化的电压 才是我们要的氧含量信号 若混合汽太浓 排气中含氧量下降 此时从扩散孔益出的氧较多 感应室的电压升高 2 原理 若混合汽太稀 排气中的含氧量增加 氧要从扩散孔进入测试腔 感应室电压降低 此时泵氧元向外排出氧来平衡测试腔中的含氧量 使感应室的电压维持在0 45V 混合气稀 1 泵入氧气 显示低电压 混合气浓泵出氧气 显示高电压 ECU根据电压信号 驱动泵电流工作 信号电压为0 45V 电流为0 泵氧元的工作可使测试腔内的氧多时 排出腔内的氧 这时控制单元的控制电流是正电流 当腔内的氧少时 进行供氧 此时控制单元的控制电流是负电流 2 原理 控制单元把泵的电流消耗转换成 值 就可以精确地判断出混合气的浓 稀程度 宽频式氧传感器 值与泵电流的关系 0电流 1 理想混合气 正电流 1 稀混合气 负电流 1 浓混合气 氧传感器常见故障 1 氧传感器中毒 硅中毒 汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅 使氧传感器失效 修理时要正确选用和安装橡胶垫圈 不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等 铅中毒 使用含铅的汽油 阻碍了氧离子的扩散 使氧传感器失效 故障现象 使发动机油耗和排气污染增加 发动机出现怠速不稳 缺火 喘振等故障现象 白色顶尖 棕色顶尖 2 积炭 氧传感器表面积碳 或内部进入了油污或尘埃等沉积物 会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部 使氧传感器输出的信号失准 ECU不能及时地修正空燃比 3 机油污染 使氧传感器表面覆上一层油状的沉积物 从而使氧传感器的反应延迟或失灵 原因 使用了燃油添加剂或者发动机在 烧机油 黑色顶尖 氧传感器的正常颜色 淡灰色顶尖 氧传感器常见故障 4 氧传感器陶瓷碎裂 避免硬物敲击或用强烈气流吹洗 5 加热器电阻丝烧断 传感器达不到正常的工作温度而失去作用 6 氧传感器内部线路断脱 氧传感器的检测