任务十三 发动机微机控制排放系统的检修(一).ppt

1、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

2、。 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，

3、 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：

4、博世（BOSCH） 2、日本：NGK-NTK 3、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

5、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-

6、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

7、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(=0.74.0)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,

8、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 15,连线动态测量（万用表）：,01V,10s内不少于8次,0.7V1.0V,0.1V0.3V,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

9、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

10、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

11、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

12、、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

13、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

14、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，要尽量降低起燃温度。 催化