電控發(fā)動機空燃比反饋控制 氧傳感器.ppt

動動腦 提出問題 考查學生知識儲備 1 什么是空燃比 空燃比與空氣過量系數(shù)是否同一個概念 2 混合氣過濃 過稀對發(fā)動機有哪些影響 3 你知道發(fā)動機不同工況對混合氣濃度的要求 4 ECU判斷混合氣濃稀程度的依據(jù)是什么 空燃比反饋控制與氧傳感器 好大的煙霧喲 HC CO NO 三元催化轉(zhuǎn)換器 1 功能 1 殼體殼體一般由不銹鋼制成 以防因氧化皮脫落而造成催化劑的堵塞 2 減震層減震層一般由膨脹摯片和鋼絲網(wǎng)兩種 起到減震 緩解熱應力 保溫和密封的作用 安裝位置 在排氣消聲器前 對排氣中CO HC和NO這三種有害物質(zhì)進行凈化處理 2 構(gòu)造 金屬外殼 隔熱減振襯墊 載體 涂在載體上催化活性層 陶瓷載體特點 易加工 成本低 可以燒結(jié)成圓柱形 橢圓形或多邊形截面 3 載體 承載催化活性層 整體式載體 陶瓷載體 應用廣泛 陶瓷載體結(jié)構(gòu) 蜂窩狀 有成千上萬個通道 60 cm 蜂窩狀提供巨大的催化表面 4 催化活性層 在載體的表面涂覆一層y AI2O3為中間層 活性層 具有多孔性且極其疏松 表面粗糙使通道實際面積增大7000倍 中間層內(nèi)含有活性促進劑 中間層 一是增大活性表面 提高氧化和還原反應能力 二是提高催化器的儲氧能力 影響催化效率 儲氧目的 避免空燃比控制過程中 波動時所帶來轉(zhuǎn)換效率下降趨勢 活性層表面上涂覆一層主要有貴金屬Pt Ph催化活性物質(zhì) Pt加速HC CO氧化 Ph加速NO還原 可用Pd替代Pt 昂貴 3 三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理 小知識 鉑和鈀是氧化催化劑 當HC和CO與布滿鉑 鈀的熱表面接觸時 HC和CO就會分別與氧氣化合成水和二氧化碳 銠是還原催化劑 當NOX與灼熱的銠接觸時 NOX就會脫去氧 還原為N 4 三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換性能 1 評價指標 轉(zhuǎn)換效率 2 影響三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換效率的因素 1 轉(zhuǎn)換效率與溫度的關系 三元催化轉(zhuǎn)換器的起燃溫度一般為250 270 左右 最佳工作溫度通常為350 800 當溫度超過950 催化轉(zhuǎn)換器會過熱而喪失活性 有最近資料介紹提高陶瓷載體的耐高溫性 可以達到1200 能有效工作 2 轉(zhuǎn)換效率與混合氣濃度的關系 NOX在轉(zhuǎn)化器中還原時需要H2 CO和HC等作為還原劑 混合氣過稀時 這些還原劑首先與氧反應 所以NOX的還原反應不能進行 而當混合氣過濃時 CO和HC則不能被充分氧化 為什么混合氣濃度要在理論空燃比附近才能被同時凈化 且轉(zhuǎn)化效率最高 5 催化轉(zhuǎn)換器的老化 報廢的三元催化轉(zhuǎn)換器 1 過熱老化 溫度過高 表面活性層燒結(jié) 晶體變大 表面縮小 導致活性喪失 2 化學毒化 燃油和機油中的一些元素 鉛 磷 錳 硫 特別是鉛 和催化器中的活性材料發(fā)生反應 造成活性下降 或上述元素覆蓋在活性層表面 稱為機械中毒 3 自然老化 使用時間的增長 也會喪失活性 轉(zhuǎn)換效率下降 注意 一定要使用無鉛汽油及加注符合規(guī)定的機油 6 三元催化轉(zhuǎn)換器檢測 1 外觀檢查檢查催化轉(zhuǎn)化器在行駛中是否受到損傷以及是否過熱 將車輛升起之后 觀察催化轉(zhuǎn)化器表面是否有凹陷 如有明顯的凹痕和刮擦 則說明催化轉(zhuǎn)化器的載體可能受到損傷 在催化轉(zhuǎn)化器防護罩的中央是否有非常明顯的暗灰斑點 如有則說明催化轉(zhuǎn)化器曾處于過熱狀態(tài) 需做進一步的檢查 用拳頭敲擊并晃動催化轉(zhuǎn)化器 如果聽到有物體移動的聲音 則說明其內(nèi)部催化劑載體破碎 需要更換催化轉(zhuǎn)化器 同時要檢查催化轉(zhuǎn)化器是否有裂紋 各連接是否牢固 各類導管是否有泄漏 如有則應及時加以處理 觀察催化轉(zhuǎn)化器外殼上是否有嚴重的褪色斑點或略有成青色和紫色的痕跡 2 背壓試驗在催化轉(zhuǎn)化器前端排氣管的適當位置上打一個孔 接出一個壓力表 啟動發(fā)動機 在怠速和2500r min時 分別測量排氣背壓 如果排氣背壓不超過發(fā)動機所規(guī)定的限值 則表明催化劑載體沒有被阻塞 如果排氣背壓超過發(fā)動機所規(guī)定的限值 則需將催化轉(zhuǎn)化器后端的排氣系統(tǒng)拆掉 重復以上的試驗 如果催化轉(zhuǎn)化器阻塞 排氣背壓仍將超過發(fā)動機所規(guī)定的限值 如果排氣背壓下降 則說明消聲器或催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題 破碎的催化劑載體滯留在下游的排氣系統(tǒng)中 所以首先進行外觀檢查確認催化劑載體完整是非常必要的 對有問題的排氣管 消聲器和催化轉(zhuǎn)化器也可通過測量其前后的壓力損失來判斷 3 真空試驗將真空表接到進氣歧管 啟動發(fā)動機 使其從怠速逐漸升至2500r min 觀察真空表的變化 如果這時真空度下降 則保持發(fā)動機轉(zhuǎn)速2500r min不變 且此后真空度讀數(shù)明顯下降 則說明催化轉(zhuǎn)化器有阻塞 4 加熱法啟動發(fā)動機 預熱至正常工作溫度 將發(fā)動機轉(zhuǎn)速維持在2500r min左右 將車輛舉升 用數(shù)字式溫度計 接觸式或非接觸式紅外線激光溫度計 測量催化轉(zhuǎn)化器進口和出口的溫度 需盡量靠近催化轉(zhuǎn)化器 50mm內(nèi) 如果車輛在主催化轉(zhuǎn)化器之前還安裝了副催化轉(zhuǎn)化器 主催化轉(zhuǎn)化器出口溫度應高于進口溫度15 20 如果出口溫度值低于以上的范圍 則催化轉(zhuǎn)化器工作不正常 需更換 如果出口溫度值超過以上范圍 則說明廢氣中含有異常高濃度的CO和HC 需對發(fā)動機本身做進一步的檢查 正常工作的催化轉(zhuǎn)化器 其出口的溫度高于進口溫度20 25 空燃比反饋控制 控制目標 理論空燃比 14 7 1 附近 信號反饋 氧傳感器 空燃比反饋控制 二個氧傳感器前 主 氧傳感器作用 空燃比控制的反饋信號 后 副 氧傳感器作用 將信號輸入給ECU測試催化凈化的效率 催化器正常 因為催化劑轉(zhuǎn)換碳氫化合物和一氧化碳時消耗了氧 減少了后氧傳感器信號的波動 判斷催化效率 后氧傳感器信號比前氧信號平緩 MIL燈不亮 說明正常 催化器不正常 控制探測器 監(jiān)視器探測器 判斷催化效率 前后兩個波形十分接近 MIL燈點亮 說明三元催化器已失效 起動工況 需要濃混合氣 以便發(fā)動機起動 暖機工況 需要發(fā)動機迅速升溫 大負荷工況 需要加濃混合氣 以便發(fā)動機輸出最大功率 加速工況 需要發(fā)動機輸出最大扭矩 以便提高汽車速度 減速工況 需要停止噴油 使發(fā)動機轉(zhuǎn)速迅速降低 氧傳感器信號失效 ECU將自動進入開環(huán)控制狀態(tài) 此外 氧傳感器的溫度300 以下時 反饋控制也不會發(fā)生作用 空燃比反饋控制 下列情況空燃比實行開環(huán)控制 1 功用 2 類型 安裝位置 排氣管上 外形 氧傳感器 氧化鋯 電壓式 氧化鈦 電阻式 寬頻式 電流式 一 氧化鋯式 電壓式 傳感器 1 結(jié)構(gòu) 1 鋯管 多孔性試管狀陶瓷體 內(nèi)外表面均覆蓋著一層多孔鉑膜作為電極 內(nèi)表面與大氣相通 外表面與排氣管中的廢氣接觸 氧化鋯特性 在高溫時氧離子易于移動 當氧離子移動時即會產(chǎn)生電動勢 鋯管外面的防護套上開有槽口或圓孔 使廢氣與鋯管外表面接觸 2 原理 內(nèi)表面與大氣接觸 氧氣濃度高 外表面與排氣接觸 氧氣濃度低 當混合氣較濃時 排氣中氧離子含量較少 大氣中氧離子濃度很大 鋯管內(nèi) 外表面之間的氧離子濃度差較大 氧離子擴散量多 兩個鉑電極之間的電位差較高 約0 9V 當混合氣較稀時 排氣中氧離子含量較多 鋯管內(nèi) 外表面之間的氧離子濃度差小 氧離子擴散量少 兩個鉑電極之間的電位差較低 約0 1V 氧傳感器看成為電池和電阻 溫度影響氧離子的傳導能力 當溫度低于300 幾乎不產(chǎn)生電動勢 內(nèi)阻很大 沒有信號輸出 當溫度達到一定 在氧濃度差的作用下才產(chǎn)生相應的信號電壓 最適宜的工作溫度為600 3 加熱型氧傳感器 當發(fā)動機起動后氧傳感器輸出的信號電壓先逐漸升高到0 45V 然后進入升高和下降 混合氣變濃和變稀 的循環(huán) 后者表示燃油反饋控制系統(tǒng)進入了閉環(huán)狀態(tài) 4 輸出信號 氧傳感器輸出信號 在理論空燃比附近 氧傳感器輸出電壓信號值有一個突變 氧傳感器相當于一個混合氣濃 稀開關 氧傳感器產(chǎn)生的電壓 1時產(chǎn)生突變 1時 氧傳感器輸出電壓幾乎為零 1時 氧傳感器輸出電壓接近1V 5 電壓特性 二 氧化鈦式 電阻式 氧傳感器 1 結(jié)構(gòu) 有兩個二氧化鈦元件 一個感測排氣中氧含量的二氧化鈦陶瓷 另一個是實心二氧化鈦陶瓷用來作加熱調(diào)節(jié) 補償溫度誤差 小知識 純二氧化鈦 TiO2 在常溫下是一種高電阻的半導體 但表面一旦缺氧 其晶體便出現(xiàn)空缺 產(chǎn)生更多的電子 電阻隨之減小 二氧化鈦式和氧化鋯式的主要區(qū)別 氧化鋯式是將廢氧中的氧分子含量的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化 而二氧化鈦式是將廢氣中的氧分子含量的變化轉(zhuǎn)換成傳感器電阻的變化 2 特點 電阻會隨排氣中氧濃度的變化而變化 可變電阻 為了使氧傳感器能迅速達到工作溫度 300 在氧傳感器內(nèi)部有熱敏電阻加熱元件 以保持氧傳感器在發(fā)動機工作過程中的溫度保持恒定 3 原理 當混合氣濃時 排氣中氧含量少 氧化鈦管外表面氧很少 二氧化鈦呈現(xiàn)低電阻 當混合氣稀時 排氣中氧含量多 氧化鈦管外表面氧濃度大 二氧化鈦呈現(xiàn)高電阻 三 寬頻式 電流式 氧傳感器 氧化鋯式和氧化鈦式氧傳感器相當與一個混合氣的濃稀開關 只能判斷混合氣是濃的還是稀的 不能判斷出濃多少還是稀多少 氧化鋯型氧傳感器的特性 即當氧離子移動時會產(chǎn)生電動勢 反之 若將電動勢加在氧化鋯組件上 即會造成氧離子移動 根據(jù)此原理即可由控制單元控制所想要的比例值 其實 寬帶型氧傳感器的基本控制原理就是以普通氧化鋯型氧傳感器為基礎擴展而來 1 結(jié)構(gòu) 兩個部分 一部分為感應室 另一部分是泵氧元 感應室的一面與大氣接觸 而另一面是測試腔 通過擴散孔與排氣接觸 與普通氧化鋯傳感器一樣 由于感應室兩側(cè)的氧含量不同而產(chǎn)生一個電動勢 傳感器的關鍵部件泵氧元 泵氧元一邊是排氣 另一邊與測試腔相連 1 結(jié)構(gòu) 泵氧元 利用氧化鋯傳感器的反作用原理 將電壓施加于氧化鋯組件 泵氧元 上 造成氧離子的移動 一般的氧化鋯傳感器將此電壓作為控制單元的輸入信號 而寬帶型氧傳感器不同的是 控制單元要把感應室兩側(cè)的氧含量保持平衡 讓電壓值維持在0 45V 這個任務由泵氧元完成 2 原理 為達到平衡 控制單元增加控制電流使泵氧元增加泵氧效率 使測試腔的氧含量增加 調(diào)節(jié)感應室的電壓恢復到0 45V 把排氣中的氧泵入測試腔當中 使感應室兩側(cè)的電壓值維持在0 45V 這個施加在泵氧元上變化的電壓 才是我們要的氧含量信號 若混合汽太濃 排氣中含氧量下降 此時從擴散孔益出的氧較多 感應室的電壓升高 2 原理 若混合汽太稀 排氣中的含氧量增加 氧要從擴散孔進入測試腔 感應室電壓降低 此時泵氧元向外排出氧來平衡測試腔中的含氧量 使感應室的電壓維持在0 45V 混合氣稀 1 泵入氧氣 顯示低電壓 混合氣濃泵出氧氣 顯示高電壓 ECU根據(jù)電壓信號 驅(qū)動泵電流工作 信號電壓為0 45V 電流為0 泵氧元的工作可使測試腔內(nèi)的氧多時 排出腔內(nèi)的氧 這時控制單元的控制電流是正電流 當腔內(nèi)的氧少時 進行供氧 此時控制單元的控制電流是負電流 2 原理 控制單元把泵的電流消耗轉(zhuǎn)換成 值 就可以精確地判斷出混合氣的濃 稀程度 寬頻式氧傳感器 值與泵電流的關系 0電流 1 理想混合氣 正電流 1 稀混合氣 負電流 1 濃混合氣 氧傳感器常見故障 1 氧傳感器中毒 硅中毒 汽油和潤滑油中含有的硅化合物燃燒后生成的二氧化硅 使氧傳感器失效 修理時要正確選用和安裝橡膠墊圈 不要在傳感器上涂敷制造廠規(guī)定使用以外的溶劑和防粘劑等 鉛中毒 使用含鉛的汽油 阻礙了氧離子的擴散 使氧傳感器失效 故障現(xiàn)象 使發(fā)動機油耗和排氣污染增加 發(fā)動機出現(xiàn)怠速不穩(wěn) 缺火 喘振等故障現(xiàn)象 白色頂尖 棕色頂尖 2 積炭 氧傳感器表面積碳 或內(nèi)部進入了油污或塵埃等沉積物 會阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器內(nèi)部 使氧傳感器輸出的信號失準 ECU不能及時地修正空燃比 3 機油污染 使氧傳感器表面覆上一層油狀的沉積物 從而使氧傳感器的反應延遲或失靈 原因 使用了燃油添加劑或者發(fā)動機在 燒機油 黑色頂尖 氧傳感器的正常顏色 淡灰色頂尖 氧傳感器常見故障 4 氧傳感器陶瓷碎裂 避免硬物敲擊或用強烈氣流吹洗 5 加熱器電阻絲燒斷 傳感器達不到正常的工作溫度而失去作用 6 氧傳感器內(nèi)部線路斷脫 氧傳感器的檢測