電控發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比反饋控制 氧傳感器

電控發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比反饋控制氧傳感器第1頁(yè)/共38頁(yè)好大的煙霧喲！HC、CO、NO第2頁(yè)/共38頁(yè)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(yīng)力、保溫和密封的作用。安裝位置：在排氣消聲器前。對(duì)排氣中CO、HC和NO這三種有害物質(zhì)進(jìn)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。第3頁(yè)/共38頁(yè)陶瓷載體特點(diǎn)：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(yīng)用廣泛）陶瓷載體結(jié)構(gòu)：蜂窩狀，有成千上萬(wàn)個(gè)通道（60/cm），蜂窩狀提供巨大的催化表面。第4頁(yè)/共38頁(yè)（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(shí)際面積增大7000倍。中間層內(nèi)含有活性促進(jìn)劑。

陶瓷層

貴金屬層陶瓷層貴金屬薄膜中間層(WashCoat)高溫焊接點(diǎn)PtPtPdPdRhRh中間層：一是增大活性表面，提高氧化和還原反應(yīng)能力；二是提高催化器的儲(chǔ)氧能力。（影響催化效率）儲(chǔ)氧目的：避免空燃比控制過(guò)程中，“λ”波動(dòng)時(shí)所帶來(lái)轉(zhuǎn)換效率下降趨勢(shì)。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）。第5頁(yè)/共38頁(yè)氧化氧化+減低+3、三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理小知識(shí)：鉑和鈀是氧化催化劑，當(dāng)HC和CO與布滿鉑、鈀的熱表面接觸時(shí)，HC和CO就會(huì)分別與氧氣化合成水和二氧化碳。銠是還原催化劑，當(dāng)NOX與灼熱的銠接觸時(shí)，NOX就會(huì)脫去氧，還原為N。第6頁(yè)/共38頁(yè)4、三元催化轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換性能1）評(píng)價(jià)指標(biāo)：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(guān)系：0010020030040050060070050100溫度[°C]

轉(zhuǎn)化率[%]Light-off-point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(dāng)溫度超過(guò)950℃催化轉(zhuǎn)換器會(huì)過(guò)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(dá)到1200℃能有效工作）第7頁(yè)/共38頁(yè)

（2）轉(zhuǎn)換效率與混合氣濃度的關(guān)系NOX在轉(zhuǎn)化器中還原時(shí)需要H2、CO和HC等作為還原劑，混合氣過(guò)稀時(shí)，這些還原劑首先與氧反應(yīng)，所以NOX的還原反應(yīng)不能進(jìn)行。而當(dāng)混合氣過(guò)濃時(shí)，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(shí)凈化，且轉(zhuǎn)化效率最高？第8頁(yè)/共38頁(yè)5、催化轉(zhuǎn)換器的老化報(bào)廢的三元催化轉(zhuǎn)換器1）過(guò)熱老化：溫度過(guò)高，表面活性層燒結(jié)、晶體變大、表面縮小，導(dǎo)致活性喪失。2）化學(xué)毒化：燃油和機(jī)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(yīng)，造成活性下降，或上述元素覆蓋在活性層表面（稱為機(jī)械中毒）。3）自然老化：使用時(shí)間的增長(zhǎng)，也會(huì)喪失活性，轉(zhuǎn)換效率下降。注意：一定要使用無(wú)鉛汽油及加注符合規(guī)定的機(jī)油。第9頁(yè)/共38頁(yè)6、三元催化轉(zhuǎn)換器檢測(cè)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(guò)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(shuō)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(hù)罩的中央是否有非常明顯的暗灰斑點(diǎn)，如有則說(shuō)明催化轉(zhuǎn)化器曾處于過(guò)熱狀態(tài)，需做進(jìn)一步的檢查。用拳頭敲擊并晃動(dòng)催化轉(zhuǎn)化器，如果聽(tīng)到有物體移動(dòng)的聲音，則說(shuō)明其內(nèi)部催化劑載體破碎，需要更換催化轉(zhuǎn)化器。同時(shí)要檢查催化轉(zhuǎn)化器是否有裂紋，各連接是否牢固，各類導(dǎo)管是否有泄漏，如有則應(yīng)及時(shí)加以處理。觀察催化轉(zhuǎn)化器外殼上是否有嚴(yán)重的褪色斑點(diǎn)或略有成青色和紫色的痕跡，第10頁(yè)/共38頁(yè)2）背壓試驗(yàn)在催化轉(zhuǎn)化器前端排氣管的適當(dāng)位置上打一個(gè)孔，接出一個(gè)壓力表，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，在怠速和2500r/min時(shí)，分別測(cè)量排氣背壓，如果排氣背壓不超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所規(guī)定的限值，則表明催化劑載體沒(méi)有被阻塞。如果排氣背壓超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)以上的試驗(yàn)，如果催化轉(zhuǎn)化器阻塞，排氣背壓仍將超過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)所規(guī)定的限值。如果排氣背壓下降，則說(shuō)明消聲器或催化轉(zhuǎn)化器下游的排氣系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)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(jìn)行外觀檢查確認(rèn)催化劑載體完整是非常必要的。對(duì)有問(wèn)題的排氣管、消聲器和催化轉(zhuǎn)化器也可通過(guò)測(cè)量其前后的壓力損失來(lái)判斷。第11頁(yè)/共38頁(yè)3）真空試驗(yàn)將真空表接到進(jìn)氣歧管，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，使其從怠速逐漸升至2500r/min，觀察真空表的變化，如果這時(shí)真空度下降，則保持發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2500r/min不變，且此后真空度讀數(shù)明顯下降，則說(shuō)明催化轉(zhuǎn)化器有阻塞。第12頁(yè)/共38頁(yè)4、加熱法啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，預(yù)熱至正常工作溫度，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在2500r/min左右，將車輛舉升，用數(shù)字式溫度計(jì)（接觸式或非接觸式紅外線激光溫度計(jì)）測(cè)量催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)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(yīng)高于進(jìn)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(guò)以上范圍，則說(shuō)明廢氣中含有異常高濃度的CO和HC，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)本身做進(jìn)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(jìn)口溫度20～25％。第13頁(yè)/共38頁(yè)空燃比反饋控制控制目標(biāo)：理論空燃比（14.7：1）附近信號(hào)反饋：氧傳感器第14頁(yè)/共38頁(yè)空燃比反饋控制二個(gè)氧傳感器前（主）氧傳感器作用：空燃比控制的反饋信號(hào)。后（副）氧傳感器作用：將信號(hào)輸入給ECU測(cè)試催化凈化的效率。催化器正常

因?yàn)榇呋瘎┺D(zhuǎn)換碳?xì)浠衔锖鸵谎趸紩r(shí)消耗了氧，減少了后氧傳感器信號(hào)的波動(dòng)。判斷催化效率：后氧傳感器信號(hào)比前氧信號(hào)平緩,MIL燈不亮，說(shuō)明正常。第15頁(yè)/共38頁(yè)催化器不正?？刂铺綔y(cè)器監(jiān)視器探測(cè)器判斷催化效率：前后兩個(gè)波形十分接近，MIL燈點(diǎn)亮，說(shuō)明三元催化器已失效。第16頁(yè)/共38頁(yè)起動(dòng)工況，需要濃混合氣，以便發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。暖機(jī)工況，需要發(fā)動(dòng)機(jī)迅速升溫。大負(fù)荷工況，需要加濃混合氣，以便發(fā)動(dòng)機(jī)輸出最大功率。加速工況，需要發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低。氧傳感器信號(hào)失效，ECU將自動(dòng)進(jìn)入開(kāi)環(huán)控制狀態(tài)。此外，氧傳感器的溫度300℃以下時(shí)，反饋控制也不會(huì)發(fā)生作用?？杖急确答伩刂疲é耍┫铝星闆r空燃比實(shí)行開(kāi)環(huán)控制第17頁(yè)/共38頁(yè)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）第18頁(yè)/共38頁(yè)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(shí)氧離子易于移動(dòng)。當(dāng)氧離子移動(dòng)時(shí)即會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。電極引線鋯管防護(hù)套鋯管外面的防護(hù)套上開(kāi)有槽口或圓孔，使廢氣與鋯管外表面接觸。第19頁(yè)/共38頁(yè)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(dāng)混合氣較濃時(shí)，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(kuò)散量多，兩個(gè)鉑電極之間的電位差較高（約0.9V）。當(dāng)混合氣較稀時(shí)，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(kuò)散量少，兩個(gè)鉑電極之間的電位差較低（約0.1V）。第20頁(yè)/共38頁(yè)氧傳感器看成為電池和電阻，溫度影響氧離子的傳導(dǎo)能力。當(dāng)溫度低于300℃，幾乎不產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（內(nèi)阻很大），沒(méi)有信號(hào)輸出。當(dāng)溫度達(dá)到一定，在氧濃度差的作用下才產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)電壓。最適宜的工作溫度為600℃。3、加熱型氧傳感器第21頁(yè)/共38頁(yè)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后氧傳感器輸出的信號(hào)電壓先逐漸升高到0.45V，然后進(jìn)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(jìn)入了閉環(huán)狀態(tài)。4、輸出信號(hào)第22頁(yè)/共38頁(yè)氧傳感器輸出信號(hào)在理論空燃比附近，氧傳感器輸出電壓信號(hào)值有一個(gè)突變。氧傳感器相當(dāng)于一個(gè)混合氣濃、稀開(kāi)關(guān)。氧傳感器產(chǎn)生的電壓λ＝1時(shí)產(chǎn)生突變，λ＞1時(shí)，氧傳感器輸出電壓幾乎為零，λ＜1時(shí)，氧傳感器輸出電壓接近1V5、電壓特性第23頁(yè)/共38頁(yè)二、氧化鈦式（電阻式）氧傳感器1、結(jié)構(gòu)：有兩個(gè)二氧化鈦元件，一個(gè)感測(cè)排氣中氧含量的二氧化鈦陶瓷；另一個(gè)是實(shí)心二氧化鈦陶瓷用來(lái)作加熱調(diào)節(jié)，補(bǔ)償溫度誤差。小知識(shí)：純二氧化鈦（TiO2）在常溫下是一種高電阻的半導(dǎo)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。帶孔槽的金屬防護(hù)套

接線端用橡膠作密封材料，防止外界氣體滲人第24頁(yè)/共38頁(yè)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(diǎn)：電阻會(huì)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(dá)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(dòng)機(jī)工作過(guò)程中的溫度保持恒定。3、原理：當(dāng)混合氣濃時(shí)，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(dāng)混合氣稀時(shí)，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。第25頁(yè)/共38頁(yè)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(dāng)與一個(gè)混合氣的濃稀開(kāi)關(guān)，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(dāng)氧離子移動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。反之,若將電動(dòng)勢(shì)加在氧化鋯組件上,即會(huì)造成氧離子移動(dòng)。根據(jù)此原理即可由控制單元控制所想要的比例值。其實(shí)：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(chǔ)擴(kuò)展而來(lái)。第26頁(yè)/共38頁(yè)1、結(jié)構(gòu)正電極電源陶瓷負(fù)電極1-能斯特元件 2-加熱元件3-外界空氣管4-測(cè)量間隙5-漫射管兩個(gè)部分:一部分為感應(yīng)室,另一部分是泵氧元。感應(yīng)室的一面與大氣接觸,而另一面是測(cè)試腔,通過(guò)擴(kuò)散孔與排氣接觸,與普通氧化鋯傳感器一樣,由于感應(yīng)室兩側(cè)的氧含量不同而產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。第27頁(yè)/共38頁(yè)傳感器的關(guān)鍵部件泵氧元,泵氧元一邊是排氣,另一邊與測(cè)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(dòng)。一般的氧化鋯傳感器將此電壓作為控制單元的輸入信號(hào).而寬帶型氧傳感器不同的是:控制單元要把感應(yīng)室兩側(cè)的氧含量保持平衡,讓電壓值維持在0.45V,這個(gè)任務(wù)由泵氧元完成。第28頁(yè)/共38頁(yè)2、原理為達(dá)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(cè)試腔的氧含量增加,調(diào)節(jié)感應(yīng)室的電壓恢復(fù)到0.45V;把排氣中的氧泵入測(cè)試腔當(dāng)中,使感應(yīng)室兩側(cè)的電壓值維持在0.45V。這個(gè)施加在泵氧元上變化的電壓，才是我們要的氧含量信號(hào)。若混合汽太濃,

排氣中含氧量下降,此時(shí)從擴(kuò)散孔益出的氧較多,感應(yīng)室的電壓升高。第29頁(yè)/共38頁(yè)2、原理若混合汽太稀,排氣中的含氧量增加,氧要從擴(kuò)散孔進(jìn)入測(cè)試腔,感應(yīng)室電壓降低。此時(shí)泵氧元向外排出氧來(lái)平衡測(cè)試腔中的含氧量,使感應(yīng)室的電壓維持在0.45V?；旌蠚庀。é耍?）泵入氧氣，顯示低電壓?；旌蠚鉂獗贸鲅鯕?，顯示高電壓。ECU根據(jù)電壓信號(hào)，驅(qū)動(dòng)泵電流工作。信號(hào)電壓為0.45V，電流為0。第30頁(yè)/共38頁(yè)泵氧元的工作可使測(cè)試腔內(nèi)的氧多時(shí),排出腔內(nèi)的氧,這時(shí)控制單元的控制電流是正電流;當(dāng)腔內(nèi)的氧少時(shí),進(jìn)行供氧,此時(shí)控制單元的控制電流是負(fù)電流。2、原理第31頁(yè)/共38頁(yè)第32頁(yè)/共38頁(yè)控制單元把泵的電流消耗轉(zhuǎn)換成λ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λ值與泵電流的關(guān)系0電流，λ=1，理想混合氣。正電流，λ＞1，稀混合氣。負(fù)電流，λ＜1，濃混合氣。第33頁(yè)/共38頁(yè)氧傳感器常見(jiàn)故障1、氧傳感器中毒硅中毒：汽油和潤(rùn)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(shí)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(kuò)散，使氧傳感器失效。故障現(xiàn)象：使發(fā)動(dòng)機(jī)油耗和排氣污染增加，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)怠速不穩(wěn)、缺火