任务5.1　检修氧传感器和三元催化转化器（课件）-《汽车发动机电控系统与检修》同步教学（上海交通大学出版社）

项目5 排放控制系统的检修 任务5.1　检修氧传感器和三元催化转化器 任务引入 刘先生的爱车最近出现了异常：发动机运转时排气管会排放大量黑烟，而且油耗增加了不少。于是他把车送到汽车维修厂进行检修。 在汽车维修厂，维修技师用汽车尾气分析仪对该车的尾气进行了检测，结果显示污染物排放量远远超出了限值。于是，维修技师对三元催化转化器进行检查，但没有发现异常。然后，维修技师从排气管上把氧传感器拆下进行检测，发现氧传感器的电阻值远大于标准值。维修技师更换了氧传感器后，启动发动机对该车的尾气再次进行检测，结果显示污染物排放量已低于限值，该车恢复了正常。 任务引入 本任务要求学生了解发动机排放的主要污染物和常见的排放控制系统，掌握氧传感器和三元催化转化器的基础知识和检修方法。本任务的知识与技能要求如表5-1 所示。 任务工单——检测氧传感器 学生领取任务工单（详见教材），并完成工单内容。 1.学生分组 2.获取信息 3.任务准备 6.课堂小结 4.任务实施 5.考核评价 相关知识 5.1.1　排放控制系统概述 发动机运转时，可燃混合气的燃烧、燃油和润滑油的蒸发、曲轴箱的窜气等会排放各种成分复杂的污染物，主要有碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）等，如表5-8所示。 1．发动机排放的主要污染物 相关知识 相关知识 为了最大限度减少污染物排放量，满足污染物排放法规和标准的要求，各汽车厂商研发了多种排放控制系统，常见的有三元催化转化（英文简称TWC）系统、燃油蒸发排放控制（英文简称EVAP）系统和曲轴箱强制通风（英文简称PCV）系统等。 2．常见的排放控制系统 三元催化转化系统可将汽车尾气中的HC、CO和NOx转化为无害的H2O、CO2和N2，以达到净化污染物的目的。 燃油蒸发排放控制系统可将燃油供给系统产生的燃油蒸气进行收集，并将其送入进气歧管参与燃烧，不但能减少污染物排放量，还能使燃油得到充分利用。 曲轴箱强制通风系统可将窜入曲轴箱的可燃混合气和燃烧后的废气导入进气歧管，使其燃烧，以减少污染物排放量。 相关知识 5.1.2　氧传感器 在排放控制系统中，三元催化转化系统是最有效的污染物净化系统，它主要由三元催化转化器、前氧传感器和后氧传感器等组成，如下图所示。 1．概述 其中，前氧传感器用来检测汽车尾气中氧的含量，ECU据此对喷油量进行调整，使可燃混合气的空燃比保持在最佳范围，以减少污染物排放量；后氧传感器用来检测三元催化转化器的净化效率。 相关知识 2．二氧化锆氧传感器 1）结构 二氧化锆氧传感器的结构如右图所示。它主要由保护套、锆管、加热元件、壳体、碟簧、支撑管、导线支架和线束等组成，其中锆管为感应元件，它的材料为二氧化锆，是一种在有氧环境下能产生电压的陶瓷材料。 相关知识 2）工作原理 在二氧化锆氧传感器中，锆管内、外表面覆盖了具有透气孔的薄层铂作为电极。其中，锆管内表面是正极，它与大气相通；锆管外表面是负极，它与汽车尾气相通。当发动机运转时，高温尾气使锆管内、外表面的氧气发生电离，由于内表面氧离子的含量高，外表面氧离子的含量低，因此锆管内、外表面电极之间将会产生电压差，这个电压差作为传感器的信号经导线支架和线束输送给ECU，ECU据此计算汽车尾气中氧的含量。 相关知识 二氧化锆氧传感器输出信号的特性与排气温度有关。当排气温度低于300℃时，二氧化锆氧传感器输出信号的特性不稳定。早期使用的二氧化锆氧传感器是依靠汽车尾气进行加热的，它在发动机启动运转几分钟后才开始工作。现在，大部分汽车使用的二氧化锆氧传感器带有加热元件，可在汽车启动后20～30 s迅速将二氧化锆氧传感器加热至工作温度。 提示 相关知识 3．二氧化钛氧传感器 1）结构 二氧化钛氧传感器的结构与二氧化锆氧传感器相似，不同之处在于二氧化钛氧传感器的保护套内是二氧化钛感应元件，如右图所示。二氧化钛是一种电阻值可随氧的含量变化而变化的半导体材料。 相关知识 2）工作原理 二氧化钛感应元件在常温下具有很高的电阻值，但其表面一旦缺氧便会出现晶格缺陷，感应元件的电阻值将会降低。发动机运转时，ECU向二氧化钛氧传感器提供蓄电池电压，该电路中还串联一个电阻用来分压。当汽车尾气中氧的含量发生变化时，二氧化钛感应元件的电阻值会随之变化，从而使二氧化钛氧传感器输出不同的电压。这个电压作为传感器的信号输送给ECU，ECU据此计算尾气中氧的含量。 相关知识 二氧化钛感应元件有芯片式和厚膜式两种。其中，芯片式二氧化钛感应元件将铂金属线埋入二氧化钛芯片中，铂金属线同时作为电极和催化剂使用；厚膜式二氧化钛感应元件是采用半导体封装工艺中的氧化铝层压板工艺制成的厚膜元件。由于二氧化钛感应元件的电阻值会随温度的变化而变化，因此二氧化钛氧传感器内部通常也装有加热元件，以保持传感器在发动机运转过程