氧传感器及催化转化器.
第六节催化转化器和氧传感器o催化转化器是降低尾气排放的装置，它是燃烧后处理。转化器内的贵金属钯，铂，铑作为催化剂，将尾气中的有害气体HC.C0转化成水和CO2，将氮氧化物转化成氧气和氮气。催化转化器必须是混合气在理论空燃比附近才能发挥最大的作用，为了有效的利用三元催化，净化尾气要提高空燃比的控制精度，就需要通过氧传感器来检测尾气中氧气浓度来判别空燃比的大小，以修正实际喷油量。第六节催化转化器和氧传感器o一.催化转化器的结构和类型o结构：催化转化器由金属外壳、载体和活性催化剂层组成。o分类：1.现在主要有两种不同的载体装置，即陶瓷单体式和金属单体式。o（）陶瓷单体式。陶瓷材料为耐高温的镁铝硅酸盐，这种单体结构对机械应力特别敏感，所以需要将它装在一个金属壳内。壳体内壁与载体之间是直径约为.的高合金钢丝缠绕成的柔性金属网。金属网必须是柔性的，以弥补汽车行驶底盘碰撞挤压产生的机械应力。第六节催化转化器和氧传感器o（）金属单体式。金属单体仅是有限地使用，它们主要用作预催化（启动催化器），装在紧靠发动机的位置，这样发动机冷启动后就可以更快地进行催化转化。使用中的主要问题是它的价格比陶瓷单体昂贵。o涂在陶瓷单体或金属单体表层上的活性催化物质都为稀有金属铂和钯或铂和铑。活性催化物质依附在氧化铝的洁净表面上，这个载体表层使催化转化器的有效表面积增大了几千倍。第六节催化转化器和氧传感器o。催化转化对象o（）双床催化转化器。双床催化转化器由两个串联的催化单元组成，因此命名“双床”。这种方案只用于发动机在浓混合气（），即空气不足的场合。废气在进入氧化催化转化器之前，先通过一个催化转化还原装置还原氮氧化物，然后又有空气喷在两个转化器之间。第二级催化氧化碳氢化合物和一氧化碳。因为只有在浓混合气条件下才能工作，所以从燃油经济性的角度来看，双床原理是缺乏吸引力的。它的优点是能够使用在没有电子控制的简单的混合气形成系统中。它的一个很大的缺点是，第六节催化转化器和氧传感器o在稀混合气的条件下还原氮氧化物的过程中会生成氨气（），一部分氨气在随后的空气喷射中会再次氧化变化氮氧化物。o（）三元催化转化器。三元催化也叫单床转化器。优越性主要在于它能将三种污染物都除去一大部分。催化高效率的条件是发动机吸入的混合气始终保持在理论空燃比附近。所以三元催化转化器必须和氧传感器组成的闭环控制结合在一起，才能达到的最有效的污染净化系统，这就是最严格的排放限制要求使用这种系统的原因。第六节催化转化器和氧传感器o（）储存式催化转化器。缸内直接喷射的稀燃发动机排出的浓度明显高于传统的动力装置。储存式催化转化器利用稀废气中的氧气将氮氧化物氧化为硝酸盐，聚集在转化器的活性物质表面。当催化剂的能力快要耗尽时，储存催化剂必须能再生。再生的方法是将发动机的工况暂时切换到均匀的浓混合气状态，这时所提供的大量的促使硝酸盐还原成氮气。发动机管理系统的根据已存储的数据来评价转化器的吸收和释放性能，以此来控制储存和再生状态。装在催化转化器前后的两只氧传感器共同监测排放值。第六节催化转化器和氧传感器o，催化转化器的工作条件o温度是催化转化器的一个很重要的影响因素。有效转化污染物的最低温度是，而要达到转化率高且寿命长的理想状况，温度应为。当温度达到时，稀有金属会烧结在载体的表面上，减小了有效催化接触面积，并加速催化剂的热老化。温度超过，会使催化剂迅速变质，很快就变得无用。o考虑过热失效大大限制了安装位置的选择范围，最终只能采取折中方式。通过改善涂层的第六节催化转化器和氧传感器o热稳定性（临界温度达到）有望缓解这种局面。催化转化器在良好的工作条件下，至少能运行万千米。另外，若发动机工作不正常，如失火，可能使催化剂的温度达到以上，则会将载体材料烧熔而使转化器完全损坏。o知识点滴：防止高温出现的主要方法是发展极度可靠的缸内失火识别系统。电控点火系的失火识别功能为达到这些标准做出了很大贡献。o另一个能保证长期可靠工作的条件是发动机使用专用的无铅汽油。发动机的残余机油也会使催化转化器“中毒”。第六节催化转化器和氧传感器o二。氧传感器o（一）氧传感器的类型根据监测混合气浓度的范围，氧传感器可分为窄带式和宽带式两种。窄带型又分为氧化锆式和氧化钛式两种氧传感器。，窄带型氧传感器的结构和工作原理传统陶瓷是以氧化物为主，主要是天然硅酸盐矿物的烧结体，而新型陶瓷还有氮、碳、硼和砷的氧化物。现在，陶瓷（）是指经高温烧结而成的多晶态无机材料的总称。陶瓷性能主要由其组成和微观结构的特点而定。第六节催化转化器和氧传感器结构和显微组织的多样性决定了陶瓷具有多种功能和广泛用途，这里只介绍功能性陶瓷材料。功能性陶瓷材料是通过各种物理因素如声、光、热、电、磁、气作用而显示出独特功能的材料。例如，（二氧化锆）、（二氧化钛）的高温电子陶瓷，对于氧气浓度差显示出优良的敏感特性。图窄带型氧化锆式氧传感器和输出信号返回第六节催化转化器和氧传感器o）氧化锆式氧传感器o氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体，即二氧化锆（）固体电解质。陶瓷体制成试管式的管状，亦称锆管。锆管固定在带有安装螺丝的固定套中，其内表面与大气相通，外表面与废气相通。锆管内外表面都覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极。氧传感器安装于排气管上，为了防止废气中的杂质腐蚀铂膜，在锆管外表的铂膜上覆盖有一层多孔的陶瓷层，并且还加装一个防护套管，套管上开有槽口。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一孔，用于锆管内表面与大气相通，电线将锆管内表面铂极经绝缘套从传感器引出。图氧传感器工作原理返回第六节催化转化器和氧传感器o工作原理：锆管的陶瓷体是多孔的，允许氧渗入该固体电解质内，温度较高时，氧气分子发生电离变成氧离子。若陶瓷体内（大气）外（废气）侧氧离子含量不一致，即存在着浓差时，在固体电解质内部氧离子从大气一侧向排气一侧扩散，结果，锆管元件成了一个微电池，在锆管两铂极间产生电压。当混合气稀时，排气中所含氧多，两侧氧浓度差小，只产生小的电压；而当混合气浓时，排气中氧含量少，同时伴有较多的未完全燃烧的产物，如、等，这些成分在锆管外表面的铂催化作用下，与氧发生反应，消耗排气中残第六节催化转化器和氧传感器o余的氧，使锆管外表面氧气浓度变成零，这样就使得两侧氧浓度差突然增大，两极间产生的电压也突然增大。o知识点滴：由于信号只在空燃比.附近突变，其他空燃比范围信号差别不大，所以只能利用它在.上下的两态信号判断浓稀，而不能具体知道空燃比的大小。o氧化钛式氧传感器o氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛（）第六节催化转化器和氧传感器o材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性构成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛是在室温下具有很高电阻的半导体。但当排气中氧含量少（混合气浓）时，氧分子将脱离，使其晶体出现缺陷，便有更多的电子可用来传送电流，材料的电阻亦随之降低。此种现象与温度和氧含量有关，因此，欲将二氧化钛在的排气温度中连续使用，必须做温度补偿。氧化钛式氧传感器具有两个二氧化钛元件，一个是具有多孔性用来感测排气中氧含量的二氧化钛陶瓷，另一个则为第六节催化转化器和氧传感器o实心二氧化钛陶瓷用来作加热调节，补偿温度的误差。该传感器外端以具有孔槽的金属管作为防护套，一方面让废气可以进出，另一方面防止里面二氧化钛元件受到外物撞击。传感器接线端以橡胶作为密封材料，防止外界气体渗入。它一般安装于排气歧管或尾管上，同时可借助排气高温将传感器加热至适当的工作温度。o氧化钛式氧传感器的优点是结构简单，造价便宜，抗腐蚀抗污染能力强，经久耐用，可靠性高。第六节催化转化器和氧传感器o知识点滴：二氧化钛式氧传感器的输出特性与水温传感器的输出特性差不多，所以线路图与水温传感器相同。o知识点滴：二氧化钛式氧传感器与二氧化锆式相比信号有差别，原因是它们的变化趋势正好相反，即混合气浓时二氧化钛式氧传感器电压变低，二氧化锆式电压变高。o）氧传感器的两个功能o（）混合气浓。输出电压大于.时，收到信号后减少喷油量；混合气稀时输出小于.，收到信号后增加喷油量，从而控制空燃比。第六节催化转化器和氧传感器o（）监测催化转化器的效率。这个监测过程要根据安装在转化器后端的副氧传感器，它是作为装在转化器前端的主氧传感器的补充。因为一个处于转化效率高的催化转化器会在还原时放出更多氧气，这些氧气在氧化、时是用不了的，所以多余的氧气会削o弱氧传感器的波动。o随着催化剂的老化，催化转化效果逐渐恶化，最终，来自主副两个氧传感器的信号曲线会聚一点。因此两个氧传感器发出信号的比值可作为评估催化转化器工作状况的依据。当探测到催化转化器中的故障时，仪表三元催化器故障灯将会提醒驾驶者。第六节催化转化器和氧传感器o）氧化锆式氧传感器和加热器o氧化锆式氧传感器输出信号的强弱与氧传感器内腔通大气端的工作温度有关，内腔通大气端的工作温度越高氧离子数目越多，输出信号越明显。所以有些氧传感器采用加热式的方法来保证其工作温度，称之为加热式氧传感器。加热后，氧化锆这种陶瓷通渗性更好。o加热式氧传感器的结构原理与不加热式的相同，只是在传感器内部增加了一个陶瓷加热元件加热。早期的加热器不受控制，温度不准，大气端的氧离子数目不恒定，信号不精确，且不能进行自诊断。第六节催化转化器和氧传感器o现在轿车的加热器负极端由控制，通过检测电流（过热时电阻大，电流小）来确定加热器的温度，控制温度更精确。其优点是使氧传感器安装灵活性大，不受极端升温的影响，同时，也扩大了混合气闭环控制的工作范围。图为大众窄带型氧化锆式氧传感器电路示意图。图大众窄带型氧化锆式氧传感器电路示意图返回第六节催化转化器和氧传感器o知识点滴：电脑识别氧传感器加热器加热温度的方法是加热温度过高时，电阻变大，回路的电流会变小，电脑改变通电状态为频率状态，频率状态。o）氧传感器的万用表检查o丰田车系氧传感器可以用检测仪检查，没有检测仪时可用万用表检查。这里主要介绍万用表检查。图为丰田发动机自诊断插座。o测量检查连接器的端子和与之间的电压图丰田发动机自诊断插头返回第六节催化转化器和氧传感器o（）暖机至发动机正常工作温度。o（）用短接线短接自诊断插头的端子和。o（）将红表笔接至检查连接器的端子和，而黑表笔接至检查连接器的端子。使发动机在下运转约，加热氧传感器。然后，保持发动机在下运转，数一数伏特表指针在的摆动次数。新传感器每指针摆动次正常，即高电位.为次，低电位.为次。电压始终为或始终为不正常。第六节催化转化器和氧传感器o暖机至发动机正常工作温度。发动机加速到节气门部分开度，测量检查连接器端子和与之间的电压。电压在.交变。o.宽带型氧（）传感器o窄带型氧传感器在内外有氧离子浓度差时，氧离子由高浓度向低浓度扩散时形成电池；反过来对陶瓷加电流时，会在陶瓷内外形成氧离子浓度差而形成氧气泵，且加电流方向决定氧离子的扩散方向，利用这个原理把陶瓷加电流做成泵气的单元泵。第六节催化转化器和氧传感器o宽带型氧传感器恰恰是利用了窄带型氧传感器和单元泵的工作原理合二为一的、测量范围变大的气体浓度传感器。o窄带型氧传感器发出的是混合气稀或浓的交替跃变信号，不能直接确定浓稀偏离程度，偏离程度由多次修正才能在电脑内得出。而宽带氧传感器可以通过废气流来确定浓稀偏离程度。第六节催化转化器和氧传感器o废气流通过气室，只有当“气室氧浓度”是标准空燃比.时，窄带型氧传感器信号才在.，这时
