氧传感器及催化转化器.ppt

第六节 催化转化器和氧传感器 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 一.催化转化器的结构和类型 结构：催化转化器由金属外壳、载体和活性催化剂层组成。 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。 （１）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０.２５ｍｍ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 （２）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。 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 ２。催化转化对象 （１）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（λ＜１），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 在稀混合气的条件下还原氮氧化物的过程中会生成氨气（ＮＨ３），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。 （２）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 （３）ＮＯｘ储存式催化转化器。缸内直接喷射的稀燃发动机排出ＮＯｘ的浓度明显高于传统的动力装置。ＮＯｘ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ＣＯ促使硝酸盐还原成氮气。发动机管理系统的ＥＣＵ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 ３，催化转化器的工作条件 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２５０℃，而要达到转化率高且寿命长的理想状况，温度应为４００℃ ～８００℃。当温度达到８００℃ ～１０００℃ 时，稀有金属会烧结在ＡＬ２Ｏ３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１０００℃，会使催化剂迅速变质，很快就变得无用。 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 热稳定性（临界温度达到９５０℃）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１０万千米。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１４００℃以上，则会将载体材料烧熔而使转化器完全损坏。 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。 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 二。氧传感器 （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。 １，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（Ｃｅｒａｍｉｃ） 是指经高温烧结而成的多晶态无机材料的总称。陶瓷性能