氮氧化物传感器安装在什么位置 氮氧化物传感器工作原理

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氮氧化物传感器作用

废气排放

燃烧过程产生的未处理的废气通过排气歧管进入三元催化转换器内。废气中的残余含氧量经过具有稳态特性曲线的氧传感器进行测量。发动机管理系统根据测定结果对燃烧过程的质量进行评估,然后根据需要进行相应的干预。

废气通过三位一体的排气歧管、三元催化转换器和氮氧化物储存催化转换器进入双通道。排气系统的主要任务是将燃烧过程中产生的物质可靠地从发动机输送到汽车的后部,同时抑制噪声。废气的成分由传感器进行监控。发动机管理系统监视给出的结果以便优化随后的燃烧过程。

发动机排气系统见图。

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图2-141 发动机排气系统(某宝马发动机)

1—氧传感器(具有稳态特性曲线的主氧传感器);2—三元催化转换器(气缸列2);3—排气温度传感器;4—氮氧化物储存催化转换器(气缸列2);5—氮氧化物储存催化转换器(气缸列1);6—氮氧化物传感器;7—中间消音器;8—后部消音器;9一排气挡板;10—氧传感器(监控具有不稳定特性的传感器);11—三位一体排气歧管(气缸列2);12—三元催化转换器(气缸列1);13—三位一体排气歧管(气缸列1)


废气中含有的3种污染物HC、CO和NOx都在三元催化转换器内转换成无毒的成分H2O、CO2和N2。催化剂是能够触发化学反应的一种物质,但是不参与化学反应过程。含碳的成分通过氧化作用进行转换。转换所需要的氧有一部分来自废气中的残余氧气和氮氧化物中的氧成分。在这个过程中,氮氧化物被还原成分子状的无害氮气。但是,与均匀工作模式一样,这个过程只在氮氧化物的含量相对较低时才可能实现。


废气处理过程见图

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发动机废气处理过程

1一控制具有上升特性的传感器;2—发动机控制单元;3—氮氧化物传感器;4一氮氧化物储存催化转换器;5—排气温度传感器;6—监控具有不稳定特性的传感器;7—三元催化转换器


三元催化转换器的功能性由安装在催化转换器下游的具有不稳定特性的氧传感器来进行监控。在氧传感器的帮助下,发动机控制单元探测是否有足够的氧从废气中取得并被用来转化污染物。


氮氧化物储存催化转换器

当发动机在稀混合气模式下工作时,废气排放的效果就使碳含量急剧下降。废气内的含氧量增加,碳含量降低,意味着氮氧化物的浓度不能在三元催化转换器内降低。此外,在λ=1附近,氮氧化物的含量开始急剧增加。在空气略微过剩的情况下,氮氧化物废气的极限值范围λ在1.05~1.1之间。

为了补偿废气的增加以及三元催化转换器再生能力的降低,发动机需要配备其他功能部件来对废气进行处理。每个三元催化转换器的下游都连接1个氮氧化物储存催化转换器。废气中的氮氧化物在这些储存催化转换器内进行隔离,然后转化成无害的物质。


氮氧化物储存催化转换器的设计和结构类似于三元催化转换器。洗涤层(承载层)可以用贵金属作为催化剂,还有一种材料用来储存氮氧化物。氮氧化物储存催化转换器的工作温度范围为220~450℃,也就是说它可以在这个温度范围内接收、排放和转换氮氧化物。对于脱硫过程而言,需要更高的温度,即600~650℃。

以上这些工作温度由排气温度传感器进行监控。根据储存在发动机管理系统内的一个计算模型以及氮氧化物传感器给出的测定值对氮氧化物的反应进行控制和监控。在氮氧化物储存催化转换器的有效温度范围之外,发动机在均匀模式下工作。图2-143为发动机配备的E93型氮氧化物储存催化转换器(宝马某发动机)。

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图2-143 发动机配备的E93型氮氧化物储存 催化转换器(宝马某发动机)

1一排气温度传感器;2—氮氧化物储存催化转换器(气缸列1);3—氮氧化物储存催化转换器(气缸列2);4—氮氧化物传感器

氮氧化物传感器结构和工作原理

1. 氮氧化物传感器结构

氮氧化物传感器(图2-144)由有效的测量探头和一种相关的控制单元组成。控制单元通过LoCAN与发动机控制单元进行通信。

氮氧化物传感器安装在什么位置 氮氧化物传感器工作原理

图2-145 氮氧化物传感器的功能原理

1—泵电流(第一个舱);2—催化剂成分;3—氮气输出口;4—泵电流(第二个舱);5—隔离板2;6—二氧化锆固体电解质;7—隔离板1

氮氧化物传感器工作原理

N0x传感器的主要作用是检测排气中的N0x浓度值是否超限,诊断催化器消音器是否老化、拆除等故障。

N0x传感器通过CAN总线与控制单元通信,其自带诊断功能。在传感器自检无故障后,控制单元指令加热器对N0x传感器加热,加热过程中,若超过最大加热时间限制仍未收到传感器信号,则判定传感器加热不可信。

1.“无电源状态”:

A、在这种状态下,24V电没有提供到传感器。

B、在车身点火器开关关闭的情况下,这是传感器的正常的状态。

C、此时传感器没有任何输出。


2.“有供电—传感器非激活状态”:

A、此时电源已经通过点火开关提供到传感器。

B、传感器进入到预加热阶段,预加热的目的是为了蒸发所有在传感器头上的湿气。

C、预加热阶段会持续大约60秒钟。


3.当接通点火开关时,N0x传感器将加热到100℃。

4.之后等待ECM发出一个“露点”温度信号(Dew point)-“露点”温度是指:在这个温度后排气系统内将不会有能损坏N0x传感器的湿气存在。目前露点温度被设定为120℃,温度值是参考EGP的出口温度传感器测出的数值。

5.传感器当接收到ECM发来的露点温度信号后,传感器将自行加热到一定温度(最大可为800℃)-注意:此时如果传感器头接触到水将会导致传感器损坏。

6.加热到工作温度后,传感器才开始正常的测量工作。

7.氮氧传感器将测得的氮氧化物值通过CAN总线发送给ECM,发动机ECM通过这些信息对氮氧化物的排放进行时时监测。

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