三元催化器和氧传感器的基础知识普及


三元催化器和氧传感器的基础知识普及

    有人说:“俺们不是技术控,知道了三元催化器和氧传感器的这些知识又有什么用?对我日常用车也没有什么影响!反正有4S店在,三元催化器和氧传感器坏了有人修。”如果你真这么想,就大错特错了。三元催化器和氧传感器坏了有人修,发动机如果坏了,就算是在保修期内,也是令人沮丧的。

    把车子当玩具的车主请绕道,把车子当成工具以及朋友的车主务必请看完全文,看完之后,你才明白怎样的热车方式才叫正确,怎样“拉高速”才合理,经常轰油门会有怎样的恶果,怎样维修保养三元催化器和氧传感器才能帮你省钱!

    三元催化器和氧传感器有什么用?

    汽车排放污染物主要有HC(碳氢化合物)、NOx(氮氧合物)、CO(一氧化碳)以及燃烧未完成的微粒等。其中碳氢化合物、氮氧合物以及一氧化碳就是传统意义上的“大三元”,这就是三元催化器为何被叫做“三元催化器”的原因。三元催化器其实是一个成型烧结的多孔陶瓷体,其表面被添加了铂,铑,钯等催化元素,可以增强碳氢化合物、氮氧合物以及一氧化碳这三种气体的活性,促使其尽可能多地完成氧化还原反应。其中一氧化碳和碳氢化合物在高温条件下经过氧化之后会变为二氧化碳和水,而氮氧化合物在高温条件下则可以还原成氮气和氧气。

    如果就此认为三元催化器实质上就是汽车环保发展的特定产物,对于车辆的性能和燃油经济性没有什么影响,那就大错特错了。为了更好地阐述这个问题,接下来就来看看氧传感器的工作原理。

    氧传感器1976年诞生于德国博世公司,利用其特有的电化学反应原理来探测发动机尾气排放中的氧气含量,ECU根据氧传感器的持续探测结果,持续判断喷油嘴之前的喷油量是多了还是少了,并对喷油量进行持续调整,让发动机气缸在不同的转速以及动力输出条件下尽量达成优良燃烧的目的。

    在高温环境下(300摄氏度以上),氧传感器捕捉发动机尾气中的残留氧气在探测头内发生电化学反应,反应中两极电离吸附的带电氧离子数量差异导致产生电动势,其电压周期波动值范围多在0.1~0.9V之间波动,大于0.45V表示空燃比小,燃烧不太完全;小于0.45V则表示空燃比大,混合燃气过于稀薄。

    氧传感器和三元催化器是如何配合工作的?

    氧传感器和三元催化器是相辅相成的。一般而言,一辆车上有两个氧传感器,被分别安装在三元催化器的前后。我们可以通过假设一种“燃烧不充分”的情况来看看氧传感器和三元催化器如何配合工作:

    燃烧不完全的尾气出来之后经过氧传感器A,氧传感器A发现尾气中氧含量偏低,需要降低喷油量;

    尾气接下来经过三元催化器发生氧化和还原反应,尽管氮氧化合物会被催化还原出氧,但由于之前燃烧不充分,尾气中一氧化碳和碳氢化合物较多,氧化反应消耗掉尾气中更多的残余氧,导致尾气中氧含量进一步下降。

    尾气紧接着通过氧传感器B,氧传感器B进一步确认尾气中氧含量降低。

    氧传感器A和氧传感器B开了个会,兄弟俩一合计,向ECU发出正式通知:哥们儿你喷油喷多了!于是ECU根据氧传感器指令调整喷油量,直到“两兄弟”满意为止。同理,如果尾气中氧含量偏高,“两兄弟”将会指示ECU增加喷油量。

    氧传感器A和氧传感器B开了个会,兄弟俩一合计,向ECU发出正式通知:哥们儿你喷油喷多了!于是ECU根据氧传感器指令调整喷油量,直到“两兄弟”满意为止。同理,如果尾气中氧含量偏高,“两兄弟”将会指示ECU增加喷油量。

    这个时候哪怕油气混合理想,也可能因为产生过多的氮氧化合物导致尾气中氧含量降低。如果仅凭一个氧传感器A监测尾气,很有可能误判为喷油过量;而仅凭三元催化器尾端的氧传感器B,则因为氮氧化合物的还原出氧,从而误判喷油不足。

    第二种情况就是冷启动一段时间,发动机温度没有达到稳定,但氧传感器却升温至工况温度之后。由于尾气中氮氧化合物含量偏低,氧含量偏高,氧传感器A会判断喷油量低;而尾气通过三元催化器之后,一氧化碳和碳氢化合物经过氧化反应,让尾气中氧含量偏低,也会导致氧传感器B出现误判。

    从这个意义上看,三元催化器前端和后端都必须有氧传感器配合完成尾气监测。如果没有三元催化器的参与,所谓的三元催化器前后端氧传感器也就不存在“前后端”的区别了,这就相当于是一个氧传感器单独工作,这种情况是极易产生误判的。

    知道了这些原理对我们日常驾驶有怎样的指导意义?

    前面说了这么多都是基础铺垫,这一节才是本文的重点之一。

    前面已经说了,氧传感器在300摄氏度以上的高温环境下才能进入正常工况。因此为了让氧传感器尽早进入状态,汽车工程师都有意提升发动机冷启动时的怠速转速,即加大喷油量缩短升温时间——这就是为什么大多数车辆冷启动时怠速偏高的主要原因之一,哪怕是较先进的带有电加热功能氧传感器,加热时间也需要20~30秒。换句话说,在氧传感器达到工况温度之前,氧传感器不能对ECU的喷油控制给出数据指导。

    对于没有热车习惯喜欢一发动车辆就开车走人的车主而言,其爱车的发动机在发动初期几分钟内是无法获得来自氧传感器的保护的,很可能在氧传感器无法监测排放尾气的前提下出现燃烧不完全的情况——每天几分钟,一年就是上千分钟,长此以往,发动机的积碳问题就积少成多了。

    还有车主喜欢用慢速行驶的方式热车。不管怎么说,只要车辆处于挂挡正常行驶状态,就算不踩油门,发动机转速一定比空挡怠速要高,发动机的喷油量一定会更多。从这个意义上说,慢速行驶热车仅比刚发动就踩油门走人的状况好一点点,这种“懒惰”的热车行为依然可能带来意料之外的积碳。

    因此,从个人角度看,原地热车依然是最科学的热车方式。此外,在急加速,高速状态下松开油门踏板的这两种情况下,普通氧传感器也不会工作。由于高速状态下松开油门踏板的时候ECU会断油,因此对于发动机没什么影响。而急加速时ECU则会加大喷油量,这个时候因为氧传感器不工作,从而有可能导致积碳增加。

    所以,狂轰油门对于车辆而言也是一种“不健康”的驾驶方式。

    必须说明的是,现在氧传感器领域中出现了一种“宽域氧传感器”,这种氧传感器不仅可以准确探测空燃比10~20的宽广范围,而且可以更加准确地监测尾气,基本上相当于直接从气缸内泵入或泵出气体进行直接监测,未来将成为氧传感器的主流。宽域氧传感器可以在大脚油门时保持工况,当然,其价格也比一般的氧传感器高。如果不能确定自己车内的氧传感器到底是不是这种高级货色,车主最好还是少一点地板油。

    有些网友还认为,适当拉一下高速可以降低发动机积碳,但是必须注意,拉高速不等于地板油。用60秒加速到120km/h和用8秒加速到120km/h截然是两个概念,后者非但不会降低积碳,反而有可能增加新的积碳。

    此外,不良的用车习惯还有可能增加排放颗粒物的浓度,排放的颗粒物可能会污染氧传感器的传感探头,让氧传感器探测灵敏度降低,影响尾气监测效果,从而让发动机工况陷入恶性循环;而三元催化器与尾气接触面积更大,如果一旦因为积碳颗粒严重堵塞,发动机排气背压会异常升高,发动机工作会显得无力,怠速不稳,甚至熄火罢工,严重的还会因为排气热量无法及时排出导致陶瓷载体烧蚀失效,排气不畅所引发的高温集聚甚至会导致发动机起火。

    如何省钱地保养氧传感器和三元催化器

    正常的氧传感器在合理使用前提下其使用寿命可达15-20万公里。当汽车发动机尾气排放故障警示灯报警时,我们可以通过读取OBD异常数据内容判断故障报警原因,如果发现氧传感器损坏只能更换。4线普通氧传感器市场售价大概在150元左右,宽域氧传感器则略贵,市场价格在600元不等,去4S更换一个氧传感器算上工时费总价约在1200元左右。

    如果仅仅是积碳严重或被氧化物覆盖探测头而导致的失效,有兴趣的网友可以在注意操作安全时使用超声波加相应的弱酸或溶剂进行清洗修复功能,弱酸(20%草酸)并不会对氧传感器保护外壳,内部多孔陶瓷,多孔铂膜电极等造成损害。清洗后(如果能用超声波辅助清洗效果更佳)用清水将头部冲洗干净后用电吹风吹干燥即可尝试再使用。你要做的就是准备好清洗耗材,将车开到修理厂要求技师拆下三元催化器前后端两个氧传感器,清洗后再装回去即可,这样或许可以为你节省一笔不小的费用。

    三元催化器也可以采用类似的民间偏方来对付积碳失效现象,即用一定浓度的草酸灌洗三元催化器内部排除过多的积碳,让三元催化器恢复使用功能。另外,更换一个新的三元催化器总成可不便宜哦,视车型不同,大约在3000~8000元不等。

    另外这里还想普及一下,很多车辆在低温季节熄火之后,车底会传来“啪啪”脆裂声。不懂的车主会因此而紧张,老车主则认为这是排气管或三元催化器冷却时发出的响声,这种认识其实是不正确的。上图这个短短的不锈钢内波纹管以及覆盖外斜纹金属网的东西叫排气系统减震伸缩波纹管。其作用主要是抵消弥补排气系统管道热胀冷缩时的长度变化,消除排气管道的震动对车体和发动机的工作影响。因为其形状和材料的特殊性,导致了其冷热形变的程度比较大,之前说的车底传来的“啪啪”脆裂声就是拜其所赐,和排气管和三元催化器无关,属于正常现象,无需担心。

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