汽车排气后处理系统中的排气温度传感器

2.4.1 缸内直喷式汽油发动机的排气后处理

汽油直接喷射系统存在的一个主要问题是废气后续处理。在分层充气模式和均质稀薄充气模式中，传统的闭环三元催化转换器不能快速地将燃烧过程中产生的氮氧化物转换成氮气。只有使用了氮氧化物存储式催化转换器后，氮氧化物被暂时地存储在转换器中，然后系统性地转换成氮气。另一个问题是汽油中的硫黄问题，由于硫黄的化学特性与氮氧化物类似，所以硫黄也会被存储在氮氧化物存储式催化转换器内并且占用了应当存储氮氧化物的空间。汽油中硫黄的含量越高，存储式转换器的再生就越频繁，因此消耗额外的汽油就越多。正是由于以上问题的存在，缸内直喷式汽油发动机的排气系统有其独特之处，如图5-38所示。

图5-38 缸内直喷式汽油发动机的排气后处理的组成

2.4.2 NO_X存储式催化转化器的基本工作原理

NO_X存储式催化转化器载体用碱土金属钡或钾等作为活性吸附存储材料，用贵金属铂Pt和铑Rh作为活性催化剂。在稀混合气状态下，废气中的NO在贵金属铂Pt的催化作用下被氧化成NO₂，这样所有的NO_X都以NO₂的形式出现，并与碱土金属化合成硝酸盐的形式被可逆性地吸附到NO_X存储材料上，而排气中的HC和CO被直接氧化净化成H₂O和CO₂排出。在存储材料吸附的NO_X达到极限量以前，应采取一定的方式将吸附器中吸附的NO_X还原，以恢复吸附器中的吸附容积，供下一个吸附周期使用。当发动机控制单元通过NO_X传感器识别出催化净化器没有存储氮氧化物的空间时，就会执行还原模式，从分层稀混合气模式切换到均质模式短暂地进入浓混合气状态运转。在均质模式时，废气中的HC和CO成分就增多了。在存储式催化净化器中，HC、CO、O、NO_X结合，生成N₂和O₂，这个过程被称为NO_X吸附催化转化器的再生过程。通常，分层稀燃直喷式汽油发动机NO_X存储式催化转化器的再生过程的时间间隔约为每运转60～90s需要再生2s，如图5-39所示。这种不连续的周期性运行模式对发动机电控系统提出了更高的要求。

图5-39 NO_X存储式催化转化器的再生过程

如果在很短的时间间隔内频繁发生氮氧化物还原，发动机控制单元由此即可判断出催化净化气的存储空间已被硫占满，无法再存储氮氧化物了。硫比NO_X更耐高温，为了除硫需要从分层充气模式切换到均质模式并持续约2min。(www.zuozong.com)

2.4.3 排气温度传感器

排气温度传感器安装在NO_X存储式催化净化器前面，该传感器将排气温度传送给发动机控制单元，用于计算NO_X存储式催化净化器的温度。因为NO_X只能在250～500℃之间时才能存储在NO_X存储式催化净化器内。只有当催化净化器温度超过650℃且混合气很浓时才能去硫。发动机管理系统利用排气温度传感器信息适时切换到分层充气模式且延迟点火。

2.4.4 NO_X传感器

NO_X传感器安装在NO_X存储式催化净化器的后面，其工作原理与宽频氧传感器相似。如图5-40所示，在第一个泵单元中，氧含量被配置为恒定且为理想的配比值，α值是通过泵流量来量取的。随后气流经扩散网进入O₂测量单元，在这里还原电极将氮氧化物分解成氧气和氮气，根据泵流量中氧成分的多少就可判定出NO_X的浓度。

图5-40 NO_X传感器原理图

2.4.5 NO_X传感器控制单元

NO_X传感器控制单元安装在车底部靠近NO_X传感器的地方，它对传感器信号进行预处理并通过驱动CAN总线将信息传给发动机控制单元，发动机控制单元快速有效地确定存储的氮氧化物的饱和程度并执行还原功能。