NOx传感器的工作原理及故障检测

NO_x传感器安装在存储式NO_x催化转化器的后部，以监测其NO_x的存储量。NO_x传感器采用电池电动势原理检测NO_x的浓度，其原理如图7-17所示。

在泵室内，氧气含量保持恒定（14.7kg空气，1kg燃油），通过调整泵工作电流，空燃比会发生变化，废气流经扩散格栅到O₂测量单元，该单元通过还原电极将氮氧化物分解成氧气和氮气，通过氧-泵电流就可确定NO_x的浓度。

图7-16 NO_x传感器的结构

图7-17 NO_x传感器的原理图

（1）存储过程 当发动机在λ大于1稀薄燃烧工作时，废气中的NO_x存储催化转化器表面上白色涂层发生氧化反应，产生NO₂，NO₂再与氧化钡（BaO）发生化学反应，生成硝酸盐[Ba（NO₃）]，并存储在催化转化器中，如图7-18所示。催化净化器不能再存储氮氧化物，起动再生模式，存储过程一般需要60～90s。发动机将从稀薄的分层充气燃烧模式转为均匀模式。在均匀模式下，尾气中碳氢化合物和一氧化碳的含量将会提高，在存储催化转化器内，氮氧化物的氧与碳氢化合物和一氧化碳反应生成N₂和O₂。

（2）NO_x的还原 当存储式催化转化器中的NO_x负载量已达到极限时，发动机控制系统使发动机短时间处于均质且λ小于1模式工作。混合气变浓，排放的废气温度升高，存储式催化转化器的温度也就升高，此时所形成的硝酸盐变得不稳定，利用废气中的CO与Ba（NO₃）2发生还原反应，使硝酸盐分解，生成BaO（氧化钡），并释放出CO₂和NO_x。在催化转化器中的铂金和铑，将NO_x转化成N₂，CO转化为CO₂还原过程一般为2s，如图7-19所示。

图7-18 NO_x存储式催化转化器的存储过程(www.xing528.com)

图7-19 NO_x存储式催化转化器的还原过程

当NO_x传感器监测到NO_x的负载量已达到微小量时，发动机又进行λ大于1稀薄燃烧模式。

（3）硫的还原 硫比氮氧化物具有更高的温度稳定性，因此氮氧化物在很短的时间内再生后，就会使硫的再生发动机控制单元确认催化器内的空间已被硫占据，已经不能再存储氮氧化物了，脱硫需要大约2min，从分层充气模式转变为均匀模式，即两个缸以浓混合气工作，两个缸以稀薄混合气工作，在排气管中，两种不同的气体混合在一起，并且发生后燃，通过这种方法，可以将氮氧化物存储催化转化器的温度提高到650℃以上，硫将反应为二氧化硫。如果燃油中含硫较少，那么除去硫的时间间隔也长；反之燃油含硫多，就会经常进行这种还原反应。在大负荷、高转速行车时会自动去硫。对于涡轮增压式缸内直喷发动机，一般取消了NO_x存储催化转化器。

（4）NO_x传感器的工作过程 NO_x传感器的工作过程可以分为两个阶段，如图7-20所示。

1）确定第1腔室中的λ数值，一部分废气流入第1腔室中。由于废气中的氧气残留量与参考小室中的氧气残留量不同，因此能在电极上测量出一个电压，NO_x传感器控制单元将此电压设定为恒定的450mV，这相当于空气/燃油比λ=1。如果偏离此数值，氧气被泵出或者泵入，使450mV的电压保持恒定。

图7-20 NO_x传感器的工作过程

2）确定第2腔室中的氮氧化物残留量，不含氧气的废气从第1腔室进入第2腔室，废气中的氮氧化物分子被一个特殊的电极分裂成氮气和氧气。因为第2腔室内部电极和外部电极上电压被调整至恒定的450mV，所以氧气泵必须通入电流，使氧离子从内部电极迁移到外部电极。在此过程中氧气泵流动的电流表征的是第2腔室中的氧气残留量。氧气泵的电流大小与废气中的氮氧化物成正比，由此就能够确定氮氧化物的残留量。