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解读NOX氮氧化物工作原理以及针脚定义

 hanyu132 2016-11-18

解读氮氧化物NOX传感器

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传感器的简介:

NOx传感器是后处理系统的关键零部件之一,在国Ⅳ、国Ⅴ、京Ⅳ、京Ⅴ阶段应用时的作用为:在发动机运行过程中,时时检测发动机排气尾管的NOx浓度,以便对NOx排放是否满足法规要求进行检测。


氮氧化物传感器由一个感应单元通过一个600mm900mm电缆线和一个电子控制单元连接组成,其中感应单元的原材料是多层氧化锆陶瓷感应元件,具体结构如下图


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传感器的安装技术要求


NOX传感器安装温度要求:NOX传感器的安装应该注意不能安装在温度过高处,建议远离排气管和SCR箱体表面。如果受整车布置所限,必须把NOX传感器安装在排气管或者SCR箱附近,安装时必须加装隔热罩和隔热棉,并对传感器ECU安装周围温度进行评估,推荐NOx传感器最佳工作温度不高于85℃。

NOX传感器隔热罩和隔热棉示意图


线束及接插件安装要求:做好线束的固定及防水,如图5所示,NOX传感器安装使用过程中保持线路松弛,保证线束不能过于弯折,以防止外力或震动过大造成线束脱落,尽量避免线束及NOX传感器裸露在外,若有金属线头暴露应使用胶带分别包裹起来,且电线接头处不应受到油污、水、碎屑、泥巴等杂质的影响,做好防水,否则会发生线束进水导致的传感器失效。

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传感器的版本和分类:2.1和2.8代



传感器有12V和24V,插头针脚有扁型和康明斯方型,有4针脚和5针脚


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传感器插头针脚定义





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传感器的工作原理


1、NOX传感器的主要作用是检测排气中的NOX浓度值是否超限,同时为诊断催化器是否老化、拆除等故障作为依据。

2、NOX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NOX传感器加热,加热过程中,若超过最大加热时间限值仍未收到传感器信号,则判定传感器信号不可信。

3连接方式氮氧传感器的计算芯片是比较复杂的,市场上用的最多的氧探头上面有8根线,这些线都是连接到传感器的控制芯片上的。主要有两个作用:一是控制陶瓷探头的加热,另一个是反馈一些电流信号给芯片,在芯片内部进行一些比较计算。


传感器工作过程


“无电源状态”

1在这种状态下, 24V电没有提供到传感器.

2在车身点火开关关闭的情况下,这是传感器的正常的状态。

3此时传感器没有任何输出。

“有供电 - 传感器非激活状态”

1此时电源已经通过点火开关提供到传感器。

2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。

3预加热阶段会持续大约100秒左右。


上文讲到传感器工作时候先进行加热,那为什么要加热呢?



传感器工作为什么要先加热呢?

因为氮氧传感器本身电极工作时就需要较高的温度才能进行,氮氧传感器内部有陶瓷结构。陶瓷在高温情况下,碰到水后就会炸裂,所以氮氧传感器会设置一个露点保护功能,这个功能的作用就是在检测排温达到一定的温度后再等待一段时间。电脑版认为在这么高温度下,经过这么长时间后就算传感器上有水也能被高温的废气吹干。--这就是传感器的露点保护功能!

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NOX传感器线束连接


1、如上图所示氮氧化物传感器在车辆连接,并联在CAN总线网,传感器的CAN高和CAN低分别接整车的CAN高和CAN低。

2、拔下氮氧化物传感器插头,测量有一个电瓶电压、一个负极搭铁、一个CAN高2.6V左右和一个CAN低2.4V左右。



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NOX传感器常见故障与排查:案例如下


故障排查

一台国四车子,仪表报:CAN AT101超时故障

解码器(潍柴智多星)读取厂家自定义故障码代码为P0050

CAN 接收帧AT101超时(博世P码为U0113)

没有其他CAN线相关故障码,我们首先确定问题只是出在氮氧化物传感器上。

1、首先就是先检查传感器插头的电压线路是否出现故障

是否上电正常激活,拔下插头检查一个电瓶电压、一个负极。

2、检查CAN通讯是否正常,测量CAN高电压2.6V左右,CAN低电压2.4V左右。CAN高与CAN低之间电阻为60Ω。

3、如果测量传感器线束均正常,电源搭铁CAN通讯都正常。更换传感器进行验证。

实际测量:(以潍柴博世EDC17CV44博世2.2后处理为例,传感器为5针插头)


测量传感器线束电压正常,更换氮氧化物传感器。

拓展知识

工作原理:氮氧传感器核心元件是多孔的ZrO2氧化锆陶瓷管,它是一种固态电解质,两侧面分别烧结上多孔铂(Pt)电极。在加热到一定温度下(600-700℃),由于两侧氧浓度不同,氧化锆会产生化学反应,电极两侧产生电荷移动,移动的电荷产生电流,根据产生电流的大小反映出氧的浓度不同,将氧的浓反馈至控制器计算出当前氮氧浓度并通过CAN总线传送给ECU。



电化学式NOx传感器的原理

1、被测气体扩散进入传感器第一测量池: 第一测量池内的氧气被排出(氧泵),产生极限电流,通过测量极限电流来测量被测气体中的氧气浓度。 同时第一测量池内二氧化氮产生分解:NO2→NO 1/2 O2 ,完成NO2→NO转换。

2、被测气体继续扩散进入传感器第二测量池: 第二测量池内一氧化氮产生分解: NO→1/2 N2 1/2 O2,分解的氧气被排出(氧泵),产生极限电流,通过测量极限电流来测量被测气体中的氮氧化物浓度

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