《汽车发动机电控系统检修》教案第11课 检修氧传感器和三元催化转化器.docx

课题检修氧传感器和三元催化转化器课时2 课时(90 min )教学目标知识目标：（1 ）掌握各类排放控制系统的组成工作原理（2 ）掌握氧传感器和三元催化转化器的结构、工作原理和检修方法 技能目标：（1 ）能够拆装氧传感器和三元催化转化器（2 ）能够检修氧传感器和三元催化转化器的一般故障素质目标：树立绿色环保、节能低碳的生态文明理念教学重难点教学重点：氧传感器和三元催化转化器的结构、工作原理和检修方法 教学难点：检修氧传感器和三元催化转化器的一般故障教学方法案例分析法、问答法、讨论法、讲授法、任务驱动法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计第1节课：课前任务考勤（2 min ） 一任务导入（3 min ） 一传授新知（40 min ）第2节课：问题导入（5 min ） 一传授新知（20 min ）一任务实训（15 min ） 一课堂小结（3 min ） 一作业布置（2 min ）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】课前预习任务：收集相关资料，回答下列问题1 .氧传感器的有哪几种类型？2 .二氧化错氧传感器的工作原理是什么？【学生】蛰找资料，完成课前任务通过课前任务，激 发学生学习兴趣培 养，培养学生形成良 好学习习惯考勤(2 min)【教师】使用APP进行签到【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织 纪律性，掌握学生的 出勤情况任务导入（3 min）【教师】讲述“任务导入”的相关内容小杨的汽车已经开了八年了。前段时间他按规定把车开到汽车检测站进行年检， 可是该车被检测出尾气污染物超标，年检未能通过。于是，小杨把车送到汽车维修厂 进行检修。在汽车维修厂，维修技师用汽车尾气分析仪对该车排放的尾气进行了检测，结果 显示尾气污染物确实超出了限值。维修技师从排气管上把氧传感器和三元催化转化器 拆下，发现氧传感器感应元件保护罩的颜色发黑，三元催化转化器内积聚了不少炭灰。 于是，维修技师对氧传感器和三元催化转化器进行了清理。这些部件清理完成并安装 好后，维修技师再次启动汽车对尾气进行了检测，结果显示污染物排放量明显减少， 符合标准要求。之后该车顺利通过了年检.通过任务导入，使 学生明确学习目标， 端正学习态度，树立 学习信心【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】借助教具和图片，讲解排放控制系统和氧传感器排放控制系统概述【教师】请学生思考并回答下面的问题，随机邀请学生回答汽车尾气的构成气体有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲解新知汽岸排放的污染物主要有碳氢化合物（HC ）、一氧化碳（CO ）和氮氧化物（NOx ） 等。污染物形成原因危害HC是未燃烧和未完全燃烧的燃油、润滑油 及其裂解产物和部分氧化物强烈刺激人的上呼吸道黏膜 和眼睛等CO燃油中的碳没有完全燃烧生成的影响血液运送氧气的功能，使 人缺氧而导致头痛、眩暴等NOx可燃混合气在高温、富氧条件下燃烧时， 其中的N2和02发生化学反应生成的造成人的呼吸系统功能失调根据污染物排放方式的不同，排放控制系统可分为排气污染物控制系统和非排气 污染物控制系统两大类，如表5-8所示（详见教材）。传授新知（40 min）【教师】提出问题，随机邀请学生回答目前多数车污染物排放执行的都是国六标准，大家知道什么是国六标准吗？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答，讲述“行业视点”的相关内容2016年12月，轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国第六阶段）（以 下简称“轻型车国六标准"）发布。该标准公布了第六阶段轻型汽车的排放要求，对 一氧化碳（CO ）、总碳氢化合物（THC ）、非甲烷碳氢化合物（NMHC ）、氮氧化物 （NOx ）和颗粒物（PM ）的排放限值相比以往有了更加严苛的限定，同时新增了对粒 子数量（PN ）的排放规定。（详见教材）【学生】聆听、思考、理解、记忆氧传感器【教师】展示图片，讲解氧传感器三元催化转化系统主要由三元催化转化器、前氧传感器和后氧传感器等组成，如 图5-1所示。图S“三元催化转化系统的组成借助教具和挂图， 通过老师讲解，帮助 学生了解常见排放 系统的基本知识，熟 悉氧传感器的结构、 种类、工作原理和检 修方法通过研读标准，帮 助学生树立绿色环 保、节能低碳的生态 文明理念根据是否带有加热元件，氧传感器可分为加热型和非加热型两种，其中加热型氧 传感器应用较为广泛，它能在发动机启动后短时间内将氧传感器迅速加热至工作温度。 三元催化转化系统中常见的氧传感器有二氧化措（ZrO:）氧传感器和二氧化钛（TiO2） 氧传感器。1 .二氧化错氧传感器2 ）康主要由保护套、错管、加热元件、壳体、碟簧、支撑管、导线支架和线束等组成， 其中错管为感应元件，它的材料为二氧化踣，是一种在有氧环境下能产生电压的陶徭 材料。2）工作原理在二氧化培氧传感器中,秸管内、外表面覆盖了具有透气孔的薄层箱作为电极。 其中，踣管内表面是正极，它与大气相通；错管外表面是负极，它与汽车尾气相通。 当发动机运转时，结管内、外表面电极之间将会产生电压差，这个电压差作为传感器 的信号经导线支架和线束输送给ECU , ECU据此计算汽车尾气中氧的含量。【教师】请学生仔细体会二氧化错氧传感器的工作原理，思考并回答下面的问题影响二氧化错氧传感器输出信号的因素是什么？【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】总结学生的回答，讲述“提示”的相关内容二氧化指氧传感器输出信号的特性与排气温度有关.当排气温度低于300。（:时， 二氧化错氧传感器输出信号的特性不稳定。早期使用的二氧化带氧传感器是依靠汽车 尾气进行加热的，它在发动机启动运转几分钟后才开始工作。现在，大部分汽车使用 的二氧化培氧传感器带有加热元件，可在汽车启动后20-30S迅速将二氧化错氧传感 器加热至工作温度。【学生】聆听、思考、理解、记忆3 .二氧化钛氧传感器1 ）结构结构与二氧化错氧传感器相似，不同之处在于二氧化钛氧传感器的保护套内是二 氧化钛感应元件，如图5-3所示。二氧化钛是一种电阻值可随氧的含量变化而变化的半 导体材料。2）工作原理当汽车尾气中氧的含量发生变化时，二氧化钛感应元件的电阻值会随之变化，从 而使二氧化钛氧传感器输出不同的电压.这个电压作为传感器的信号输送给ECU ,ECU 据此计算尾气中氧的含量.【教师】讲述“提示”的相关内容二氧化钛感应元件有芯片式和厚膜式两种。其中，芯片式二氧化钛感应元件将笆 金属线埋入二氧化钛芯片中，珀金属线同时作为电极和催化剂使用；厚膜式二氧化钛 感应元件是采用半导体封装工艺中的氧化铝层压板工艺制成的厚膜元件。由于二氧化 钛感应元件的电阻值会随温度的变化而变化，因此二氧化钛氯传感器的内部通常也装 有加热元件,以使其工作温度保持恒定。【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】提出问题，随机邀请学生回答二氧化错氧传感器和二氧化钛氧传感器在结构和原理上的相同点是什么？不同点 是什么？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答3.氧传感器的检修当氧传感器出现故障时，发动机会出现怠速不稳、动力不足、污染物排放量超标 等现象。氧传感器故障常见的原因有感应元件中毒失效、老化、积炭、碎裂，线路断 脱和加热器电阻丝烧断等.其中，中毒失效主要是指铅中毒、硅中毒和磷中毒等导致 的性能下降；老化的主要原因是感应元件表面局部温度过高；积炭的主要原因是可燃 混合气燃烧不完全。1 ）用汽车故障诊断仪检测氧传感器（1 ）读取故障码（2 ）读取氧传感器的数据流（详见教材）【教师】提出问题，随机邀请学生回答请学生根据已有经验说出读取故障码和数据流的方法【学生】聆听、思考、回答2）用万用表检测氧传感器（1 ）检测氧传感器的电阻（2 ）检测氧传感器的供电电压（详见教材）3）用示波器检测氧传感器（详见教材）【学生】聆听、思考、理解、记忆第二节课问题导入（5 min）【教师】复习提问1 .氧传感器的作用团十么？常用的有哪些？2 .二氧化钛氧传感器的工作原理是什么？【学生】思考、发言用问题导入，检查 学生对前面知识点的 掌握程度传授新知（20 min）【教师】总结学生的回答，借助教具或图片，导入新知讲解三元催化转化器1 .结构【教师】展示"三元催化转化器的结构”图片（详见教材），并进行讲解主要由金属外壳、隔热减振衬垫、催化剂载体等组成，其中催化剂载体为布满栅格 通道的整体陶瓷体。栅格通道表面为氧化铝涂层，它将柏、杷、铐等组成的催化剂牢固 地黏附在栅格通道的表面，可增大气车尾气与催化剂的接触面积，提高污染物的转化效 率。2 .工作原理三元催化转化器工作时，HC和CO通过氧化反应生成HzO和CO: , NOx通过还原 反应生成N2 ,这些化学反应的发生需要一定的温度，而且温度越高反应速度越快。发 动机运转时，三元催化转化器中的催化剂能吸附尾气中的污染物，使它们的化学键变得 松散,从而降彳氐转化反应所需要的温度，提高污染物的转化效率，减少污染物排放量。3 .影响三元催化转化器转化效率的因素1 ）可燃混合气的空燃比【教师】展示图5-6 （详见教材）,讲解可燃混合气的空燃比借助教具和挂图， 通过老师讲解，帮助 学生了解三元催化转 化器的结构、工作原 理、影响因素和检修 方法三元催化转化器转化效率与可燃混合气空燃比的关系如图5-6所示.当发动机在理 论空燃比14.7 ： 1附近很窄的范围内运转时，三元催化转化器对HC、CO和NOx的综 合转化效率最高。【教师】提出问超，随机邀请学生回答仔细观察图5-6，三元催化转化器转化效率与可燃混合气空燃比成正比的说法是否 正确？【学生】观察、聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答2)排气温度排气温度过高(达到950C以上)会使催化剂出现热烧结而失去活性，同时还会使 三元催化转化器加速老化。三元催化转化器的最佳使用温度通常为400800C。为使三元催化转化器高效工 作，一方面可在汽车暖机阶段对三元催化转化器进行预热使其工作温度尽快达到最佳； 另一方面可在三元催化转化器中配置排气温度传感器来监测排气温度的变化便于驾驶 员及时发现并排除相关故障,避免三元催化转化器因工作温度过高而失效。【教师】讲述“提示”的相关内容由于汽车尾气污染物的氧化反应需要大量的氧气，因此很多三元催化转化器采用了 两级催化器结构，并在两级催化器之间喷入空气以提供更多的氧气。【学生】聆听、思考、理解、记忆3)催化剂的活性除了排气温度过高会降低催化剂的活性之外催化剂中毒也会显著降低催化剂的活 性。催化剂中毒可分为化学中毒和机械中毒。化学中毒是指燃油添加剂和润滑油添加剂与催化剂产生化学反应造成的催化剂活 性降低。机械中毒是指燃油添加剂和润滑油添加剂以及废气中的沉积物覆盖催化剂造成的 催化剂活性降低。目前较为常见的催化剂中毒是由燃油添加剂和润滑油添加剂中的镒、磷、硫元素造 成的。【教师】提出问题，随机邀请学生回答影响催化剂活性的因素有哪些？【学生】聆听、思考、回答【教师】总结学生的回答4.三元催化转化器的检修当三元催化转化器失效时，汽车尾气中的污染物排放量会出现超标；当三元催化转 化器堵塞时，发动机会出现启动困难或动力下降的现象。三元催化转化器的故障一般可 通过外观检查和性能检测来排查。1 )外观检查：(1 )用举升机将汽车举升后，观察三元催化转化器的金属外壳是否有隆起、变形 和裂纹，各连接件是否紧固牢靠，如有异常，应做进一步检查。(2)查看三元催化转化器的金属外壳是否有严重的褪色斑点、青色或紫色痕迹， 隔热减振衬垫上是否有明显的暗灰斑点。(3 )敲打并晃动三元催化转化器，听其内部是否有物体碰撞的声音，观察排气管任务实训（15 min）是否有异物排出。【教师】讲述“注意”的相关内容发动机运转一段时间后，排放控制系统部件会有很高的温度，因此在对三元催化转 化器等排放控制系统部件进行检修或在其周围作业时，应采取必'要的防护措施，以防止 烫伤。【学生】聆听、思考、理解、记忆2）性能检测（1 ）检测三元催彳依专化器的工作温度【教师】讲述“提示”的相关内容由于三元催化转化器只有在达到一定温度后才能发挥催化转化作用因此在对其进 行性能检测时，一定要对发动机进行充分预热。【学生】聆听、思考、理解、记忆（2 ）检测三元催化转化器的堵塞情况（3 ）检测尾气中污染物的含量（详见教材）【教师】讲述“职业引航”的相关内容（详见教材）【学生】聆听、思考、体会【学生】聆听、思考、理解、记忆【教师】组织学生扫码观看微课视频：检测氧传感器（详见教材）【学生】观看、聆听、理解、记忆【教师】布置实训任务：检测氧传感器。将全班学生以3 5人为一组进行分组【翅耀闻缰舟曲：Hi甥江，制”成员5份工葡孙表5-2中表5-2 钢哧及分工囿兄峻§号|随老师酗汽车车辆（或试验台架）信息车型VIN码行驶里程工具、设备、资料【教师】组织学生以小组为单位，按照以下活动步骤，完成实训任务1 .任务准备在明确任务内容的情况下，根据实际情况，在表5-3中写出汽车车辆（或试验台架） 信息，并根据王务需求写出所需的工具、设备和资料等。表5-3汽有车辆（或试验台架）信息及所需的工具、设备和资料在进入工作前请同学们确认现场安全及个人防护情况，并在表5-4中的"口"上打借助案例，培养学 生认真负责、耐心细 致的职业作风通过实践探索，巩 固课上所学理论知 识，帮助学生学会检 测氧传感器r .表5-4现场安全及个人防护情况确认表设备安全 检查汽车（或试验台架）点火开关是否关闭 检查汽车（或试验台架）挡位是否处于P挡或空档 检查汽车（或试验台架）驻车制动是否处于制动状态口检查汽车（或试验台架）发动机舱盖是否支撑在固定位置 口检查汽车车轮垫块是否支撑到位，或试验台架支撑滚轮是否固 定牢靠且全部处于锁止位置场地安全口检查场地通风、采光是否良好口检查每个维修工位是否有足够的面积和高度 口检查是否有应急通道和完善的消防设施个人防护口检杳是否穿戴好护目镜、工作帽、手套、工作鞋和合身的工作 服等劳保用品2.任务实施1 ）检查和拆装氧传感器在汽车实训室，对发动机上的氧传感器进行检查和拆装，并结合该车型发动机维修 手册完成表5-5 （详见教材）中的内容。2）检测氧传感器在汽车实训室，用汽车故障诊断仪、万用表和示波器对氧传感器进行检测，结合该 车型发动机维修手册完成表5-6 （详见教材）中的内容。【学生】分组、分工协作完成实训任务，各组组长展示任务完成情况，配合教师填写考核评价表【教师】巡回指导，根据学生的实际表现迸行评价，填写考核评价表（详见教材）课堂小结（3 min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了各类排放控制系统的组成工作原理氧传感器和三元催化转化器的 结构、工作原理和检修方法，希望大家课下认真复习，巩固所学知识。【学生】总结回顾知识点总结知识点，巩固 学生对本节知识的印 象作业布置（2 min）【教师】布置课后作业 完成中的课后习题。【学生】完成课后任务复习巩固学到的知 识教学反思本节课在教学中遇到一些意想不到的问题，学生不能按计划回答问题。在我们设计教学方案时，我们应该 想想："学生已有哪些生活经验和知识储备""怎样依据有关理论和学生实际设计易于为学生理解的教学方案" "学生在接受新知识时会出现哪些情况”等。要在备课时，预备好各种不同的学习方案。