资源简介

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）了解发动机排放的主要污染物和常见的排放控制系统 （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：常见排放控制系统的组成和工作原理，氧传感器和三元催化转化器的结构、工作原理和检修方法 教学难点：检修氧传感器和三元催化转化器的一般故障，拆装氧传感器和三元催化转化器
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）→任务导入（3 min）→传授新知（40 min） 第2节课：问题导入（5 min）→传授新知（20 min）→任务实训（15 min）→课堂小结（3 min）→作业布置（2 min）
教学过程 主要教学内容及步骤 设计意图
第一节课
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.氧传感器的作用是什么？ 2.氧传感器的工作原理是什么？ 【学生】查找资料，完成课前任务 通过课前任务，激发学生学习兴趣培养，提升学生主动思考能力和学习主动性
考勤
（2 min） 【教师】使用文旌课堂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 刘先生的爱车最近出现了异常：发动机运转时排气管会排放大量黑烟，而且油耗增加了不少。于是他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的尾气进行了检测，结果显示污染物排放量远远超出了限值。于是，维修技师对三元催化转化器进行检查，但没有发现异常。然后，维修技师从排气管上把氧传感器拆下进行检测，发现氧传感器的电阻值远大于标准值。维修技师更换了氧传感器后，启动发动机对该车的尾气再次进行检测，结果显示污染物排放量已低于限值，该车恢复了正常。 【学生】聆听、思考、理解 具体任务导入，使学生明确学习内容，树立学习信心
传授新知
（40 min） 【教师】借助教具和图片，讲解排放控制系统和氧传感器 5.1.1 排放控制系统概述 1．发动机排放的主要污染物 【教师】提出问题，随机邀请学生进行回答 有人说雾霾天是汽车尾气造成的，你怎么看？是否知道汽车尾气的构成气体有哪些？ 【学生】聆听、思考、回答 【教师】总结学生回答，讲解新知 发动机运转时，可燃混合气的燃烧、燃油和润滑油的蒸发、曲轴箱的窜气等会排放各种成分复杂的污染物，主要有碳氢化合物（HC）、一氧化碳（CO）和氮氧化物（NOx）等。 【教师】展示“发动机排放的主要污染物”表格（详见教材），讲解污染物的来源与所造成的危害 2．常见的排放控制系统 （1）三元催化转化系统 可将汽车尾气中的HC、CO和NOx转化为无害的H2O、CO2和N2，以达到净化污染物的目的。 （2）燃油蒸发排放控制系统 可将燃油供给系统产生的燃油蒸气进行收集，并将其送入进气歧管参与燃烧，不但能减少污染物排放量，还能使燃油得到充分利用。 （3）曲轴箱强制通风系统 可将窜入曲轴箱的可燃混合气和燃烧后的废气导入进气歧管，使其燃烧，以减少污染物排放量。 【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 5.1.2 氧传感器 【教师】展示图片，讲解氧传感器 1．概述 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。 前氧传感器：检测汽车尾气中氧的含量。 后氧传感器：检测三元催化转化器的净化效率。 2．二氧化锆氧传感器 1）结构 主要由保护套、锆管、加热元件、壳体、碟簧、支撑管、导线支架和线束等组成，其中锆管为感应元件，它的材料为二氧化锆，是一种在有氧环境下能产生电压的陶瓷材料。 2）工作原理 在二氧化锆氧传感器中，锆管内、外表面覆盖了具有透气孔的薄层铂作为电极。其中，锆管内表面是正极，它与大气相通；锆管外表面是负极，它与汽车尾气相通。当发动机运转时，锆管内、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】提出问题，随机邀请学生回答 二氧化锆氧传感器输出信号的特性与排气温度有关吗？ 【学生】聆听、思考、回答 【教师】总结学生回答，讲述“提示”的相关内容 二氧化锆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，二氧化锆氧传感器输出信号的特性不稳定。早期使用的二氧化锆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锆氧传感器带有加热元件，可在汽车启动后20～30 s迅速将二氧化锆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 二氧化钛氧传感器的结构与二氧化锆氧传感器相似，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铂金属线埋入二氧化钛芯片中，铂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，因此二氧化钛氧传感器内部通常也装有加热元件，以保持传感器在发动机运转过程中的温度恒定。 【学生】聆听、思考、理解、记忆 【教师】提出问题，随机邀请学生回答 对比二氧化锆氧传感器和二氧化钛氧传感器在结构和原理上的异同点。 【学生】聆听、思考、回答 【教师】总结学生回答 4．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，加热元件烧断，线束断路等。其中，中毒失效主要是指感应元件铅中毒、硅中毒和磷中毒等导致的性能下降；感应元件老化的主要原因是其表面局部温度过高；感应元件积炭的主要原因是可燃混合气燃烧不完全。氧传感器一般可用汽车故障诊断仪和万用表进行检测。 1）用汽车故障诊断仪检测氧传感器 （1）读取故障码。 （2）读取数据流。 ……（详见教材） 2）用万用表检测氧传感器 （1）检测氧传感器的供电线路。 （2）检测氧传感器的电阻。 （3）检测氧传感器的输出信号。 ……（详见教材） 【学生】聆听、思考、理解、记忆 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
第二节课
问题导入
（5 min） 【教师】复习提问 1.氧传感器的作用是什么？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
（20min） 【教师】借助教具或图片，导入新知讲解 5.1.3 三元催化转化器 【教师】展示图片（详见教材），讲解三元催化转化器 1．结构 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，栅格通道表面有氧化铝涂层。氧化铝涂层将铂、钯、铑等组成的催化剂牢固地黏附在栅格通道的表面，可增大汽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 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，从而降低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 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。因此，必须对可燃混合气的空燃比进行精确控制，使其保持在理论空燃比附近。 【教师】提出问题，随机邀请学生回答 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】聆听、思考、回答 【教师】总结学生的回答 2）排气温度 三元催化转化器的最佳使用温度通常为400～800℃。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温度传感器，当排气温度过高时点亮汽车仪表板上的故障指示灯，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 汽车行驶达到一定里程后，三元催化转化器中的催化剂活性会出现下降，导致催化转化效率降低。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锰、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，发动机会出现污染物排放量增大的现象；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，在发动机冷却液温度达到90℃时再进行。 【学生】聆听、思考、理解、记忆 （2）检测堵塞情况。 （3）检测污染物排放量。 ……（详见教材） 【教师】讲述“案例透视”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 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 借助案例，培养学生认真负责、耐心细致的职业作风
任务实训
（15 min） 【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 【学生】各组选出组长并进行任务分工，将小组成员及分工情况填入表5-2中 表5-2 小组概况及分工情况 班级组号指导老师小组成员姓名学号任务分工组长组员
【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，并根据任务需求写出所需的工具、设备和资料等。 表5-3　汽车车辆（或试验台架）信息及所需的工具、设备和资料 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
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“□”上打“√”。 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 □检查汽车（或试验台架）发动机舱盖是否支撑在固定位置 □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□检查场地通风、采光是否良好 □检查每个维修工位是否有足够的面积和高度 □检查是否有应急通道和完善的消防设施个人防护□检查是否穿戴好护目镜、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，对汽车（或试验台架）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、万用表和二极管试灯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、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进行评价，填写考核评价表（详见教材） 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
课堂小结
（3 min） 【教师】简要总结本节课的要点 本节课学习了常见排放控制系统的组成和工作原理，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 完成文旌课堂中的课后习题。 【学生】完成课后任务 复习巩固学到的知识
教学反思 本节课效果不错，借助信息化手段，使不同水平的学生都较好地掌握了知识点。小组内的互助，满足了学生多样化的需要，促进了学生的个性发展，为形成一种宽容的文化创造了条件。

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