题目

列举汽车上的排放污染物主要包含什么，并简述氧化锆式氧传感器的结构和工作原理

列举汽车上的排放污染物主要包含什么，并简述氧化锆式氧传感器的结构和工作原理

题目解答

答案

汽车排放污染物主要包含：

  • 一氧化碳（CO）
  • 氮氧化物（NOx）
  • 碳氢化合物（HC）
  • 颗粒物（PM）

氧化锆式氧传感器的结构和工作原理：

  • 结构：由氧化锆陶瓷管（传感器元件）、内外电极（通常为铂电极）和屏蔽管组成。
  • 工作原理：基于能斯特效应，利用氧化锆陶瓷在高温下（300-900℃）对氧离子的导通性。当排气中氧浓度与大气中氧浓度不同时，形成氧浓差电池，产生电压信号（0-1V），反馈给ECU以调节空燃比。

答案：汽车排放污染物主要包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和颗粒物；氧化锆式氧传感器由氧化锆陶瓷管、铂电极和屏蔽管组成，利用能斯特效应通过氧浓差电池原理检测排气中氧含量，输出电压信号反馈给ECU。

解析

本题主要考查汽车排放污染物的种类以及氧化锆式氧传感器的结构和工作原理相关知识。解题思路如下：

  1. 汽车排放污染物：需要回忆汽车燃烧燃料过程中产生的常见污染物。汽车发动机燃烧汽油或柴油等燃料时，由于燃烧不充分或其他化学反应，会产生多种污染物。一氧化碳（CO）是燃料不完全燃烧的产物；氮氧化物（NOx）是在高温燃烧条件下，空气中的氮气和氧气发生反应生成的；碳氢化合物（HC）是燃料未完全燃烧就排出的物质；颗粒物（PM）则是燃烧过程中产生的微小固体颗粒。
  2. 氧化锆式氧传感器结构：要明确其主要组成部分。氧化锆式氧传感器的核心是氧化锆陶瓷管，它是实现氧离子导通的关键部件。内外电极通常采用铂电极，用于传导电流和参与化学反应。屏蔽管则起到保护传感器内部结构的作用，防止外界因素对传感器造成干扰。
  3. 氧化锆式氧传感器工作原理：基于能斯特效应。能斯特效应指出，在高温下，某些固体电解质（如氧化锆陶瓷）对特定离子具有导通性。氧化锆陶瓷在300 - 900℃的高温环境下，当排气中氧浓度与大气中氧浓度不同时，会在内外电极之间形成氧浓差电池。根据能斯特方程$E = \frac{RT}{nF}\ln\frac{P_{O_2,外}}{P_{O_2,内}}$（其中$E$为电池电动势，$R$为气体常数，$T$为绝对温度，$n$为参与反应的电子数，$F$为法拉第常数，$P_{O_2,外}$和$P_{O_2,内}$分别为外部和内部的氧分压），氧浓差会产生电压信号，该电压信号在0 - 1V之间变化。这个电压信号会反馈给发动机控制单元（ECU），ECU根据这个信号来调节发动机的空燃比，以保证发动机的高效运行和减少污染物排放。