空燃比反馈系统O2S的控制
汽油发动机空燃比控制系统
河 北 科 技 大 学 学 报 JOU RNAL O F H EB E I U N IV ER S IT Y O F
SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
文章编号: 100821542 (2001) 0320019204
V o l. 22 N o. 3 Sum 58 2001
催化剂才能对这 3 种有害成分有很高的转换率, 如图 1 所示[2]。
根据三元催化转换器的转化效率和空燃比的关系, 要
使三元催化转换器同时使 CO、HC 及 NO x 的转化率较高, 必须将空燃比的平均值控制在理论空燃比 14. 7±0. 05 的
范围内, 瞬时振幅在理论空燃比±1 的范围内, 且空燃比的
振荡频率越高越好。闭环空燃比控制系统就是要使化油器
式发动机在常用稳定工况下的空燃比维持在理论空燃比
附近, 并在发动机工况变化时, 空燃比偏离的程度最小, 并
且调整时间短。
3 控制系统总体设计
图 1 三元催化转化器的效率和 空燃比的关系
本系统采用化油器旁通空气法, 在控制方面将开环控 F ig. 1 T he relation of the rate of TW C
绝对压力降至很低, 促使附在进气管、进气道和进气门表面以及缝隙中的燃油加速气化, 随之进
入气缸, 而此时进气缸的空气量很少, 结果导致混合气瞬间过浓, 瞬间过浓混合气后发动机已经
处于稀燃状态, 但由于氧传感器信号的滞后, 氧传感器会给出继续补气的信号, 若此时补气会使
空燃比过大, 也有可能造成发动机熄火。对于上述情况处理方法是用转速信号的“加速度”判断这
LH 0
0
0. 2 1. 0 0. 6
丰田汽车发动机空燃比反馈控制原理及典型故障诊断技巧
◆文/北京 章霆丰田汽车发动机空燃比反馈控制原理及典型故障诊断技巧随着汽车技术的日新月异，发动机的控制技术也在不断完善，尤其在环保形势日趋严峻的现在,发动机的排气控制技术更是被各大汽车生产厂家重视，目前每一项发动机技术的更新，比如气门开闭正时控制、断缸控制、汽油蒸发控制、二次空气喷射、混合动力技术、直喷技术等等都会或多或少对尾气排放的程度有所改善。
目前我国的机动车使用环境相对欧美、日本要恶劣，尤其是可吸入颗粒物对空气的污染更为严重，再加上我国的总体燃油杂志相对比较多，造成了在用机动车发动机的故障发生较欧美国家频繁。
发动机的故障和使用环境又是相互关联一损俱损的。
比如：尾气恶化、发动机抖动、加速无力、油耗增加、启动困难等等，这些现象不是很明显，因为这些问题没有故障灯或特别明显的现象让驾驶员感知故障的存在。
这样不但对发动机排放又很大影响导致空气污染，而且此类故障会不断恶化，等到出现硬性故障后用户的维修成本会比早期处理更高，对于忠实用户来说出现故障后又会对店里的服务能力产生怀疑。
作为汽车服务行业的技术人员，应对车辆发动机的技术状况要更为重视，并且能够熟练掌握故障的分析和解决方法，特别是发动机的软故障，把故障隐患早期发现并解决才是当今汽车维修技术人员应具备的素质。
目前，在诊断汽车故障时，多数是根据现象拆检零部件查找故障点，很少是通过分析发动机数据流来诊断故障。
其实，通过分析数据流，不仅可以快速准确地诊断故障，而且还可以准确把握相关部件的工作状态和健康程度，这对于故障的早期发现和预防、节约维护成本十分有利。
一、发动机反馈控制的目的和原理从理论上讲，汽油发动机尾气排气成分主要有碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO ２)和氮氧化合物(NOx)4种成分组成，其中有害物质主要有碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化合物(NOx)。
通过三元催化的氧化还原反应后，碳氢化合物变成水和二氧化碳，一氧化碳变成二氧化碳和氮。
电控发动机空燃比反馈控制 氧传感器
3）真空试验 将真空表接到进气歧管， 启动发动机，使其从怠速逐 渐升至2500r/min，观察真空 表的变化，如果这时真空度 下降，则保持发动机转速 2500r/min不变，且此后真空 度读数明显下降，则说明催 化转化器有阻塞。
4、加热法
启动发动机，预热至正常工作温度，将发动机转速维持在2500r/min左右， 将车辆举升，用数字式温度计（接触式或非接触式红外线激光温度计）测量催 化转化器进口和出口的温度，需尽量靠近催化转化器（50mm内）。 正常工作的催化转化器，其出口的温度高于进口温度 20～25％。 如果车辆在主催化转化器之前还安装了副 催化转化器，主催化转化器出口温度应高 于进口温度15～20％，如果出口温度值 低于以上的范围，则催化转化器工作不正 常，需更换；
金属外壳、隔热减振衬垫、载 体、涂在载体上催化活性层。
安装位置：在排气消声器前。
（1）壳体 壳体一般由不锈钢制成，以防因氧化皮脱落而造成催化剂的堵塞。 （2）减震层 减震层一般由膨胀挚片和钢丝网两种，起到减震、缓解热应力、 保温和密封的作用。
（3）载体：承载催化活性层。 整体式载体：陶瓷载体（应用广泛）
2）背压试验 在催化转化器前端排气管的适当位置上打一个孔，接出一个压 力表，启动发动机，在怠速和2500r/min时，分别测量排气背压， 如果排气背压不超过发动机所规定的限值，则表明催化剂载体没有 被阻塞。 如果排气背压超过发动机所规定的限值，则需将催化转化器后端 的排气系统拆掉，重复以上的试验，如果催化转化器阻塞，排气 背压仍将超过发动机所规定的限值。如果排气背压下降，则说明 消声器或催化转化器下游的排气系统出现问题，破碎的催化剂载 体滞留在下游的排气系统中，所以首先进行外观检查确认催化剂 载体完整是非常必要的。对有问题的排气管、消声器和催化转化 器也可通过测量其前后的压力损失来判断。
空燃比反馈控制系统(OS)资料
5、学习空燃比控制
（1）学习空燃比变 化，不断修正调节空燃比，微调喷油量，进一步 提高空燃比的控制精度。
（2）学习空燃比控制修正范围
一般闭环控制空燃比修正系数为0.80-1.20或1.251.75，在故障诊断仪里显示为±20%或±25%。如果 修正值超出修正范围时，不再修正调节。
（1）喷油器漏油造成混合气过浓。 （2）喷油器堵塞造成混合气过稀。 （3）点火系统缺火或火花塞能量不足造成混合气 （HC和新鲜空气）直接进入三元催化器燃烧，使 得发动机动力性、经济性、排放性下降。 （4）气门正时不对，造成混合气直接进入三元催 化器燃烧。 （5）空气流量计后漏气造成NO2过多。 （6）空气流量计故障造成进气量计量不准。 （7）进气温度传感器或水温传感器故障。 （8）燃油压力调节器失效。
ZrO2陶瓷对氧离子浓度特别敏感，在内外有氧离 子浓度差时，氧离子由高浓度向低浓度扩散时形 成电池。
2、氧化锆式氧传感器的结构
主要由锆管、电极、保护管等组成。
3、氧化锆式氧传感器的工作原理
氧化锆式氧传感器工作原理图
工作原理：
发动机的排气气流从锆管表面的陶瓷层渗入，与 负极接触，内部的正极与大气接触。温度较高时， O2发生电离形成氧离子。若陶瓷层内（大气）、 外（废气）侧氧离子存在浓度差时，使得陶瓷体 内侧（正极）的氧离子向外侧（负极）扩散，锆 管元件形成了一个微电池，扩散的结果造成锆管 正、负极间产生电势差。 浓度差越大，电势差越大。
注意点
通过安装在排气管上的氧传感器送来的 反馈信号，对理论空燃比进行反馈控制。
3、氧传感器对喷油量的控制与修正
（1）前氧传感器对空燃比进行反馈控制。 （2）后氧传感器用于检测三元催化转换器的催化 效率。
氧传感器的反馈控制
短期燃油修正转换示意图
*
短期/长期燃油修正
*
(2)长期燃油修正方法
长期燃油修正值是由短期燃油修正值得到，并代表了燃油偏差的长期调整值。长期燃油修正表示方式与短期燃油修正表示方式一致，如果长期燃油修正显示０%表示为了保持ECU所控制的空燃比，供油量正合适；如果长期燃油修正显示的是低于０%的负值，则表明混合气过浓，喷油量正在减少（喷油脉宽减小）；如果长期燃油显示的是高于０%的正值，则表明混合气过稀，ECU正在通过增加供油量（喷油脉宽增大）进行补偿，长期燃油修正可以表示出短期燃油修正向稀薄或浓稠方向调整的趋势。
2、空燃比传感器
丰田公司的空燃比传感器的信号电压趋势
废气氧的含量
电流方向
信号电压
空气燃油混合气
氧含量少
负方向
﹤3.3V
浓
理想空燃比
0
=3.3V
14.7：1
氧含量多
正方向
﹥ 3.3V
稀
空燃比氧传感器的工作温度接近650℃，比氧传感器的工作温度400℃高得多；
空燃比氧传感器的泵送电流与废气中氧的含量成正比，且泵送电流的方向也随空燃比而变化，当空燃比小于14.7：1时，泵送电流方向为负向，当空燃比大于14.7：1时，泵送电流的方向为正向。
氧化锆氧传感器
带加热功能的氧化锆氧传感器的电路原理：
氧化锆氧传感器
氧化锆氧传感器常见引脚数：
单引线：氧传感器只有一根信号线，以外壳做搭铁回路。该种氧传感器依靠排气管散发的热量才能正常工作，当发动机怠速工作达不到正常工作温度时，ECU会以一固定值代替氧传感器信号值。 两线式：一条为信号线，另一条则为搭铁线。 三线式：使用在加热型的氧传感器上，其中两条引线同上述，第三条线为来自继电气（或点火开关）的12V加热电源线。 四线式：信号线与加热线各自有搭铁回路，即有两条搭铁线。
丰田诊断技术空燃比控制原理课件
目标A/F 0.88 0.94 1.00 1.09 1.2
AFS -0.36mA -0.18mA
0 0.18mA 0.36mA
17
’09 Master Renewal Seminar of FTMS
A/F传感器&氧传感器
比较
18
’09 Master Renewal Seminar of FTMS
反馈（MAF 偏移）
如果总的燃油修正为＋45％
基本喷油量 × 各种补偿系数 × 反馈补偿 － 净化值
因素
燃油压力 喷油器
吸入空气 MAF传感器 PIM传感器
缺火 气门积碳
基于以上计算的喷油量过稀
原因
无法喷入期望的燃油量 有未被空气流量计检测的空气进入(真空泄漏)
传感器特性向比实际值偏大的方向偏移 增加废气中氧含量
反馈的相关数据流
Fuel System Status(Bank#) SFT LFT O2S B# S# AFS B# S1(V) AFS B# S1(mA) (Target)Air-Fuel Ratio（目标数据） AF FT B# S1（实际数据）
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P112&31
’09 Master Renewal Seminar of FTMS
20
P112&31
’09 Master Renewal Seminar of FTMS
反馈的相关数据流-A/F & O2
空燃比传感器和氧传感器的工作温度
传感器
A/F传感器 氧传感器
活化温度 (氧化锆)
750℃ 400℃
目标温度
750℃ 550℃
加热器温度
800℃ 600℃
数据说明 exle文件
浅析燃气发动机的空燃比控制
浅析燃气发动机的空燃比控制摘要：燃气发动机控制系统属于发动机控制的一个细分领域，这种控制系统和汽油机的控制系统有较多的相似之处，但由于燃料压力、成份和供气时的物理状态不同又使得燃气发动机控制存在较多的独特之处。
特别是燃气发动机的空燃比控制，由于燃料的供应由液态变成了气态，同时压力波动、气源成份变化，都与燃油发动机的控制有比较大的差异。
采用天然气发动机替代原先的燃油发动机，对我国能源结构调整战略是一个重要支撑，同时，燃气汽车作为一种清洁能源汽车，污染物排放可以明显低于燃油汽车，开发性能优异的燃气发动机空燃比控制系统，对燃气汽车推广和节能减排具有重要意义。
关键词：然气；发动机；空燃比发动机研究的目的就是在保证发动机动力性和经济性的同时，尽量降低发动机的有害排放物，以满足日益严格的排放法规的要求。
而发动机的动力性、经济性和排放性能均与其瞬态空燃比密切相关。
对天然气发动机空燃比控制系统的研究与开发，在保证发动机有效动力的同时可进一步提高燃料利用效率和发动机排放水平，具有较大的科研价值和应用价值。
由于天然气发动机具有复杂的非线性和时变性，所以对其空燃比控制系统具有较高的控制要求。
因此，空燃比控制方法的确定和实现发动机的关键技术。
在燃气发动机空燃比控制系统中，数据采集系统是中心环节，也是最基础的部分，其采集量的实时性、精度与准度对发动机的运行及控制起着决定性的作用。
一、天然气发动机分类1、单燃料发动机。
只使用天然气作为燃料，根据天然气的燃料特性对发动机进行重新设计制造，优化发动机结构参数和控制参数，已达到较好的动力性、经济学和排放性能。
2、两用燃料发动机。
使用天然气或汽油作为燃料，应用在点燃式发动机上。
在保留原汽油机的供油系统和点火系统的基础上，新增一套天然气供给系统和油气转换装置。
天然气供给方式分为赶外供气和紅内供气。
3、双燃料发动机。
同时使用天然气和柴油两种燃料，应用在压燃式发动机上。
在原柴油机基础上增加一套天然气供气和气量控制系统，喷油泵控制柴油量。
空燃比反馈控制系统(O2S)ppt课件
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2、氧传感器的安装部位
安装在排气歧管后，消声器的前面。
（1）在消声器前安装一个氧传感器。 （2）在三元催化转换器前安装一个氧传感器。 （3）在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感
器。
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在消声器前安装一个氧传感器
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在三元催化转换器前安装一个氧传感器
Oxygen Sensor (O2S)
通过在排气系统中安装氧传感器，检测排气气流 中氧的浓度，修正喷油量，将发动机的实际空燃 比精确地控制在理论空燃比附近，从而提高三元 催化转换器的转换效率，有效地降低废气中有害 气体的含量。
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注意点
在使用三元催化转换器的汽车上，氧传 感器是必备的。
（2）在发动机混合气闭环控制的过程中，发动机 ECU根据氧传感器输出的电压信号不断地修正喷油 量，使可燃混合气的空燃比尽可能地保持在理论 空燃比14.7附近。
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5、氧化锆式氧传感器的输出信号电压与工作 温度的关系
（1）当二氧化锆的温度在300-800℃之间时，氧 传感器最为敏感，输出信号电压较强。
浓度差越大，电势差越大。
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注意点
锆管外部的电极铂膜起催化作用，使排气气流中 的低浓度02和有害气体CO发生化学反应，生成CO2。 这样既可降低排气流中CO的浓度，又可以增大锆 管内外之间的O2浓度差，从而提高氧传感器的输 出信号电压。
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44
工作过程：
（1）当混合气较浓时
广泛采用。
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（2）根据氧传感器内部敏感元件的不同分：
国开形成性考核03987《★汽车电控技术》章节作业(1-7)试题及答案
国开形成性考核《★汽车电控技术》章节作业(1-7)试题及答案（课程ID：03987，整套相同，如遇顺序不同，Ctrl+F查找，祝同学们取得优异成绩！）第1章（1讲）作业题目：1、汽车电控技术能够协助人类解决下述哪些社会问题？（在下列①②③④选项中，至少有2项是正确的。
点击你认为正确的选项组合）①能源紧缺。
②环境保护。
③交通安全。
④反恐维稳。
【A】：①、②、④【B】：①、③、④【C】：②、③、④【D】：①、②、③答案：①、②、③题目：2、汽车发动机燃油喷射电子控制系统的主要功用是提高汽车的【A】：舒适性【B】：操作性【C】：经济性【D】：安全性答案：经济性题目：3、汽车电控技术是衡量一个国家科研实力和工业水平的重要标志。
（V）第1章（2讲）作业题目：1、在汽车电控系统中，传感器的功用是：将汽车各部件运行的状态参数（非电量信号）转换成电量信号并传输到各种电控单元ECU。
（V）题目：2、汽车传感器越多，则其档次越高。
一个最简单的发动机电控系统设有传感器为【A】：3~5只。
【B】：6~9只。
【C】：1~2只。
答案：6~9只。
题目：3、汽车电子控制系统的共同特点是：每一个电控系统都是由下述几部分组成。
（在下列①②③④选项中，至少有2项是正确的。
点击你认为正确的选项组合）①传感器与开关信号。
②电控单元ECU。
③点火控制器。
④执行器。
【A】：①、②、④【B】：①、②、③【C】：①、③、④【D】：②、③、④答案：①、②、④第1章（3讲）作业题目：1、汽车底盘电控系统的主要功用是提高汽车的【A】：排放性能。
【B】：经济性。
【C】：动力性。
【D】：安全性。
答案：安全性。
题目：2、将发动机电控系统的传感器和执行器进行不同的组合，就可组成若干个子控制系统。
（V）题目：3、根据控制对象不同，汽车电控系统可分下述几种类型。
（在下列①②③④选项中，至少有2项是正确的。
点击你认为正确的选项组合）①发动机电控系统。
②排放电控系统。
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空燃比反馈系统O2S的控制
注意点
• 为了获得三元催化转换器所要求的空燃比， 必须十分精确地控制喷油量。
• 在有些特殊的情况下，仅凭空气流量计测 得进气量信号达不到很高的控制精度，会 造成可燃混合气燃烧后排出的CO、HC、 NOX在排气管中的混合比例不对，使得三 元催化转换器效率下降，排放污染增多。
在消声器前安装一个氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
在三元催化转换器前安装一个氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
3、各种车型氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
AFE发动机氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
AJR发动机氧传感器
氧化锆式氧传感器 氧化钛式氧传感器
• 氧化钛式应用较多。 • 丰田凌志、上海别克为氧化锆式，上海桑塔
空燃比反馈系统O2S的控制
注意点
• 通过安装在排气管上的氧传感器送来的反 馈信号，对理论空燃比进行反馈控制。
空燃比反馈系统O2S的控制
3、氧传感器对喷油量的控制与修正
• （1）前氧传感器对空燃比进行反馈控制。 • （2）后氧传感器用于检测三元催化转换器的催化
效率。
空燃比反馈系统O2S的控制
No 大众车系发动机喷油量的确定和修正
• 1、氧传感器的功用 • 氧传感器（λ传感器）
• Oxygen Sensor (O2S)
• 通过在排气系统中安装氧传感器，检测排气气流 中氧的浓度，修正喷油量，将发动机的实际空燃 比精确地控制在理论空燃比附近，从而提高三元 催化转换器的转换效率，有效地降低废气中有害 气体的含量。
空燃比反馈系统O2S的控制
空燃比反馈系统O2S的控制
（2）学习空燃比控制修正范围
• 一般闭环控制空燃比修正系数为0.80-1.20或1.251.75，在故障诊断仪里显示为±20%或±25%。如果 修正值超出修正范围时，不再修正调节。
空燃比反馈系统O2S的控制
（3）学习空燃比控制过程
空燃比反馈系统O2S的控制
二、氧传感器概述
空燃比反馈系统O2S的控制
桑塔纳3000型氧传感器 06B 906 262
空燃比反馈系统O2S的控制
JETTA氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
帕萨特1.8T氧传感器 06B 906 265 D
空燃比反馈系统O2S的控制
奥迪氧传感器 06C 906 265 H
空燃比反馈系统O2S的控制
宝来六线式氧传感器
4、空燃比反馈控制的实施条件
• 采用氧传感器进行反馈控制（闭环控制）时，原 则上供给的混合气在理论空燃比附近。
空燃比反馈系统O2S的控制
停止反馈控制的情况：
• （1）发动机起动时。 • （2）起动后燃油增量修正（加浓）时。 • （3）冷却液温度是燃油增量修正时。 • （4）节气门全开（大负荷、高转速）时。 • （5）加、减速燃油量修正时。 • （6）燃油中断停供时。 • （7）从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间
注意点
• 在使用三元催化转换器的汽车上，氧传感 器是必备的。
空燃比反馈系统O2S的控制
2、氧传感器的安装部位
• 安装在排气歧管后，消声器的前面。
• （1）在消声器前安装一个氧传感器。 • （2）在三元催化转换器前安装一个氧传感器。 • （3）在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感
器。
空燃比反馈系统O2S的控制
空燃比反馈系统O2S的控制
2、如下情况无法采用空燃比反馈控制
• （1）喷油器漏油造成混合气过浓。 • （2）喷油器堵塞造成混合气过稀。 • （3）点火系统缺火或火花塞能量不足造成混合气
（HC和新鲜空气）直接进入三元催化器燃烧，使 得发动机动力性、经济性、排放性下降。 • （4）气门正时不对，造成混合气直接进入三元催 化器燃烧。 • （5）空气流量计后漏气造成NO2过多。 • （6）空气流量计故障造成进气量计量不准。 • （7）进气温度传感器或水温传感器故障。 • （8）燃油压力调节器失效。
空燃比反馈系统O2S的控制
4、氧传感器的类型
空燃比反馈系统O2S的控制
（1）根据氧传感器检测混合气浓度的范围分：
窄带型氧传感器 宽带型氧传感器
空燃比反馈系统O2S的控制
1）窄带型氧传感器
• 只能检测废气的浓、稀两种状态，不能确定空燃 比偏离理论混合气的程度。
• 目前，汽车上大多数使用窄带型氧传感器。 • 窄带型氧传感器又分为氧化锆式和氧化钛式两种
5.1 空燃比反馈控制系统（O2S）
空燃比反馈系统O2S的控制
教学内容：
• 1、空燃比反馈控制系统工作原理 • 2、氧传感器故障诊断与检修
空燃比反馈系统O2S的控制
5.1.1 空燃比反馈控制系统工作原理
• 一、空燃比反馈控制系统概述
• 1、使用空燃比反馈控制的必要性
• 只有当可燃混合气浓度在理论空燃比14.7附近时， 三元催化转换器的转换效率才最好。
大于规定值（如10s以上）时。 • （8）从氧传感器送来的空燃比过浓信号持续时间
大于规定值（如4s以上）时。 • （9）氧传感器的温度在300℃以下。
空燃比反馈系统O2S的控制
5、学习空燃比控制
• （1）学习空燃比控制的目的
• 在发动机实际运行过程中，根据发动机性能的变 化，不断修正调节空燃比，微调喷油量，进一步 提高空燃比的控制精度。
空燃比反馈系统O2S的控制
控制过程：
• 根据氧传感器的输出特性，氧传感器输出电压信 号在理论空燃比14.7处发生跃变。ECU利用空燃比 反馈信号，将氧传感器信号电压与基准电压0.45V 进行比较，判定混合气的浓稀程度进行控制。
• 比理论混合气浓，缩短喷油时间；比理论混合气 稀，延长喷油时间。
空燃比反馈系统O2S的控制
氧传感器。
空燃比反馈系统O2S的控制
2）宽带型氧传感器
• 既能检测废气的浓、稀两种状态，又能确定空燃 比偏离理论混合气的程度。
• 检测空燃比范围可达到10.0-60.0。 • 宽带型氧传感器从2002年开始在中、高档汽车上
广泛采用。
空燃比反馈系统O2S的控制
（2）根据氧传感器内部敏感元件的不同分：