如何解析宝马氧传感器闭环控制和诊断方法

看宝马技术经理如何解析氧传感器闭环控制和诊断方法

2016-01-17 技术经理道陆福星

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氧传感器的作用：

氧传感器的作用是监测尾气中氧的浓度,并将信息反馈给控制单元修正喷油量,实现发动机的闭环控制,减少有害气体的排放。随着发动机电控技术的发展,普通的4线制氧传感器由于其检测范围的局限性,已不能满足汽车工况的需求,因而宽频氧传感器在汽车上的应用越来越广泛。

宽频氧传感器的作用：

6线宽频氧传感器的作用是监测尾气中氧的浓度,并将信息反馈给控制单元修正喷油量,实现发动机的闭环控制,减少有害气体的排放。随着发动机电控技术的发展,普通的4线制氧传感器由于其检测范围的局限性,已不能满足汽车工况的需求,因而宽频氧传感器在汽车上的应用越来越广泛。

其次，现代汽车为了省油，都趋向与稀薄燃烧，也就是空燃比从10至20，相当于过量空气系数从0.686至1.405的宽范围，这样，原有的氧传感器就无法适应，于是宽带氧传感器诞生了，这就是6线的氧传感器。

氧传感器4线和6线的不同：

4线氧传感器有：加热线2根和信号线2根，加热线为12v和0v 信号线为0.1---0.9V跳变10秒变化8次以上。6线氧传感器有：加热线2根，跳跃信号线2根，泵电流信号2根。泵电流信号是电脑通过施加给泵氧元件的电流来检测混合气浓度的。

通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号。控制氧传感器的电压值在450mv附近。

闭环:

闭环(Close Loop)闭环是指发动机ECU根据氧传感器的反馈信号不断地调整混合气的空燃比，使其值符合规定。根据氧传感器的信号波形可以判断系统是否已经进入闭环控制状态。起动机起动后氧传感器输出的信号电压先逐渐升高到450 mV，然后进入升高和下降(混合气变浓和变稀)的循环，后者表示燃油反馈控制系统进入了闭环状态。当然，只有当氧传感器在无故障的时候氧传感器的信号电压波形才能反映燃油反馈控制系统的状况；如果氧传感器有故障，那么它所产生的波形就不反映燃油反馈控制系统的状况。

其特点是：

1、装在三元催化反应器前。

2、插头为6脚。

3、调整更精确、精细。

4、通过单元泵工作，可将尾气中的氧吸入测量室，单元泵工作所用电流，即为传递给控制单元的电信号。控制氧传感器的电压值在450mv附近。

调整举例（一）混合气过浓:

泵入混合气过浓时，单元泵以原来的工作电流工作，测试室的氧量少。氧传感器电压值超过

450mv

减少喷油。控制单元增大单元泵的工作电流，使单元泵旋转速度增加，增加泵氧速度。单元泵泵入测试室中的氧量增加，使氧传感器电压值恢复到450mv。

混合气过稀时，泵在原来的转速下会泵入较多的氧，测试室中氧的含量较多，电压值下降。加大喷油量。同时减少单元泵的工作电流为能使氧传感器电压值尽快恢复到450mv的电压值，减小单元泵的工作电流，使泵入测试室的氧量减少。单元泵的工作电流传递给控制单元，控制单元将其折算成氧传感器电压值信号。

BMW废气触媒转换器前的氧传感器调控用传感器:

废气触媒转换器前的氧传感器

废气触媒转换器前的氧传感器是一个宽带氧传感器(调控用传感器)。

该宽带氧传感器持续测量废气中的残余氧含量。不稳定的残余氧含量值被作为电压信号转发至发动机控制单元。发动机控制系统通过喷射校正混合气成分。

新上市的有进一步开发的宽带氧传感器LSU ADV (Bosch)。LSU 是”Lambdasonde Universal (通用氧传感器)”的缩写，ADV 是”Advanced (高级)”的缩写。

功能描述:

宽带氧传感器的传感机构由二氧化锆陶瓷层(层压板) 构成。嵌在层压板中的加热元件可迅速提供至少760 °C 的必要工作温度。宽带氧传感器有 2 个元件，一个所谓的测量元件和一个参考元件。这两个元件上涂有铂电极。

BMW废气触媒转换器前的氧传感器说明:

用宽带氧传感器可以无级测量0.65 到空气之间的空燃比(稳定的特性线)。宽带氧传感器比其早先版本的LSU 4.9。更快进入准备就绪状态。

为了实现完全和无缺陷的燃烧，需要 1 千克燃油和约14.7 千克空气的空燃比。实际供给的空气质量与化学计算空气质量之比被称为空气过量系数。在车辆正常运行时，空气过量系数值不断波动。发动机在空气不足(空气过系数约0.9 = 浓混合气) 时功率最好。发动机在空气过量(空气过量系数约 1.1 = 稀混合气) 时油耗最低。当混合气在空气过量系数= 1 范围内时，废气触媒转换器可实现最好的有害物质排放减少。转换率(即转换的有害物质部分)在先进的废气触媒转换器上高达98%，甚至接近100%。燃油-空气-混合气的最优组合由发动机控制进行调节。氧传感器这时提供关于废气成份的基本信息。

宽带氧传感器（Bosch 公司：LSU4.2 型）:

1 废气7 陶瓷层

2 测量元件（泵室）8 测量间隙

3 参考室铂电极9 参考室

4 加热电极10 参考室铂电极

5 加热元件11 测量室（泵室）铂电极

6 有空气的间隙12 测量元件电极

当λ=1时Ip=0也就是理论混合比，当λ大于1时也就是稀混合比时，Ip渐渐升高；当λ小于1时也就是浓混合比，Ip转为负值。引擎计算机藉由Ip控制即可得到连续的含氧感应值。

转换器前的氧传感器结构及内部电路:

线脚布置

1 氧传感器加热装置

2 参考元件(能斯脱元件)

3 测量元件(能斯脱及泵元件)

线脚说明

PWM 脉冲宽度调制式氧传感器加热装置控制

Kl. 87 蓄电池电压，总线端15 接通

U1 参考元件电压

Kl. 31 虚拟接地

U2 泵元件上的电压

汽车氧传感器的检测方法:

方法一：检测加热元件电阻加热元件的电阻值在常温条件下为1～5Ω，温度上升很少时，阻值就会显著增大。因此，在室温下，可用万用表进行检测。检测时，拔下氧传感器线束插头，检测插头上端子“3”、“4”之间的阻值常温下应为1～5Ω。如常温下阻值为无穷大，说明加热元件断路，应更换氧传感器。

汽车氧传感器的检测方法:

方法二：检测加热元件电压氧传感器加热元件的电压为整车电源电压，打开点火开关，燃油泵继电器触点接通时，加热元件的电源即被接通。检测加热元件的电压时，拔下氧传感器插头，启动发动机，检测连接器插座上端子“3”、“4”之间的电压应不低于11V。如电压为零，说明附加熔断器（30A）断路或燃油泵继电器触点接触不良，分别检修即可。

汽车氧传感器的检测方法:

方法三：检测氧传感器信号电压检测氧传感器信号电压时，插头与插座连接，将数字式万用表连接到氧传感器端子“3”、“4”连接的导线上，接通点火开关时，电压应为0.45～0.55V；当供给发动机浓混合气（节气门开度最大时），信号电压应为0.7～1.0V；当供给发动机稀混合气（拔下空气流量传感器至发动机之间的真空管）时，信号电压应为0.1～0.3V，否则说明氧传感器失效，应予以更换。检测氧传感器的信号电压时，可将一只发光二极管和一只300Ω/0.25W电阻串联接在传感器“3”、“4”端子连接的导线之间进行测试。二极管正极连接到“3”端子导线上，二极管负极经300Ω电阻连接到连接器“4”端子导线上。发动机怠速或部分负荷运转时，发光二极管应当闪亮。如电源电压正常，二极管不闪亮，说明传感器有故障，应予以更换发光二极管闪亮频率每分钟不低于10次，如果二极管不闪或闪亮频率过低，则可能是加热元件失效、热负荷过重、氧传感器壳体上的透气孔堵塞或氧传感器因铅中毒而失效等原因，应更换传感器还有就是看颜色，正常应该是灰色。

宽带氧传感器额定值: