电控发动机空燃比反馈控制 氧传感器
简述空燃比反馈控制的条件
简述空燃比反馈控制的条件空燃比反馈控制是指通过对发动机进气量、进气温度、进气压力、进气湿度、点火提前角等参数的实时监测和控制，使空气与燃油的比例保持在最佳范围内，从而提高发动机的效率和环保性。
进行空燃比反馈控制需要满足以下条件。
第一步，需要有可靠的空燃比检测技术。
目前，常见的空燃比检测技术有广谱氧传感器、氧离子传感器和宽带氧传感器等。
这些传感器可以测量排气中氧气的含量，并根据氧气含量的变化判断出当前的空燃比情况。
第二步，需要有可靠的空燃比控制技术。
空燃比控制系统通常由电脑、传感器、执行器等组成。
电脑负责监测空燃比传感器的反馈信号，并根据反馈信号调整发动机的进气量、进气温度、进气压力等参数，从而控制空燃比在最优化范围内。
执行器则负责执行电脑发出的指令，调整发动机的进气量、进气温度、进气压力等参数。
第三步，需要有适当的控制策略。
空燃比控制系统的控制策略包括基于负载的控制策略和基于速度的控制策略。
基于负载的控制策略是根据发动机负载的大小来控制空燃比的，适用于发动机负载较为稳定的情况，例如在匀速行驶时。
基于速度的控制策略则是根据发动机转速来控制空燃比的，适用于需要频繁变速的情况，例如加速、减速等。
第四步，需要有足够的计算能力和数据储存空间。
空燃比反馈控制系统需要进行实时监测和控制，涉及大量的数据计算和存储，因此需要有足够的计算能力和数据储存空间来支持系统的正常运行。
综上所述，空燃比反馈控制需要满足可靠的空燃比检测技术、可靠的空燃比控制技术、适当的控制策略以及足够的计算能力和数据储存空间等条件。
只有在这些条件的支持下，才能实现对发动机空燃比的实时监测和调整，从而提高发动机的效率和环保性。
带氧传感器反馈控制原理
带氧传感器反馈控制原理一、引言随着汽车工业的发展，越来越多的汽车采用了电控系统来控制发动机的运转。
其中，带氧传感器反馈控制系统是发动机电控系统中最为重要的一个部分。
本文将详细介绍带氧传感器反馈控制原理。
二、带氧传感器概述带氧传感器又称为氧气传感器，是一种能够测量排放废气中氧含量的传感器。
在现代汽车发动机中，带氧传感器被广泛应用于燃油喷射系统中，以保证发动机能够在最佳燃烧状态下运行。
三、带氧传感器工作原理带氧传感器主要由两个部分组成：加热元件和测量元件。
1. 加热元件加热元件通常由陶瓷材料制成，其作用是将带氧传感器加热至一定温度（通常为 600-800℃），以保证其正常工作。
在启动发动机时，电子控制单元会向加热元件提供电流，使其迅速升温。
2. 测量元件测量元件通常由氧离子导体材料制成，其作用是测量排放废气中的氧含量。
当排放废气中的氧含量发生变化时，测量元件会产生相应的电信号，并将其传递给电子控制单元。
四、带氧传感器反馈控制原理带氧传感器反馈控制系统是一种通过测量排放废气中的氧含量来调节燃油喷射量的控制系统。
其基本原理如下：1. 检测空燃比在正常工作状态下，带氧传感器会不断地监测排放废气中的氧含量，并将其转换为电信号发送给电子控制单元。
根据这些信号，电子控制单元可以计算出当前发动机的空燃比（即空气与燃料的比例）。
2. 调节燃油喷射量一旦检测到空燃比偏离最佳值，电子控制单元就会向喷油嘴发送指令，调节燃油喷射量以达到最佳空燃比。
这种调节过程是连续不断地进行的，以保证发动机始终处于最佳燃烧状态。
3. 燃油喷射量反馈在调节燃油喷射量的过程中，电子控制单元还会不断地监测带氧传感器的信号，以确保调节后的燃油喷射量能够使空燃比达到最佳值。
如果发现调节后的空燃比仍然偏离最佳值，电子控制单元将会再次发送指令进行调节。
五、总结带氧传感器反馈控制系统是现代汽车电控系统中最为重要的一个部分。
通过测量排放废气中的氧含量来调节燃油喷射量，可以使发动机始终处于最佳燃烧状态，从而提高燃油利用率、降低排放污染物。
电控发动机空燃比反馈控制_____氧传感器
判断催化效率：前后两个波形十分接近，MIL灯点亮，说明三元催 化器已失效。
催化器 不正常
控制探测器
监视器探测器
空燃比反馈控制（λ）
下列情况空燃比实行开环控制
• 起动工况，需要浓混合气，以便发动机起动。 • 暖机工况，需要发动机迅速升温。 • 大负荷工况，需要加浓混合气，以便发动机输出最大功率。 • 加速工况，需要发动机输出最大扭矩，以便提高汽车速度。 • 减速工况，需要停止喷油，使发动机转速迅速降低。 • 氧传感器信号失效，ECU将自动进入开环控制状态。 • 此外，氧传感器的温度300℃以下时，反馈控制也不会
热而丧失活性（有最近资料介绍提
高陶瓷载体的耐高温性，可以达到
1200℃能有效工作）
0 0 100 200 300 400 500 600 700 温度 [°C]
（2）转换效率与混合气浓度的关系
为什么混合气浓度 要在理论空燃比附 近才能被同时净化， 且转化效率最高？
NOX在转化器中还原时需要H2、CO和 HC等作为还原剂，混合气过稀时，这 些还原剂首先与氧反应，所以NOX的 还原反应不能进行。而当混合气过浓 时， CO和HC则不能被充分氧化。
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。
一、氧传感器简介
一、氧传感器简介1. 氧传感器燃油反馈控制系统氧传感器是燃油反馈控制系统的重要部件，用汽车示波器观察到的氧传感器的信号电压波形能够反映出发动机的机械部分、燃油供给系统以及发动机电脑控制系统的运行情况，并且，所有汽车的氧传感器信号电压的基本波形都是一样的，利用波形进行故障判断的方法也相似。
2. 氧传感器与三元催化器发动机电脑利用氧传感器的输出信号来控制混合气的空燃比，即令空燃比总是在理论空燃比14.7的上下波动。
这不仅是发动机进行安全燃烧的要求，也是三元催化器中两种主要化学反应（氧化和还原）的需要。
要想优化氧化过程，就必须有足够的氧，也就是三元催化器需要稍稀的混合气；而为了优化还原过程，氧气量又必须少，为此，三元催化器又需要稍浓的混合气。
但混合气不可能同时既是浓的又是稀的，所以，汽车工程师在设计燃油反馈控制系统时将混合气设计成从稍浓至稍稀，再从稍稀至稍浓这样的循环变化，使碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）氧化反应过程的需要和氮氧化合物（NOx）还原反应过程的需要都能得到满足。
由此可知，为了使燃油反馈控制系统正常工作，氧传感器输出的信号电压必须能够高、低变化。
发动机工作时，发动机电脑根据各种传感器（例如：空气流量计、进气压力传感器、节气门位置传感器等）的输入信号来计算混合气的空燃比并控制喷油器喷油，使空燃比十分接近14.7。
随后，发动机电脑又根据氧传感器的信号发出加浓或减稀的命令，这就使三元催化器的效率大大提高，同时又延长了它的使用寿命。
好的氧传感器是非常灵敏的，但其信号也极易受干扰。
若发动机有故障，氧传感器的输出信号一定会有反应。
所以，当氧传感器的信号电压波形正常时就可以断定整个发动机控制系统的工作是正常的或对发动机的修理是成功的。
在汽车示波器上进行氧传感器信号电压波形分析，通常称为氧反馈平衡测试（Oxygen Sensor Feedback Balance），简称O2FB。
二、氧传感器波形分析1. 基本概念：a.上流动系统（Upstream System）上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传感器、执行器、发动机电脑的发动机各系统（包括辅助系统），即在氧传感器之前的影响尾气的所有机械部件和电子部件。
氧传感器与空燃比传感器
图2.56 氧传感器的安装位置
1—氧传感器（左前） 2—进气管 3—氧传感器（右前） 4—三元催化转化器 5—氧传感器（后） 6—排气管 7—预热式三元催化转换器
氧传感器通常和安装在排气管中段 的三元催化反应器一同使用，以保证混 合气的空燃比处于接近理论空燃比的一 个窄小范围内，从而使三元催化反应器 能充分发挥其净化作用。
氧传感器和空燃比传感器
氧传感器和空燃比传感器都安装在发动 机的排气管上，与排气管中的废气接触，用 来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换 成电压信号。
ECM根据这一信号对喷油量进行调整， 以实现对可燃混合气浓度的精确控制，改善 发动机的燃烧过程，达到即降低排放污染， 又减少燃油消耗的目的。 只能在理论空燃比附近工作的传感器称 为氧传感器，可以在整个稀薄燃烧区范围内 工作的传感器称为空燃比传感器。
（2）测量氧传感器反馈电压。检测方法如下。 ① 将发动机热车至正常工作温度（或起动后 以2 500r/min的转速连续运转2min）。 ② 用电压表的负极测笔接氧传感器线束插头 上的引出线。
③ 让发动机以2 500r/min的转速保持运转， 同时检查电压表的指示值能否在0～1V来回 变动，记下10s内电压变动的次数。在正常 情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的 反馈电压将在0.45V附近不断变化，10s内反 馈电压的变化次数应不少于8次。
1 、 氧传感器的结构与工作原理
氧传感器可以安装在发动机的排气管上 （见图2.56），位于三元催化转化器的前面 或后面。 安装在三元催化转化器前面的氧传感器 的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让 ECM获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此 对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃 比更接近于理论空燃比。
图2.57 氧传感器的结构
元催化、氧传感器、空燃比反馈控制
工作原理：
当温度较高时，若陶瓷体内（大气）与陶瓷体外（废气）两侧含氧量不同时，氧气发生电离产生氧离子，氧离子从大气侧向废气侧扩散，在锆管两铂电极间产生电压。
氧化钛式氧传感器
组成：二氧化钛元件、导线、金属外壳和接线端子等。 原理： 废气中的氧浓度高时，二氧化钛的电阻值增大； 废气中氧浓度较低时二氧化钛的电阻值减小。
TWC影片
影响TWC转换效率的因素
氧传感器 Oxygen Sensor (O2S)
【功用】检测排气中的氧浓度，向ECU输送空燃比信号。 【分类】氧化锆（ZrO2）式和氧化钛（TiO2）式两种。 【别名】λ传感器
氧化锆式氧传感器
氧传感器FLASH动画
PART 01
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二氧化钛元件
金属外壳
陶瓷绝缘体
接线端子
陶瓷元件
导线
金属保护套
氧传感器电路
两个热型氧传感器 两个普通型氧传感器 氧传感器外部接线： 单线：信号线、外壳接地 双线：信号线、接地线 三线：电源、加热、信号（外壳接地） 四线：电源、加热、信号、接地
丰田LS400轿车氧传感器控制电路
EFI系统的闭环控制过程
在带氧传感器的EFI系统中，并不是所有工况都进行闭环控制。在起动、怠速、暖机、加速、全负荷、加速断油等工况下，发动机不可能以理论空燃比工作，此时仍采用开环控制方式。
改变短
改变长
喷油器
加长
缩短
判定为空燃比稀
判定为空燃比浓
ECU
浓
稀电动势大Βιβλιοθήκη 电动势小氧浓度增加
氧浓度减少
O2S
发动机
进气
排气
压缩
丰田发动机空燃比传感器工作解析
丰田发动机空燃比传感器工作解析随着人们环保意识的提高，对汽车尾气净化的要求越来越高，对尾气排放控制标准也越来越严格。
氧传感器作为发动机电控系统的主要排放控制部件之一，主要是配合三元催化转换器（TWC）在正常的运转工况时进行有效的尾气排放控制，以降低汽车尾气排放。
传统的两状态型氧传感器在进行燃油反馈控制时，只能识别和判断混合气的浓与稀状态，不能精确判断空燃比大小，故其反馈范围狭窄且变化不稳定。
而如今为了达到更好的燃油控制效果和降低排放，需要进行非理论空燃比的闭环燃油控制，ECM 必须能够瞬间判断当前工况与实际空燃比的大小，以进行快速的燃油反馈调节，故需要使用一种反应非常灵敏并且检测精度高、能连续检测空燃比大小的新型氧传感器。
专家们把该传感器叫空燃比传感器或宽带型、线性型、稀式氧传感器。
1 空燃比传感器工作解析目前丰田 PREVIA、CAMRY 等新车型都采用线性型空燃比传感器，如图 1 所示。
根据其测量的实际空燃比数值大小，ECM 能及时调整实际空燃比，并控制在理论空燃比（14.7:1）位置，且调整速度极快，很大程度上降低了车辆在冷启动、加速、减速等工况下的废气排放。
空燃比传感器的结构如图2 所示。
传感器最基本的部分是ZrO2 固态电解质，其夹在两个铂电极之间，同传统型氧传感器差不多，主要区别于保护罩的部位，空燃比传感器的传感元件多了一个特殊设计的用于限制空气扩散的扩散阻力层和一个封闭的空气腔。
从图 3 可以看出，传统氧传感器空气腔是直通外界大气的。
空燃比传感器是根据氧气泵原理来工作的，ECM 通过内部的一个稳压电路，在空燃比传感器空气腔侧铂电极和尾气侧铂电极分别施加一个 3.3 V 和一个 3.0 V 的固定电压，如图 4 所示。
当废气中 O2 浓度变化时，空燃比传感器从空气腔泵出或泵入O2，产生一个大小、方向不同的泵送电流输入到 ECM 内部的检测电路，产生与废气中 O2 含量相应的电压值。
当λ＜1，即浓混合气时，废气中的 O2 很少，HC、CO 未燃烧干净。
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。
雷克萨斯ES240空燃比传感器故障诊断排除
雷克萨斯ES240空燃比传感器故障诊断排除一辆搭载直列4缸、2.4排量发动机的10款雷克萨斯ES240 轿车，行驶了20万公里，发动机故障灯点亮，故障码P0138。
本文通过实车实验，查阅相关资料，对比相同款式的试驾车数据流，然后将所有数据进行综合分析，最后确定1列1号空燃比传感器故障，更换后试车发现故障码没有再出现，故障排除。
标签：空燃比传感器；氧传感器；故障码；数据流1 故障现象一辆10款雷克萨斯ES240轿车，搭载直列4缸、2.4排量发动机，行驶20万公里。
车主反映，虽然车辆能够正常行驶，但发动机故障灯点亮，希望能够查找一下故障原因。
车辆能驾驶无异常感觉。
2 故障诊断与排除2.1 故障点的确定根据车主描述，首先进行了实车试验，发现车辆的确能够正常行驶，且驾驶过程中无明显异常，但发动机故障灯点亮。
为了进一步确定故障点，随即连接故障诊断仪：读取故障码为P0138，故障内容描述为：1列2号氧传感器输出高电压。
通过查阅相关资料，得出该故障码的出现，在一定时间内需要满足两个条件：一是加热型氧传感器输出的电压高于0.59V；二是目标空燃比过稀。
满足以上两个条件，该故障码就会成立，发动机故障灯会点亮。
检修车辆过程中，首先检查了相关线路，发现1列2号氧传感器到ECM电脑之间的线路无短路断路现象；然后查看数据流，发现1列2号后氧传感器怠速时的输出电压为0.88V，超出标准范围。
结合诊断仪所报故障码，考虑应该是后氧传感器故障，随即进行了更换，故障码也成功消除，输出电压恢复到0.4V—0.59V正常范围。
然而经过一段时间的试车后发现，发动机故障灯再次点亮，经故障诊断仪诊断后，故障内容还是1列2号后氧传感器输出高电压，查看数据流发现1列2号后氧传感器怠速时的输出电压重新变回0.88V。
显示此时发动机的混合气又偏浓了。
由此看来前面没有找到真正的故障点，再次查询相关资料得出，产生该类故障的故障点可能有以下四处：1、加热型氧传感器1列2号电路短路，即后氧传感器电路短路；2、加热型氧传感器1列2号本身故障；3、ECM发动机电脑故障；4、1列1号空燃比传感器故障。
电控发动机氧传感器故障分析
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９
文献标 识码 ： Ａ
文章编号： １ ６ ７ ４ — ０ ９ ８ ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ｏ ５ （ ａ ） － ０ ０ ５ ５ － ０ ２
目前 ， 汽 车上 普 遍 装 有 氧传 感 器。 氧 传 化 。 感 器 装 在 汽 车 排 气 管 道 内， 用 它 来 检 测 废
外 部 空气 进 入 氧 传 感 器 内部 ， 使 氧 传 感 器 的 发展， 有 些 车 型也 用 到 了新 型 的 氧 传 感 还 是 浓 了； 之 后 控 制 器将 产生 一 个 泵 电流 流 输 出 的 信号 失 准 ， 燃 油 系 统 控 制 电 脑 将 会
按照错误的信号 修正空燃 比， 从 而 产 生积 （ ３ ） 氧传 感 器陶 瓷碎 裂 氧传 感 器 端 部 由 陶 瓷 制 成 ， 材 质 硬 而 频 带 型 氧传 感 器 。 氧 传感 器 一 般 有单 线 、 双 氧 气或 燃 料 ， 使气缸 内混 合 气的 浓 度始 终 维 碳 。
能 消 除 氧传感 器 表 面的 铅 ， 使其恢 复正 常工
（ ３ ） 新 型氧传感 器平面 型传感 器（ 线 作 。另外 因为 汽 油 和 润 滑 油 中含 有 的 硅 化
气 口的 氧含 量 。 因而 可根 据 氧传 感 器所 得 到 性 ） 。 核 心为 陶 瓷 材 料 ， 两 边 有 涂 层。 涂 层的 合 物 燃 烧 后 生 成 的二 氧化 硅 ， 硅 橡 胶 密 封 的 信号 ， 把 它 反 馈 到 控 制 系统 ， 形 成 闭 环 控 优 点 是 对尾 气中的 氧 浓度 更 敏 感 ， 两边 涂层 垫 圈使 用不 当散 发 出的 有 机硅 气体 ， 都会 使 制， 来微 调 燃 料 的 喷 射 量， 使 Ａ／Ｆ 控 制 在 的氧 浓 度 不 同 ， 产 生电压 信 号。
空燃比的名词解释
空燃比的名词解释空燃比（Air-Fuel Ratio，缩写为AFR）是指发动机燃烧室中空气与燃料的混合比例。
它是指单位燃料所需的空气量与实际供给的空气量之比。
空燃比是发动机运行中至关重要的参数，对于发动机的性能和排放水平都有着重要影响。
一、空燃比的定义与计算方法空燃比以空气量与燃料量的比值来表示。
通常，空燃比表达为空气与燃料的质量比。
计算空燃比的方法根据燃料的类型和测量手段不同而略有差异。
对于汽油发动机，空燃比可以通过测量进气量和燃油喷射量来计算。
空燃比=空气质量/燃油质量。
常用的空燃比范围为14.7:1，即每克燃油需要14.7克空气。
当空燃比小于14.7:1时，称为富燃；当空燃比大于14.7:1时，称为稀燃。
二、空燃比对发动机性能的影响空燃比对发动机性能有着重要的影响，主要体现在以下几个方面：1、功率输出：不同空燃比下，发动机的功率输出存在最佳点。
当空燃比接近理论最佳点时，燃烧效率最高，发动机输出功率最大。
过富或过稀的空燃比都会导致功率下降。
2、燃油经济性：空燃比对发动机的燃油经济性影响较大。
空燃比较低时，燃料燃烧不完全，会导致燃油浪费。
而空燃比过高时，燃料不能完全燃烧，也会导致燃油经济性下降。
3、排放水平：空燃比也是影响发动机排放水平的重要参数。
通常，当空燃比偏低时，氮氧化物（NOx）的排放量会增加，而碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的排放量则会减小。
相反，当空燃比偏高时，NOx的排放量减少，但HC 和CO的排放量会增加。
三、空燃比的调节方法发动机控制系统通过多种方式来调节空燃比，以满足不同工况下的需求。
常用的空燃比调节方法有以下几种：1、燃油喷射量控制：通过调节燃油喷射量来改变空燃比。
现代发动机通常采用电控喷油系统，可以根据传感器信号来实时调节喷油量。
2、空气进气量控制：通过调节进气阀的开启度来控制空气进入燃烧室的量，进而改变空燃比。
3、氧传感器反馈控制：氧传感器可以监测排气中氧气的含量，根据这个信号来调节燃油的喷射量，实现稳定的空燃比控制。
简述空燃比反馈控制过程
简述空燃比反馈控制过程
空燃比反馈控制是一种通过测量发动机废气中的氧含量来控制空燃比的过程。
在发动机中，空气和燃料的混合气需要通过燃烧产生能量，而燃烧过程中产生的废气中含有氧气，通过测量废气中的氧气含量，可以了解混合气燃烧的情况。
根据测量结果，ECU(电子控制单元) 可以调整空燃比，使废气中的氧气含量保持在合适的范围内，从而实现对发动机燃烧的精确控制。
具体来说，空燃比反馈控制过程包括以下几个步骤:
1. 氧传感器检测废气中的氧气含量，将检测结果转化为电信号发送给 ECU。
2. ECU 对氧传感器检测结果进行分析和处理，计算出当前空燃比的偏差。
3. ECU 根据偏差大小和发动机状态，发出指令控制喷油器和点火器进行调整，以使空燃比回到合适的范围内。
4. 喷油器和点火器根据 ECU 的指令进行相应的调整，以实现空燃比的反馈控制。
空燃比反馈控制可以提高发动机的动力性、燃油经济性和排放性能，是现代发动机控制技术中的重要组成部分。
氧传感器与空燃比传感器详解
氧传感器和空燃比传感器都安装在发动 机的排气管上，与排气管中的废气接触，用 来检测排气中氧气分子的浓度，并将其转换 成电压信号。
ECM根据这一信号对喷油量进行调整， 以实现对可燃混合气浓度的精确控制，改善 发动机的燃烧过程，达到即降低排放污染， 又减少燃油消耗的目的。 只能在理论空燃比附近工作的传感器称 为氧传感器，可以在整个稀薄燃烧区范围内 工作的传感器称为空燃比传感器。
假设计算机供给氧传感器5V的参考电压，当混合 比浓时电阻低所得到电压较高(将近5V)，若混 合比较稀时电阻高所得到的电压较低(将近0V) ，因此由电阻的变化即可得知当时混合比的状 况，不过近来的车型为了使氧化钛型氧传感器 有着与氧化锆型相同的变化，即将参考电压改 成1V，所以其电压即成了0~1V的范围内。另 外由于高温下电阻容易产生变化，因此氧化钛 型氧传感器会设一温度补偿电路，以反应温度 高低所产生误差。
图2.56 氧传感器的安装位置
1—氧传感器（左前） 2—进气管 3—氧传感器（右前） 4—三元催化转化器 5—氧传感器（后） 6—排气管 7—预热式三元催化转换器
氧传感器通常和安装在排气管中段 的三元催化反应器一同使用，以保证混 合气的空燃比处于接近理论空燃比的一 个窄小范围内，从而使三元催化反应器 能充分发挥其净化作用。
发动机运转时，锆管两侧存在氧浓度差， 使锆管形成微电池，在锆管两个铂电极间产生 一个微小的电压［见图2.58（a）］。
当混合气的实际空燃比小于理论空燃 比，即发动机以较浓的混合气运转时，排 气中缺氧，锆管中氧离子移动较快，并产 生0.6～0.9V的电压；当混合气的实际空燃 比大于理论空燃比，即发动机以较稀的混 合气运转时，废气中有一定的氧分子，使 锆管中氧离子的移动能力减弱，只产生0.对于氧化锆型的氧传感器是以产生电压的 讯号，氧化钛(TiO2 氧化钛型氧传感器)型则 是利用电阻的变化来判别其中的含氧量。在某 个温度以上钛与氧的结合微弱，在氧气极少的 情况下就必须放弃氧气，因此缺氧而形成低电 阻的氧化半导体。相反的，若氧气较多，则形 成高电阻的状态。就像水温度传感器一样，有 着电阻高低的变化，这时只要供给一参考电压 ，即可由电压来可知冷却水的温度。
浅谈氧传感器常见故障与检测方法
浅谈氧传感器常见故障与检测方法摘要：在电控发动机系统中，氧传感器是必不可少的元件。
由于氧传感器的有效工作得以将混合气的空燃比控制在理论值附近。
本文通过对电控发动机排放控制系统中氧传感器的原理分析，对其常见故障及检查方法作一简单介绍。
并引用典型车型氧传感器，提出了具体的诊断内容。
关键词：氧传感器故障检测前言：随着汽车技术的发展，世界各国对汽车尾气排放标准要求越来越严格。
氧传感器是现代汽车控制废气排放、提高燃油经济性的重要传感器之一。
在电控燃油喷射发动机中，用于燃料系统闭环控制，是一个重要的电子元件。
氧传感器故障会造成燃油消耗增大，发动机工作异常，不但造成经济损失还会造成大气污染。
一、氧传感器的功能氧传感器在理论空燃比附近它输出的电压有突变。
这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给电脑，以控制空燃比。
当实际空燃比变高，在排气中氧气的浓度增加而氧传感器把混合气稀的状态（小电动势：O伏）通知ECU。
当空燃比比理论空燃比低时，在排气中氧气的浓度降低，而氧传感器的状态（大电动势：1伏）通知（ECU）电脑。
以此ECU根据氧传感器信号对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制（闭环控制）。
从而将空燃比始终控制在理论值14.7:1附近，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而降低有害气体的排放和节约燃油。
二、氧传感器的安装位置和类型氧传感器安装于发动机的排气管上。
对于双氧传感器形式的车辆，一个氧传感器安装在三元催化转化器前面的排气管上（上游传感器），另一个安装在三元催化转化器的后面排气管上（下游氧传感器）氧传感器主要有氧化锆式和氧化钛式两种类型。
在丰田凌志、上海别克上多为氧化锆式，上海桑塔纳、一汽捷达主要为氧化钛式。
根据是否加热又分为加热型氧传感器和非加热型氧传感器。
其中，氧化钛式氧传感器一般都是加热型。
按外部接线数量又有单线式氧传感器、双线式氧传感器、三线式氧传感器、四线式氧传感器这四大类。
单线式氧传感器为一根信号线，其外壳直接接地；双线式氧传感器为一根信号线和一根接地线；三线式氧传感器为一根电源线、一根加热线、一根信号线，其外壳接地；四线式氧传感器为一根电源线、一根加热线、一根信号线和一根接地线。
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。
氧传感器故障分析
一、浅谈氧传感器的故障分析与诊断1、氧传感器在电控发动机排放控制中的重要性在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。
由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化器对CO、HC和NOX的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU发出反馈信号，再由ECU控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。
2、氧传感器的种类及氧传感器在汽车上安装的重要性目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。
而常见的氧传感器又有单引线、双引线、三引线及四引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三引线和四引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上四种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。
氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。
因此，必须及时的排除故障或更换。
空燃比对排气中碳氢化合物（HC）和一氧化碳（CO）的含量有很大影响，在空燃比低于14.7：1时，HC及CO含量降低；如果空燃比高于14.7：1时，HC及CO 含量迅速上升。
但是，降低空燃比会导致燃烧温度升高，排气中的氮氧化合物（NOX）升高。
所以，理想的空燃比应在接近14.7：1的很小范围内。
另外三元催化转化器的转化效率只有在空气系数为1的很小范围内最高。
如图1所示三元催化转化器对发动机的排放控制具有极其重要的意义。
没有三元催化转化器就不可能满足欧洲排放法规。
第二代车载故障诊断系统(OBD-Ⅱ) 具1有对三元催化转化器进行故障诊断的功能。
图1 三元催化转换效率图而为了对三元催化转化器进行故障诊断，必须在它的前和后各装一个氧传感器(图2)。
图2 发动机闭环控制系统正常运行的三元催化转化器因其储氧能力而使后氧传感器的动态响应与前氧传感器相比明显差，后氧传感器动态响应曲线的振幅非常小(图3a)。
电控发动机氧传感器故障分析
电控发动机氧传感器故障分析摘要：汽车中普遍装有氧传感器，也是汽车传感器中的易损件,该文主要介绍了电控发动机氧传感器的结构类型及常见的故障现象，并对氧传感器的故障现象和检测方法进行了简要分析。
关键词：汽车氧传感器故障目前，汽车上普遍装有氧传感器。
氧传感器装在汽车排气管道内，用它来检测废气口的氧含量。
因而可根据氧传感器所得到的信号，把它反馈到控制系统，形成闭环控制，来微调燃料的喷射量，使A/F 控制在最佳状态，既大大降低了污染，又节省了能源。
[1]1 氧传感器的种类目前在汽车上使用的氧传感器有氧化钛式和氧化锆式两种。
不过随着汽车工业的发展，有些车型也用到了新型的氧传感器，新型氧传感器包括平面型氧传感器和宽频带型氧传感器。
氧传感器一般有单线、双线、三线、四线4种引线形式。
单线为氧化锆式氧传感器；双线为氧化钛式氧传感器；三线和四线为氧化锆式氧传感器。
三线和四线的区别：三线氧传感器的加热器负极和信号输出负极共用一根线，四线氧传感器的加热器负极和信号负极分别各用一根线[2]。
（1）氧化锆氧传感器。
氧化锆式氧传感器元件是一陶瓷管，外侧通排气，内侧通大气。
当陶瓷管的温度较高(高于300～40?℃)时，氧气发生电离成为氧离子，即具有固态电解质的特性，在氧分子浓度差的作用下产生电动势[3]。
（2）氧化钛型氧传感器是高电阻半导体，当表面缺氧时，电阻变小与发动机冷却液温度传感器(ECT)相似，氧化钛氧传感器的电阻值则随其周围氧含量的变化而变化。
（3）新型氧传感器平面型传感器(线性)。
核心为陶瓷材料，两边有涂层。
涂层的优点是对尾气中的氧浓度更敏感，两边涂层的氧浓度不同，产生电压信号。
（4）宽带型氧传感器是以普通氧化锆型氧传感器为基础扩展而来。
宽域氧传感器是在普通开关型氧传感器的基础上增加了一个泵氧膜片。
当发动机排放气体流经宽域氧传感器头部时，它将反馈一个电压信号给控制器，告知控制器气缸内混合气是稀了还是浓了；之后控制器将产生一个泵电流流经宽域氧传感器泵氧膜片，从而消耗过量的氧气或燃料，使气缸内混合气的浓度始终维持在理论值附近。
氧传感器的反馈控制课件
THANKS
尾气排放控制是现代汽车的重要功能之一，通过使用氧传感 器来检测尾气中的氧气含量，可以实现对发动机的燃烧效率 进行监控和调整，进而减少尾气中的有害物质排放。
氧传感器在尾气排放控制中起到了关键作用，它能够将检测 到的氧气含量信号反馈给发动机控制单元（ECU），然后 ECU根据反馈信号对发动机的燃烧过程进行调整，以达到更 好的排放性能。
在氧气浓度变化的过程中，测量氧 传感器对浓度变化的响应速度和恢 复速度，评估其动态性能。
长稳定性测试
长时间运行氧传感器，观察其性能 是否稳定，是否存在漂移现象。
性能优化方法
01
02
03
04
材料选择
选用具有高灵敏度、低交叉干 扰和良好稳定性的材料制作传
感器。
结构设计
优化传感器的结构设计，提高 其响应速度和恢复速度。
的值，计算出控制量进行控制。
神经网络控制策略
神经网络控制原理 神经网络控制是一种基于人工神经网络的控制策略，通过 对被控对象的数据进行学习训练，得到对应的神经网络模 型，再根据该模型进行控制。
神经网络控制器设计 神经网络控制器设计包括确定输入输出变量、构建神经网 络模型、确定学习算法和训练样本数据等步骤。
研究现状
目前，针对氧传感器的反馈控制研究主要集中在设计高性能的氧传感器、优化反馈控制系统、以及研究新的控制 算法等方面。现有的研究工作已经取得了一定的成果，提高了氧传感器的响应速度、测量精度和稳定性，同时增 强了反馈控制系统的鲁棒性和自适应性。
氧传感器反馈控制的发展趋势
高性能氧传感器的研发
为了满足反馈控制系统的要求，需要研发具有更高性能的氧传感器，如更快的响应速度、 更高的测量精度和更强的抗干扰能力等。
氧传感器练习题
一、填空1、三元催化转换器后面安装氧传感器的目的是。
2、根据电解质的不同，氧传感器可分式和式两种。
3、氧传感器的输出信号随排气中的含量而变化，当混合气的空燃比大于14.7时，它输出近 V的电压信号。
4、AJR发动机氧传感器加热器的供电电压在发动机启动时为，在发动机熄火状态时为。
5、提供空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制的传感器是。
二、选择题1、对喷油量起决定性作用的是（）A.空气流量计B.水温传感器C.氧传感器D.爆震传感器2、向ECU输入空燃比的反馈信号，进行喷油量的闭环控制的传感器是（）A.节气门位置传感器B.发动机转速传感器C.曲轴位置传感器D.氧传感器3、( )可是用来检查冷却液的温度，作为燃油喷射及点火时的修正信号。
A温度传感器 B空气流量传感器C氧传感器 D压力传感器4、通过尾气分析仪测量。
如果是HC化合物超标，首先应该检查（）是否工作正常，若不正常应予修理或更换。
A排气管 B氧传感器 C三元催化转化器 D EGR阀5、氧传感器头部的正常颜色为（）．A．白B．黑C．棕 D.灰6、发动机燃油喷射系统中闭环控制模式的主要输入信号是（）A．冷却水温度传感器 B．点火开关信号C．氧传感器信号 D．空气流量计信号7、如果三元催化转换器良好，后氧传感器信号波动( )。
A．频率高 B．增加 C．没有 D．缓慢8、对喷油量起决定性作用的是（）A.空气流量计B.水温传感器C.氧传感器D.爆震传感器9、通过尾气分析仪测量。
如果是HC化合物超标，首先应该检查（）是否工作正常，若不正常应予修理或更换。
A排气管 B氧传感器 C三元催化转化器 D EGR阀10、发动机燃油喷射系统中闭环控制模式的主要输入信号是（）A．冷却水温度传感器 B．点火开关信号C．氧传感器信号 D．空气流量计信号11、如果三元催化转换器良好，后氧传感器信号波动( )。
A．频率高 B．增加 C．没有 D．缓慢三、判断题1、正常情况下排气管中的两个氧传感器信号应该一样。
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5、催化转换器的老化 1）过热老化：温度过高，表面活性层烧结、晶体变大、表面缩 小，导致活性丧失。 2）化学毒化：燃油和机油中的一些元素（铅、磷、锰、硫，特 别是铅）和催化器中的活性材料发生反应，造成活性下降，或上 述元素覆盖在活性层表面（称为机械中毒）。 3）自然老化：使用时间的增长，也会丧 失活性，转换效率下降。
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）。
4、三元催化转换器转换性能 1）评价指标：转换效率
2）影响三元催化转换器转换效率的因素
（1）转换效率与温度的关系：
三元催化转换器的起燃温度一般为 100
250~270℃左右。 最佳工作温度通常为350℃~800 ℃ 。
转化率 [%]
Light-off-point
5
当温度超过950℃催化转换器会过 0
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；
如果出口温度值超过以上范围，则说明 废气中含有异常高浓度的CO和HC，需 对发动机本身做进一步的检查。
道实际面积增大7000倍。中间层内含
有活性促进剂。
贵金属层
中间层：一是增大活性表面，提高 氧化和还原反应能力；二是提高催 化器的储氧能力。（影响催化效率）
Pt
储氧目的：避免空燃比控制过程中，
“λ”波动时所带来转换效率下降趋
Pd
势。
陶瓷层
贵金属 薄膜 Pt
Pd
Rh
Rh 高温
焊接点
中间层 (Wash Coat)
报废的三元催化转换器
注意：一定要使用无铅汽油及加注符 合规定的机油。
6、三元催化转换器检测
1）外观检查 检查催化转化器在行驶中是否受到损伤以
及是否过热。
将车辆升起之后，观察催化转化器表面是否有凹 陷，如有明显的凹痕和刮擦，则说明催化转化器 的载体可能受到损伤。
观察催化转化器外壳上是否有严重的褪色斑点或 略有成青色和紫色的痕迹，
（3）载体：承载催化活性层。
整体式载体：陶瓷载体（应用广泛）
陶瓷载体结构：蜂窝状，有成千上万个通道（60/cm），蜂窝 状提供巨大的催化表面。
陶瓷载体特点：易加工、成本低，可以烧结 成圆柱形、椭圆形或多边形截面。
（4）催化活性层），具 有多孔性且极其疏松，表面粗糙使通 陶瓷层
空燃比反馈控制与氧传感器
提出问题（考查学生知识储备） 1、什么是空燃比？空燃比与空气过量系数是否同一个概念？
2、混合气过浓、过稀对发动机有哪些影响？ 3、你知道发动机不同工况对混合气浓度的要求？ 4、ECU判断混合气浓稀程度的依据是什么？
动动脑
好大的烟 雾哟！
HC、CO、NO
三元催化转换器
1、功能：
对排气中CO、HC和NO这 三种有害物质进行净化处理。 2、构造：
金属外壳、隔热减振衬垫、载 体、涂在载体上催化活性层。
（1）壳体
安装位置：在排气消声器前。
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。
活性层表面上涂覆一层主要有贵金属Pt、Ph催化活性物质。 Pt 加速HC、CO氧化， Ph 加速NO还原，可用Pd替代Pt（昂贵）。
3、三元催化转换器转换原理
氧化
+
氧化
减低
+
小知识：铂和钯是氧化催化剂， 当HC和CO与布满铂、钯的热表 面接触时，HC和CO就会分别与 氧气化合成水和二氧化碳。铑 是还原催化剂，当NOX与灼热的 铑接触时，NOX就会脱去氧，还 原为N。
在催化转化器防护罩的中央是否有非常明显的暗灰斑点，如有则说明催化转化器 曾处于过热状态，需做进一步的检查。
用拳头敲击并晃动催化转化器，如果听到有物体移动的声音，则说明其内部催化 剂载体破碎，需要更换催化转化器。同时要检查催化转化器是否有裂纹，各连接 是否牢固，各类导管是否有泄漏，如有则应及时加以处理。
空燃比反馈控制
控制目标：理论空燃 比（14.7：1）附近
信号反馈：氧传感器
空燃比反馈控制
二个氧传感器 前（主）氧传感器作用：空燃比控制的反馈信号。 后（副）氧传感器作用：将信号输入给ECU测试催化净化的效率。
判断催化效率：后氧传感器 信号比前氧信号平缓, MIL灯 催化器正常 不亮，说明正常。
因为催化剂转换碳氢化 合物和一氧化碳时消耗 了氧，减少了后氧传感
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。
热而丧失活性（有最近资料介绍提
高陶瓷载体的耐高温性，可以达到
1200℃能有效工作）
0 0 100 200 300 400 500 600 700 温度 [°C]
（2）转换效率与混合气浓度的关系
为什么混合气浓度 要在理论空燃比附 近才能被同时净化， 且转化效率最高？
NOX在转化器中还原时需要H2、CO和 HC等作为还原剂，混合气过稀时，这 些还原剂首先与氧反应，所以NOX的 还原反应不能进行。而当混合气过浓 时， CO和HC则不能被充分氧化。