空燃比反馈控制系统(OS)资料共74页
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。
汽车发动机电控技术原理与维修(第3版)14-学习任务6 三元催化转化器与空燃比反馈控制系统
根据使用材料的不同，氧传感器可分为氧化锆（ZrO2）式和氧化钛 （TiO2）式两种类型，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
（1）氧化锆式氧传感器 ①结构组成。氧化锆式氧传感 器主要由钢质护管、钢质壳体、 锆管、加热元件、电极引线、防 水护套和线束插头等组成。
②工作原理。锆管的陶瓷体是多孔的，空气中的 氧在二氧化锆固体电解质中容易通过。当锆管外表 面与内部之间氧的浓度不同（即存在浓度差）时， 氧原子就会从浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散， 以求达到平衡状态。当固体电解质表面设置集中用 多孔电极之后，两极之间的电位差便是氧传感器的 信号电压（内表面为正极，外表面为负极）。因为 锆管内侧与氧浓度高的大气相通，外侧与氧浓度低 的废气相通，且锆管外侧的氧随可燃混合气浓度变 化而变化，所以当氧原子穿越锆管向锆管外侧扩散 时，锆管内外表面之间的电位差将随可燃混合气浓 度变化而变化，即锆管相当于一个氧浓度差电池， 传感器的信号源相当于一个可变电源。
（2）转换效率的影响因素 三元催化转化器将有害气体转变成无害 气体的效率受诸多因素的影响，其中影响最大的是排气温度和混合气 的浓度。
①排气温度的影响。催化剂的表面活性作用是利用排气本身的热量激 发的，其使用温度范围以活化开始温度为下限，以过热引起催化转化 器故障的极限温度为上限。
保持催化转化器高净化率、高使用寿命的理想运行条件的使用温度约 为400~800℃，使用温度的上限为1000℃。当发动机的排气温度达 到815℃以上时，三元催化转化器的转化效率将明显下降。
2．氧传感器
氧传感器安装在发动机排气管上，其作用 是通过监测排气管废气中氧离子的含量来获 得混合气的空燃比信号，并将该信号转变为 电信号输入发动机ECU。发动机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 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。
空燃比
空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。
空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。
为使废气催化率达到最佳(90％以上)，必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度，转换成电信号后发送给ECU，使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(14．7：1)，若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率略有提高，但NOx的转化率急剧下降为20％，因此必须保证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。
如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。
此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。
氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会使催化转化器的使用寿命降低。
空燃比氧传感器（二）范道钢共2页 [1][2]感器输出信号电流在发动机电脑内部对应出同废气中氧气含量对应的电压值，此电压值只能用专用检测仪测出。
当实际空燃比数值等于理论空燃比时，尾气中的氧气和未燃烧气体碳氢化合物、一氧化碳气也很少，全范围空燃比传感器空气腔侧铂电极同尾气侧铂电极之间的氧化锆固态电解质中没有氧离子流，故空燃比传感器在实际空燃比数值等于理论空燃比时不产生电流。
因无电流输入，发动机电脑内检测电路对应出3．3伏特电压。
当实际空燃比数值小于理论空燃比时，混合气浓，废气中氧气很少，但未燃烧干净碳氢化合物和一氧化碳较多。
在实际空燃比数值小于理论空燃比时，混合气浓工况时，空燃比传感器参考空气腔内的氧气被空气腔侧铂电极电离后生成氧离子，生成的氧离子流过空气腔侧铂电极和尾气侧铂电极之间的氧化锆固态电解质，到达尾气侧铂电极，同穿过空燃比传感器扩散阻力层到达空燃比传感器尾气侧铂电极的未燃烧净的碳氢化合物和一氧化碳发生化学反应，失去电子，产生方向为负的电流。
空燃比控制器
空燃比控制器汽车燃料及尾气控制技术在工业窑炉首次完美应用本文及本账号下所有文章皆为原创，技术交流请联系，商业利用请绕行工业窑炉使用过程中，气氛是最关键的工艺参数之一。
窑炉气氛决定了制品质量和能耗水平，甚至影响窑炉的安全运行；炉膛气氛和烟气气氛更决定了窑炉内排放的有机污染物能否充分燃烧达标排放。
长久以来，频繁波动的气氛及烟气条件需要频繁调整空燃比，窑炉用户伤透脑筋！《空燃比智能控制系统》是技术人员总结了20多年的窑炉制造调试及使用经验的基础上由整个团队自主研发的结晶。
由检测系统，智能控制系统，执行系统三大功能部分组成，整个系统独立于窑炉的原控制系统并且不对原控制系统构成任何影响，是在窑炉主体控制系统以外对空燃比的进一步优化。
产品集成了团队多年窑炉设计调试与多个行业产品的窑炉使用和烧结技术开发经验。
系统选用的标准硬件均为国际顶级品牌，为客户在苛刻的环境下的稳定运行提供可靠保障！《空燃比智能控制系统》通过采集烟道或炉膛中的气氛信息；由控制系统分析目前是否为最优状况并做出相应判断；最终由PLC发出指令给执行系统完成气氛调节任务；循环采集调节，实现闭环控制。
系统持续进行在线采集并在线判断调节最终实现气氛稳定平衡在实现产品质量、环保排放和能源消耗等方面最优的水平！《空燃比智能控制系统》维护方便、反应速度快、测量与控制范围广，广泛应用于电力、冶金、耐材、供暖、建材、电子等行业，分析与控制各种工业窑炉中的烟气，提高燃烧效率，节约能源，减少环境污染。
系统完全独立于现有中控系统运行，不需要对现有系统进行任何调整。
经验表明《空燃比智能控制系统》平均能够给客户带来20%的能源节约和稳定优化的环保排放！《空燃比智能控制系统》，通过调节空燃比来控制炉内气氛和排放烟气气氛，能够为烧结工艺带来以下改善：1，温度更稳定，制品排气速度均匀，改善釉面气泡问题让釉面更加光滑；2，温度更稳定，减缓由于制品放热反应或有机物释放带来的局部高温而造成的内部裂纹、制品变形等问题；3，有效利用制品自身放热反应或有机物释放带来的热量维持炉内温度避免在制品释放足够的热量却由于没有足够的空气燃烧浪费燃料；4，让制品释放的有机污染物在炉内有效燃烧，降低后续环保系统的运行压力，最终改善环保排放；5，在排放端应用则可以保证烟气的含氧量确保最终排放不会由于缺氧而导致污染物未充分燃烧而超标。
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。
燃气发动机空燃比控制系统的设计
燃气机空燃比控制系统的设计1 前言公司自主研发的燃气机气源多为来自煤矿井下的各种浓度瓦斯气，瓦斯气的浓度、压力、温度等参数会随时间发生变化，即使在保持燃气混合器中燃气阀开度不变的条件下，进入发动机的瓦斯气总量也会发生变化，导致空燃比变化。
同时，在燃气机运行时，不同的运行状态(起机、怠速、满负荷等)下所要求的空燃比也不尽相同，需要及时精确地控制空燃比。
因此空燃比控制成为气体机最关键的技术。
2 空燃比控制系统总体方案2.1 空燃比控制系统的作用空燃比控制系统能够根据燃气机混合气中瓦斯浓度的变化自动调节燃气阀和空气阀的开度，从而调节瓦斯气和空气的进气量，使燃气机空燃比在燃气浓度、压力或温度发生变化时，仍然能够保持在理想范围内，实现燃气发动机最佳空燃比控制，保证发动机稳定运行。
避免了因空燃比变化导致的发动机功率不稳、转速不稳、进气管回火和排气管放炮等现象的发生。
2.2 空燃比控制系统控制原理目前燃气机空燃比控制普遍采用“前馈-反馈”控制相结合的控制模式。
这种以前馈为主、氧传感器反馈控制为辅的控制策略，利用前馈控制对被控制量进行粗调，反馈控制对被控制量进行细调，从而具有前馈控制及时、反馈控制精确的特点。
前馈控制器输入的为燃气机的主信号，即进气压力和转速，直接操纵对象为空气阀和燃气阀的开度。
首先，压力和转速传感器的信号输入到空燃比控制器电控(ECU)单元，ECU根据压力和转速信号，查询控制单元中已设定空燃比数值的二维脉谱(MAP)图(见图1)，确定当前条件下设定的空燃比，也就是确定了空气阀和燃气阀的开度。
空燃比控制器根据计算的结果，发出控制信号，通过阀门的电动执行器把空气阀和燃气阀打开到合适的位置。
然后，氧浓度传感器把检测到的实际空燃比反馈到控制器内，与设定的目标空燃比进行比较，得出误差信号，再经控制器对空燃比进行细调，使空燃比保持在设定的目标值附近。
图12.3 系统结构示意图3.1 空燃比控制器及系统软件燃气机的工作条件要求空燃比控制系统必须具有可靠性高、抗干扰强、响应速度快和精度高等特点，同时各种信息的采集也必须准确可靠，因此公司选择的控制器及软件为WOODWARD公司的EGS-TRIM系列。
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。
2.8-空燃比闭环控制
第31页，共56页。
3）闭环控制时λ的变化过程
当氧传感器输出电压越过450mV左右的门槛值跃升或跃降时， ECU确认混合气成分发生了越过λ=1的改变。此时应通过λ修正系 数调整喷油量，使混合气成分回头往λ=1方向发展。当然，最好 是一步调整到混合气λ=1并保持下去。
第24页，共56页。
片式宽带氧传感器是Nerst浓度电池（传感电池）和用于氧离子输送 的泵电池的一种结合,所以它不仅能判定λ大于1还是小于1，而且能在 稀的和浓的区域测定λ的具体数值。每个传感器要单独进行标定。
这种传感器要求专门的电子控制装置，不仅要求用于产生传 感器制 传感器温度的电子控制装置。
这段时间称为死时间，由以下四部分组成：
1. 混合气从喷油器到气缸的流动时间；
2. 发动机一个工作循环从进气到排气所经历的时间； 3. 燃烧过的气体从气缸到氧传感器的流动时间；
4. 氧传感器的响应时间。
其中主要是混合气和燃烧气体的流动时间。
第30页，共56页。
死时间的长短取决于发动机的负荷与转速。 例如怠速时根据氧传感器与发动机的距离长短，
加热的管式氧传感器可以安装在离发动机相对较远的地点， 因而长期全负荷运行时氧传感器也不会因过热而出问题。
加热的管式氧传感器始终具有最佳的工作温度，可 实现较低的和稳定的废气排放。
第20页，共56页。
4）片式氧传感器
前述的两种氧传感器的传感元件都是管状的（传感陶瓷管）。在此基础上开 发出了加热元件集成于片状传感元件的氧传感器。
这层加固层防止了铂催化层 遭受废气中沉积物的腐蚀和 侵蚀，确保了传感器的长期 稳定性。
第10页，共56页。
燃气发动机空燃比控制系统研究与开发
山东理工大学硕士学位论文燃气发动机空燃比控制系统研究与开发RESEARCH AND DEVELOPMENT ON AIR-FUEL RATIOCONTROL SYSTEM OF GAS ENGINE研究生： 李 光 举 指导教师： 高 松 教 授申请学位门类级别： 工 学 硕 士 学科专业名称： 载运工具运用工程研究方向： 内燃机性能优化与控制论文完成日期： 2008年4月30日单位代码：10433 学 号：Y0502063密 级：分类号：U464独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
研究生签名：时间：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。
研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日本页已使用福昕阅读器进行编辑。
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山东理工大学硕士学位论文摘要摘 要本文首先分析了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展背景和意义，介绍了燃气发动机及其空燃比控制技术的发展现状，针对燃气发动机空燃比控制方面存在的问题，提出了本文的主要研究内容。
论文研究了8300型气体发动机及煤层气的特点，提出了基于CMAC神经网络和PID并行控制的燃气发动机空燃比控制系统的总体设计方案，并通过Simulink仿真分析，证明了该方案的可行性。
文中详细介绍了硬件的设计方案及其工作原理，包括可编程控制器（PLC）及其扩展模块的选型、传感器的选择、步进电机及驱动器的选择、信号采集与处理电路、步进电机驱动电路、键盘电路、报警电路、显示电路及电源电路等；同时详细介绍了软件的设计及实现方法，包括主程序、初始化子程序、数据采集模块、高速计数器（HSC）子程序、脉冲串（PTO）子程序、显示模块、报警模块、按键操作模块及空燃比控制模块等。
27汽车单片机程序设计原理空燃比修正控制原理概述
二、空燃比反馈修正控制原理程序 发动机起动后的基本喷油时间控制主要由发动机转速和负 荷量（进气量）决定。为了使发动机在不同工况下，都处于最 佳状态，还有以下主要的修正控制。其中空燃比反馈修正控制 是利用氧传感器信号来修正喷油脉冲宽度。 为了使发动机尾气排放达到环保要求，发动机的排气管上 都装有三元催化转换器。三元催化转换器作用时，必须是混合 气在理论空燃比（14.7:1）附近，才能使一氧化碳CO、碳氢化 合物HC的氧化作用和含氮氧化物NOX的还原作用同时进行，转化 为无害的CO2、H2O、O2、N2。因此，必须十分精确控制喷油量。 但是，单靠空气流量传感器计测的空气质量信号是达不到高精 度的喷油控制，必须借助安装在排气管中的氧传感器送来的反 馈信号，对基本喷油时间进行修正，才能实现高精度的喷油控 制。这是一种典型的闭环反馈控制。
空燃比反馈修正控制程序如下： 标号 地址 源程序 注释 ；氧传感器动态信号xxH送R1 ；R1内xxH≠yyH，转移N2 xxH=yyH，不转移，顺接N1 ；xxH ＜ yyH，CY=1，转移N4， xxH ＞ yyH，CY=0，顺接N3 LOOP：1954H MOV R1，#xxH 1956H CJNE R1，#yyH，N2 （rel1=02H） N2：195BH JC N3（rel3= ）
；执行增大喷油后返回， 转移环监测
程序中的地址偏移量rel计算如下：
第2条指令的rel1 =195BH－（1956H＋3）= 02H
第3条指令的rel2 =100H－∣1954H－（1959H＋2） ∣=100H－07H = F9H 其它rel值由读者计算。
作业
氧传感器动态电压信号xxH值与设计目标值yyH比较，有以 下3种情况需要处理：