空燃比反馈控制系统(O2S)

1、5.1 5.1 空燃比反馈控制系统空燃比反馈控制系统（O O2 2S S）教学内容：教学内容：l1 1、空燃比反馈控制系统工作原理、空燃比反馈控制系统工作原理l2 2、氧传感器故障诊断与检修、氧传感器故障诊断与检修5.1.1 5.1.1 空燃比反馈控制系统工作原理空燃比反馈控制系统工作原理l一、空燃比反馈控制系统概述一、空燃比反馈控制系统概述l1 1、使用空燃比反馈控制的必要性、使用空燃比反馈控制的必要性l 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。l 为了有效地利用三元催化转换器，充分净化废气，就要提高空燃比的控制精度，使其维持在理论空燃比14.7为中心

2、的非常狭窄的范围内，必须使用氧传感器闭环控制系统。 l为了获得三元催化转换器所要求的空燃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。比，必须十分精确地控制喷油量。l在有些特殊的情况下，仅凭空气流量计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，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会造成可燃混合气燃烧后排出的COCO、HCHC、NONOX X在排气管中的混合比例不对，使得三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。元催化转换器效率下降，排放污染增多。注意点注意点2 2、如下情况无法采用空燃比反馈控制

3、、如下情况无法采用空燃比反馈控制l （1）喷油器漏油造成混合气过浓。l （2）喷油器堵塞造成混合气过稀。l （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。l （4）气门正时不对，造成混合气直接进入三元催化器燃烧。l （5）空气流量计后漏气造成NO2过多。l （6）空气流量计故障造成进气量计量不准。l （7）进气温度传感器或水温传感器故障。l （8）燃油压力调节器失效。 l通过安装在排气管上的氧传感器送来的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。反馈信号，对理论空燃比进行反馈控制。注意点注

4、意点3 3、氧传感器对喷油量的控制与修正、氧传感器对喷油量的控制与修正l （1）前氧传感器前氧传感器对空燃比进行反馈控制。l （2）后氧传感器后氧传感器用于检测三元催化转换器的催化效率。大众车系发动机喷油量的确定和修正大众车系发动机喷油量的确定和修正 控制过程：控制过程：l 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。l 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。4 4、空燃比反馈控制的实施条件、空燃比反馈控制的实施条件l 采用氧传感器进行反

5、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。停止反馈控制的情况：停止反馈控制的情况：l （1）发动机起动时。l （2）起动后燃油增量修正（加浓）时。l （3）冷却液温度是燃油增量修正时。l （4）节气门全开（大负荷、高转速）时。l （5）加、减速燃油量修正时。l （6）燃油中断停供时。l （7）从氧传感器送来的空燃比过稀信号持续时间大于规定值（如10s以上）时。l （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。l （9）氧传感器的温度在300以下。5 5、学习空燃比控制、学习空燃比控制l（1 1）学习空燃比控制的目的）学习空燃比控制的目的l 在发动机实际

6、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。（2 2）学习空燃比控制修正范围）学习空燃比控制修正范围l 一般闭环控制空燃比修正系数为0.80-1.20或1.25-1.75，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。（3 3）学习空燃比控制过程）学习空燃比控制过程 二、氧传感器概述二、氧传感器概述l1 1、氧传感器的功用、氧传感器的功用l氧传感器（氧传感器（传感器）传感器）lOxygen SensorOxygen Sensor ( (O O2 2S S) )l 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

7、，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。 l在使用三元催化转换器的汽车上，氧传在使用三元催化转换器的汽车上，氧传感器是必备的。感器是必备的。注意点注意点2 2、氧传感器的安装部位、氧传感器的安装部位l安装在排气歧管后，消声器的前面。l （1）在消声器前安装一个氧传感器。l （2）在三元催化转换器前安装一个氧传感器。l （3）在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感器。在消声器前安装一个氧传感器在消声器前安装一个氧传感器 在三元催化转换器前安装一个氧传感器在三元催化转换器前安装一个氧传感器 在三元催化转换器前、

8、后各安装一个氧传感器在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感器 3 3、各种车型氧传感器、各种车型氧传感器 AFEAFE发动机氧传感器发动机氧传感器 AJRAJR发动机氧传感器发动机氧传感器 桑塔纳桑塔纳30003000型氧传感器型氧传感器 06B 906 26206B 906 262 JETTAJETTA氧传感器氧传感器 帕萨特帕萨特1.8T1.8T氧传感器氧传感器 06B 906 265 D06B 906 265 D 奥迪氧传感器奥迪氧传感器 06C 906 265 H06C 906 265 H 宝来六线式氧传感器宝来六线式氧传感器 4 4、氧传感器的类型、氧传感器的类型 （1）根据氧传感器

9、检测混合气浓度的范围分：）根据氧传感器检测混合气浓度的范围分：宽带型氧传感器窄带型氧传感器1 1）窄带型氧传感器）窄带型氧传感器l 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。l 目前，汽车上大多数使用窄带型氧传感器。l 窄带型氧传感器又分为氧化锆式和氧化钛式两种氧传感器。2 2）宽带型氧传感器）宽带型氧传感器l 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。l 检测空燃比范围可达到10.0-60.0。l 宽带型氧传感器从2002年开始在中、高档汽车上广泛采用。（2 2）根据氧传感器内部敏感元件的不同分：）根据氧传感器内部敏感元件的不同分：l 氧化钛式

10、应用较多。l 丰田凌志、上海别克为氧化锆式，上海桑塔纳、一汽捷达为氧化钛式。氧化钛式氧传感器氧化锆式氧传感器 l二氧化锆（二氧化锆（ZrOZrO2 2）、二氧化钛（）、二氧化钛（TiOTiO2 2）等高）等高温电子陶瓷，对于氧气浓度差显示出优良温电子陶瓷，对于氧气浓度差显示出优良的敏感特性。的敏感特性。注意点注意点（3）根据氧传感器本身）根据氧传感器本身是否加热是否加热分：分：l氧化钛式氧传感器一般都为加热型。加热型氧传感器非加热型氧传感器（4 4）根据安装数量分：）根据安装数量分：l 采用三元催化转换器的汽车上，一般在三元催化转换器前、后各安装一个氧传感器。双氧传感器单氧传感器三、氧传感器的

11、组成及工作原理（窄带型）三、氧传感器的组成及工作原理（窄带型） （一）氧化锆式氧传感器（一）氧化锆式氧传感器（ZrOZrO2 2） 1 1、二氧化锆（、二氧化锆（ZrOZrO2 2）的功用）的功用l 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 2、氧化锆式氧传感器的结构、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 3、氧化锆式氧传感器的工作原理、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氧化锆式氧传感器工作原理图 工作原理：工作原理：l 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。

12、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。l 浓度差越大，电势差越大。 l 锆管外部的电极铂膜起催化作用，使排气气流中锆管外部的电极铂膜起催化作用，使排气气流中的低浓度的低浓度0 02 2和有害气体和有害气体COCO发生化学反应，生成发生化学反应，生成COCO2 2。这样既可降低排气流中这样既可降低排气流中COCO的浓度，又可以增大锆的浓度，又可以增大锆管内外之间的管内外之间的O O2 2浓度差，从而提高氧传感器的输浓度差，从而提高氧

13、传感器的输出信号电压。出信号电压。注意点注意点工作过程：工作过程：l（1 1）当混合气较浓时）当混合气较浓时l 排气流中02含量低，CO含量高，02几乎全部参加反应，使得锆管外表面附近的氧离子浓度几乎为零，锆管内外氧浓度差很大，锆管正、负极之间的电势差较大，可达0.1-1.0V。l（1 1）当混合气较稀时）当混合气较稀时l 排气流中02含量高，CO含量低， CO几乎全部参加反应，使得锆管外表面附近的氧离子浓度较大，锆管内外氧浓度差很小，锆管正、负极之间的电势差较小，约为0.1V。 4 4、氧化锆式氧传感器的输出特性、氧化锆式氧传感器的输出特性 输出特性分析：输出特性分析：l 氧化锆式氧传感器的

14、输出电压在理论空燃比14.7附近发生突变，当混合气的空燃比稍高于14.7时，输出电压接近于0V；当混合气的空燃比稍低于14.7时，输出电压接近于1V。l 在发动机混合气闭环控制的过程中，氧传感器相当于一个浓稀开关，根据空燃比变化向电脑输送脉冲宽度变化的电压信号（每每1010秒秒8 8次以上次以上）。氧化锆式氧传感器信号特征氧化锆式氧传感器信号特征 废气中氧的含量废气中氧的含量输出信号电压输出信号电压判断混合气状况判断混合气状况低0.45V浓高0.45V稀 l （1 1）由于氧传感器信号只在空燃比）由于氧传感器信号只在空燃比14.714.7附近发生附近发生突变，其他空燃比范围信号差别不大，所以只

15、能突变，其他空燃比范围信号差别不大，所以只能利用氧传感器在利用氧传感器在0.45V0.45V上下的两态信号判断可燃混上下的两态信号判断可燃混合气稀浓，而不能具体知道空燃比的大小。合气稀浓，而不能具体知道空燃比的大小。l （2 2）在发动机混合气闭环控制的过程中，发动机）在发动机混合气闭环控制的过程中，发动机ECUECU根据氧传感器输出的电压信号不断地修正喷油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量，使可燃混合气的空燃比尽可能地保持在理论空燃比空燃比14.714.7附近。附近。注意点注意点5 5、氧化锆式氧传感器的输出信号电压与工作、氧化锆式氧传感器的

16、输出信号电压与工作温度的关系温度的关系l （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。l （2）当二氧化锆的温度低于300时，氧传感器无输出信号电压。l （3）当二氧化锆的温度在300时，氧传感器输出信号电压最高。氧化锆式氧传感器工作特性曲线（浓度、温度）氧化锆式氧传感器工作特性曲线（浓度、温度） l 现在多数氧化锆式氧传感器的内部带加热元件，现在多数氧化锆式氧传感器的内部带加热元件，可在发动机起动后的可在发动机起动后的20-30s20-30s内迅速将氧传感器加内迅速将氧传感器加热至工作温度，并保持在热至工作温度，并保持在300300左右。左右。注意点注意

17、点加热氧化锆式氧传感器的结构加热氧化锆式氧传感器的结构 带加热器窄带型氧化锆式氧传感器和输出信号带加热器窄带型氧化锆式氧传感器和输出信号 带加热器的氧传感器电路带加热器的氧传感器电路1-主继电器 2-氧传感器 3-ECU 大众汽车窄带型二氧化锆式氧传感器电路图大众汽车窄带型二氧化锆式氧传感器电路图 （二）氧化钛式氧传感器（二）氧化钛式氧传感器（TiOTiO2 2） 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1 1、二氧化钛（、二氧化钛（TiOTiO2 2 ）的功用）的功用l 正常情况下，二氧化钛的阻值稳定不变，当它的表面缺氧时，其电阻值会大大降低。l 氧化钛式氧传感器利用二氧

18、化钛材料的电阻随排气中氧离子的浓度的变化而变化的特性制成，氧化钛式氧传感器的信号源相当于一个可变电阻，故又称为电阻型氧传感器。2 2、氧化钛式氧传感器的结构、氧化钛式氧传感器的结构 3 3、氧化钛式氧传感器的工作原理、氧化钛式氧传感器的工作原理l 当发动机排出废气中的氧含量较高时，二氧化钛的电阻值增大；发动机排出废气中的氧含量较低时，二氧化钛的电阻值减小。l 利用适当的电路对电阻值变量进行处理，即可转换成电压信号输送给ECU，用来确定实际空燃比。l 在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU连接的端子上的电压在0.1-0.9V之间不断变化。氧化钛式氧传感器工作原理图氧化钛式氧传感器工作

19、原理图 氧化钛式氧传感器的输出特性曲线氧化钛式氧传感器的输出特性曲线 4 4、氧化钛式氧传感器的电路图、氧化钛式氧传感器的电路图 四、宽带型氧传感器四、宽带型氧传感器l1 1、窄带型氧传感器的缺陷、窄带型氧传感器的缺陷l 窄带型氧传感器发出的是混合气稀或浓的交替跃变信号，不能直接确定混合气稀、浓偏离程度，偏离程度由多次修正才能在电脑中得出。2 2、宽带型氧传感器、宽带型氧传感器l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。l检测空燃比范围可达到10.0-60.0。5.5.2 5.5.2 氧传感器故障诊断与检修氧传感器故障诊断与检修l一、氧传感器的故障诊断一、氧传感器的故障诊断l1 1、氧传感器常见的故障现象、氧传感器常见的故障现象l （1）氧传感器老化l （2）氧传感器铅中毒l （3）氧传感器硅中毒l （4）氧传感器磷中毒l （5）氧传感器陶瓷碎裂l （6）加热器电阻丝烧断l （7）氧传感器线路问题2 2、根据氧传感器外观判断故障、根据氧传感器外观判断故障l（1）呈浅灰色氧传感器工作正常。l（2）呈棕色氧传感器铅中毒。l（3）呈白色氧传感器硅中毒。l（4）呈黑色积炭严重。二、分析