Transcript 5.2.1 空燃比反馈控制系统(O2S)
5.2.1 空燃比反馈控制系统(O 2 S)工作原理与检 修 淮安信息职业技术学院 2012年11月 汽车工程系
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
5.2.1 .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。 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为中心的非常狭窄的范围内,必须使用 氧传感器闭环控制系统。
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、 NO X 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。
2、如下情况必须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NO 2 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。
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 对空燃比进行负反馈控制。 (2) 后氧传感器 用于检测三元催化转换器的催化 效率。
大众车系发动机喷油量的确定和修正
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。
氧传感器数字化后电压信号和空燃比反馈二者之间的关系
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。
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 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。
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。
(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1.75 1.25,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)学习空燃比控制过程
二、氧传感器概述
1、氧传感器的功用
氧传感器(λ传感器)
Oxygen Sensor (O 2 S) 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。
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、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。
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、后各安装一个氧传感器
3、各种车型氧传感器
AFE发动机氧传感器
AJR发动机氧传感器
桑塔纳3000型氧传感器 06B 906 262
JETTA氧传感器
帕萨特1.8T氧传感器 06B 906 265 D
奥迪氧传感器 06C 906 265 H
宝来六线式氧传感器
4、氧传感器的类型
(
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
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 氧传感器。
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。
(2)根据氧传感器内部敏感元件的不同分:
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 纳、一汽捷达为氧化钛式。
注意点 二氧化锆(ZrO 2 )、二氧化钛(TiO 2 )等高 温电子陶瓷,对于氧气浓度差显示出优良 的敏感特性。
(
3
)根据氧传感器本身是否加热分: 非加热型氧传感器 加热型氧传感器 氧化钛式氧传感器一般都为加热型。
(4)根据安装数量分:
单氧传感器
双氧传感器
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。
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(ZrO
2
)
1、二氧化锆(ZrO 2 )的功用 ZrO 2 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。
氧化锆式氧传感器结构特点 在锆管的内、外表面都涂有一层金属铂作为电极,并用金属线与传感器 信号输出端子连接。 金属铂更重要的是催化作用。在铂的作用下,当发动机排气中的
CO
有 害气体与
O 2
接触时,就会生成
CO 2
无害气体。
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, O 2 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 锆管外部的电极铂膜起催化作用,使排气气流中 的低浓度0 2 和有害气体CO发生化学反应,生成CO 2 。 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O 2 浓度差,从而提高氧传感器的输 出信号电压。
工作过程: (1)当混合气较浓时 排气流中0 2 含量低,CO含量高,0 的电势差较大,可达1.0V。 2 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 (1)当混合气较稀时 排气流中0 2 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、氧化锆式氧传感器的输出特性
输出特性分析: 氧化锆式氧传感器的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。 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10秒8次以上 )。
氧化锆式氧传感器信号特征 废气中氧的含量 低 高 输出信号电压 ≧ 0.45V
≦ 0.45V
判断混合气状况 浓 稀
注意点 (1)由于氧传感器信号只在空燃比14.7附近发生 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0.45V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。 (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。
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。 (2)当二氧化锆的温度低于300℃时,氧传感器 无输出信号电压。 (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)
注意点 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20-30s内迅速将氧传感器加 热至工作温度,并保持在300℃左右。
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
(二)氧化钛式氧传感器(TiO
2
)
二氧化钛元件 金属外壳 陶瓷绝缘体 金属保护套 导线 陶瓷元件 接线端子
1、二氧化钛(
TiO
2 )的功用 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。 氧化钛式氧传感器利用二氧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、氧化钛式氧传感器的结构
3、氧化钛式氧传感器的工作原理 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。 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。 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
氧化钛式氧传感器的输出特性曲线
4、氧化钛式氧传感器的电路图
四、宽带型氧传感器
1、窄带型氧传感器的缺陷 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、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。
5.2.1.2 氧传感器故障诊断与检修
一、氧传感器的故障诊断
1、氧传感器常见的故障现象 (1)氧传感器老化 (2)氧传感器铅中毒 (3)氧传感器硅中毒 (4)氧传感器磷中毒
2、根据氧传感器外观判断故障 ( 1 )呈浅灰色 —— 氧传感器工作正常。 ( 2 )呈棕色 —— 氧传感器铅中毒。 ( 3 )呈白色 —— 氧传感器硅中毒。 ( 4 )呈黑色 —— 积炭严重。
二、分析由其它原因引起氧传感器信号 电压不正常的故障 可能会是只有混合气超出调整极限和氧传感器不 良等信息。 但是值得注意的是在发动机长期处于空燃比过浓 的情况下工作,氧传感器早就已经损坏了,或是 性能下降了,但是问题的前因是由于空气流量计 的性能下降造成的,而不是由于氧传感器的损坏 而导致了发动机的性能下降。
三、氧传感器的检修(AJR发动机)
AJR发动机氧传感器电路图
1、数据流分析 电压不断地从0.1-1.0V范围内跳动:λ调节正常; 电压为0.1-0.3V:残余氧较多,混合气太稀; 电压为0.7-1.0V:残余氧较多少,混合气太浓; 电压为0.45-0.5V:氧传感器不工作。 注意点:当踩下加速踏板供给浓混合气时,电压 在0.7-1.0V之间波动;当拔下进气管上的真空软 管,供给稀混合气时,电压在0.1-0.3V之间波动。
2、检测加热元件的电阻 拔下氧传感器的插头,用汽车万用表连接传感器 插座端子1和2,常温下阻值约为1-5Ω,温度上升 很少时,阻值会上升很大。若阻值为无穷大,说 明加热元件断路,应更换氧传感器;若阻值符合 要求,应检测氧传感器的供电电压。 1和2电阻为2.3Ω 。
3、检测氧传感器的供电电压 拔下氧传感器的插头,用汽车万用表连接氧传感 器插头端子1和2,打开点火开关,其电压值应为 12V。若电压值不符合要求,应检查氧传感器插头 端子1至附加熔丝S之间的线路有无断路或接触不 良。 拔下氧传感器的插头,用汽车万用表连接氧传感 器插头端子1和2,打开点火开关,其电压值为0; 起动发动机,1和2电压为电源电压,3和4电压为 0.4V,1和搭铁电压为电源电压,1和搭铁电压为0。