2.8空燃比闭环控制.ppt

2.8 空燃比闭环控制 开环控制时ECU并不知晓执行器执行指令后的实际效果； 而闭环控制时ECU通过传感器监测指令执行后某一个特定参数的变化，并将该参数的实测值与设定值对比，在两者不一致时调整指令使之达到一致。 故凡闭环控制，必有一个控制对象，即控制参数；还有一个控制目标，即控制参数的设定值。 λ闭环控制的控制参数就是燃油与空气温合气的过量空气系数λ， 控制目标是λ=1附近的一个小范围。 Motronic在怠速和部分负荷时可实行λ环控制，其他工况皆为开环控制。 1、λ闭环控制的调节范围和激活的必要条件 汽油机排放的有害污染物主要是HC、CO和NOx。目前汽油机排放污染物治理手段中最重要的是利用三效催化转化器净化。 净化后的废气有害物质的浓度与过量空气系数λ密切相关。随着λ的增大，净化后残余的HC和CO浓度降低，但NOx浓度上升。 只是在λ为0.99～1.00 的一个小区域内才能使三种有害物质同时得到最大限度的净化。这就是λ环控制的调节范围。 只有在怠速和部分负荷工况范围，而且结束暖机以后，才能激活λ闭环控制。 2、氧传感器 氧传感器用于测定废气中的过量空气系数λ。 λ定义为燃油和空气的混合气中实际空气里和由所含燃油量决定的理论当量空气量之比。 λ=1意味着充分燃烧后燃油与空气均无过剩； λ＞1则氧过剩，混合气过稀； λ＜1则氧不足，混合气过浓。 λ由混合气中各种原子数量的比例决定。燃烧过程不改变这个比例，故从废气中测定的λ，不论燃烧是否完全，都与未燃时在混合气中测定的λ一样。 目前普遍使用的氧传感器只能判断是λ＞1，还是λ＜1，却无法测定λ的具体数值。 不过已开始生产能测定λ具体数值的氧传感器，用于稀薄燃烧发动机。 1）管式氧传感器原理 氧传感器按带固态电解质的氧浓度原电池的原理工作（Nernst原理）。 其核心元件是用二氧化锆制成的传感陶瓷管1。 传感陶瓷管不透气，用氧化铱作过稳定化处理。 传感陶瓷管的内外表内部涂有一薄层透气的多孔铂， 它一方面因其催化作用而影响着传感给输出特性， 另一方面由于电接触，构成两个电极2。 传感陶瓷管突入排气气流中，所以在它外表面的铂涂层上再涂一层高孔隙度的陶瓷保护层6。 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。 传感陶瓷管的内表面与新鲜空气相通，外表面被废所包围，两边的氧浓度度相差悬殊。 但汽油机废气中总是存在残余氧的，即使在燃油过剩的情况下也不例外。例如λ=0.95％时残余氧达到约0.1 ％～0.3％的体积百分比。 多孔铂电极的催化作用使得废气中的CO、HC和H2在电极表面上同残余氧发生化学反应，使之趋向理论当量的平衡，以致残余氧的最终浓度跟燃烧完全与否无关。而仅仅取决于λ。 传感陶瓷管内外表面上的氧浓度差别促使内表面上的氧原子放下2个正电荷变成带2个负电荷的氧离子，通过扩散穿越多孔的、由二氧化锆制成的传感陶瓷管（故称固态电解质）到达外表面，将2个负电荷留在外表面，成为氧原子进入废气中。 所以：内表面带正电，成为正极；外表面带负电，成为负极。 两极之间的电位差使是氧传感器的信号电压。 信号电压的高低取决于传感陶瓷管内外表面之间氧浓度之差，即取决于外表面上废气经完全催化处理之后残余氧的浓度，而残余氧浓度又是废气λ值的函数。 从λ＞1的稀混合气（高残余氧）过渡到λ＜1的浓混合气（极低残余氧），则残余氧浓度突变达10的几次方幂倍。所以在λ=1附近信号电压突变， λ＜1时为800~1000mV, λ＞1时小于100mV． λ=1时为450～500mV。 氧传感器应装在任何工况下都能达到其工作温度的地方，因为氧传感器的工作特性与温度密切相关。温度强烈地影响着传感陶瓷管对氧离子的导通能力。 一方面当温度低于600℃时，输出电压低于上述数据和曲线，而低于350℃时几乎没有信号； 另一方面，输出电压对于过量空气系数变化的响应时间也与温度有关。例如： 当传感陶瓷管温度为350℃时，响应时间为几秒钟； 而当传感陶瓷管温度为600℃时，响应时间小于50ms。 所以在发动机起动后直到大约350℃的最低运行温度的一段时间内，λ闭环控制是截止的。 氧传感器的内阻也与温度有关。 2）不加热的管式氧传感器 如图所示，传感陶瓷管7借助于“指状”的陶瓷支承管3和碟形弹簧2固定在传感器壳体6上并密封。 在支承管和传感陶瓷管之间的接触元件5用于提供内电极和连接电缆1之间的接触。 外电极通过金属密封环与传感器壳体连接。传感器内的各种零件都由金属护套4 固定和对中。 护套除了支承碟形弹簧以外，还保护传感器内部不被污染。 连接电缆夹紧在伸出传感器的连接元件的末端，并用耐高温的PTFE帽盖密封以防潮气和机械损伤。 为了防止废气中的燃烧沉积物落在传感陶瓷管上,在凸入股气气流中的传感器壳体的末端装有