汽車電器與電控技術(shù) 課件 05 怠速排放控制技術(shù)（7講）

《汽車電器與電子控制技術(shù)》軍事交通學(xué)院舒華AutomobileElectricalEquipmentand

ElectronicControlTechnology中國人民解放軍

主講：舒華教授汽車電控技術(shù)

AutomobileElectronicControlTechnology中國人民解放軍軍事交通學(xué)院第1講發(fā)動機(jī)怠速控制技術(shù)主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

EngineDischargeControlTechnology

3.1發(fā)動機(jī)怠速控制系統(tǒng)第3章汽油機(jī)排放控制技術(shù)3.2發(fā)動機(jī)斷油控制系統(tǒng)3.3空燃比反饋控制系統(tǒng)3.4燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)3.5廢氣再循環(huán)控制系統(tǒng)3.6汽油機(jī)爆燃控制系統(tǒng)3.1發(fā)動機(jī)怠速控制系統(tǒng)3.1.1怠速控制系統(tǒng)的組成3.1.2怠速控制閥的功用與類型3.1.3步進(jìn)電機(jī)式控制閥的結(jié)構(gòu)原理3.1.4旋轉(zhuǎn)滑閥式控制閥的結(jié)構(gòu)原理3.1.5脈沖電磁閥式控制閥結(jié)構(gòu)原理3.1.6發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制過程3.1.7步進(jìn)電機(jī)式怠速控制閥的控制3.1.1怠速控制系統(tǒng)的功用與組成

發(fā)動機(jī)在無負(fù)荷狀態(tài)下，維持自身穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速。影響因素：空調(diào)系統(tǒng)、動力轉(zhuǎn)向助力泵、發(fā)電機(jī)負(fù)載變化。功用：調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速，使怠速負(fù)荷變化時發(fā)動機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?？刂茖?shí)質(zhì)：控制怠速時的進(jìn)氣量。

系統(tǒng)組成：傳感器與控制開關(guān)：電控單元ECU：執(zhí)行器：怠速控制閥ISCV(或電動機(jī))IdleSpeedControlValve怠速定義系統(tǒng)功用3.1.2怠速控制閥ISCV

通過調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)怠速時的進(jìn)氣量來調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速。ISCV————IdleSpeedControlValve1.進(jìn)氣量控制方式：節(jié)氣門直動式：大眾車系旁通空氣式：通用別克2.怠速控制閥ISCV分類：步進(jìn)電動機(jī)式ISCV：脈沖電磁閥式ISCV：旋轉(zhuǎn)滑閥式ISCV：真空閥式ISCV：ISCV功用3.1.3

步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥

利用電磁鐵作用原理，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。1.步進(jìn)電機(jī)式ISCV結(jié)構(gòu)組成步進(jìn)電機(jī)：產(chǎn)生力矩螺旋機(jī)構(gòu)：螺桿螺母閥芯：閥座：

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)：永磁轉(zhuǎn)子、定子繞組，功用：產(chǎn)生驅(qū)動力矩。

螺旋機(jī)構(gòu)作用：將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為往復(fù)運(yùn)動，由螺桿（又稱為絲杠）和螺母組成。螺母與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子制成一體，螺桿的一端制有螺紋，另一端固定有閥芯，螺桿只能沿軸向作直線移動，不能作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，螺母帶動螺桿軸向移動。螺桿帶動閥芯開大或關(guān)小閥門開度。ECU通過控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)動角度來控制螺桿的移動方向和移動距離，從而達(dá)到控制怠速閥開度，調(diào)整怠速轉(zhuǎn)速之目的。步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)原理：同性相斥，異性相吸。從B1-B輸入脈沖時：定子N右、S左→轉(zhuǎn)子N左、S右→圖①所示從A-A1輸入脈沖時：定子N上、S下→轉(zhuǎn)子圖①→圖②逆轉(zhuǎn)90°→S上、N下從B-B1輸入脈沖時：定子N左、S右→轉(zhuǎn)子圖②→圖③逆轉(zhuǎn)90°→S左、N右從A1-A輸入脈沖時：定子N下、S上→轉(zhuǎn)子圖③→圖④逆轉(zhuǎn)90°→S下、N上電動機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動→閥芯軸向移動→閥門開度變化→進(jìn)氣量變化→怠速轉(zhuǎn)速變化。3.1.3

步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥逆時針轉(zhuǎn)動課程小結(jié)（1）主要介紹了：1.發(fā)動機(jī)怠速控制系統(tǒng)的功用與組成2.發(fā)動機(jī)怠速進(jìn)氣量的控制方式與怠速控制閥ISCV種類3.步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥ISCV的結(jié)構(gòu)組成與工作原理今天這一講的重點(diǎn)是怠速控制的相關(guān)知識和步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥ISCV的結(jié)構(gòu)原理，希望同學(xué)們認(rèn)真復(fù)習(xí)，融會貫通，掌握重點(diǎn)。接下來，請同學(xué)們根據(jù)講授內(nèi)容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學(xué)們，下次課再會！步進(jìn)原理：同性相斥，異性相吸。從B1-B輸入脈沖時：定子N右、S左→轉(zhuǎn)子N左、S右→圖①所示從A-A1輸入脈沖時：定子N上、S下→轉(zhuǎn)子圖①→圖②逆轉(zhuǎn)90°→S上、N下從B-B1輸入脈沖時：定子N左、S右→轉(zhuǎn)子圖②→圖③逆轉(zhuǎn)90°→S左、N右從A1-A輸入脈沖時：定子N下、S上→轉(zhuǎn)子圖③→圖④逆轉(zhuǎn)90°→S下、N上電動機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動→閥芯軸向移動→閥門開度變化→進(jìn)氣量變化→怠速轉(zhuǎn)速變化。3.1.3

步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥逆時針轉(zhuǎn)動3.1.3

步進(jìn)電動機(jī)式怠速控制閥

逆時針轉(zhuǎn)動：B1-B→A-A1→B-B1→A1-A→B1-B順時針轉(zhuǎn)動：B1-B→A1-A→B-B1→A-A1→B1-B（1）步進(jìn)角：每輸入一個脈沖時，電動機(jī)轉(zhuǎn)動的角度。

30°、15°、11.25°、7.5°、3.75°、2.5°、1.8°

轉(zhuǎn)子磁極↑→定子線圈數(shù)量↑→步進(jìn)角↓→控制精度↑轉(zhuǎn)子磁極↓→………………↓→步進(jìn)角↑→控制精度↓皇冠3.0：0~125步，步進(jìn)角11.25°、3.9圈；雪佛萊Chevrolet子彈頭：0～255步n：取決于控制脈沖頻率f。

f↑→n↑；f↓→n↓控制脈沖步進(jìn)角電動機(jī)轉(zhuǎn)速第2講怠速控制閥與怠速控制主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

EngineDischargeControlTechnology

3.1.4旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制閥

1.旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制閥ISCV的結(jié)構(gòu)組成旋轉(zhuǎn)滑閥：旁通空氣閥電動機(jī)：永磁式直流電動機(jī)

滑閥固定在電動機(jī)軸上，隨電動機(jī)軸轉(zhuǎn)動使旁通空氣道開啟面積改變，從而增大或減小旁通進(jìn)氣量。——滑閥轉(zhuǎn)角范圍限定在90°以內(nèi)，電動機(jī)轉(zhuǎn)角必須很小才能滿足精確控制旁通進(jìn)氣量的要求，因此采用了控制占空比的方法來控制電動機(jī)順時針或逆時針轉(zhuǎn)動。

電樞鐵心：兩個線圈、換向器（三只電刷）、電機(jī)軸永久磁鐵：兩塊磁極用U型鋼絲彈性固定在電動機(jī)殼體內(nèi)壁上。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電動機(jī)3.1.4旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制閥

電路連接3.1.4旋轉(zhuǎn)滑閥式怠速控制閥

電路連接3.1.5脈沖電磁閥式怠速控制閥1.脈沖電磁閥式ISCV的結(jié)構(gòu)組成電磁線圈、復(fù)位彈簧：進(jìn)氣口：節(jié)氣門前的進(jìn)氣管相通出氣口：節(jié)氣門后的進(jìn)氣管相通固定鐵心、活動鐵心：閥座、閥芯：閥芯固定在閥桿上閥桿：一端連活動鐵心，一端設(shè)復(fù)位彈簧2.脈沖電磁閥式ISCV的控制原理

當(dāng)線圈通電產(chǎn)生電磁吸力超過復(fù)位彈簧的彈力時，活動鐵心在電磁吸力的作用下向固定鐵心方向移動，同時通過閥桿帶動閥芯向右移動，使閥芯離開閥座將旁通空氣道開啟。

當(dāng)線圈斷電時，在復(fù)位彈簧力作用下活動鐵心與閥芯左移復(fù)位，將空氣道關(guān)閉。3.1.5脈沖電磁閥式怠速控制閥

3.1.6怠速轉(zhuǎn)速控制原理與過程

怠速噴油量n＝ng3.1.7步進(jìn)電機(jī)式ISCV控制步進(jìn)電機(jī)式ISCV控制方式：

初始位置確定

起動控制

暖機(jī)控制當(dāng)?shù)∷儇?fù)荷變化時，ECU按照一定順序控制VT1、VT2、VT3、VT4適時導(dǎo)通→接通步進(jìn)電動機(jī)定子繞組電流→轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)→閥芯移動→調(diào)節(jié)進(jìn)氣量→n＝ng1.初始位置確定在點(diǎn)火開關(guān)斷開時，ECU將控制ISCV處于全開狀態(tài)，為再次起動作好準(zhǔn)備?！?dāng)ECU內(nèi)部主繼電器控制電路接收到點(diǎn)火開關(guān)OFF信號時，ECU將利用備用電源輸入端(Batt端子)提供的電壓控制主繼電器線圈繼續(xù)供電2s，使步進(jìn)電機(jī)的控制閥回到初始位置，以便下次起動時具有較大的進(jìn)氣量?？刂品绞降∷倏刂?.1.7步進(jìn)電機(jī)式ISCV控制過程1.初始位置確定2.起

動

控

制起動時，ISCV全開位置；起動后，迅速步進(jìn)關(guān)小閥門?！绨l(fā)動機(jī)冷卻液溫度在起動時為20℃，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到500r/min時，ECU將控制步進(jìn)電機(jī)從全開位置A點(diǎn)（125步）步進(jìn)到達(dá)B點(diǎn)（55步）位置，圖3-11a所示，使閥門關(guān)小，防止轉(zhuǎn)速過高。3.暖機(jī)控制

在發(fā)動機(jī)起動后的暖機(jī)過程中，ECU將根據(jù)冷卻液溫度傳感器信號確定步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)的位置。隨著轉(zhuǎn)速升高和發(fā)動機(jī)溫度升高，控制閥閥門將逐漸關(guān)小，步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)的步數(shù)逐漸減少，如圖3-11b所示?！?dāng)冷卻液溫度達(dá)到70℃時，暖機(jī)控制結(jié)束，ISCV閥芯位置保持不變。控制特性課程小結(jié)（2）主要介紹了：1.旋轉(zhuǎn)滑閥式和脈沖電磁閥式怠速控制閥的結(jié)構(gòu)原理2.發(fā)動機(jī)怠速轉(zhuǎn)速的控制原理與控制過程3.步進(jìn)電動機(jī)式ISCV的控制（初始位置確定、

起動控制、暖機(jī)控制）今天這一講的重點(diǎn)是怠速控制過程和步進(jìn)電動機(jī)式ISCV的控制，希望同學(xué)們認(rèn)真復(fù)習(xí)，融會貫通，掌握重點(diǎn)。接下來，請同學(xué)們根據(jù)講授內(nèi)容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學(xué)們，下次課再會！第3講發(fā)動機(jī)斷油控制技術(shù)主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

EngineDischargeControlTechnology

2.6.6基本噴油量的確定

經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式3.2發(fā)動機(jī)斷油控制技術(shù)3.2.1斷油控制系統(tǒng)組成超速斷油控制系統(tǒng)減速斷油控制系統(tǒng)清除溢流控制系統(tǒng)3.2.2超速斷油控制

當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過允許的極限轉(zhuǎn)速時，ECU立即控制噴油器中斷噴油?！l(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速越高，曲柄連桿機(jī)構(gòu)的離心力就越大。當(dāng)離心力過大時，發(fā)動機(jī)就有“飛車”而損壞的危險。——每臺發(fā)動機(jī)都有一個極限轉(zhuǎn)速值，約為6000~7000r/min。

超速斷油控制目的：防止發(fā)動機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞機(jī)件。定義目的3.2發(fā)動機(jī)斷油控制系統(tǒng)3.2.1斷油控制系統(tǒng)組成超速斷油控制系統(tǒng)減速斷油控制系統(tǒng)清除溢流控制系統(tǒng)3.2.2超速斷油控制

當(dāng)曲軸位置傳感器CPS信號：

n＝n0（ROM中）時，停止噴油。n＝n0＝6000～7000r/min

?n＝80r/min3.2發(fā)動機(jī)斷油控制系統(tǒng)3.2.1斷油控制系統(tǒng)組成3.2.2超速斷油控制3.2.3減速斷油控制

發(fā)動機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中突然減速時，ECU中斷噴油。

減速斷油控制目的：節(jié)約燃油，減少排放——混合氣過濃燃燒不完全。

（1）TPS信號表示節(jié)氣門關(guān)閉；

（2）CTS信號達(dá)到正常工作溫度(80℃)；

（3）CPS信號轉(zhuǎn)速高于燃油停供轉(zhuǎn)速。燃油停供和復(fù)供轉(zhuǎn)速與冷卻液溫度和發(fā)動機(jī)負(fù)荷有關(guān)。溫度越低，負(fù)荷越大(空調(diào)接通)，停供復(fù)供轉(zhuǎn)速越高。定義目的減速斷油條件3.2發(fā)動機(jī)斷油控制系統(tǒng)3.2.1斷油控制系統(tǒng)組成3.2.2超速斷油控制3.2.3減速斷油控制3.2.4清除溢流控制“溢流”或“淹缸”：——火花塞被混合氣浸濕的現(xiàn)象稱為“溢流”或“淹缸”?！饎訒r，可燃混合氣濃，以便順利起動。若多次起動未能成功，淤積在汽缸內(nèi)的濃混合氣就會浸濕火花塞，使其不能跳火導(dǎo)致不能起動。

指當(dāng)加速踏板踩到底，接通起動開關(guān)起動發(fā)動機(jī)時，ECU控制噴油器中斷燃油噴射，以便排出汽缸內(nèi)的燃油蒸氣，使火花塞干燥能夠跳火。定義3.2發(fā)動機(jī)斷油控制系統(tǒng)3.2.1斷油控制系統(tǒng)組成3.2.2超速斷油控制3.2.3減速斷油控制3.2.4清除溢流控制“溢流”或“淹缸”：（1）點(diǎn)火開關(guān)→接通STA起動位置；

（2）TPS信號→節(jié)氣門全開；

（3）CPS信號→發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于300r/min?！谄饎与娍匕l(fā)動機(jī)時，不必踩下加速踏板，直接接通起動開關(guān)即可起動。——同理，當(dāng)接通起動開關(guān)起動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)動機(jī)難以起動時，可利用控制系統(tǒng)的清除溢流功能，先清除溢流，再進(jìn)行起動。清除溢流條件斷油控制小結(jié)超速斷油控制系統(tǒng)——超速斷油控制目的：防止發(fā)動機(jī)超速運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞機(jī)件。——每臺發(fā)動機(jī)都有極限轉(zhuǎn)速值n＝n0＝6000～7000r/min；?n＝80r/min減速斷油控制系統(tǒng)——減速斷油控制目的：節(jié)約燃油，減少排放。

（1）TPS信號表示節(jié)氣門關(guān)閉；

（2）CTS信號達(dá)到正常工作溫度(80℃)；

（3）CPS信號轉(zhuǎn)速高于燃油停供轉(zhuǎn)速。清除溢流控制系統(tǒng)（1）點(diǎn)火開關(guān)→接通STA起動位置；

（2）TPS信號→節(jié)氣門全開；

（3）CPS信號→發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于300r/min。減速斷油條件清除溢流條件3.4燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)3.4.1燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)組成——燃油蒸氣回收系統(tǒng)

汽油是一種揮發(fā)性很強(qiáng)的物質(zhì)，燃油箱、曲軸箱、氣門室和燃油管路內(nèi)部的燃油受熱后，表面就會產(chǎn)生蒸氣，散發(fā)到大氣之中造成環(huán)境污染。燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)FEC：FuelEvaporativeEmissionControlSystem。

防止燃油蒸氣排入大氣而污染環(huán)境，同時節(jié)約能源。排放降低95%以上。組成：活性炭罐：吸附燃油蒸氣活性炭罐電磁閥N80：炭罐與節(jié)氣門體之間通風(fēng)管：ECU功用3.4燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)3.4.2燃油蒸發(fā)排放的控制原理發(fā)動機(jī)溫度和轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時才能工作。活性炭吸附燃油蒸氣，直至蒸氣飽和為止。

當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，進(jìn)氣歧管內(nèi)部壓力pi將低于大氣壓力pe，產(chǎn)生壓差Δp（Δp＝pe－pi）?！狤CU根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和壓力等信號，向炭罐電磁閥發(fā)出占空比控制指令，使其閥門保持一定開度?！抗揠姶砰y開度大小由ECU根據(jù)電磁閥兩端的壓差決定。ECU改變占空比的大小，即可控制電磁閥閥門開度?！?dāng)炭罐電磁閥閥門開啟時，在壓差Δp作用下，活性炭罐內(nèi)部儲存的飽和燃油蒸氣便經(jīng)電磁閥閥門流入進(jìn)氣歧管，并與新鮮空氣混合形成再生氣流，再被吸入燃燒室燃燒，從而避免燃油蒸氣排入大氣污染環(huán)境。課程小結(jié)（3）主要介紹了：1.發(fā)動機(jī)超速斷油、減速斷油、清除溢流控制系統(tǒng)的組成、控制原理2.發(fā)動機(jī)燃油蒸發(fā)排放控制系統(tǒng)的組成與控制原理今天這一講的重點(diǎn)是斷油控制的功用、條件，希望同學(xué)們認(rèn)真復(fù)習(xí)，融會貫通，掌握重點(diǎn)。接下來，請同學(xué)們根據(jù)講授內(nèi)容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學(xué)們，下次課再會！第4講空燃比反饋控制技術(shù)主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

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2.6.6基本噴油量的確定

經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式3.3空燃比反饋控制系統(tǒng)3.3.1空燃比反饋控制（閉環(huán)控制）系統(tǒng)的功用

在控制系統(tǒng)中，凡是系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間存在反饋回路，即輸出量對控制作用有直接影響的系統(tǒng)，稱為反饋控制系統(tǒng)或閉環(huán)控制系統(tǒng)?！伴]環(huán)”：應(yīng)用反饋調(diào)節(jié)作用來減小誤差?？杖急确答伩刂凭褪钦{(diào)節(jié)空燃比誤差。

碳?xì)浠衔颒C、一氧化碳CO、氮氧化物NOx、光化學(xué)煙霧和炭煙等。試驗(yàn)證明：當(dāng)混合氣的空燃比λ＝A/F＝14.7時，HC＋O2

燃燒→

CO2＋H2O

二氧化碳CO2和水H2O2CO＋O2

鉑Pt催化

2CO2電噴發(fā)動機(jī)用AFS/MAP/CPS/TPS等信號來計算確定噴油量，λ≠14.7（理論空燃比）。反饋控制排放物有害排放物HC、CO、NOx3.3空燃比反饋控制系統(tǒng)3.3.1空燃比反饋控制（閉環(huán)控制）系統(tǒng)的功用空燃比反饋控制系統(tǒng)AFC：AirFuelRatioFeedbackControlSystem

利用氧傳感器信號對空燃比實(shí)施反饋控制，將空燃比控制在理論空燃比（14.7）附近，將排氣中的三種（HC、CO、NOx）主要有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害成分，從而節(jié)約燃油和凈化排氣，滿足油耗法規(guī)和排放法規(guī)的要求。——節(jié)約燃油、減少排放。3.3.2空燃比反饋控制系統(tǒng)的組成燃油噴射系統(tǒng)EFI+氧傳感器O2S氧傳感器EGO：ExhaustGasOxygenSensor（O2S）、λ（Lambda）安裝：排氣門至三元催化轉(zhuǎn)換器間的排氣管上。AFC功用AFC組成

氧傳感器的功用與分類

通過監(jiān)測排氣中氧離子的含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將空燃比信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氚l(fā)動機(jī)ECU。ECU根據(jù)氧傳感器信號對噴油時間進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)空燃比反饋控制（閉環(huán)控制），即將空燃比控制在14.7左右，使發(fā)動機(jī)得到最佳濃度的混合氣，從而達(dá)到減小有害氣體的排放量和節(jié)約燃油之目的。

氧化鋯（ZrO2）式——加熱型與非加熱型

氧化鈦（TiO2）式——加熱型傳感器。3.3.3氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理——空氣中的氧離子在某些固體電解質(zhì)中容易擴(kuò)散，當(dāng)這些電解質(zhì)的表面與內(nèi)部之間氧氣的濃度不同（存在濃度差）時，氧氣濃度高處的氧離子就會向濃度低的一側(cè)擴(kuò)散，以求達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)固體電解質(zhì)表面設(shè)置集中用多孔電極之后，在其兩個表面之間就可得到電動勢，將其稱為“氧濃差電池”。氧化鋯式氧傳感器就是根據(jù)這一原理制成的氧離子濃度傳感器，又稱為“電壓型”氧離子濃度傳感器。EGO功用EGO分類課程小結(jié)（4）主要介紹了：1.發(fā)動機(jī)空燃比反饋控制（閉環(huán)控制）系統(tǒng)的功用2.氧傳感器的功用與分類3.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理今天這一講的重點(diǎn)是空燃比反饋控制的功用、氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理，希望同學(xué)們認(rèn)真復(fù)習(xí)，融會貫通，掌握重點(diǎn)。接下來，請同學(xué)們根據(jù)講授內(nèi)容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學(xué)們，下次課再會！第5講氧傳感器結(jié)構(gòu)原理與工作條件主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

EngineDischargeControlTechnology

3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理

通過監(jiān)測排氣中氧離子的含量來獲得混合氣的空燃比信號，并將空燃比信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞斎氚l(fā)動機(jī)ECU。

氧化鋯（ZrO2）式——加熱型與非加熱型

氧化鈦（TiO2）式——加熱型傳感器。3.3.3氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理——空氣中的氧離子在某些固體電解質(zhì)中容易擴(kuò)散，當(dāng)這些電解質(zhì)的表面與內(nèi)部之間氧氣的濃度不同（存在濃度差）時，氧氣濃度高處的氧離子就會向濃度低的一側(cè)擴(kuò)散，以求達(dá)到平衡狀態(tài)?！?dāng)固體電解質(zhì)表面設(shè)置集中用多孔電極之后，在其兩個表面之間就可得到電動勢，將其稱為“氧濃差電池”。氧化鋯式氧傳感器就是根據(jù)這一原理制成的氧離子濃度傳感器，又稱為“電壓型”氧離子濃度傳感器。EGO功用EGO分類3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成鋼質(zhì)護(hù)管、鋼質(zhì)殼體：鋯管：加熱元件：電極引線、防水護(hù)套、線束插頭：鋯管：ZrO2陶瓷管，擴(kuò)散滲透氧離子外表面噴涂一層鉑金作為電極，外表面通排氣內(nèi)表面通大氣保護(hù)膜：鉑金外表面噴涂ZrO2陶瓷粉末（白色）鋼質(zhì)殼體：防止排氣壓力沖擊造成鋯管破碎

螺紋：安裝與拆卸，固定在排氣管上；小孔：排氣流通接觸鋯管電極引線：1線、2線——非加熱型3線、4線——加熱型氧化鋯式O2S3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成2.氧化鋯式氧傳感器的工作原理∵鋯管內(nèi)側(cè)通大氣→氧離子濃度高；外側(cè)與排氣相通→氧離子濃度低且隨可燃混合氣濃度變化而變化?！喈?dāng)氧離子在鋯管中擴(kuò)散時，鋯管內(nèi)、外表面之間的電位差將隨混合氣濃度變化而變化，即鋯管相當(dāng)于一個氧濃差電池，傳感器信號源相當(dāng)于一個可變電源。（1）當(dāng)混合氣較濃（λ＜14.7）時，排氣中氧離子含量少，一氧化碳CO濃度較大。在鋯管外表面催化劑鉑Pt的催化作用下，氧離子幾乎全部都與CO發(fā)生氧化反應(yīng)生成2CO2氣體，使外表面上氧離子濃度為0。2CO＋O2

金屬鉑Pt催化

2CO2鋯管內(nèi)外表面的氧離子濃度差較大，兩個鉑金電極間的電位差較高，Uo＝0.9V。Pt催化反應(yīng)3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成2.氧化鋯式氧傳感器的工作原理（2）當(dāng)混合氣較稀(

＞14.7)時，排氣中氧離子較多、CO濃度較小，即使CO全都與氧離子產(chǎn)生反應(yīng)，鋯管外表面上還是有多余的氧離子存在。

∴鋯管內(nèi)、外氧離子濃度差較小，兩鉑金電極之間電位差較低，Uo＝0.1V。（3）當(dāng)

≈14.7（或α≈1）時，排氣中的氧離子和CO含量都很少。在催化劑鉑的作用下，氧離子與CO的化學(xué)反應(yīng)從缺氧狀態(tài)（

CO過剩、氧離子濃度為0）急劇變化為富氧狀態(tài)（CO為0、氧離子過剩）?！哐蹼x子濃度差急劇變化→電位差劇變→∴輸出電壓從0.9V急劇變化到0.1V。氧化鋯EGO輸出特性3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成2.氧化鋯式氧傳感器的工作原理2CO＋O2

金屬鉑Pt催化

2CO2曲線3-無鉑電極時的電動勢——當(dāng)可燃混合氣濃時，如果沒有催化劑鉑的催化作用使氧離子濃度急劇減小到接近于0，那么在混合氣由濃變稀時，鋯管內(nèi)外兩側(cè)氧離子的濃度差將連續(xù)變化，傳感器電動勢將按曲線3連續(xù)變化，即不會出現(xiàn)躍變。——在使用中，催化反應(yīng)會消耗鉑電極Pt，氧化鋯式EGO是一種消耗型傳感器?！秃蜐櫥土蚧a(chǎn)生的硅酮等顆粒物質(zhì)附著在鉑電極表面上會導(dǎo)致鉑電極逐漸失效，傳感器內(nèi)部端子處用于防水的硅橡膠也會逐漸污染內(nèi)側(cè)電極。∴氧化鋯式EGO必須定期更換。一般每行駛16萬公里必須更換新品。3.3.3氧化鋯式EGO結(jié)構(gòu)原理1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成2.氧化鋯式氧傳感器的工作原理3.氧化鋯式氧傳感器的工作條件——氧化鋯式EGO必須滿足以下三個條件，才能調(diào)節(jié)混合氣濃度：

（1）發(fā)動機(jī)溫度高于60℃；

（2）氧傳感器自身溫度高于300℃；

（3）發(fā)動機(jī)工作在怠速工況或部分負(fù)荷工況。氧化鋯EGO工作條件3.3.4氧化鈦式EGO結(jié)構(gòu)原理

二氧化鈦是一種多孔性的N型半導(dǎo)體陶瓷材料，阻值大小取決于材料溫度以及周圍氧離子濃度?！半娮栊汀毖蹼x子濃度傳感器。1.氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)組成電極引線：3線、4線鋼質(zhì)殼體：安裝螺紋加熱元件：鎢絲或陶瓷，使TiO2溫度保持恒定，其輸出特性不受溫度影響。二氧化鈦：傳感元件——芯片式：鉑金屬線，兼作催化劑——厚膜式：半導(dǎo)體封裝工藝制成TiO2元件TiO2特性3.3.4氧化鈦式EGO結(jié)構(gòu)原理

二氧化鈦半導(dǎo)體材料的電阻具有隨氧離子濃度變化而變化的特性?！半娮栊汀毖蹼x子濃度傳感器。2.氧化鈦式氧傳感器的工作原理

當(dāng)可燃混合氣濃（α＜1）時，燃燒不完全，排氣中剩余氧氣很少，傳感元件周圍的氧離子很少，二氧化鈦TiO2呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。

2CO＋O2

金屬鉑Pt催化

2CO2→消耗氧離子→傳感器靈敏度↑

當(dāng)可燃混合氣稀（過量空氣系數(shù)α＞1）時，排氣中氧離子含量較多，傳感元件周圍的氧離子濃度較大，二氧化鈦呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。

當(dāng)傳感器施加穩(wěn)定電壓時，其輸出端得到一個交替變化的信號。電極鉑Pt催化TiO2特性傳感器電路課程小結(jié)（5）主要介紹了：1.氧化鋯式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理與工作條件2.氧化鈦式氧傳感器的結(jié)構(gòu)原理與工作條件

今天這一講的重點(diǎn)是兩種傳感器的測量原理和工作條件，希望同學(xué)們認(rèn)真復(fù)習(xí)，融會貫通，掌握重點(diǎn)。接下來，請同學(xué)們根據(jù)講授內(nèi)容閱讀教材，并在網(wǎng)上完成課后作業(yè)。同學(xué)們，下次課再會！第6講空燃比反饋控制主講：舒華教授

第3章發(fā)動機(jī)排放控制技術(shù)

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氧傳感器的工作條件3.氧化鈦式氧傳感器的工作條件氧化鈦式氧傳感器必須滿足三個條件，才能正常調(diào)節(jié)混合氣濃度：

（1）發(fā)動機(jī)溫度高于60℃；

（2）氧傳感器自身溫度高于600℃；

（3）發(fā)動機(jī)工作在怠速工況或部分負(fù)荷工況。氧化鋯式氧傳感器必須滿足以下三個條件，才能調(diào)節(jié)混合氣濃度：

（1）發(fā)動機(jī)溫度高于60℃；

（2）氧傳感器自身溫度高于300℃；

（3）發(fā)動機(jī)工作在怠速工況或部分負(fù)荷工況。氧化鈦式工作條件氧化鋯式工作條件氧傳感器的使用燃油或潤滑油添加劑中的鉛離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為鉛中毒。發(fā)動機(jī)上的硅密封膠、硅樹脂成型件、鑄件內(nèi)的硅離子與氧傳感器的鉑電極發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致催化劑鉑的催化性能降低的現(xiàn)象，稱為硅中毒。中毒現(xiàn)象：油耗、排放顯著增加；防止措施：汽車每行駛16萬公里，更換氧傳感器。鉛中毒硅中毒3.3.5空燃比反饋控制過程

氧傳感器輸出電壓的平均值稱為限制電平?！?dāng)ECU接收氧傳感器的信號電壓高于限制電平（0.5V）時，表明混合氣偏濃，空燃比偏小(λ＜14.7)

，ECU首先發(fā)出控制指令使空燃比反饋修正系數(shù)KAF驟然下降一個PR值，使噴油時間TB縮短，噴油量減少，然后逐漸減小KAF，使混合氣逐漸變稀，空燃比逐漸增大?！?dāng)ECU接收氧傳感器的信號電壓低于限制電平時，表明混合氣偏稀，空燃比偏大，ECU首先使修正系數(shù)KAF急劇上升一個PL值，使噴油時間增長，噴油量增大，然后逐漸增大KAF，使噴油量逐漸增加，混合氣逐漸變濃，空燃比逐漸減小。限制電平空燃比反饋控制過程當(dāng)EGO的US≥0.5V時→混合氣偏濃→λ偏小→ECU使KAF↓PR→TB↓→噴油量↓→混合氣逐漸變稀→A/F逐漸↑當(dāng)EGO的US≤0.5V時→混合氣偏稀→

λ

偏大→ECU使KAF↑PL→TB↑→噴油量↑→混合氣逐漸變濃→A/F逐漸↓3.3.5空燃比反饋控制過程

在空燃比反饋控制過程中，∵發(fā)動機(jī)工作循環(huán)需要一定的時間(即從噴油器噴油開始到氧傳感器檢測出氧離子濃度為止，發(fā)動機(jī)要經(jīng)過進(jìn)氣、壓縮、做功和排氣等行程)?！嘀荒軐⒖杖急瓤刂圃诶碚摽杖急雀浇！鮽鞲衅餍盘栯妷旱淖兓l率：f≥10次/min；——ECU接收信號電壓變化過慢（低于10次/min）或保持不變（高電平或低電平不變）→氧傳感器故障→空燃比開環(huán)控制→油耗和排放量將大大增加。反饋控制特性曲線3.3.6空燃比反饋控制條件

（1）發(fā)動機(jī)冷卻液溫度達(dá)到正常工作溫度（80℃）。

（2）發(fā)動機(jī)運(yùn)行在怠速工況或部分負(fù)荷工況。

（3）氧傳感器溫度達(dá)到正常工作溫度（氧化鋯300℃，氧化鈦600℃）。

（4）氧傳感器輸入ECU的信號電壓變化頻率不低于10次/min。在下述情況下，發(fā)動機(jī)ECU將對空燃比實(shí)施開環(huán)控制：（1）發(fā)動機(jī)起動工況。起動需要濃混合氣，以便起動發(fā)動機(jī)。（2）發(fā)動機(jī)暖機(jī)工況。剛起動溫度低于正常工作溫度（80℃），需要迅速升溫。（3）發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工況。大負(fù)荷時需要加濃混合氣，使發(fā)動機(jī)輸出較大轉(zhuǎn)矩。（4）加速工況。加速時需要發(fā)動機(jī)輸出較大轉(zhuǎn)矩，以便提高車速。（5）減速工況。減速時需要停止噴油，使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速迅速降低。（6）氧傳感器溫度低于正常工作溫度。氧化鋯式300℃氧化鈦式600℃輸出信號。（7）氧傳感器輸入ECU的信號電壓持續(xù)10s以上時間保持不變時。氧傳感器失效。反饋