《空燃比閉環(huán)控制》PPT課件

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1、2.8空燃比閉環(huán)控制開環(huán)控制時(shí)ECU并不知曉執(zhí)行器執(zhí)行指令后的實(shí)際效果；而閉環(huán)控制時(shí)ECU通過傳感器監(jiān)測(cè)指令執(zhí)行后某一個(gè)特定參數(shù)的變化，并將該參數(shù)的實(shí)測(cè)值與設(shè)定值對(duì)比，在兩者不一致時(shí)調(diào)整指令使之達(dá)到一致。故凡閉環(huán)控制，必有一個(gè)控制對(duì)象，即控制參數(shù)；還有一個(gè)控制目標(biāo)，即控制參數(shù)的設(shè)定值。λ閉環(huán)控制的控制參數(shù)就是燃油與空氣溫合氣的過量空氣系數(shù)λ，控制目標(biāo)是λ=1附近的一個(gè)小范圍。Motronic在怠速和部分負(fù)荷時(shí)可實(shí)行λ環(huán)控制，其他工況皆為開環(huán)控制。1、λ閉環(huán)控制的調(diào)節(jié)范圍和激活的必要條件汽油機(jī)排放的有害污染物主要是HC、CO和NOx。目前汽油機(jī)排放污染物治理手段中最重要的

2、是利用三效催化轉(zhuǎn)化器凈化。凈化后的廢氣有害物質(zhì)的濃度與過量空氣系數(shù)λ密切相關(guān)。隨著λ的增大，凈化后殘余的HC和CO濃度降低，但NOx濃度上升。只是在λ為0.99～1.00的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)才能使三種有害物質(zhì)同時(shí)得到最大限度的凈化。這就是λ環(huán)控制的調(diào)節(jié)范圍。只有在怠速和部分負(fù)荷工況范圍，而且結(jié)束暖機(jī)以后，才能激活λ閉環(huán)控制。2、氧傳感器氧傳感器用于測(cè)定廢氣中的過量空氣系數(shù)λ。λ定義為燃油和空氣的混合氣中實(shí)際空氣里和由所含燃油量決定的理論當(dāng)量空氣量之比。λ=1意味著充分燃燒后燃油與空氣均無過剩；λ＞1則氧過剩，混合氣過稀；λ＜1則氧不足，混合氣過濃。λ由混合氣中各種原子數(shù)量的比

3、例決定。燃燒過程不改變這個(gè)比例，故從廢氣中測(cè)定的λ，不論燃燒是否完全，都與未燃時(shí)在混合氣中測(cè)定的λ一樣。目前普遍使用的氧傳感器只能判斷是λ＞1，還是λ＜1，卻無法測(cè)定λ的具體數(shù)值。不過已開始生產(chǎn)能測(cè)定λ具體數(shù)值的氧傳感器，用于稀薄燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)。1）管式氧傳感器原理氧傳感器按帶固態(tài)電解質(zhì)的氧濃度原電池的原理工作（Nernst原理）。其核心元件是用二氧化鋯制成的傳感陶瓷管1。傳感陶瓷管不透氣，用氧化銥作過穩(wěn)定化處理。傳感陶瓷管的內(nèi)外表內(nèi)部涂有一薄層透氣的多孔鉑，它一方面因其催化作用而影響著傳感給輸出特性，另一方面由于電接觸，構(gòu)成兩個(gè)電極2。傳感陶瓷管突入排氣氣流中，所以在它外

4、表面的鉑涂層上再涂一層高孔隙度的陶瓷保護(hù)層6。這層加固層防止了鉑催化層遭受廢氣中沉積物的腐蝕和侵蝕，確保了傳感器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感陶瓷管的內(nèi)表面與新鮮空氣相通，外表面被廢所包圍，兩邊的氧濃度度相差懸殊。但汽油機(jī)廢氣中總是存在殘余氧的，即使在燃油過剩的情況下也不例外。例如λ=0.95％時(shí)殘余氧達(dá)到約0.1％～0.3％的體積百分比。多孔鉑電極的催化作用使得廢氣中的CO、HC和H2在電極表面上同殘余氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使之趨向理論當(dāng)量的平衡，以致殘余氧的最終濃度跟燃燒完全與否無關(guān)。而僅僅取決于λ。傳感陶瓷管內(nèi)外表面上的氧濃度差別促使內(nèi)表面上的氧原子放下2個(gè)正電荷變成帶2個(gè)負(fù)電荷的

5、氧離子，通過擴(kuò)散穿越多孔的、由二氧化鋯制成的傳感陶瓷管（故稱固態(tài)電解質(zhì)）到達(dá)外表面，將2個(gè)負(fù)電荷留在外表面，成為氧原子進(jìn)入廢氣中。所以：內(nèi)表面帶正電，成為正極；外表面帶負(fù)電，成為負(fù)極。兩極之間的電位差使是氧傳感器的信號(hào)電壓。信號(hào)電壓的高低取決于傳感陶瓷管內(nèi)外表面之間氧濃度之差，即取決于外表面上廢氣經(jīng)完全催化處理之后殘余氧的濃度，而殘余氧濃度又是廢氣λ值的函數(shù)。從λ＞1的稀混合氣（高殘余氧）過渡到λ＜1的濃混合氣（極低殘余氧），則殘余氧濃度突變達(dá)10的幾次方冪倍。所以在λ=1附近信號(hào)電壓突變，λ＜1時(shí)為800~1000mV,λ＞1時(shí)小于100mV．λ=1時(shí)為450～500

6、mV。氧傳感器應(yīng)裝在任何工況下都能達(dá)到其工作溫度的地方，因?yàn)檠鮽鞲衅鞯墓ぷ魈匦耘c溫度密切相關(guān)。溫度強(qiáng)烈地影響著傳感陶瓷管對(duì)氧離子的導(dǎo)通能力。一方面當(dāng)溫度低于600℃時(shí)，輸出電壓低于上述數(shù)據(jù)和曲線，而低于350℃時(shí)幾乎沒有信號(hào)；另一方面，輸出電壓對(duì)于過量空氣系數(shù)變化的響應(yīng)時(shí)間也與溫度有關(guān)。例如：當(dāng)傳感陶瓷管溫度為350℃時(shí)，響應(yīng)時(shí)間為幾秒鐘；而當(dāng)傳感陶瓷管溫度為600℃時(shí)，響應(yīng)時(shí)間小于50ms。所以在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后直到大約350℃的最低運(yùn)行溫度的一段時(shí)間內(nèi)，λ閉環(huán)控制是截止的。氧傳感器的內(nèi)阻也與溫度有關(guān)。2）不加熱的管式氧傳感器如圖所示，傳感陶瓷管7借助于“指狀”的陶瓷支承

7、管3和碟形彈簧2固定在傳感器殼體6上并密封。在支承管和傳感陶瓷管之間的接觸元件5用于提供內(nèi)電極和連接電纜1之間的接觸。外電極通過金屬密封環(huán)與傳感器殼體連接。傳感器內(nèi)的各種零件都由金屬護(hù)套4固定和對(duì)中。護(hù)套除了支承碟形彈簧以外，還保護(hù)傳感器內(nèi)部不被污染。連接電纜夾緊在伸出傳感器的連接元件的末端，并用耐高溫的PTFE帽蓋密封以防潮氣和機(jī)械損傷。為了防止廢氣中的燃燒沉積物落在傳感陶瓷管上,在凸入股氣氣流中的傳感器殼體的末端裝有護(hù)管8，護(hù)管上開有孔隙，可讓廢氣通過，同時(shí)卻有效地防止了廢氣中固態(tài)物質(zhì)的機(jī)械撞擊和變工況時(shí)的熱沖擊。傳感器殼體上有螺紋供