聊聊汽车氧传感器与空燃比
北京艾森汽车基础知识储备
汽车有许多种传感器，每一种传感器出了故障，汽车都会出现这样那样的问题。何为车用传感器？车用传感器是汽车计算机系统的输入装置，它把汽车运行中各种工况信息，如车速、各种介质的温度、发动机运转工况等，转化成电讯号输给计算机，以便发动机处于最佳工作状态。一旦某个传感器失灵，对应的装置工作就会不正常甚至不工作，传感器在汽车上的作用是极为重要的，今天我们来聊聊氧传感器与空燃比。
北京艾森汽车氧传感器基础知识
什么是氧传感器？
氧传感器是安装在发动机排气系统的传感器，可以检测发动机废气中的氧含量水平。由于发动机燃烧时汽油会和氧气反应，所以从尾气的氧含量水平可以推算出混合气浓度，并以此控制喷油量，使混合气尽可能达到最佳混合比例。
理论上汽油在一定比例下经过充分燃烧，会生成二氧化碳和水，这个比例叫作最佳空燃比。而氧传感器的工作就是提供信号不断对发动机配气和喷油进行控制来逼近最佳空燃比14.7，此时的过滤空气系数λ约为0.997~0.999。因为只有在这个区内内，三元催化器对于NO、HC、CO的转化效率较高。以此来达到三元催化器对于尾气中的有害成分的燃烧转化始终保持在最为有效的净化状态。这样废气在经过三元催化器进行氧化还原后直接排到大气中，对我们的环境破坏就会小很多。
氧传感器一般分为两种即窄范围、宽范围氧传感器，也称为窄氧与宽氧。目前由于需求与成本之间的原因，对于均质混合气发动机来说安装的一般都是窄氧传感器。传统的窄氧传感器只能工作在一个较小的范围（A/F=14.7附近），而新开发的宽氧传感器可以在10:1~30:1的范围内精确反馈空燃比。下面主要介绍下氧化锆型窄氧传感器：
其基本工作原理是采用了氧化锆（ZrO2）对氧离子的扩散作用。当混合气较稀时，排气中氧含量较高，传感器内、外两侧氧差别很小，氧化锆产生的电压低，约为100mV；反之当混合气较浓时，排气中几乎没有氧，产生的电压就高（800~900mV）。其表面的铂起到催化作用，使排气中的氧和CO反应，生成CO2，这样就使得氧化锆两侧的氧浓度差别变得更大。于是在理论的化学计量比附近，传感器的输出电压会产生跳变。这种氧传感器只能知道混合器的λ是>1或者<1，无法测量其具体的数值。氧传感器对温度的高低非常敏感，一般要求达到350℃以上才能正常工作，一般的工作温度范围在350~900℃。为了保证传感器在冷启动条件下尽快达到正常工作温度，在传感器内部还需装有加热棒。
北京艾森汽车空燃比基础知识
空燃比是什么？详解空燃比在汽车中的应用
影响汽车动力的因素有很多，其中最重要的就是油门控制系统，众所周知，油门系统是控制进气量和燃料的比例的，通常踩油门的时候不是直接加油，而是控制进气量多少来影响喷油嘴出油量的。
这其中的空气与燃料的比例就是空燃比，具体是指混合气中空气与燃料之间的质量的比例。一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示。
可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。
空燃比是发动机运转时的一个重要参数，因为它不仅直接影响着汽车的动力性能，还对燃烧稳定性、尾气污染物排放产生着决定性的影响。
北京艾森汽车刷ecu提动力
空燃比的比值说明
发动机工作时，燃料必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以燃烧的混合气，这就是空燃比。
从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比。各种燃料的理论空燃比是不相同的：汽油为14.7，柴油为14.3。
空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。
空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，但燃烧不完全，油耗高，污染大。
汽油机的空燃比在12～13时功率最大，在16时油耗最低，在18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。这种做法，叫做稀薄燃烧，已为当今多数汽油发动机采用。
影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比， 理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。
空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO、HC多；
当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；
供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使得HC增多。
在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将空燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机进行后处理，是当前减少汽车排气污染物的最有效方法。在化学当量比附近，转化器的净化效率最高。
北京艾森汽车发动机基础知识
空燃比的控制
由于以下原因，即使加入空燃比的自学习功能也无法始终保证发动机的过量空气系数λ一直等于1。
（1）窄氧传感器只能探测到此时的混合气是浓还是稀，无法知道此时的真实空燃比的精确数值。
（2）对于空燃比的实时修正只能缓慢的进行，如果修正过快可能会造成车辆突然加速、减速，影响驾驶性。
（3）由于一些制造的误差、行驶磨损、气缸漏气、传感器精度误差等不可抗拒的因素。
（4）由于时间延迟效应，即使喷油量调整为过量空气系数λ为1，EMS也无法立刻知道。
闭环条件
并不是在所有工况下，汽油机始终在空燃比A/F=14.7附近运转。只有在怠速和部分负荷工况下且结束暖机过程以后，才能激活空燃比闭环控制。为了保证发动机有良好的性能以及避免催化器过热，在以下工况下进行开环控制，而不进行闭环控制。
★发动机启动期间
★启动后加浓期间
★大负荷加浓期间
★冷却液温度低于规定值
★断油时
★氧传感器输出的空燃比信号稀/浓且持续时间大/小于规定值
空燃比的闭环控制
EMS把氧传感器输入信号与规定的参考电压值进行比较，此值是“浓”和“稀”间的中值，对于氧化锆传感器约为0.45V。为了方便控制，通常设立一个死区，例如：某发动机将死区设为±150mV；当高于600mV时，认为混合气偏浓，低于300mV时认为偏稀。当混合气偏浓时，喷油修正系数会突变到一个具体的值，以便尽快修正混合气成分。然后以某一斜率继续改变，直至回到理论空燃比并超越之。这样混合气也会在“浓”和“稀”的状态下来回震荡，但空燃比的实际平均值应为14.7。
北京艾森空燃比如何控制
空燃比学习控制
发动机的各种工况的基本喷油持续时间都存于EMS的存储器中，这些数值一般对于同一型号的发动机而言都是相对标准的数值（台架标定实验）。但在使用过程中由于供油系统或者发动机性能的变化，实际的空燃比相对于理论空燃比的偏离会不断增大。虽然空燃比的反馈修正可以修正空燃比的误差，但是其修正范围是一定的。EMS为了降低这种误差，根据反馈值的变化情况，设定了一个学习修正系数，以实现燃油喷射时间的总的修正。为了防止掉电丢失，这个MAP一般储存在外部EEPROM或者用flash模拟的EEPROM中。当运行条件发生变化时，学习修正量会立刻反映到喷油时间上，因此提高了过渡工况运行时空燃比的控制精度。