问题

后氧传感器是如何对ecu进行闭环控制的?

回答
好的,我们来聊聊汽车发动机的“大脑”——ECU,以及它的“眼睛”——后氧传感器,是如何协同工作,实现精细化燃油控制的。这就像是一个熟练的厨师,需要根据火候和食材的变化,不断调整烹饪手法,才能做出最美味的菜肴。

核心目标:高效燃烧,清洁排放

我们先明确一下这个系统的工作目标。ECU(电子控制单元)的最终目的是让发动机在各种工况下都能实现最理想的燃烧。最理想的燃烧意味着:

动力充沛: 保证发动机输出足够的动力来满足驾驶需求。
燃油经济: 尽量少喷油,节约燃油。
排放达标: 减少有害气体(如CO、HC、NOx)的排放,符合环保法规。

要达到这几个目标,燃油和空气的混合比例至关重要。这个理想的比例叫做“化学计量比”(Stoichiometric Ratio),通常是一个空气与燃油的质量比(比如14.7:1)。在这个比例下,燃油能最充分地燃烧,产生的废气也相对最容易被三元催化器处理。

前氧传感器:前哨站的初步判断

在深入后氧传感器之前,我们先来看看它的“搭档”——前氧传感器。顾名思义,它位于三元催化器的前方,是ECU直接“看到的”排气中的氧气含量。

前氧传感器通常是一种宽域氧传感器(也叫窄域氧传感器,但宽域更常见于现代汽车)。它的核心作用是“感知”燃烧后的废气中剩余氧气的含量。

当混合气偏浓(燃油过多): 燃烧不充分,废气中剩余的氧气会很少。前氧传感器会输出一个相对较低的电压信号。
当混合气偏稀(燃油过少): 燃烧完全,废气中剩余的氧气会很多。前氧传感器会输出一个相对较高的电压信号。
当混合气接近化学计量比: 剩余氧气适中,信号电压在一个中间值。

ECU接收到前氧传感器传来的信号后,会立刻做出反应。它会根据这个信号,微调喷油量。例如,如果信号显示氧气偏少(混合气偏浓),ECU就会指令喷油嘴稍微减少喷油量;反之,如果信号显示氧气偏多(混合气偏稀),ECU就会指令喷油嘴稍微增加喷油量。这个过程是实时、快速的,就像一个人在盯着火苗,看到火太旺了就赶紧把风扇关小点。

后氧传感器:监控三元催化器的“保安”

好了,现在轮到我们今天的主角——后氧传感器登场了。它的位置在三元催化器的后方。它的主要任务不是直接指导ECU如何喷油,而是监控三元催化器的工作效率。

三元催化器是一个神奇的装置,它就像一个“净化器”,能把燃烧产生的有害气体(CO、HC、NOx)转化为无害的物质(CO2、H2O、N2)。然而,三元催化器要正常工作,需要一个非常苛刻的条件:排气中的氧气含量必须非常接近化学计量比。

如果前氧传感器将混合气控制得比较好,使排气非常接近化学计量比: 那么进入三元催化器的废气中,CO、HC和NOx的比例就相对均衡。三元催化器就能高效地将它们“转化”。此时,进入三元催化器的排气和离开三元催化器的排气,其中的氧气含量变化会相对较小。后氧传感器检测到的信号会相对稳定。
如果前氧传感器控制不当,导致排气长时间偏浓(氧气少): 三元催化器中的氧化反应(转化CO和HC)会受阻,转化效率下降。同时,虽然可能NOx转化率还行,但整体排放会变差。
如果前氧传感器控制不当,导致排气长时间偏稀(氧气多): 三元催化器中的还原反应(转化NOx)会受阻,转化效率下降。同时,虽然可能CO和HC转化率还行,但整体排放也会变差。

后氧传感器的“闭环”作用:

后氧传感器通过测量三元催化器后方的氧气含量,来间接评估前氧传感器和ECU的控制是否得当,以及三元催化器本身是否在高效工作。

1. 后氧传感器信号解读:
稳定信号(接近固定电压): 说明三元催化器后的氧气含量相对稳定。这意味着前方的混合气控制可能比较理想,或者三元催化器正在高效工作,将废气中的氧气“消耗”掉了。
波动信号(电压频繁变化): 说明三元催化器后的氧气含量不稳定。这通常意味着前方的混合气控制不稳定,或者三元催化器效率不高。例如,如果ECU过度补偿,导致混合气一会儿浓一会儿稀,那么后氧传感器的信号就会跟着频繁跳动。

2. ECU如何利用后氧信号进行“闭环”调整:
ECU看到后氧传感器的信号,会将其与一个“理想”的稳定信号进行比较。

如果后氧传感器信号波动剧烈: ECU会认为前氧传感器和ECU的初步控制(开环)可能不够精细,或者三元催化器的效率正在下降。此时,ECU会调整前氧传感器的“参考值”或者“增益”。简单来说,就是告诉前氧传感器:“你的判断标准可能有点偏差,或者我需要对你的判断更敏感一些。” ECU会试图让混合气比例更加稳定地接近化学计量比,从而让后氧传感器的信号趋于稳定。
如果后氧传感器信号持续偏向某一侧(例如,总是显示氧气偏多): ECU会认为混合气可能存在持续偏稀的倾向,或者三元催化器无法正常消耗氧气。ECU会减小喷油量(虽然这个减小不是直接对喷油量进行大动作,而是精细的微调)来尝试让混合气稍微变浓一点,并观察后氧传感器的反应。反之亦然,如果显示氧气偏少,ECU会尝试让混合气稍微变稀一点。

“闭环”的本质:

这里的“闭环”并不是说后氧传感器直接控制喷油嘴。闭环控制的核心是反馈。

前氧传感器是“开环”中的执行者(或者说第一道反馈)。 ECU根据前氧信号立即调整喷油。
后氧传感器是“闭环”的“校验员”。 它监控的是前氧控制的整体效果(通过三元催化器的效率来体现)。当后氧传感器的信号显示“不正常”(波动大或单侧偏离)时,ECU就会调整前氧传感器的控制参数,以达到一个更稳定、更优的燃烧状态。

总结一下这个过程:

1. ECU根据各种传感器(包括节气门位置、发动机转速、空气流量计等)的数据,初步计算出应该喷多少油(开环)。
2. 前氧传感器感知当前燃烧后的废气氧气含量,并将信号传给ECU。
3. ECU根据前氧信号,微调喷油量,使混合气尽量接近化学计量比。
4. 三元催化器工作,净化废气。
5. 后氧传感器感知三元催化器后的废气氧气含量。
6. ECU比较后氧传感器的信号与理想值。
7. 如果后氧信号不稳定或偏离,ECU会调整前氧传感器的控制策略(例如,调整其“反馈增益”或“零点”),让ECU对前氧信号的解读更精确,或者让前氧传感器的反应更灵敏。
8. 通过这种方式,ECU不断地“校准”自己的控制,使混合气长期保持在最有利于三元催化器工作的状态。

这就好比一个学生考试,前氧传感器就像是课堂上的小测验,ECU根据小测验结果立刻调整学习方法。而三元催化器和后氧传感器则像是期末考试,它衡量的是学生一段时间内的整体学习成果。如果期末成绩不理想(后氧信号波动),那么就需要反思之前的学习方法(ECU调整前氧的控制策略)是不是有问题,并进行改进。

这个闭环控制的过程是动态的、持续的,确保了发动机在各种复杂工况下,都能维持高效、清洁的燃烧。

网友意见

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看的出来,您对这块还是有研究的。这里我解释一下。

后氧传感器的概念是否不是空燃比? 是空燃比。

只是一个参考的值?这个值对排放很关键。

是否参与混合气的浓度闭环控制?大厂是的,国内一线也应该是,国内二线以下不知道。

是否会影响EGR的控制呢?EGR会影响到后氧传感器的控制,后氧传感器控制不会影响EGR控制,EGR控制模型为开环控制,优先级高。

屏蔽后氧,使其不亮灯的方法,对油耗是否有影响呢?对排放有巨大影响,对油耗影响不大。


工作原理如下:

一般在三元催化器的前后,各有一个氧传感器,一般前面的为宽氧传感器,后面的为窄氧传感器。

他们的输出特性如下图所示,宽氧传感器通过电压值能够分辨出具体的空燃比,窄氧传感器电压是突变的,因此只能分辨出混合气中氧气的成分是浓还是稀。

大家可能对这块存在着误解,一般大家的概念是,前面这个宽氧传感器主要是对发动机的工作做一个检测,比如混合气浓或者稀,发动机电脑会根据传感器的一个信号控制喷油量,后面的就是对三无崔化的工作做一个检测,看三无崔化是否工作,有没有起作用,只有一个OBD故障检出的作用。

但是实际上,在先进的控制逻辑上,后氧传感器也是非常重要的。

下图是一个我画的一个简化闭环控制逻辑,ECU给出一个信号,比如需要在理论空燃比下工作(这里除去了特殊要求,比如性能空燃比要求,防止三元催化器过热的空燃比要求,冷间过浓系数的空燃比要求,比如针对酒精燃料的空燃比要求等)。

以理论空燃比14.7为例子,理论空燃比会根据从窄氧传感器的前馈得到的当前三元催化器的工作状态来计算一个目标空燃比,比如当前三元催化器储存氧量不足,对THC净化性变弱,可以通过前馈把目标空燃比从14.7变为14.8,让三元催化器存氧,反之也是如此。目标空燃比得出后,根据当前的空气负荷率计算要求喷射量,要求喷射量根据宽氧传感器的反馈来判断当前燃烧状态是浓还是稀,浓的话就减量,稀的话就增量,得到一个实际的喷射量。通过这套前馈加反馈,可以让三元催化器一直保证在良好的工作氛围中。

当然,一般后氧传感器坏了以后,对油耗和性能影响不大,主要就是大幅度恶化了排放。

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