009 氧传感器与空燃比
现如今氧传感器已经成为了汽油机标配，主要的用途就是检测尾气中所剩余的氧气含量。对于均质混合气的汽油机来说，其核心原理就是精确控制混合气的中空燃比，从而调节喷油脉宽至理论空燃比区间14.7。此时的过量空气系数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。
氧传感器一般分为两种即窄范围、宽范围氧传感器，也成为窄氧与宽氧。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。下面大圣主要介绍下氧化锆型窄氧传感器：
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。
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，认为混合器偏浓，低于300mV时认为偏稀。当混合器偏浓时，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。
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。
参 考 资 料
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汽车电子学（清华大学）
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空燃比闭环控制
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