一文全面了解燃油修正控制技术

01

闭环与开环

虽然发动机控制模块通过复杂的方法计算出最佳的喷油脉宽来控制混合气的空燃比，但是发动机的工作状态很复杂，有些时候并不能使混合气的空燃比达到最佳。例如：进气道有漏气、喷油器堵塞等现象。因此，发动机控制模块需要根据氧传感器信号对喷油量进行修正，以期更精确地控制空燃比。

氧传感器通过比较废气与外界空气中氧的浓度差异来判断混合气空燃比。如果废气中氧的含量很低，则混合气浓；反之，混合气就会变稀。氧传感器发出直流电压信号，信号电压介于0~1V之间不断跳跃，信号接近0V，表示混合气稀；信号接近1V，表示混合气浓。

典型的氧传感器信号电压如下图所示。

注意，氧传感器信号电压工作范围为0~1V，但并不等于信号线对地电压都是0~1V，这取决于传感器接地回路基准电压的设定。例如，博世系统在某些发动机上配置的氧传感器，其接地回路电压并不是0V，而是2V或2.5V，因此氧传感器信号对地电压也会同步升高，这种设计方案主要是为了防止氧传感器信号电压降至接地电压（混合气过稀）后难以恢复，出现迟滞或干扰现象。

当发动机处在相对稳定的工作状态时，发动机控制模块根据氧传感器的反馈修正喷油量，使空燃比尽可能接近理论空燃比，这种控制模式称为“闭环燃油喷射控制”。当发动机控制模块没有根据氧传感器信号进行燃油喷射量修正时，这种控制模式称为“开环燃油喷射控制”。

02

开环控制模式

在发动机冷启动工况下，一般来说，如果发动机处于氧传感器工作温度过低、节气门全开、转速变化较大等状态，那么发动机控制模块启用开环控制模式。在此模式下，氧传感器信号被忽略，发动机控制模块根据预先编程的数值和参考其他传感器的输入信号进行空燃比调节。

氧传感器内部集成用于加热的元件，并使氧传感器尽快达到工作温度，从而使系统快速启用闭环控制模式，起到降低排放的作用。典型的闭环控制模式条件如下。

（1）发动机温度超过2℃。

（2）氧传感器温度超过349℃。

（3）计时器计时完毕。计时器记录的时间是指发动机由启动到运行的转变时间，计时时间是变化的，根据点火钥匙接通时的发动机温度存在对应关系，如下表所示。

03

闭环控制模式

在闭环控制模式下，发动机控制模块检测废气中氧的含量，根据氧传感器的反馈进行空燃比调节。上游氧传感器（前氧传感器）的电压信号用来验证燃油系统是否工作在理论空燃比下，在理论空燃比下，尾气排放的HC、CO和NOx都接近于最低点。闭环控制模式有以下两种控制方式。

（1）短期闭环：在短期闭环控制方式下，发动机控制模块响应氧传感器信号的数值，对喷油脉宽即时进行修正，但是这些数值不会存储在发动机控制模块的存储器中。短效闭环工作条件如下：

① 发动机温度超过0℃。

② 氧传感器信号正常变化。

③ 计时器计时完毕，注意，计时时间是变化的，时间长短主要取决于点火钥匙接通时的温度高低，温度越低，计时时间越长，反之亦然

（2）长期闭环：基于短期修正的数值，长期的数值被存储在发动机控制模块的非易失性的存储器内，工作参数如下：

① 发动机达到工作温度。

② 所有计时器计时完毕。注意：时间和温度会根据不同的发动机类型而不同。

在14.7∶1的空燃比附近，氧传感器的信号电压在2.5~3.5V之间变化，当氧传感器检测到过多的氧气时，信号电压接近2.5V；当氧传感器检测到过少的氧气时，信号电压接近3.5V。

传统的氧化锆氧传感器不会按照线性方式响应，而是使信号跳跃式变化，这是因为当实际空燃比较浓时，氧传感器产生的电压会始终较高，当实际空燃比较稀时，氧传感器产生的电压会始终较低，所以传感器信号电压是在理论值范围区域进行明显的开关变化（跳跃）。也就是说，发动机控制模块只能根据氧传感器信号判断实际空燃比相对于理论值是浓或稀，但无法判定混合气浓度具体有多浓或多稀。

如下图所示，当氧传感器信号电压超过预设的高阈值或低阈值，称为开关点，发动机控制模块按照计数方式判断浓稀，同时进行相应的增减喷油量调整，废气中氧含量发生相应变化并使氧传感器信号反向跳跃，这个过程不断地重复进行。

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短期燃油修正

短期燃油修正（ShortTermFuelTrim，STFT）是发动机控制模块内部的一个程序，用于修正喷油脉宽。短期燃油修正量是根据上游氧传感器信号确定的，在诊断仪界面中通常显示的是一个百分比系数。

（1）STFT=0：表示喷油量不需要修正，发动机控制模块按照基本喷油量进行喷油。

（2）STFT为正数，例如5%，表示当前喷射量在基本喷油量的基础上增加5%。

（3）STFT为负数，表示需要减少喷油量。

当氧传感器信号反馈混合气过浓时，发动机控制模块持续减小短期燃油修正系数，以减少喷油量，当喷油量减少到一定程度后，氧传感器信号反馈混合气过稀，发动机控制模块相应加大STFT以增加喷油量，直到氧传感器信号再次反馈混合气过浓。控制过程如此往复循环，始终将实际空燃比控制在理论空燃比附近。

短期燃油修正系数与氧传感器信号电压对应关系如下图所示。

如果发动机控制模块持续加大或减小STFT，但不能使氧传感器信号在理论空燃比附近切换，那么发动机控制模块将判断为故障，相应设定故障码（DTC）。

发动机电控系统不同，短期燃油修正调节范围也不同，如有的品牌发动机电控系统，其短期燃油修正调节范围为±33%。

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长期燃油修正

长期燃油修正系数（LongTermFuelTrim，LTFT）也是发动机控制模块内部的一个程序，用于修正喷油脉宽。这种控制策略又称为“自适应燃油策略”，该控制策略的特点是能够“学习”，将闭环控制状态下的燃油修正结果记录在发动机控制模块内，即使发动机停机后也不会丢失。

长期燃油修正也是按百分比系数进行计算的，该系数的含义是：如果短期燃油修正系数长时间保持为正数或负数，那么发动机控制模块会判断喷油量出现偏差，需要调整基本喷油量，使得STFT回到0，此时调整喷油量的幅度就是长期燃油修正系数。

长期燃油修正与短期燃油修正、前氧传感器信号对应关系如下图所示。

长期燃油修正系数一旦确定后就会储存到发动机控制模块的存储器内，并且应用在发动机的所有工作状态，包括开环工作状态和闭环工作状态，即使氧传感器失效，长期燃油修正系数也不会丢失。

发动机电控系统不同，长期燃油修正调节范围也不同，如有的品牌发动机电控系统，其长期燃油修正调节范围为±33%。

为了在发动机所有工况下都维持正确的排放，基于发动机转速（RPM）和负荷（MAP）的燃油修正自适应监视器被应用，该监视器是发动机控制模块的内部程序。使用诊断仪启动该显示器（注意，并不是所有品牌的发动机电控系统都开放此诊断窗口），可以看到共26个单元格，其中两个单元格用于怠速工况，其他分别代表不同的发动机负荷和转速工作范围，如下图所示。

单元格结构是基于发动机转速和歧管压力（相当于发动机负荷）特征的矩阵结构，纵坐标代表不同的发动机转速数值，横坐标代表不同的进气歧管压力数值。

不管任何时候，影响发动机工作的部件被更换后，自适应记忆值应重设（复位或归零），如果没有这样操作，那么当发动机启动后运行在开环模式下时，发动机控制模块将延用故障检修前的长期自适应记忆值，这会造成发动机工作粗暴。

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燃油修正影响因素与检测

（1）实际燃油修正量的计算。发动机电控系统的实际燃油修正量是短期燃油修正与长期燃油修正之和，即实际燃油修正量=STFT+LTFT。如STFT为-10%，LTFT为8%，则实际燃油修正量为-2%。

（2）短期燃油修正与开闭环控制模式的关系。只有在闭环控制模式下，发动机控制模块才能启用短期燃油修正程序。在发动机运行过程中，相对稳定的工况如怠速、缓加速/减速等，系统采用长期闭环控制策略。当快速改变工况时，如急加速、急减速等，系统将暂时取消闭环控制模式，进行开环控制模式调控，以便优先满足发动机的动力需求。当点火开关关闭后，短期燃油修正值自动清除。

（3）长期燃油修正与开闭环控制模式的关系。长期燃油修正在开环和闭环控制模式下均工作，长期燃油修正值间隔进行调整并被储存，当点火开关关闭后，长期燃油修正值依然能够保存并在下次启动后继续延用。

（4）燃油修正闭环控制失效的常见原因。一般来说，发动机轻微的机械或电控故障，不会导致燃油修正闭环控制失效，这也是为了尽可能使发动机处于闭环控制模式下运行，满足降低排放的要求。

只有当发动机出现严重故障时，如直接影响排放的故障，闭环控制模式才会被取消，切换为开环控制模式，发动机控制模块忽略前氧传感器参数，同时启用相应的故障运行模式，维持发动机的基本运行功能。

维修经验表明，导致燃油修正闭环控制失效的常见原因如下：

① 前氧传感器故障。如加热器损坏或线路连接不良；氧传感器供电、接地、信号线路连接不良；氧传感器本身损坏、性能老化等。

② 电子节气门故障。电子节气门卡滞、损坏或线路连接不良等。

③ 严重的点火系统故障。如点火线圈、火花塞损坏、性能老化等。

④ 严重的燃油系统故障。如喷油器短路、断路、堵塞、泄漏、性能老化；高压油泵损坏或电路失效；轨压传感器损坏或导线连接不良等。

注意，并不是所有发动机的故障启用条件都是相同的，如轨压传感器断路，有的发动机电控系统会取消闭环控制模式，有的则不受影响，因此要具体问题具体分析，通过实际验证来识别影响因素。

⑤ 发动机控制模块功能性损坏。如发动机控制模块内部的喷油器驱动模式损坏，导致对应的喷油器无法喷油，系统检测到失火故障（缺缸），燃油修正闭环控制模式失效。