当前,电控燃油喷射加三元催化转换器组成的空燃比闭环控制技术已经成为控制汽车排放的主要措施之一,通过氧传感器与三元催化转换器的组合,在确保油耗、运转特性的同时,可得到优异的尾气净化特性。但是在传统的空燃比控制系统中,只能在理想空燃比处可以完成准确的空燃比控制,而在其它区域,只能根据开环控制的控制结果,对喷油量作一定程度的修正。因此有必要提出一种在发动机的整个运转范围内实行空燃比控制的装置,以便在各个区域内实现最佳油耗、最佳排放以及最佳运转性能。本文首先介绍了汽车排放的有害气体成分以及生成这些气体的各种因素,其中重点分析了空燃比对汽车排放中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NO_x)生成的影响,说明空燃比保持在理论值的重要性。其次介绍了尾气排放系统中最关键的部件三元催化转换器,包括其组成、分类和性能参数,并由此引出三元催化转换的化学机理、氧气储存效应、空燃比特性及其控制;然后对在排放控制系统起重要作用的氧传感器进行了全面介绍,并介绍了一种新氧传感器,即可以检测从浓到稀的整个排放控制系统范围的全范围空燃比传感器,并把空燃比传感器与传统的氧传感器作了全面比较,包括传感器的结构、检测原理、输出特性、工作特性,还对空燃比传感器与一般氧传感器在实际中的应用作了比较。最后利用MATLAB6.X中的鲁棒控制工具箱对提出的催化控制装置进行了仿真设计,其中包括三元催化转换器的数学模型,空燃比传感器的延迟模型以及比例积分控制器的设计,得到了新型控制装置中过量空气系数,HC和NOx转换效率,偏差的仿真结果,并且通过检测催化剂老化、尾气排放值的实验来证明新型排放控制装置的优越性。总之,本文的研究成果对汽车尾气的排放控制具有一定的实用价值和指导意义。