電控汽車波形分析氧傳感器波形分析

電控汽車波形分析氧傳感器波形分析當前第1頁\共有41頁\編于星期六\10點基本概念①上流動系統(tǒng)(UpstreamSystem)

上流動系統(tǒng)是指位于氧傳感器前的，包括傳感器、執(zhí)行器和發(fā)動機ECU的發(fā)動機各系統(tǒng)(包括輔助系統(tǒng))，即在氧傳感器之前的影響尾氣的所有機械部件和電子部件，例如：進氣系統(tǒng)、廢氣再循環(huán)系統(tǒng)和發(fā)動機電子控制系統(tǒng)等。②下流動系統(tǒng)(DownstreamSystem)

下流動系統(tǒng)是指位于氧傳感器后面的排氣系統(tǒng)部件，包括三效催化轉(zhuǎn)化器、排氣管和消聲器等。當前第2頁\共有41頁\編于星期六\10點③閉環(huán)(CloseLoop)閉環(huán)是指發(fā)動機ECU根據(jù)氧傳感器的反饋信號不斷地調(diào)整混合氣的空燃比，使其值符合規(guī)定。根據(jù)氧傳感器的信號波形可以判斷系統(tǒng)是否已經(jīng)進入閉環(huán)控制狀態(tài)。用波形測試設備測得的發(fā)動機起動后的氧傳感器輸出的信號電壓波形如圖所示。發(fā)動機起動后的氧傳感器輸出的信號電壓波形當前第3頁\共有41頁\編于星期六\10點由圖可以看出發(fā)動機起動后氧傳感器輸出的信號電壓先逐漸升高到450mV，然后進入升高和下降(混合氣變濃和變稀)的循環(huán)(右側(cè)圖形)，后者表示燃油反饋控制系統(tǒng)進入了閉環(huán)狀態(tài)。當然，只有當氧傳感器在無故障的時候氧傳感器的信號電壓波形才能反映燃油反饋控制系統(tǒng)的狀況；如果氧傳感器有故障，那么它所產(chǎn)生的波形就不反映燃油反饋控制系統(tǒng)的狀況。當前第4頁\共有41頁\編于星期六\10點氧傳感器信號波形的檢測測試氧傳感器信號波形有2種常用的方法：丙烷加注法和急加速法。按照波形測試設備使用手冊連接好波形測試設備①丙烷加注法檢測氧傳感器信號波形氧傳感器信號測試中有3個參數(shù)(最高信號電壓、最低信號電壓和混合氣從濃到稀時信號的響應時間)需要檢查，只要在這3個參數(shù)中有1個不符合規(guī)定，氧傳感器就必須予以更換。更換氧傳感器以后還要對新氧傳感器的這3個參數(shù)進行檢查，以判斷新的氧傳感器是否完好。當前第5頁\共有41頁\編于星期六\10點測試步驟(氧化鈦型傳感器和氧化鋯型傳感器都適用)是：1.連接并安裝加注丙烷的工具。2.把丙烷接到真空管入口處(對于有PCV系統(tǒng)或制動助力系統(tǒng)的汽車應在其連接完好的條件下進行測試)。3.接上并設置好波形測試設備。4.起動發(fā)動機，并讓發(fā)動機在2500r/min下運轉(zhuǎn)2min～3min。5.使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)。當前第6頁\共有41頁\編于星期六\10點6.打開丙烷開關，緩慢加注丙烷，直到氧傳感器輸出的信號電壓升高(混合氣變濃)，此時一個運行正常的燃油反饋控制系統(tǒng)會試圖將氧傳感器的信號電壓向變小(混合氣變稀)的方向拉回；然后繼續(xù)緩慢地加注丙烷，直到該系統(tǒng)失去將混合氣變稀的能力；接著再繼續(xù)加注丙烷，直到發(fā)動機轉(zhuǎn)速因混合氣過濃而下降100r/min～200r/min。這個操作步驟必須在20s～25s內(nèi)完成。7.迅速把丙烷輸入端移離真空管，以造成極大的瞬時真空泄漏(這時發(fā)動機失速是正?，F(xiàn)象，并不影響測試結(jié)果)，然后關閉丙烷開關。當前第7頁\共有41頁\編于星期六\10點8.待信號電壓波形移動到波形測試設備顯示屏的中央位置時鎖定波形，測試完成。接著就可以通過分析信號電壓波形來確定氧傳感器是否合格。一個好的氧傳感器應輸出如圖所示的信號電壓波形，其3個參數(shù)值必須符合表所列的值。氧傳感器標準信號電壓波形當前第8頁\共有41頁\編于星期六\10點氧傳感器信號波形參數(shù)標準序號測量參數(shù)允許范圍1最高信號電壓>850mV

（左側(cè)波形）2最低信號電壓75~175mV

（右側(cè)波形）混合氣從濃到稀的<100ms(波形中在3003最大允許響應時間~600mV之間的下降（波形的中間部分）段應該是上下垂直的）當前第9頁\共有41頁\編于星期六\10點一個已損壞的氧傳感器可能輸出如圖所示的信號電壓波形，其中，最高信號電壓下降至427mV，最低信號電壓<0V，混合氣從濃到稀時信號的響應時間卻延長為237ms，所以這3個參數(shù)均不符合標準。已損壞的氧傳感器信號電壓波形當前第10頁\共有41頁\編于星期六\10點用汽車波形測試設備對氧傳感器進行測試時可以從顯示屏上直接讀取最高和最低信號電壓值，并且還可以用波形測試設備游動標尺讀出信號的響應時間(這是汽車波形測試設備特有的功能)。汽車波形測試設備還會同時在其屏幕上顯示測試數(shù)據(jù)值，這對分析波形非常有幫助。如果在關閉丙烷開關之前，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時間(即混合氣達到過濃狀態(tài)的時間)超過25s，則可能是氧傳感器的溫度太低，這不僅會使信號電壓的幅值過低而且還會使輸出信號下降的時間延長，造成氧傳感器不合格的假象。因此，在檢測前應將氧傳感器充分預熱(即讓發(fā)動機在2500r/min下運轉(zhuǎn)2min～3min)。當前第11頁\共有41頁\編于星期六\10點如果發(fā)動機僅怠速運轉(zhuǎn)5s，就可能有1個或多個參數(shù)不合格，而這個不合格并不說明氧傳感器是壞的，只是測試條件沒有滿足的緣故。多數(shù)損壞的氧傳感器都可以從其信號電壓波形上明顯地分辨出來。如果從信號電壓波形上還無法準確地斷定氧傳感器的好壞，則可以用波形測試設備上的游動標尺讀出最大和最小信號電壓值以及信號的響應時間，然后用這3個參數(shù)來判斷氧傳感器的好壞。當前第12頁\共有41頁\編于星期六\10點②急加速法檢測氧傳感器信號

電壓波形對有些汽車，用丙烷加注法測試氧傳感器信號電壓波形是非常困難的，因為這些汽車的發(fā)動機控制系統(tǒng)具有真空泄漏補償功能(采用速度密度方式進行空氣流量的計量或安裝了進氣壓力傳感器等)，能夠非?？斓匮a償較大的真空泄漏，所以氧傳感器的信號電壓決不會降低。這時，在測試氧傳感器的過程中就要用手動真空泵使進氣壓力傳感器內(nèi)的壓力穩(wěn)定，然后再用急加速法來測試氧傳感器。當前第13頁\共有41頁\編于星期六\10點急加速法測試步驟如下：1.以2500r/min的轉(zhuǎn)速預熱發(fā)動機和氧傳感器2min～6min。然后再讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)20s。2.在2s內(nèi)將發(fā)動機節(jié)氣門從全閉(怠速)至全開1次，共進行5次～6次。特別提醒：不要使發(fā)動機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速超過4000r/min，只要用節(jié)氣門進行急加速和急減速就可以了。當前第14頁\共有41頁\編于星期六\10點3.定住屏幕上的波形(圖)，接著就可根據(jù)氧傳感器的最高、最低信號電壓值和信號的響應時間來判斷氧傳感器的好壞。在信號電壓波形中，上升的部分是急加速造成的，下降的部分是急減速造成的。急加速法測試時氧傳感器的信號電壓波形當前第15頁\共有41頁\編于星期六\10點氧化鈦型氧傳感器氧化鈦型氧傳感器是用于輸出信號為5V或1V的可變電阻，其工作原理與發(fā)動機冷卻液溫度傳感器(ECT)和進氣溫度傳感器(IAT)相似。ECT和IAT都是一個可變電阻器，其電阻值隨著溫度的變化而變化；氧化鈦型氧傳感器的電阻值則隨其周圍氧含量的變化而變化。發(fā)動機電控單元為讀取這個可變電阻兩端的電壓降，通常都要給它提供一個參考工作電壓，一般是1V(也有的是5V)，氧化鈦型氧傳感器輸送給發(fā)動機電控單元的是一個稍低的反映混合氣空燃比變化的變化電壓(信號電壓)。當前第16頁\共有41頁\編于星期六\10點大多數(shù)氧化鈦型氧傳感器用在多點燃油噴射系統(tǒng)中，氧傳感器用5V電源，在其他汽車上用1V電源。除了少數(shù)5V氧化鈦型氧傳感器系統(tǒng)以外，多數(shù)汽車氧化鈦型氧傳感器都具有與氧化鋯型氧傳感器相同的性能。少數(shù)與氧化鋯型氧傳感器信號波形不同的5V氧化鈦型氧傳感器信號波形有2個特點：1.信號電壓的變化是從0V到5V，而不是從0V到1V。2.信號電壓與其他氧傳感器的信號電壓相反：混合氣濃時電壓低，混合氣稀時電壓高(圖)。當前第17頁\共有41頁\編于星期六\10點氧化鈦型氧傳感器和氧化鋯型氧傳感器的信號響應時間一般是相同的。氧化鈦型氧傳感器的信號電壓波形當前第18頁\共有41頁\編于星期六\10點不同燃油噴射系統(tǒng)中的氧傳感器波形通常有2種不同的燃油噴射系統(tǒng)：節(jié)氣門體燃油噴射(TBI)系統(tǒng)和多點式燃油噴射(MFI)系統(tǒng)。由于它們的結(jié)構(gòu)、原理不同，其氧傳感器的信號也稍有不同。①節(jié)氣門體燃油噴射系統(tǒng)氧傳感器信號電壓波形節(jié)氣門體燃油噴射系統(tǒng)(又稱單點式燃油噴射系統(tǒng))只有一個噴油器，由于系統(tǒng)的機械元件少了，所以它只需用較少的時間就可以響應系統(tǒng)的燃油控制命令，較迅速地改變噴油器的噴油量。當前第19頁\共有41頁\編于星期六\10點因此，在相同的時間內(nèi)，該系統(tǒng)氧傳感器信號電壓變化的頻率較高，其頻率為0.2Hz(怠速時)～3Hz(2500r/min時)，如圖所示。典型單點式燃油噴射系統(tǒng)氧傳感器的信號電壓波形當前第20頁\共有41頁\編于星期六\10點②多點式燃油噴射(MFI)系統(tǒng)氧傳感器信號電壓波形多點式燃油噴射系統(tǒng)由于大大改變了電子與機械部分設計，因而性能超過節(jié)氣門體（單點式）燃油噴射系統(tǒng)。該系統(tǒng)的進氣通道明顯縮短，從節(jié)氣門體燃油噴射系統(tǒng)的噴油器到進氣門的距離沒有了，氧傳感器信號電壓變化的頻率為0.2Hz(怠速時)～5Hz(2500r/min時)，如圖所示。當前第21頁\共有41頁\編于星期六\10點因此，該系統(tǒng)對燃油的控制更精確，氧傳感器的信號電壓波形更標準，三效催化轉(zhuǎn)化器的效果更好。但因該系統(tǒng)分配至各氣缸的燃油也不完全相等，所以氧傳感器的信號電壓波形會產(chǎn)生雜波或尖峰。典型多點式燃油噴射系統(tǒng)氧傳感器的信號電壓波形當前第22頁\共有41頁\編于星期六\10點雙氧傳感器信號電壓波形分析在許多汽車發(fā)動機的燃油反饋控制系統(tǒng)中，安裝了2只氧傳感器。為適應美國環(huán)境保護署(EPA)對廢氣控制的要求，從1994年起有些汽車在三效催化轉(zhuǎn)化器的前后都裝有1只氧傳感器，這種結(jié)構(gòu)在裝有OBD－Ⅱ的汽車上可用于檢查三效催化轉(zhuǎn)化器的性能，在一定情況下還可以提高對混合氣空燃比的控制精度。由于氧傳感器信號的反饋速度快，其信號電壓波形就成為最有價值的判斷發(fā)動機性能的依據(jù)之一。對汽車維修人員來說，氧傳感器安裝得越多，好處就越多。當前第23頁\共有41頁\編于星期六\10點通常，氧傳感器的位置越靠近燃燒室，燃油控制的精度就越高，這主要是由尾氣氣流的特性(例如尾氣的流動速度，排氣通道的長度和傳感器的響應時間等)決定的。許多制造廠在每個氣缸的排氣歧管中都安裝1只氧傳感器，這就使汽車維修人員容易判斷出工作失常的氣缸，減少判斷失誤。在許多情況下只要能迅速地判斷出大部分無故障的氣缸(至少為氣缸總數(shù)的1/2以上)，就能縮短故障診斷時間。當前第24頁\共有41頁\編于星期六\10點雙氧傳感器信號電壓波形及分析如圖所示雙氧傳感器信號電壓波形分析當前第25頁\共有41頁\編于星期六\10點一個工作正常的三效催化轉(zhuǎn)化器，在配上燃油反饋控制系統(tǒng)后就可以保證將尾氣中的有害成分轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬o害的二氧化碳和水蒸氣。但是，三效催化轉(zhuǎn)化器會因溫度過高(如點火不良時)而損壞(催化劑有效表面減少和板塊金屬燒結(jié))，也會因受到燃油中的磷、鉛、硫或發(fā)動機冷卻液中的硅的化學污染而損壞。OBD－Ⅱ診斷系統(tǒng)的出現(xiàn)改進了三效催化轉(zhuǎn)化器的隨車監(jiān)視系統(tǒng)。在汽車勻速行駛時，安裝在三效催化轉(zhuǎn)化器后的氧傳感器信號電壓的波動應比裝在三效催化轉(zhuǎn)化器前的氧傳感器(前氧傳感器)信號電壓的波動小得多(圖a)，因為正常運行的三效催化轉(zhuǎn)化器在轉(zhuǎn)化HC和CO時要消耗氧氣。OBD－Ⅱ監(jiān)視系統(tǒng)正是根據(jù)這個原理來檢測三效催化轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化效率的。當前第26頁\共有41頁\編于星期六\10點當三效催化轉(zhuǎn)化器損壞時，三效催化轉(zhuǎn)化器的轉(zhuǎn)化效率喪失，這時在其前后的排氣管中的氧氣量十分接近(幾乎相當于沒有安裝三效催化轉(zhuǎn)化器)，前、后兩氧傳感器的信號電壓波形就趨于相同(圖b)，并且電壓波動范圍也趨于一致。出現(xiàn)這種情況應更換三效催化轉(zhuǎn)化器。當前第27頁\共有41頁\編于星期六\10點氧傳感器的雜波分析雜波可能是由于燃燒效率低造成的，它反映了發(fā)動機各缸工作性能以及三效催化轉(zhuǎn)化器工作效率降低的狀況。對雜波的分析是尾氣分析中最重要的內(nèi)容，因為雜波會影響燃油反饋控制系統(tǒng)的正常運行，使反饋控制程序失去控制精度或“反饋節(jié)奏”，導致混合氣空燃比超出正常范圍，從而影響三效催化轉(zhuǎn)化器的工作效率以及尾氣排放和發(fā)動機性能。雜波信號的幅度越大，各個燃燒過程中氧氣量的差別越大。當前第28頁\共有41頁\編于星期六\10點在加速方式下，能夠與碳氫化合物(HC)相對應的氧傳感器雜波（波形的峰值毛刺）是一種非常重要的信息，因為它表示發(fā)動機在加大負荷的情況下出現(xiàn)了斷火現(xiàn)象。雜波還說明由于進入三效催化轉(zhuǎn)化器的尾氣中的氧含量升高而造成NOx的增加，因為在濃氧環(huán)境(稀混合氣條件)下三效催化轉(zhuǎn)化器中的NOx無法減少。在燃油反饋控制系統(tǒng)完全正常時，氧傳感器信號電壓波形上的少量雜波是允許的，而大量雜波則是不能忽視的。當前第29頁\共有41頁\編于星期六\10點需要學會區(qū)分正常的雜波和不正常雜波的方法，而最好的學習方法就是觀察在不同行駛里程下不同類型轎車氧傳感器的信號電壓波形。一張所修轎車的標準氧傳感器信號電壓波形圖，能幫助維修人員了解怎樣的雜波是允許的、正常的，而怎樣的雜波是應該注意的。關于雜波的標準是：在發(fā)動機性能良好狀態(tài)下(沒有真空泄漏，尾氣中的HC和氧含量正常)，氧傳感器信號電壓波形中所含的雜波是正常的。當前第30頁\共有41頁\編于星期六\10點①雜波產(chǎn)生的原因氧傳感器信號電壓波形上的雜波通常是由發(fā)動機點火不良、結(jié)構(gòu)原因(如各缸的進氣管道長度不同)、零件老化及其他各種故障(如進氣管堵塞、進氣門卡滯等)引起的。其中，由點火不良引起的雜波呈高頻毛刺狀，造成點火不良的原因有：1.點火系統(tǒng)本身有故障(如火花塞、高壓線、分電器蓋、分火頭和點火線圈一次側(cè)繞組的損壞等)。2.混合氣過濃(空燃比約為13)或過稀(空燃比約為17)。當前第31頁\共有41頁\編于星期六\10點3.發(fā)動機的機械故障(如氣門燒損、活塞環(huán)斷裂或磨損、凸輪磨損和氣門卡住等)引起氣缸壓力過低。4.1個氣缸或幾個氣缸有真空泄漏故障。(真空泄漏會造成混合氣過稀。)5.在多點式燃油噴射發(fā)動機中各噴油器噴油量不一致(噴油器堵塞或卡死)，造成個別氣缸內(nèi)的混合氣過濃或過稀。當前第32頁\共有41頁\編于星期六\10點在判斷點火不良的原因時，應首先檢查點火系統(tǒng)本身是否有故障，然后檢查氣缸壓力是否正常，再檢查是否有氣缸真空泄漏現(xiàn)象。如果這三項均正常，則對于多點式燃油噴射發(fā)動機來說，點火不良的原因一般就是各噴油器的噴油量不一致。點火系統(tǒng)本身的故障和氣缸壓力過低故障可以用汽車示波器檢查，而氣缸真空泄漏故障可以通過在所懷疑的區(qū)域或周圍加丙烷的方法檢查(觀察汽車示波器上的氧傳感器信號電壓波形是否變多且尖峰消失)。當前第33頁\共有41頁\編于星期六\10點②氧傳感器雜波的判斷原則如果氧傳感器信號電壓波形上的雜波比較明顯，則它通常與發(fā)動機的故障有關，在發(fā)動機修理后應消失；如果氧傳感器信號電壓波形上的雜波不明顯，并且可以斷定進氣歧管無真空泄漏，排氣中的HC和氧的含量正常，發(fā)動機的轉(zhuǎn)動或怠速運轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)，則該雜波是正常的，在發(fā)動機修理中一般不可能消除。當前第34頁\共有41頁\編于星期六\10點③雜波的三種類型a.增幅雜波增幅雜波是指在氧傳感器的信號電壓波形中經(jīng)常出現(xiàn)在300mV～600mV的一些不重要的雜波(圖)。發(fā)動機怠速工況時氧傳感器信號電壓中的增幅雜波由于增幅雜波大多是由氧傳感器自身的化學特性引起的，而不是由發(fā)動機的故障引起的，因此它又稱為開關型雜波。由此可見，所謂明顯的雜波是指高于600mV和低于300mV的雜波。當前第35頁\共有41頁\編于星期六\10點b.中等雜波中等雜波是指在信號電壓波形的高電壓段部分向下沖的尖峰。中等雜波尖峰幅度不大于150mV(圖)。當氧傳感器的波形通過450mV時，中等雜波會大到200mV(見上圖)。發(fā)動機怠速工況時單點式燃油噴射系統(tǒng)中等雜波氧傳感器信號電壓波形中當前第36頁\共有41頁\編于星期六\10點中等雜波對特定的故障診斷可能有用，它與燃油反饋系統(tǒng)的類型、發(fā)動機的運行方式(如在發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時氧傳感器信號電壓波形上的雜波比較多)、發(fā)動機的系列或氧傳感器的類型有很大關系。c.嚴重雜波嚴重雜波是指振幅大于200mV的雜波，在波形測試設備上表現(xiàn)為從氧傳感器的信號電壓波形頂部向下沖(沖過200mV或達到信號電壓波形的底部)的尖峰，并且在發(fā)動機持續(xù)運轉(zhuǎn)期間它會覆蓋氧傳感器的整個信號電壓范圍。當前第37頁\共有41頁\編于星期六\10點發(fā)動機處在穩(wěn)定的運行方式時，例如穩(wěn)定在2500r/min時，如果嚴重雜波能夠持續(xù)幾秒，則意味著發(fā)動機有故障，通常是點火不良或各缸噴油器噴油量不