电控汽车波形氧传感器波形

电控汽车波形分析

——氧传感器波形分析李亮基本概念①上流动系统(UpstreamSystem)上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传感器、执行器和发动机ECU的发动机各系统(包括辅助系统)，即在氧传感器之前的影响尾气的所有机械部件和电子部件，例如：进气系统、废气再循环系统和发动机电子控制系统等。②下流动系统(DownstreamSystem)下流动系统是指位于氧传感器后面的排气系统部件，包括三效催化转化器、排气管和消声器等。③闭环(CloseLoop)闭环是指发动机ECU根据氧传感器的反馈信号不断地调整混合气的空燃比，使其值符合规定。根据氧传感器的信号波形可以判断系统是否已经进入闭环控制状态。用波形测试设备测得的发动机起动后的氧传感器输出的信号电压波形如图所示。发动机起动后的氧传感器输出的信号电压波形由图可以看出发动机起动后氧传感器输出的信号电压先逐渐升高到450mV，然后进入升高和下降(混合气变浓和变稀)的循环(右侧图形)，后者表示燃油反馈控制系统进入了闭环状态。当然，只有当氧传感器在无故障的时候氧传感器的信号电压波形才能反映燃油反馈控制系统的状况；如果氧传感器有故障，那么它所产生的波形就不反映燃油反馈控制系统的状况。氧传感器信号波形的检测测试氧传感器信号波形有2种常用的方法：丙烷加注法和急加速法。按照波形测试设备使用手册连接好波形测试设备①丙烷加注法检测氧传感器信号波形氧传感器信号测试中有3个参数(最高信号电压、最低信号电压和混合气从浓到稀时信号的响应时间)需要检查，只要在这3个参数中有1个不符合规定，氧传感器就必须予以更换。更换氧传感器以后还要对新氧传感器的这3个参数进行检查，以判断新的氧传感器是否完好。测试步骤(氧化钛型传感器和氧化锆型传感器都适用)是：1.连接并安装加注丙烷的工具。2.把丙烷接到真空管入口处(对于有PCV系统或制动助力系统的汽车应在其连接完好的条件下进行测试)。3.接上并设置好波形测试设备。4.起动发动机，并让发动机在2500r/min下运转2min～3min。5.使发动机怠速运转。6.打开丙烷开关，缓慢加注丙烷，直到氧传感器输出的信号电压升高(混合气变浓)，此时一个运行正常的燃油反馈控制系统会试图将氧传感器的信号电压向变小(混合气变稀)的方向拉回；然后继续缓慢地加注丙烷，直到该系统失去将混合气变稀的能力；接着再继续加注丙烷，直到发动机转速因混合气过浓而下降100r/min～200r/min。这个操作步骤必须在20s～25s内完成。7.迅速把丙烷输入端移离真空管，以造成极大的瞬时真空泄漏(这时发动机失速是正常现象，并不影响测试结果)，然后关闭丙烷开关。8.待信号电压波形移动到波形测试设备显示屏的中央位置时锁定波形，测试完成。接着就可以通过分析信号电压波形来确定氧传感器是否合格。一个好的氧传感器应输出如图所示的信号电压波形，其3个参数值必须符合表所列的值。氧传感器标准信号电压波形氧传感器信号波形参数标准序号测量参数允许范围1最高信号电压>850mV（左侧波形）2最低信号电压75~175mV（右侧波形）混合气从浓到稀的<100ms(波形中在3003最大允许响应时间~600mV之间的下降（波形的中间部分）段应该是上下垂直的）一个已损坏的氧传感器可能输出如图所示的信号电压波形，其中，最高信号电压下降至427mV，最低信号电压<0V，混合气从浓到稀时信号的响应时间却延长为237ms，所以这3个参数均不符合标准。已损坏的氧传感器信号电压波形用汽车车波形形测试试设备备对氧氧传感感器进进行测测试时时可以以从显显示屏屏上直直接读读取最最高和和最低低信号号电压压值，，并且且还可可以用用波形形测试试设备备游动动标尺尺读出出信号号的响响应时时间(这是是汽车车波形形测试试设备备特有有的功功能)。汽车波波形测测试设设备还还会同同时在在其屏屏幕上上显示示测试试数据据值，，这对对分析析波形形非常常有帮帮助。。如果在在关闭闭丙烷烷开关关之前前，发发动机机怠速速运转转时间间(即即混合合气达达到过过浓状状态的的时间间)超超过25s，，则可可能是是氧传传感器器的温温度太太低，，这不不仅会会使信信号电电压的的幅值值过低低而且且还会会使输输出信信号下下降的的时间间延长长，造造成氧氧传感感器不不合格格的假假象。。因此，，在检检测前前应将将氧传传感器器充分分预热热(即即让发发动机机在2500r/min下运运转2min～3min)。。如果发发动机机仅怠怠速运运转5s，就就可能能有1个或或多个个参数数不合合格，，而这这个不不合格格并不不说明明氧传传感器器是坏坏的，，只是是测试试条件件没有有满足足的缘缘故。。多数损损坏的的氧传传感器器都可可以从从其信信号电电压波波形上上明显显地分分辨出出来。。如果从从信号号电压压波形形上还还无法法准确确地断断定氧氧传感感器的的好坏坏，则则可以以用波波形测测试设设备上上的游游动标标尺读读出最最大和和最小小信号号电压压值以以及信信号的的响应应时间间，然然后用用这3个参参数来来判断断氧传传感器器的好好坏。。②急加加速法法检测测氧传传感器器信号号电电压波波形对有些些汽车车，用用丙烷烷加注注法测测试氧氧传感感器信信号电电压波波形是是非常常困难难的，，因为为这些些汽车车的发发动机机控制制系统统具有有真空空泄漏漏补偿偿功能能(采采用速速度密密度方方式进进行空空气流流量的的计量量或安安装了了进气气压力力传感感器等等)，，能够够非常常快地地补偿偿较大大的真真空泄泄漏，，所以以氧传传感器器的信信号电电压决决不会会降低低。这时，，在测测试氧氧传感感器的的过程程中就就要用用手动动真空空泵使使进气气压力力传感感器内内的压压力稳稳定，，然后后再用用急加加速法法来测测试氧氧传感感器。。急加速速法测测试步步骤如如下：：1.以以2500r/min的的转速速预热热发动动机和和氧传传感器器2min～～6min。。然后再再让发发动机机怠速速运转转20s。2.在在2s内内将发发动机机节气气门从从全闭闭(怠怠速)至全全开1次，，共进进行5次～～6次次。特别提提醒：：不要要使发发动机机空转转转速速超过过4000r/min，，只要要用节节气门门进行行急加加速和和急减减速就就可以以了。。3.定定住屏屏幕上上的波波形(图)，接着就就可根根据氧氧传感感器的的最高高、最最低信信号电电压值值和信信号的的响应应时间间来判判断氧氧传感感器的的好坏坏。在信号号电压压波形形中，，上升升的部部分是是急加加速造造成的的，下下降的的部分分是急急减速速造成成的。。急加速速法测测试时时氧传传感器器的信信号电电压波波形氧化钛钛型氧氧传感感器氧化钛钛型氧氧传感感器是是用于于输出出信号号为5V或1V的可可变电电阻，，其工工作原原理与与发动动机冷冷却液液温度度传感感器(ECT)和进进气温温度传传感器器(IAT)相相似。。ECT和IAT都是是一个个可变变电阻阻器，，其电电阻值值随着着温度度的变变化而而变化化；氧氧化钛钛型氧氧传感感器的的电阻阻值则则随其其周围围氧含含量的的变化化而变变化。。发动机机电控控单元元为读读取这这个可可变电电阻两两端的的电压压降，，通常常都要要给它它提供供一个个参考考工作作电压压，一一般是是1V(也有有的是是5V)，氧氧化钛钛型氧氧传感感器输输送给给发动动机电电控单单元的的是一一个稍稍低的的反映映混合合气空空燃比比变化化的变变化电电压(信号号电压压)。。大多数数氧化化钛型型氧传传感器器用在在多点点燃油油喷射射系统统中，，氧传传感器器用5V电源源，在在其他他汽车车上用用1V电电源。。除了少少数5V氧化化钛型型氧传传感器器系统统以外外，多多数汽汽车氧氧化钛钛型氧氧传感感器都都具有有与氧氧化锆锆型氧氧传感感器相相同的的性能能。少数与氧化化锆型氧传传感器信号号波形不同同的5V氧化钛型型氧传感器器信号波形形有2个特特点：1.信号电电压的变化化是从0V到5V，而不不是从0V到1V。2.信号电电压与其他他氧传感器器的信号电电压相反：：混合气浓浓时电压低低，混合气气稀时电压压高(图)。氧化钛型氧氧传感器和和氧化锆型型氧传感器器的信号响响应时间一一般是相同同的。氧化钛型氧氧传感器的的信号电压压波形不同燃油喷喷射系统中中的氧传感感器波形通常有2种种不同的燃燃油喷射系系统：节气气门体燃油油喷射(TBI)系系统和多点点式燃油喷喷射(MFI)系统统。由于它它们的结构构、原理不不同，其氧氧传感器的的信号也稍稍有不同。。①节气门体体燃油喷射射系统氧传传感器信号号电压波形形节气门体燃燃油喷射系系统(又称称单点式燃燃油喷射系系统)只有有一个喷油油器，由于于系统的机机械元件少少了，所以以它只需用用较少的时时间就可以以响应系统统的燃油控控制命令，，较迅速地地改变喷油油器的喷油油量。因此，在相相同的时间间内，该系系统氧传感感器信号电电压变化的的频率较高高，其频率率为0.2Hz(怠速时)～3Hz(2500r/min时)，，如图所示示。典型单点式式燃油喷射射系统氧传感器的的信号电压压波形②多点式燃燃油喷射(MFI)系统氧传传感器信号号电压波形形多点式燃油油喷射系统统由于大大大改变了电电子与机械械部分设计计，因而性性能超过节节气门体（（单点式））燃油喷射射系统。该系统的进进气通道明明显缩短，，从节气门门体燃油喷喷射系统的的喷油器到到进气门的的距离没有有了，氧传传感器信号号电压变化化的频率为为0.2Hz(怠怠速时)～～5Hz(2500r/min时)，，如图所示示。因此，该系系统对燃油油的控制更更精确，氧氧传感器的的信号电压压波形更标标准，三效效催化转化化器的效果果更好。但因该系统统分配至各各气缸的燃燃油也不完完全相等，，所以氧传传感器的信信号电压波波形会产生生杂波或尖尖峰。典型多点式式燃油喷射射系统氧传感器的的信号电压压波形双氧传感器器信号电压压波形分析析在许多汽车车发动机的的燃油反馈馈控制系统统中，安装装了2只氧氧传感器。。为适应美国国环境保护护署(EPA)对废废气控制的的要求，从从1994年起有些些汽车在三三效催化转转化器的前前后都装有有1只氧传传感器，这这种结构在在装有OBD－Ⅱ的的汽车上可可用于检查查三效催化化转化器的的性能，在在一定情况况下还可以以提高对混混合气空燃燃比的控制制精度。由于氧传感感器信号的的反馈速度度快，其信信号电压波波形就成为为最有价值值的判断发发动机性能能的依据之之一。对汽汽车维修人人员来说，，氧传感器器安装得越越多，好处处就越多。。通常，氧传传感器的位位置越靠近近燃烧室，，燃油控制制的精度就就越高，这这主要是由由尾气气流流的特性(例如尾气气的流动速速度，排气气通道的长长度和传感感器的响应应时间等)决定的。。许多制造厂厂在每个气气缸的排气气歧管中都都安装1只只氧传感器器，这就使使汽车维修修人员容易易判断出工工作失常的的气缸，减减少判断失失误。在许多情况况下只要能能迅速地判判断出大部部分无故障障的气缸(至少为气气缸总数的的1/2以以上)，就就能缩短故故障诊断时时间。双氧传感器器信号电压压波形及分分析如图所所示双氧传感器器信号电压压波形分析析一个工作正正常的三效效催化转化化器，在配配上燃油反反馈控制系系统后就可可以保证将将尾气中的的有害成分分转变为相相对无害的的二氧化碳碳和水蒸气气。但是，三效效催化转化化器会因温温度过高(如点火不不良时)而而损坏(催催化剂有效效表面减少少和板块金金属烧结)，也会因因受到燃油油中的磷、、铅、硫或或发动机冷冷却液中的的硅的化学学污染而损损坏。OBD－ⅡⅡ诊断系统统的出现改改进了三效效催化转化化器的随车车监视系统统。在汽车匀速速行驶时，，安装在三三效催化转转化器后的的氧传感器器信号电压压的波动应应比装在三三效催化转转化器前的的氧传感器器(前氧传传感器)信信号电压的的波动小得得多(图a)，因为为正常运行行的三效催催化转化器器在转化HC和CO时要消耗耗氧气。OBD－ⅡⅡ监视系统统正是根据据这个原理理来检测三三效催化转转化器转化化效率的。。当三效催化化转化器损损坏时，三三效催化转转化器的转转化效率丧丧失，这时时在其前后后的排气管管中的氧气气量十分接接近(几乎乎相当于没没有安装三三效催化转转化器)，，前、后两两氧传感器器的信号电电压波形就就趋于相同同(图b)，并且电电压波动范范围也趋于于一致。出现这种情情况应更换换三效催化化转化器。。氧传感器的的杂波分析析杂波可能是是由于燃烧烧效率低造造成的，它它反映了发发动机各缸缸工作性能能以及三效效催化转化化器工作效效率降低的的状况。对杂波的分分析是尾气气分析中最最重要的内内容，因为为杂波会影影响燃油反反馈控制系系统的正常常运行，使使反馈控制制程序失去去控制精度度或“反馈馈节奏”，，导致混合合气空燃比比超出正常常范围，从从而影响三三效催化转转化器的工工作效率以以及尾气排排放和发动动机性能。。杂波信号的的幅度越大大，各个燃燃烧过程中中氧气量的的差别越大大。在加速方式式下，能够够与碳氢化化合物(HC)相对对应的氧传传感器杂波波（波形的的峰值毛刺刺）是一种种非常重要要的信息，，因为它表表示发动机机在加大负负荷的情况况下出现了了断火现象象。杂波还说明明由于进入入三效催化化转化器的的尾气中的的氧含量升升高而造成成NOx的的增加，因因为在浓氧氧环境(稀稀混合气条条件)下三三效催化转转化器中的的NOx无无法减少。。在燃油反馈馈控制系统统完全正常常时，氧传传感器信号号电压波形形上的少量量杂波是允允许的，而而大量杂波波则是不能能忽视的。。需要学会区区分正常的的杂波和不不正常杂波波的方法，，而最好的的学习方法法就是观察察在不同行行驶里程下下不同类型型轿车氧传传感器的信信号电压波波形。一张所修轿轿车的标准准氧传感器器信号电压压波形图，，能帮助维维修人员了了解怎样的的杂波是允允许的、正正常的，而而怎样的杂杂波是应该该注意的。。关于杂波的的标准是：：在发动机机性能良好好状态下(没有真空空泄漏，尾尾气中的HC和氧含含量正常)，氧传感感器信号电电压波形中中所含的杂杂波是正常常的。①杂波产生生的原因氧传感器信信号电压波波形上的杂杂波通常是是由发动机机点火不良良、结构原原因(如各各缸的进气气管道长度度不同)、、零件老化化及其他各各种故障(如进气管管堵塞、进进气门卡滞滞等)引起起的。其中中，由点火火不良引起起的杂波呈呈高频毛刺刺状，造成成点火不良良的原因有有：1.点火系系统本身有有故障(如如火花塞、、高压线、、分电器盖盖、分火头头和点火线线圈一次侧侧绕组的损损坏等)。。2.混合气气过浓(空空燃比约为为13)或或过稀(空空燃比约为为17)。。3.发动机机的机械故故障(如气气门烧损、、活塞环断断裂或磨损损、凸轮磨磨损和气门门卡住等)引起气缸缸压力过低低。4.1个气气缸或几个个气缸有真真空泄漏故故障。(真真空泄漏会会造成混合合气过稀。。)5.在多点点式燃油喷喷射发动机机中各喷油油器喷油量量不一致(喷油器堵堵塞或卡死死)，造成成个别气缸缸内的混合合气过浓或或过稀。在判断点火火不良的原原因时，应应首先检查查点火系统统本身是否否有故障，，然后检查查气缸压力力是否正常常，再检查查是否有气气缸真空泄泄漏现象。。如果这三三项均正常常，则对于于多点式燃燃油喷射发发动机来说说，点火不不良的原因因一般就是是各喷油器器的喷油量量不一致。。点火系统本本身的故障障和气缸压压力过低故故障可以用用汽车示波波器检查，，而气缸真真空泄漏故故障可以通通过在所怀怀疑的区域域或周围加加丙烷的方方法检查(观察汽车车示波器上上的氧传感感器信号电电压波形是是否变多且且尖峰消失失)。②氧传感器器杂波的判判断原则如果氧传感感器信号电电压波形上上的杂波比比较明显，，则它通常常与发动机机的故障有有关，在发发动机修理理后应消失失；如果氧传感感器信号电电压波形上上的杂波不不明显，并并且可以断断定进气歧歧管无真空空泄漏，排排气中的HC和氧的的含量正常常，发动机机的转动或或怠速运转转比较平稳稳，则该杂杂波是正常常的，在发发动机修理理中一般不不可能消除除。③杂波的三三种类型a.增幅杂杂波增幅杂波是是指在氧传传感器的信信号电压波波形中经常常出现在300mV～600mV的一些不不重要的杂杂波(图)。发动机怠速速工况时氧氧传感器信信号电压中中的增幅杂波由于增幅杂杂波大多是是由氧传感感器自身的的化学特性性引起的，，而不是由由发动机的的故障引起起的，因此此它又称为为开关型杂杂波。由此此可见，所所谓明显的的杂波是指指高于600mV和低于300mV的杂波波。b.中等杂杂波中等杂波是是指在信号号电压波形形的高电压压段部分向向下冲的尖尖峰。中等等杂波尖峰峰幅度不大大于150mV(图)。当当氧传感器器的波形通通过450mV时时，中等杂杂波会大到到200mV(见见上图)。。发动机怠速速工况时单单点式燃油油喷射系统统中等杂波氧传感器信信号电压波波形中中等杂波对对特定的故故障诊断可可能有用，，它与燃油油反馈系统统的类型、、发动机的的运行方式式(如在发发动机怠速速运转时氧氧传感器信信号电压波波形上的杂杂波比较多多)、发动动机的系列列或氧传感感器的类型型有很大关关系。c.严重杂杂波严重杂波是是指振幅大大于200mV的的杂波，在在波形测试试设备上表表现为从氧氧传感器的的信号电压压波形顶部部向下冲(冲过200mV或达到信信号电压波波形的底部部)的尖峰峰，并且在在发动机持持续运转期期间它会覆覆盖氧传感感器的整个个信号电压压范围。发动机处在在稳定的运运行方式时时，例如稳稳定在2500r/min时，如如果严重杂杂波能够持持续几秒，，则意味着着发动机有有故障，通通常是点火火不良或各各缸喷油器器喷油量不不一致(图图)。因此此，这类杂