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汽车车波波形形测测试试设设备备对对氧氧传传感感器器进进行行测测试试时时可可以以从从显显示示屏屏上上直直接接读读取取最最高高和和最最低低信信号号电电压压值值，，并并且且还还可可以以用用波波形形测测试试设设备备游游动动标标尺尺读读出出信信号号的的响响应应时时间间(这这是是汽汽车车波波形形测测试试设设备备特特有有的的功功能能)。。汽车车波波形形测测试试设设备备还还会会同同时时在在其其屏屏幕幕上上显显示示测测试试数数据据值值，，这这对对分分析析波波形形非非常常有有帮帮助助。。如果果在在关关闭闭丙丙烷烷开开关关之之前前，，发发动动机机怠怠速速运运转转时时间间(即即混混合合气气达达到到过过浓浓状状态态的的时时间间)超超过过25s，，则则可可能能是是氧氧传传感感器器的的温温度度太太低低，，这这不不仅仅会会使使信信号号电电压压的的幅幅值值过过低低而而且且还还会会使使输输出出信信号号下下降降的的时时间间延延长长，，造造成成氧氧传传感感器器不不合合格格的的假假象象。。因此此，，在在检检测测前前应应将将氧氧传传感感器器充充分分预预热热(即即让让发发动动机机在在2500r/min下下运运转转2min～～3min)。。如果发动机机仅怠速运运转5s，就可能能有1个或或多个参数数不合格，，而这个不不合格并不不说明氧传传感器是坏坏的，只是是测试条件件没有满足足的缘故。。多数损坏的的氧传感器器都可以从从其信号电电压波形上上明显地分分辨出来。。如果从信号号电压波形形上还无法法准确地断断定氧传感感器的好坏坏，则可以以用波形测测试设备上上的游动标标尺读出最最大和最小小信号电压压值以及信信号的响应应时间，然然后用这3个参数来来判断氧传传感器的好好坏。②急加速法法检测氧传传感器信号号

电压波波形对有些汽车车，用丙烷烷加注法测测试氧传感感器信号电电压波形是是非常困难难的，因为为这些汽车车的发动机机控制系统统具有真空空泄漏补偿偿功能(采采用速度密密度方式进进行空气流流量的计量量或安装了了进气压力力传感器等等)，能够够非常快地地补偿较大大的真空泄泄漏，所以以氧传感器器的信号电电压决不会会降低。这时，在测测试氧传感感器的过程程中就要用用手动真空空泵使进气气压力传感感器内的压压力稳定，，然后再用用急加速法法来测试氧氧传感器。。急加速法测测试步骤如如下：1.以2500r/min的转速速预热发动动机和氧传传感器2min～～6min。然后再让发发动机怠速速运转20s。2.在2s内将发发动机节气气门从全闭闭(怠速)至全开1次，共进进行5次～～6次。特别提醒：：不要使发发动机空转转转速超过过4000r/min，，只要用节节气门进行行急加速和和急减速就就可以了。。3.定住屏屏幕上的波波形(图)，接着就可根根据氧传感感器的最高高、最低信信号电压值值和信号的的响应时间间来判断氧氧传感器的的好坏。在信号电压压波形中，，上升的部部分是急加加速造成的的，下降的的部分是急急减速造成成的。急加速法测测试时氧传传感器的信信号电压波波形氧化钛型氧氧传感器氧化钛型氧氧传感器是是用于输出出信号为5V或1V的可可变电阻，，其工作原原理与发动动机冷却液液温度传感感器(ECT)和进进气温度传传感器(IAT)相相似。ECT和IAT都是是一个可变变电阻器，，其电阻值值随着温度度的变化而而变化；氧氧化钛型氧氧传感器的的电阻值则则随其周围围氧含量的的变化而变变化。发动机电控控单元为读读取这个可可变电阻两两端的电压压降，通常常都要给它它提供一个个参考工作作电压，一一般是1V(也有有的是5V)，氧氧化钛型氧氧传感器输输送给发动动机电控单单元的是一一个稍低的的反映混合合气空燃比比变化的变变化电压(信号电压压)。大多数氧化化钛型氧传传感器用在在多点燃油油喷射系统统中，氧传传感器用5V电源源，在其他他汽车上用用1V电电源。除了少数5V氧化化钛型氧传传感器系统统以外，多多数汽车氧氧化钛型氧氧传感器都都具有与氧氧化锆型氧氧传感器相相同的性能能。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.信号号电压与与其他氧氧传感器器的信号号电压相相反：混混合气浓浓时电压压低，混混合气稀稀时电压压高(图图)。氧化钛型型氧传感感器和氧氧化锆型型氧传感感器的信信号响应应时间一一般是相相同的。。氧化钛型型氧传感感器的信信号电压压波形不同燃油油喷射系系统中的的氧传感感器波形形通常有2种不同同的燃油油喷射系系统：节节气门体体燃油喷喷射(TBI)系统和和多点式式燃油喷喷射(MFI)系统。。由于它它们的结结构、原原理不同同，其氧氧传感器器的信号号也稍有有不同。。①节气门门体燃油油喷射系系统氧传传感器信信号电压压波形节气门体体燃油喷喷射系统统(又称称单点式式燃油喷喷射系统统)只有有一个喷喷油器，，由于系系统的机机械元件件少了，，所以它它只需用用较少的的时间就就可以响响应系统统的燃油油控制命命令，较较迅速地地改变喷喷油器的的喷油量量。因此，在在相同的的时间内内，该系系统氧传传感器信信号电压压变化的的频率较较高，其其频率为为0.2Hz(怠速速时)～～3Hz(2500r/min时)，如图图所示。。典型单点点式燃油油喷射系系统氧传感器器的信号号电压波波形②多点式式燃油喷喷射(MFI)系统氧氧传感器器信号电电压波形形多点式燃燃油喷射射系统由由于大大大改变了了电子与与机械部部分设计计，因而而性能超超过节气气门体（（单点式式）燃油油喷射系系统。该系统的的进气通通道明显显缩短，，从节气气门体燃燃油喷射射系统的的喷油器器到进气气门的距距离没有有了，氧氧传感器器信号电电压变化化的频率率为0.2Hz(怠怠速时)～5Hz(2500r/min时)，，如图所所示。因此，该该系统对对燃油的的控制更更精确，，氧传感感器的信信号电压压波形更更标准，，三效催催化转化化器的效效果更好好。但因该系系统分配配至各气气缸的燃燃油也不不完全相相等，所所以氧传传感器的的信号电电压波形形会产生生杂波或或尖峰。。典型多点点式燃油油喷射系系统氧传感器器的信号号电压波波形双氧传感感器信号号电压波波形分析析在许多汽汽车发动动机的燃燃油反馈馈控制系系统中，，安装了了2只氧氧传感器器。为适应美美国环境境保护署署(EPA)对对废气控控制的要要求，从从1994年起起有些汽汽车在三三效催化化转化器器的前后后都装有有1只氧氧传感器器，这种种结构在在装有OBD－－Ⅱ的汽汽车上可可用于检检查三效效催化转转化器的的性能，，在一定定情况下下还可以以提高对对混合气气空燃比比的控制制精度。。由于氧传传感器信信号的反反馈速度度快，其其信号电电压波形形就成为为最有价价值的判判断发动动机性能能的依据据之一。。对汽车车维修人人员来说说，氧传传感器安安装得越越多，好好处就越越多。通常，氧氧传感器器的位置置越靠近近燃烧室室，燃油油控制的的精度就就越高，，这主要要是由尾尾气气流流的特性性(例如如尾气的的流动速速度，排排气通道道的长度度和传感感器的响响应时间间等)决决定的。。许多制造造厂在每每个气缸缸的排气气歧管中中都安装装1只氧氧传感器器，这就就使汽车车维修人人员容易易判断出出工作失失常的气气缸，减减少判断断失误。。在许许多多情情况况下下只只要要能能迅迅速速地地判判断断出出大大部部分分无无故故障障的的气气缸缸(至至少少为为气气缸缸总总数数的的1/2以以上上)，，就就能能缩缩短短故故障障诊诊断断时时间间。。双氧氧传传感感器器信信号号电电压压波波形形及及分分析析如如图图所所示示双氧氧传传感感器器信信号号电电压压波波形形分分析析一个个工工作作正正常常的的三三效效催催化化转转化化器器，，在在配配上上燃燃油油反反馈馈控控制制系系统统后后就就可可以以保保证证将将尾尾气气中中的的有有害害成成分分转转变变为为相相对对无无害害的的二二氧氧化化碳碳和和水水蒸蒸气气。。但是是，，三三效效催催化化转转化化器器会会因因温温度度过过高高(如如点点火火不不良良时时)而而损损坏坏(催催化化剂剂有有效效表表面面减减少少和和板板块块金金属属烧烧结结)，，也也会会因因受受到到燃燃油油中中的的磷磷、、铅铅、、硫硫或或发发动动机机冷冷却却液液中中的的硅硅的的化化学学污污染染而而损损坏坏。。OBD－－ⅡⅡ诊诊断断系系统统的的出出现现改改进进了了三三效效催催化化转转化化器器的的随随车车监监视视系系统统。。在汽汽车车匀匀速速行行驶驶时时，，安安装装在在三三效效催催化化转转化化器器后后的的氧氧传传感感器器信信号号电电压压的的波波动动应应比比装装在在三三效效催催化化转转化化器器前前的的氧氧传传感感器器(前前氧氧传传感感器器)信信号号电电压压的的波波动动小小得得多多(图图a)，，因因为为正正常常运运行行的的三三效效催催化化转转化化器器在在转转化化HC和和CO时时要要消消耗耗氧氧气气。。OBD－－ⅡⅡ监监视视系系统统正正是是根根据据这这个个原原理理来来检检测测三三效效催催化化转转化化器器转转化化效效率率的的。。当三三效效催催化化转转化化器器损损坏坏时时，，三三效效催催化化转转化化器器的的转转化化效效率率丧丧失失，，这这时时在在其其前前后后的的排排气气管管中中的的氧氧气气量量十十分分接接近近(几几乎乎相相当当于于没没有有安安装装三三效效催催化化转转化化器器)，，前前、、后后两两氧氧传传感感器器的的信信号号电电压压波波形形就就趋趋于于相相同同(图图b)，，并并且且电电压压波波动动范范围围也也趋趋于于一一致致。。出现这这种情情况应应更换换三效效催化化转化化器。。氧传感感器的的杂波波分析析杂波可可能是是由于于燃烧烧效率率低造造成的的，它它反映映了发发动机机各缸缸工作作性能能以及及三效效催化化转化化器工工作效效率降降低的的状况况。对杂波波的分分析是是尾气气分析析中最最重要要的内内容，，因为为杂波波会影影响燃燃油反反馈控控制系系统的的正常常运行行，使使反馈馈控制制程序序失去去控制制精度度或““反馈馈节奏奏”，，导致致混合合气空空燃比比超出出正常常范围围，从从而影影响三三效催催化转转化器器的工工作效效率以以及尾尾气排排放和和发动动机性性能。。杂波信信号的的幅度度越大大，各各个燃燃烧过过程中中氧气气量的的差别别越大大。在加速速方式式下，，能够够与碳碳氢化化合物物(HC)相对对应的的氧传传感器器杂波波（波波形的的峰值值毛刺刺）是是一种种非常常重要要的信信息，，因为为它表表示发发动机机在加加大负负荷的的情况况下出出现了了断火火现象象。杂波还还说明明由于于进入入三效效催化化转化化器的的尾气气中的的氧含含量升升高而而造成成NOx的的增加加，因因为在在浓氧氧环境境(稀稀混合合气条条件)下三三效催催化转转化器器中的的NOx无无法减减少。。在燃油反反馈控制制系统完完全正常常时，氧氧传感器器信号电电压波形形上的少少量杂波波是允许许的，而而大量杂杂波则是是不能忽忽视的。。需要学会会区分正正常的杂杂波和不不正常杂杂波的方方法，而而最好的的学习方方法就是是观察在在不同行行驶里程程下不同同类型轿轿车氧传传感器的的信号电电压波形形。一张所修修轿车的的标准氧氧传感器器信号电电压波形形图，能能帮助维维修人员员了解怎怎样的杂杂波是允允许的、、正常的的，而怎怎样的杂杂波是应应该注意意的。关于杂波波的标准准是：在在发动机机性能良良好状态态下(没没有真空空泄漏，，尾气中中的HC和氧含含量正常常)，氧氧传感器器信号电电压波形形中所含含的杂波波是正常常的。①杂波产产生的原原因氧传感器器信号电电压波形形上的杂杂波通常常是由发发动机点点火不良良、结构构原因(如各缸缸的进气气管道长长度不同同)、零零件老化化及其他他各种故故障(如如进气管管堵塞、、进气门门卡滞等等)引起起的。其其中，由由点火不不良引起起的杂波波呈高频频毛刺状状，造成成点火不不良的原原因有：：1.点火火系统本本身有故故障(如如火花塞塞、高压压线、分分电器盖盖、分火火头和点点火线圈圈一次侧侧绕组的的损坏等等)。2.混合合气过浓浓(空燃燃比约为为13)或过稀稀(空燃燃比约为为17)。3.发动动机的机机械故障障(如气气门烧损损、活塞塞环断裂裂或磨损损、凸轮轮磨损和和气门卡卡住等)引起气气缸压力力过低。。4.1个个气缸或或几个气气缸有真真空泄漏漏故障。。(真空空泄漏会会造成混混合气过过稀。)5.在多多点式燃燃油喷射射发动机机中各喷喷油器喷喷油量不不一致(喷油器器堵塞或或卡死)，造成成个别气气缸内的的混合气气过浓或或过稀。。在判断点点火不良良的原因因时，应应首先检检查点火火系统本本身是否否有故障障，然后后检查气气缸压力力是否正正常，再再检查是是否有气气缸真空空泄漏现现象。如如果这三三项均正正常，则则对于多多点式燃燃油喷射射发动机机来说，，点火不不良的原原因一般般就是各各喷油器器的喷油油量不一一致。点火系统统本身的的故障和和气缸压压力过低低故障可可以用汽汽车示波波器检查查，而气气缸真空空泄漏故故障可以以通过在在所怀疑疑的区域域或周围围加丙烷烷的方法法检查(观察汽汽车示波波器上的的氧传感感器信号号电压波波形是否否变多且且尖峰消消失)。。②氧传感感器杂波波的判断断原则如果氧传传感器信信号电压压波形上上的杂波波比较明明显，则则它通常常与发动动机的故故障有关关，在发发动机修修理后应应消失；；如果氧传传感器信信号电压压波形上上的杂波波不明显显，并且且可以断断定进气气歧管无无真空泄泄漏，排排气中的的HC和和氧的含含量正常常，发动动机的转转动或怠怠速运转转比较平平稳，则则该杂波波是正常常的，在在发动机机修理中中一般不不可能消消除。③杂波的的三种类类型a.增幅幅杂波增幅杂波波是指在在氧传感感器的信信号电压压波形中中经常出出现在300mV～～600mV的一些些不重要要的杂波波(图)。发动机怠怠速工况况时氧传传感器信信号电压压中的增幅杂波波由于增幅幅杂波大大多是由由氧传感感器自身身的化学学特性引引起的，，而不是是由发动动机的故故障引起起的，因因此它又又称为开开关型杂杂波。由由此可见见，所谓谓明显的的杂波是是指高于于600mV和低于于300mV的杂波波。b.中等杂波波中等杂波是指指在信号电压压波形的高电电压段部分向向下冲的尖峰峰。中等杂波波尖峰幅度不不大于150mV(图图)。当氧传传感器的波形形通过450mV时，，中等杂波会会大到200mV(见见上图)。发动机怠速工工况时单点式式燃油喷射系系统中等杂波氧传感器信号号电压波形中中中等杂波对特特定的故障诊诊断可能有用用，它与燃油油反馈系统的的类型、发动动机的运行方方式(如在发发动机怠速运运转时氧传感感器信号电压压波形上的杂杂波比较多)、发动机的的系列或氧传传感器的类型型有很大关系系。c.严重杂波波严重杂波是指指振幅大于200mV的杂波，在在波形测试设设备上表现为为从氧传感器器的信号电压压波形顶部向向