燃油反馈控制系统故障诊断教材

燃油反馈控制系统故障诊断

氧传感器波形分析朱军汽车实验室第一页，共六十九页。点火示波器与汽车示波器点火示波器的功能

初次级单缸波形初次级阵列波形初次级并列波形初次级重叠波形第二页，共六十九页。点火示波器与汽车示波器汽车示波器

功能

点火示波器

数字示波器

数字万用表

专用示波器

第三页，共六十九页。点火示波器与汽车示波器点火示波器是传统发动机点火及燃油供给系统故障的“确诊器”。由于燃油反馈控制系统的出现及三元催化器的使用，点火示波器已不能完成对电控发动机的诊断。汽车示波器通过对氧传感器的测试成为现代发动机的“确诊器”。第四页，共六十九页。氧传感器与燃油反馈控制系统氧传感器波形能够反映出发动机的机械、燃油及电控系统的运行情况。发动机喷油器控制电脑氧传感器看门狗WTACHDOORDOG第五页，共六十九页。氧传感器与燃油反馈控制系统今天的氧传感器波形与过去的点火次级波形具有相同的地位。单缸点火次极波形双氧传感器波形第六页，共六十九页。氧传感器与三元催化转化器在三元催化器中CO和HC是氧化反应，NO是还原反应。COHCHC+O2NOXCO2H2ONOX–

O2CO2NO2CO+O2第七页，共六十九页。

燃油反馈控制工作原理利用氧传感器信号将空燃比

控制在14.7上下循环波动14.7第八页，共六十九页。氧传感器与三元催化转化器燃油反馈控制的循环波动不仅是空燃比自动控制的需要，同时也是三元催化器中两种化学反应(氧化与还原)的需要。

1.优化氧化过程需要足够的氧，三元催化器中就需要稍稀的混合气。

2.优化还原过程氧气量就必须少，三元催化器中就需要稍浓的混合气。第九页，共六十九页。氧反馈平衡测试检查O2输入及ECM输出信号更换氧传感器检查氧传感器测氧传感波形开始

检查反馈控制检测尾气排放结束检修电脑控制系统检修燃油及机械系统不良良好坏良好不良良好良好检查点火/燃油/真空检修尾气净化装置不良良好不良反映性响应性对称性净化性第十页，共六十九页。基本概念CATECM氧传感器喷油器上流动系统:氧传感器之前的系统闭环:电脑、氧传感器及喷油器组成的系统

下流动系统:氧传感器之后的系统第十一页，共六十九页。氧传感器失效过程氧传感器寿命

加热氧传感器寿命为5～8万公里，无加热氧传感器寿命为2～5万公里。氧传感器失效

失效过程是缓慢进行的，先是响应速度变慢，而后输出信号幅度变低，最后输出信号不变或完全没有输出信号。第十二页，共六十九页。氧传感器信号电压氧传感器信号电压的变化是由尾气中氧含量的变化所引起的。如果尾气中的氧含量不发生变化，那么即使将发动机以2500RPM的转速运转2～3min，氧传感器信号电压值也不会发生变化。第十三页，共六十九页。发动机启动后氧传感器波形燃油反馈系统进入闭环状态时的图形发动机启动后氧传感器信号电压逐渐上升到450mv，然后进入升高和下降的循环，即燃油反馈进入闭环。系统进入闭环点第十四页，共六十九页。

氧传感器的测试方法测试氧传感器有两种方法1·丙烷加注法2·急加速法第十五页，共六十九页。氧传感器的三个测试参数氧传感器信号测试中有

三个参数需要检查1）最高信号电压UMAX(mv)2）最低信号电压UMIN(mv)3）信号响应时间I

(ms)第十六页，共六十九页。氧传感器信号测试参数标准氧传感器标准信号波形氧传感器信号波形参数AUMAX

>850mv

(最高电压)CUMIN

75～175mv

(最低电压)BI

<100ms

(响应时间)注:波形中间在300-600mv之间的下降段应该是上下垂直的。第十七页，共六十九页。

丙烷加注法检测氧传感器1.连接并安装加注丙烷的设备2.把丙烷接到真空管入口处3.接上并设置好汽车示波器4.启动发动机后暖机5.将发动机加速到2500r/min后运转2~3min6.使发动机怠速运转7.打开丙烷开关，缓慢加注丙烷8.直到反馈系统失去对空燃比的控制能力第十八页，共六十九页。丙烷加注法检测氧传感器9.继续加注丙烷直到发动机转速因混合气过浓而下降100~200r/min(加注丙烷的整个过程必须在20~25S内完成)10.迅速把丙烷输入管从真空管上拔下，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)11.待信号电压波形移动到示波器显示屏中央位置时，锁定波形，测试结束第十九页，共六十九页。氧传感器信号标准测试波形

好的氧传感器信号波形中的三个参数值均应符合前面的标准值第二十页，共六十九页。已损坏的氧传感器测试波形最高信号电压下降至427mv最低信号电压小于0V响应时间延长至237ms第二十一页，共六十九页。采用急加速法的理由对采用速度密度方式进行空气流量计量(即采用进气压力传感器)的发动机，因其能够非常快地补偿较大的真空泄漏，所以氧传感器信号在拔下丙烷输入管时也决不会降低。第二十二页，共六十九页。急加速法检测氧传感器1.以2500r/min的转速预热发动机和氧传感器2~6min，然后再让发动机怠速运转20S。2.在2S内将发动机节气门从全闭(怠速)至全开再至全闭一次，共进行5~6遍。(注意不要使发动机空转转速超过4000r/min，只要用节气门进行急加速和全减速就可以了)3.定住屏幕上的波形，根据氧传感器信号波形的三个测试参数，判断氧传感器的好坏。第二十三页，共六十九页。急加速法测试氧传感器波形

在信号波形中,上升部分是急加速造成的,下降部分是全减速造成的。第二十四页，共六十九页。氧传感器的种类氧传感器分为氧化锆和氧化钛两种1.氧化锆型氧传感器

氧化锆型氧传感器实质上是一个化学电池，其电压随氧含量而变化，输出电压为0~1V，电压高低与混合气浓稀成正比2.氧化钛型氧传感器

氧化钛型氧传感器实质上是一个可变电阻，其电阻值随氧含量而变化，其输出电压为0~5V或0~1V，有些电压高低与混合气浓稀成反比。第二十五页，共六十九页。氧化锆型氧传感器硅橡胶连接线陶瓷支架二氧化锆内侧电极外侧电极引出线外壳护罩氧化锆型氧传感器信号输出特性O2输出电压

1.0V理论空燃比稀浓0V第二十六页，共六十九页。氧化钛型氧传感器引出线金属网连接端子电极引线外壳密封釉保护壳滑石主接头密封圈长孔垫圈基片二氧化钛元件O2输出电阻特性O2输出电压特性输出电阻浓理论空燃比稀1/5V输出电压浓理论空燃比稀第二十七页，共六十九页。氧化钛型氧传感器输出信号波形氧化钛型氧传感器输出电压波形（发动机怠速工况时）氧化钛型氧传感器输出电压波形（发动机转速为2500r/min时）第二十八页，共六十九页。三种燃油供给系统有三种不同的燃油供给系统1.反馈式化油器(FBCARB)系统2.节气门体燃油喷射(TBI)系统3.多点式燃油喷射(MFI)系统第二十九页，共六十九页。反馈式化油器(FBCARB)系统FBCARB系统特点1.氧传感器信号电压变化最慢2.由于系统部件多，电控系统反应时间长3.从主喷口到氧传感器路径最长4.氧传感器信号频率为0.1~1HZ第三十页，共六十九页。FBCARB氧传感器输出信号波形典型反馈式化油器系统氧传感器波形(发动机怠速时)典型反馈式化油器系统氧传感器波形(发动机2500r/min时)

由于反馈式化油器系统电子/机械部分设计条件的限制,各缸的进气道长度不相等,分配给各缸的燃油量也总是不平衡,这就是可能使氧传感器信号电压波形中出现杂波和尖峰.第三十一页，共六十九页。

节气门体燃油喷射(TBI)系统

TBI系统特点1.因只有一个喷油器，机械部件少所以反应时间比较快2.氧传感器信号电压变化频率较高3.从喷油器到氧传感器的路径与FBCARB相同4.氧传感器信号频率为0.2~3HZ第三十二页，共六十九页。

TBI系统氧传感器输出信号波形TBI燃油喷射系统氧传感器信号波形发动机怠速时TBI燃油喷射系统氧传感器信号波形发动机2500r/min时节气门体燃油喷射系统(又称单点式燃油喷射系统),由于有了一些改进,因尔性能优于反馈化油器系统,然而,该系统的进气道及从喷油器到氧传感器之间的路径长度没有任何优于反馈式化油器系统的地方,分配到各缸的燃油量也是不平衡的.第三十三页，共六十九页。多点式燃油喷射(MFI)系统MFI系统特点1.大大改变了电子机械设计性能超过FBCARB系统和TBI系统2.进气道明显缩短，喷油器到进气门的距离没有了3.氧传感器信号频率达到0.2~5HZ第三十四页，共六十九页。MFI系统氧传感器输出信号波形MFI氧传感器输出信号电压波形(发动机怠速时)MFI氧传感器输出信号电压波形(发动机2500r/min时)多点式燃油喷射系统对燃油的控制更为精确,氧传感器信号电压波形更标准,三元催化器效果更好,但该系统分配至各汽缸的燃油也不完全平衡,所以氧传感器的信号电压波形也会产生杂波和尖峰.第三十五页，共六十九页。氧传感器杂波分析1.氧传感器杂波的性质

氧传感器杂波可能是由于燃烧效率低造成的,它反映了发动机各缸工作性能以及三元催化器工作效率降低的状况第三十六页，共六十九页。氧传感器杂波分析2.氧传感器杂波的影响氧传感器杂波会影响燃油反馈控制系统的正常运行,使反馈控制程序失去控制精度或“反馈节奏”,导致混合气空燃比超出正常范围,从而影响三元催化器的工作效率以及尾气排放和发动机性能第三十七页，共六十九页。氧传感器杂波分析3.氧传感器杂波的含义

1)在加速方式下与碳氢化合物HC波形上的尖峰毛刺相对应的氧传感器杂波是发动机在加大负荷时出现断火的信号

2)氧传感器杂波还说明进入三元催化器的尾气中的氧含量升高而造成NOX增加,因为在浓氧环境下三元催化器中的NOX无法减少第三十八页，共六十九页。氧传感器杂波分析4.氧传感器杂波的标准

在燃油反馈控制系统完全正常（无真空泄漏,尾气中HC和O2均正常）时,氧传感器信号电压波形上出现少量杂波是允许的,而大量杂波则不可忽视第三十九页，共六十九页。氧传感器杂波分析5.氧传感器杂波产生的原因氧传感器信号电压波形上的杂波通常是由发动机点火不良、零件老化、结构设计(如各缸进气管长度不同等)以及其它各种故障(如进气管阻塞、进气门密封不严)引起的第四十页，共六十九页。

点火不良的原因1.点火系统本身有故障2.混合气过浓或过稀3.发动机机械故障4.真空泄漏5.多点喷油量不一致第四十一页，共六十九页。点火不良的诊断步骤1.检查点火系统2.检查燃油系统3.检查汽缸压力4.检查真空泄漏第四十二页，共六十九页。氧传感器杂波的判断原则1.若杂波比较明显则通常与发动机的故障有关，发动机修理后应消失2.若杂波不明显且无真空泄漏，排气中的HC和O2含量均正常，发动机各工况运转平稳，则属于正常杂波3.正常杂波在发动机修理中是不能被排除的第四十三页，共六十九页。氧传感器杂波的三种类型1.增幅杂波增幅杂波是指出经常现在300~600mv的一些不重要的杂波,这种杂波是由于氧传感器自身的化学特性引起的,而不是由发动机故障产生的,因此被称为无关型杂波。增幅杂波是指高于300mv和低于600mv的杂波FBCARB系统氧传感器信号电压波形中的增幅杂波第四十四页，共六十九页。氧传感器杂波的三种类型2.中等杂波中等杂波是指在高电压段向下冲的尖峰,中等杂波的尖峰幅度不大于150mv,当氧传感器的波形通过450mv时,中等杂波对特定的故障诊断可能有用,它与反馈系统类型、发动机运行方式、发动机系列及氧传感器的类型有很大关系。

TBI系统氧传感器信号电压波形中的中等杂波第四十五页，共六十九页。氧传感器杂波的三种类型3.严重杂波

严重杂波是指振幅大于200mv的杂波,在示波器上表现为从波形顶部向下冲(冲过200mv或达到信号电压波形低部)的尖峰,并且在发动机持续运转期间覆盖整个信号电压范围.发动机处在稳定运行方式时,例如2500r/min时,如果严重杂波能够持续几秒钟,则意味着发动机有故障,通常是点火不良或各缸喷油量不一致.因此必须予以排除.由损坏的喷油器引起的氧传感器信号严重杂波(发动机转速为2500r/min)严重杂波说明个别喷油器损坏高频杂波使燃油反馈系统失去对燃油的精确控制(平均电压为627mv)第四十六页，共六十九页。氧传感器电压信号杂波规律1.亚洲和欧洲汽车的氧传感器杂波比美国汽车少得多2.福特汽车比通用汽车或其它带三元催化器的美国汽车杂波少得多3.通用汽车比克莱斯勒汽车的杂波多，许多通用汽车FBCARB和TBI系统因结构原因产生许多中等杂波,这是正常的。4.克莱斯勒汽车2.0和2.5L

TBI发动机氧传感器波形上也有典型的杂乱波形第四十七页，共六十九页。氧传感器电压信号杂波规律5.北美制造的汽车采用亚洲的发动机和电子反馈控制系统的氧传感器波形十分干净6.采用亚洲发动机和燃油反馈控制系统的通用及克莱斯勒汽车氧传感器波形上杂波一般比较少7.在极少数情况下，氧传感器排气侧金属罩损坏或丢失时，会产生杂波第四十八页，共六十九页。双氧传感器在三元催化器前后各装一个氧传感器的结构被称为双氧传感器，这种结构在装有OBD-Ⅱ的汽车上可用于检查三元催化器的性能，在一定情况下还可以提高对空燃比的控制精度，氧传感器的位置越靠近燃烧室，燃油控制精度就越高。第四十九页，共六十九页。双氧传感器的正常波形在汽车匀速行驶时，三元催化器后氧传感器比前氧传感器的波动小得多，这是因为正常运行的三元催化器在转化HC和CO时要消耗氧气。OBD-Ⅱ正是根据这个原理来检测三元催化器转化效率的。前氧传感器信号电压波形后氧传感器信号电压波形三元催化器前后氧传感器电压波形第五十页，共六十九页。双氧传感器不正常波形一个工作正常的三元催化器,在配上燃油反馈控制系统后就可以保证将尾气中的有害成分转变为相对无害的二氧化碳和水蒸气.但是三元催化器会因为温度过高(如点火不良)而损坏(催化器有效表面减少或板块金属烧结),以及燃油中的磷、铅、硫或发动机冷却液中的硅的化学污染而损坏。当三元催化器损坏时,其转化效率丧失,这时在其前和后的排气管中的氧含量十分接近(几乎相当于没有安装三元催化器),因而前后氧传感器的信号电压波形趋于近乎相同第五十一页，共六十九页。氧反馈平衡测试中的几个问题1.开环怠速运转

氧传感器信号电压在短时间或持续怠速状态下固定不变，此时氧传感器的反馈信号不起作用，控制电脑按预先确定的空燃比控制喷油。(例如:二次空气喷射系统将空气泵进上流动系统，使氧传感器产生固定稀的信号。有些发动机在高1500r/min持续运转后回到怠速时也会短时进入开环怠速20s)第五十二页，共六十九页。氧反馈平衡测试中的几个问题2.“自我学习”记忆功能的擦除

当出现电脑根本不控制空燃比或控制很差的现象，甚至在排除了严重的动力和行驶性能故障之后电脑仍不能很好的控制空燃比，这通常是因为燃油反馈控制系统被偏置在固定的空燃比状态下了第五十三页，共六十九页。氧反馈平衡测试中的几个问题这时氧传感器的信号电压波形是一条“平的直线”(通常是空燃比大的状态)，即使在修好后电脑也不能立刻恢复对空燃比的控制，这可能是由于发动机电脑的记忆功能造成的虚假故障。(发动机在修理前和修理后的状况发生了很大变化，但电脑仍按记忆的修理前的状况控制发动机，因而致使发动机工作不正常)第五十四页，共六十九页。氧反馈平衡测试中的几个问题3.恢复发动机电脑控制功能的方法

1)在两条不同的道路上试车，每次行驶约10

min，行驶包括城市驾驶、高速公路巡航行驶、加速、减速、怠速等各种不同工况。

2)擦除电脑记忆，使电脑较快地进行“再学习”。而后再进行两个10min的行驶循环，并用示波器观察氧传感器波形是否恢复正常。第五十五页，共六十九页。“闭环”的不同含义电脑诊断仪显示的“闭环”与燃油反馈控制系统的“闭环”并不完全相同，这是因为发动机电脑只要判定以下三个条件成立就立即通报电脑诊断仪燃油反馈控制系统进入了“闭环”，但此时燃油反馈控制系统并不一定真正控制了空燃比。第五十六页，共六十九页。电脑判定进入闭环的三个条件1.发动机冷却液已经达到了规定的温度2.发动机起动后，运转已达到了预先规定的时间3.氧传感器信号电压已数次穿越过450mv水平线第五十七页，共六十九页。判定进入闭环的注意事项注意氧传感器信号电压越过450mv的次数不一定是电脑控制空燃比的结果，它有可能是因发动机加减速引起的。以上情况说明电脑诊断仪指示进入“闭环”时，并不表明燃油反馈控制系统工作正常，也不说明排放正常。第五十八页，共六十九页。判定进入闭环的注意事项只有根据氧传感器的信号电压波形才能正确判断燃油反馈控制系统是否真正进入了“闭环”控制状态，才能对燃油反馈控制系统的状况作出正确的评价第五十九页，共六十九页。氧传感器电压波形分析注意事项有些汽车(1987年前的通用汽车)在用汽车示波器观察氧传感器信号电压波形时不能同时使用电脑诊断仪，这是因为当电脑诊断仪处于“故障码”和“数据流”状态时，发动机控制电脑会进入特定的工作方式，其空燃比会发生变化，氧传感器信号电压会明显偏高。第六十页，共六十九页。尾气排放调整测试注意事项在CO值调整以后，在NOX测试之前，必须先确认发动机加速时无爆震现象产生CO值调整降低后，NOX会增加。这时应检查EGR系统是否正常，点火是否过早，冷却液温度是否过高，二次空气喷射系统在热机后是否仍在工作。第六十一页，共六十九页。尾气排放调整测试注意事项如果下流动系统出现氧气过多的情况，三元催化器就不能有效地降低NOX的排放，这时应检查二次空气喷射系统空气中的O2含量为21%,正常燃烧时O2含量为0.5%,如果6缸中有一个汽缸缺火,氧含量会升高到4.0%。(其中4.0%=21.0%÷6+0.5%)第六十二页，共六十九页。用万用表检查氧传感器的方法

万用表的技术指标1.选择高阻抗数字万用表(DVOM)2.DVOM应具有最大、最小值(MIN/MAX)记录功能3.DVOM应具有条形图显示的模拟指针功能4.DVOM应具有频率(HZ)测量功能第六十三页，共六