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1、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,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,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,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” 。,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
2、器,控制电脑,氧 传 感 器,看 门 狗,WTACH DOOR DOG,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,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。,CO,HC,HC+O2,NOX,CO2,H2O,NOX O2,CO2,N,O2,CO+O2,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,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
3、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。,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,基本概念,CAT,E C M,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,
4、下流动系统: 氧传感器之后的系统,氧传感器失效过程,氧传感器寿命 加热氧传感器寿命为58万公里，无加热氧传感器寿命为25万公里。 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。,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23 min，氧传感器信号电压值也不会发生变化。,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。
5、,系统进入闭环点,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,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),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 A UMAX 850 mv (最高电压) C UMIN 75175 mv (最低电压) B I 100 ms (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。,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
6、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23min 6.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,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100200r/min (加注丙烷的整个过程必须在2025S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,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
7、值,已损坏的氧传感器测试波形,最高信号电压下降至427 mv 最低信号电压小于 0 V 响应时间延长至 237 ms,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。,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26min，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56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
8、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。,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。,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01V，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05V或01V，有些电压高低与混合气浓稀成反比。,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,
9、O2 输 出 电 压,1.0V,理论空燃比,稀,浓,0V,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,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）,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
10、.多点式燃油喷射(MFI)系统,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0.11 HZ,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.,节气门体燃油喷射(TBI)系统,TBI系统特点 1.因只有
11、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0.23 HZ,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.,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
12、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0.25HZ,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.,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
13、,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,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,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）
14、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,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,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,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,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
15、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,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 300600mv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,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
16、,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,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200 mv 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2500 r/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
