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.

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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

2 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

3 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

4 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” 。

5 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 控制电脑 氧 喷 传 油 感 器 器 看
门 狗 WTACH DOOR DOG 控制电脑

6 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。 双氧传感器波形 单缸点火次极波形

7 氧传感器与三元催化转化器 CO+O2 CO2 HC+O2 H2O CO2 NOX – O2 NOX N O2
在三元催化器中CO和HC是氧化反应，NO是还原反应。 CO+O2 CO2 CO HC+O2 HC H2O CO2 NOX – O2 NOX N O2

8 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

9 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。

10 氧反馈平衡测试 结 开 束 始 更换氧传感器 检查点火/燃油/真空 检修尾气净化装置 检 查 氧 传 感 器 检 查 反 馈 控 制 测 氧
坏 不良 不良 检 查 氧 传 感 器 检 查 反 馈 控 制 测 氧 传 感 波 形 检 测 尾 气 排 放 结 束 开 始 良好 良好 良好 良好 反 映 性 响 应 性 对 称 性 净 化 性 不良 检修 电脑控制系统 不良 检查O2输入及 ECM输出信号 良好 检修 燃油及机械系统

11 基本概念 E C M 上流动系统: 下流动系统: 闭环: 喷油器 CAT 氧传感器 氧传感器之后的系统 氧传感器之前的系统 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 氧传感器

12 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。

13 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2～3 min，氧传感器信号电压值也不会发生变化。

14 发动机启动后氧传感器波形 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。 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

15 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

16 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)

17 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 C UMIN 75～175 mv
(最高电压) C UMIN ～175 mv (最低电压) B I <100 ms (响应时间) 注:波形中间在 mv之间的下降段应该是上下垂直的。

18 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2~3min 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

19 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

20 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

21 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 V 响应时间延长至 ms

22 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。

23 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。

24 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。

25 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。

26 氧化锆型氧传感器 引出线 硅橡胶 O2 连接线 1.0V 外壳 陶瓷支架 0V 二氧化锆 浓 稀 内侧电极 氧化锆型氧传感器 信号输出特性
压 连接线 1.0V 外壳 陶瓷支架 0V 二氧化锆 浓 理论空燃比 稀 内侧电极 氧化锆型氧传感器 信号输出特性 护罩 外侧电极

27 氧化钛型氧传感器 引出线 输 金属网 出 电 阻 连接端子 特 性 输 出 电 压 特 性 O2 输 出 电 阻 电极引线 外壳
浓 理论空燃比 稀 密封釉 保护壳 O2 输 出 电 压 特 性 1/5V 输 出 电 压 滑石 主接头 密封圈 长孔垫圈 基片 浓 理论空燃比 稀 二氧化钛元件

28 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）

29 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

30 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0.1~1 HZ

31 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
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.

32 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0.2~3 HZ

33 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.

34 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

35 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.

36 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

37 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

38 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

39 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

40 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

41 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

42 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

43 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

44 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

45 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
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

46 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. 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) 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)

47 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

48 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

49 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。

50 双氧传感器的正常波形 三元催化器前后 氧传感器电压波形 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。 三元催化器前后 氧传感器电压波形 后氧传感器信号电压波形 前氧传感器信号电压波形

51 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

52 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)

53 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

54 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)

55 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。

56 “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。

57 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

58 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。

59 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

60 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。

61 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。

62 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%)

63 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

64 用万用表检查氧传感器的方法 氧传感器测试参数指标 1.在混合气浓状态下输出电压应达到0.800V (实测约0.7~1.1V)
3.输出电压变化频率应在1~5HZ

65 用万用表检查氧传感器的方法 在线式测量 分离式测量 试验台测量 氧传感器与电脑之间的线路相连接时测量 氧传感器与电脑之间的线路不连接时测量
拆下氧传感器后在试验台上测量

66 用万用表检查氧传感器的方法 试验台测量方法
在拆下氧传感器后进行试验台测量时，应使用丙烷加热氧传感器的带有凹槽的不锈钢端部，在20S内应看到大于0.6V的输出电压信号

67 用万用表检查氧传感器的方法 氧传感器测试条件 1.发动机起动热机后2000~2500r/min 运转两分钟以上
2.氧传感器加热器电压及电流应正常 3.氧传感器应达到600℉(315℃)以上

68 氧传感器的修理方法 在混合气较浓状态下氧传感器若没有输出电压，则可能是氧传感器被积碳阻塞。此时可以让发动机在2000r/min的转速下以稀混合气状态运转1~2min即可清洁氧传感器或造成真空泄漏使发动机转速时快时慢，以此产生足够多余的热量去烧掉排气装置中的积碳层。