燃油反馈控制系统故障诊断教材

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
O2
输
1.0V
出
电
压
0V
浓 理论空燃比 稀
氧化锆型氧传感器 信号输出特性
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
输 出 电 阻
浓
理论空燃比
氧传感器杂波的三种类型
3.严重杂波
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)
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
氧反馈平衡测试
更换氧传感器 检查点火/燃油/真空 检修尾气净化装置
坏
不良
不良
检
检
测
检
开 始
查
氧
反 映
良好
传性
查 反
响良好 应
馈性
氧 传
对良好
感
称 性
测 尾
净
良好
结
气
化பைடு நூலகம்性
束
感
控
波
排
器
制
形
放
不良
检修
不良 检查O2输入及 良好
检修
电脑控制系统 ECM输出信号 燃油及机械系统
基本概念
喷油器
E
C
M
CAT
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
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。
喷 油 器
发动机
氧
传 感
看 门 狗
器
控制电脑
WTACH DOOR DOG
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
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)
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
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
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。
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
系统进入闭环点
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。
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
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
0V
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。
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
A UMAX
>850 mv
(最高电压)
C UMIN
75～175 mv
(最低电压)
BI
<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 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
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。
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
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 TBI燃油喷射系统氧传感器信号波形
发动机怠速时
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.
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.
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
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” 。
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
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 典型反馈式化油器系统氧传感器波形
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
O2
输 出 电 阻 稀特 性
1/5V 输 出 电 压 浓
理论空燃比
O2
输 出 电 压 稀特 性
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.多点式燃油喷射(MFI)系统
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
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
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
CO+O2 HC+O2
CO2 CO2 H2O
NOX
NOX – O2
N O2
燃油反馈控制工作原理
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 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。
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
(发动机怠速时)
(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.因只有一个喷油器，机械部件少 所以反应时间比较快
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
FBCARB系统氧传感器信号 电压波形中的增幅杂波
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
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
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。
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
氧传感器
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。
氧传感器杂波的三种类型
2.中等杂波
TBI系统氧传感器信号电压 波形中的中等杂波
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。
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 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