氧传感器波形分析

• 双氧传感器信号电压波形及分析如图所示
双氧传感器信号电压波形分析
• 一个工作正常的三效催化转化器，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，三效催化转化器会因温度过高(如点火不良时)而 损坏(催化剂有效表面减少和板块金属烧结)，也会因受 到燃油中的磷、铅、硫或发动机冷却液中的硅的化学污 染而损坏。 • OBD－Ⅱ诊断系统的出现改进了三效催化转化器的随车 监视系统。 • 在汽车匀速行驶时，安装在三效催化转化器后的氧传感 器信号电压的波动应比装在三效催化转化器前的氧传感 器(前氧传感器)信号电压的波动小得多 (图a)，因为正常 运行的三效催化转化器在转化HC和CO时要消耗氧气。 • OBD－Ⅱ监视系统正是根据这个原理来检测三效催化转 化器转化效率的。
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450 mV，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。
• 3.定住屏幕上 的波形(图)， • 接着就可根据 氧传感器的最 高、最低信号 电压值和信号 的响应时间来 判断氧传感器 的好坏。 • 在信号电压波 形中，上升的 部分是急加速 造成的，下降 的部分是急减 速造成的。
急加速法测试时氧传感器 的信号电压波形
氧化钛型氧传感器
• 氧化钛型氧传感器是用于输出信号为 5 V或1 V的 可变电阻，其工作原理与发动机冷却液温度传感 器(ECT)和进气温度传感器(IAT)相似。 • ECT和IAT都是一个可变电阻器，其电阻值随着温 度的变化而变化；氧化钛型氧传感器的电阻值则 随其周围氧含量的变化而变化。 • 发动机电控单元为读取这个可变电阻两端的电压 降，通常都要给它提供一个参考工作电压，一般 是1 V(也有的是5 V)，氧化钛型氧传感器输送给 发动机电控单元的是一个稍低的反映混合气空燃 比变化的变化电压(信号电压)。
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300 3 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427 mV， 最低信号电压 <0 V，混合 气从浓到稀时 信号的响应时 间却延长为 237 ms，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
• 用汽车波形测试设备对氧传感器进行测试时可以 从显示屏上直接读取最高和最低信号电压值，并 且还可以用波形测试设备游动标尺读出信号的响 应时间(这是汽车波形测试设备特有的功能)。 • 汽车波形测试设备还会同时在其屏幕上显示测试 数据值，这对分析波形非常有帮助。 • 如果在关闭丙烷开关之前，发动机怠速运转时间 (即混合气达到过浓状态的时间)超过25 s，则可 能是氧传感器的温度太低，这不仅会使信号电压 的幅值过低而且还会使输出信号下降的时间延长， 造成氧传感器不合格的假象。 • 因此，在检测前应将氧传感器充分预热(即让发 动机在2 500 r/min下运转2 min～3 min)。
• 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100 r/min～200 r/min。这个操作步 骤必须在20 s～25 s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。
• 如果发动机仅怠速运转5 s，就可能有1个或 多个参数不合格，而这个不合格并不说明 氧传感器是坏的，只是测试条件没有满足 的缘故。 • 多数损坏的氧传感器都可以从其信号电压 波形上明显地分辨出来。 • 如果从信号电压波形上还无法准确地断定 氧传感器的好坏，则可以用波形测试设备 上的游动标尺读出最大和最小信号电压值 以及信号的响应时间，然后用这3个参数来 判断氧传感器的好坏。
• ②下流动系统(Downstream System)
•
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(Close Loop)
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。
• 当三效催化转化器损坏时，三效催化转 化器的转化效率丧失，这时在其前后的 排气管中的氧气量十分接近(几乎相当于 没有安装三效催化转化器)，前、后两氧 传感器的信号电压波形就趋于相同(图b)， 并且电压波动范围也趋于一致。 • 出现这种情况应更换三效催化转化器。
氧传感器的杂波分析
• 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效催化转化器工作效率 降低的状况。 • 对杂波的分析是尾气分析中最重要的内容，因为 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，从而影响三效催化 转化器的工作效率以及尾气排放和发动机性能。 • 杂波信号的幅度越大，各个燃烧过程中氧气量的 差别越大。
②急加速法检测氧传感器信号 电压波形
• 对有些汽车，用丙烷加注法测试氧传感器信 号电压波形是非常困难的，因为这些汽车的 发动机控制系统具有真空泄漏补偿功能(采 用速度密度方式进行空气流量的计量或安装 了进气压力传感器等)，能够非常快地补偿 较大的真空泄漏，所以氧传感器的信号电压 决不会降低。 • 这时，在测试氧传感器的过程中就要用手动 真空泵使进气压力传感器内的压力稳定，然 后再用急加速法来测试氧传感器。
• 大多数氧化钛型氧传感器用在多点燃油喷射系统 中，氧传感器用5 V电源，在其他汽车上用1 V电 源。 • 除了少数 5 V 氧化钛型氧传感器系统以外，多数 汽车氧化钛型氧传感器都具有与氧化锆型氧传感 器相同的性能。 • 少数与氧化锆型氧传感器信号波形不同的 5 V 氧 化钛型氧传感器信号波形有2个特点： • 1. 信号电压的变化是从 0 V 到5 V ，而不是从 0 V 到1 V 。 • 2.信号电压与其他氧传感器的信号电压相反：混 合气浓时电压低，混合气稀时电压高(图)。
• 通常，氧传感器的位置越靠近燃烧室，燃油控制 的精度就越高，这主要是由尾气气流的特性 ( 例 如尾气的流动速度，排气通道的长度和传感器的 响应时间等)决定的。
• 许多制造厂在每个气缸的排气歧管中都安装 1 只 氧传感器，这就使汽车维修人员容易判断出工作 失常的气缸，减少判断失误。 • 在许多情况下只要能迅速地判断出大部分无故障 的气缸 ( 至少为气缸总数的 1/2 以上 ) ，就能缩短 故障诊断时间。
• 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 2 500 r/min 下运 转2 min～3 min。 • 5.使发动机怠速运转。
• 因此，在 相同的时 间内，该 系统氧传 感器信号 电压变化 的频率较 高，其频 率为0.2 Hz(怠速 时)～3 Hz(2 500 r/min时)， 如图所示。
典 型 单 点 式 燃 油 喷 射 系 统
氧 传 感 器 的 信 号 电 压 波 形
②多点式燃油喷射(MFI)系统氧传感 器信号电压波形
• 急加速法测试步骤如下： • 1.以2 500 r/min 的转速预热发动机和氧传 感器2 min～6 min。 • 然后再让发动机怠速运转20 s。 • 2.在2 s内将发动机节气门从全闭(怠速)至 全开1次，共进行5次～6次。
• 特别提醒：不要使发动机空转转速超过 4 000 r/min，只要用节气门进行急加速和急 减速就可以了。
• 在许多汽车发动机的燃油反馈控制系统中，安装 了2只氧传感器。 • 为适应美国环境保护署 (EPA) 对废气控制的要求， 从1994年起有些汽车在三效催化转化器的前后都 装有1只氧传感器，这种结构在装有D－Ⅱ的汽 车上可用于检查三效催化转化器的性能，在一定 情况下还可以提高对混合气空燃比的控制精度。 • 由于氧传感器信号的反馈速度快，其信号电压波 形就成为最有价值的判断发动机性能的依据之一。 对汽车维修人员来说，氧传感器安装得越多，好 处就越多。
• 氧化钛 型氧传 感器和 氧化锆 型氧传 感器的 信号响 应时间 一般是 相同的。
氧 化 钛 型 氧 传 感 器 的 信 号 电 压 波 形
不同燃油喷射系统中的氧传感器波形
• 通常有2种不同的燃油喷射系统：节气门体燃 油喷射 (TBI) 系统和多点式燃油喷射 (MFI) 系 统。由于它们的结构、原理不同，其氧传感 器的信号也稍有不同。 • ①节气门体燃油喷射系统氧传感器信号电压 波形 • 节气门体燃油喷射系统(又称单点式燃油喷射 系统)只有一个喷油器，由于系统的机械元件 少了，所以它只需用较少的时间就可以响应 系统的燃油控制命令，较迅速地改变喷油器 的喷油量。