闭环电喷系统中的氧传感器波形分析

来源：摩托车技术  作者：佚名  

摘要：在电喷摩托车发动机进入闭环控制工况时，ECM将根据氧传感器的电压信号来修正喷油脉宽，使混合气浓度保持在理论空燃比附近。借助发动机数据分析系统对各工况下的氧传感器波形进行分析判断，有助于快速检刚出电喷系统中是否存在影响尾气排放的空燃比反馈故障。同时对于完成故障维修的车辆，通过A传感器波形分析可以验证出维修是否有效，故障是否彻底排除。使车辆在日常使用中的尾气排放也能达到一个良好的状态。
    目前，国产电喷摩托车使用的皆是闭环电喷系统，利用排气管上安装的氧传感器测试气缸内燃烧后的废气中氧气含量。当发动机进入闭环控制工况时，氧传感器的反馈信号就显得尤为重要。在电喷摩托车的维修中，借助发动机数据分析系统对各工况下的氧传感器波形进行分析判断，有助干快速检测出电喷系统中是否存在影响尾气排放的空燃比反馈故障。对于完成故障维修的车辆，通过氧传感器波形分析可以验证出维修是否有效、故障是否彻底排除。另外，可使车辆在日常使用中的尾气排放也能达到一个良好的状态。
    氧传感器在电喷系统的空燃比反馈控制中有着很重要的地位，ECM模块通过接收氧传感器的输入反馈信号对比判断喷油器工作后的实际空燃比是否满足设定要求，进而再修正喷油器的脉宽（开启持续时间），以达到其预先设定的空燃比值。其控制框架原理参见图1所示。

                               
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      通过对工况正常的发动机进行氧传感器波形采集，了解各工况下波形的变化，进而可以得知正确状态下的氧传感器波形数据，在维修中该数据可作为标准数据用于比较对比，检测出发动机存在的故障。本文中略为描述电喷摩托车的氧传感器波形，以供摩托车爱好者和广大读者参考。
    目前，国产电喷摩托车普遍使用的是ZrO2氧传感器，具体又可细分为单线型的外加热氧传感器与多线型的自加热氧传感器。外加热氧传感器需要高温排气对传感器本体进行加热，所以皆安装在靠近发动机气缸头排气道的位置，例如五羊-本田佳御摩托车。自加热型传感器内部安装有加热电阻，使用蓄电池电源对传感器本体加热，可快速达到正常工作所需温度，此类氧传感器可安装在远离气缸头排气道的位置，例如豪爵骊驰摩托车。
    ZrO2氧传感器需要达到300℃以上的温度时才能正常工作，该类氧传感器正常的输出反馈电压在0～1V之间变化。 0.5 V以上的输出表示混合气过浓；0.5V输出表示过稀和过浓之间恰当平衡；0.5 V以下的输出表示混合气过稀。输出电压变化表示ECM在改变空燃比（空气与燃料的比例，混合气浓度）。
    正常的氧传感器输出电压波形应该满足3要素：最高电压值，最低电压值，响应时间（电压从高至低变化的时间）。通常情况下允许的范围是最高电压值＞850 mV，最低电压值为75～175 mV，响应时间＜100 ms。对于波形振幅变化的要求是在怠速状态下10 s内波形振幅不少于8次。
    图2为进入闭环怠速工况时的氧传感器波形，从图中右上方的鼠标测量值上可以看到，最高电压930mV，最低电压138 mV，响应时间33.50 ms。时基轴为200 ms，整个显示屏幕为10格，即2s时间内出现了4次明显的浓稀振幅变化，说明该氧传感器输出波形正常，不存在传感器自身故障问题。损坏的氧传感器的3要素值通常会偏离正常值，但是氧传感器未达到正常工作温度时，也会存在这种现象，所以进行氧传感器波形测试时，必须要使传感器进入正常工作温度范围，即发动机需要充分热机。

                               
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    在图2中可以看到，氧传感器波形并不细致，而是存在很多杂波。细小的杂波大多是由氧传感器自身的化学特性引起，而并非发动机故障。瞬间存在的高峰值杂波来自于点火的干扰，尤其是单线氧传感器，接地回路是直接通过传感器外壳接地，而并非使用屏蔽导线接地，此类杂波属于正常现象。当氧传感器的波形存在严重杂波的时候，通常是点火不良或油路存在故障，例如喷油器泄漏或燃油压力失常。严重杂波是指在一定的时基轴下，氧传感器的波形失去正常时的状态，同时波形的振幅值较大。参见图3所示的存在故障情况下的氧传感器波形，此时的波形已经明显偏离了正常情况，说明发动机的空燃比反馈上出现了故障，将直接影响到尾气的排放。

                               
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    在此需要指出一点，氧传感器的波形仅能在稳定工况下进行分析，如果处于变化工况，例如加／减速状态时，波形由于受到ECM控制的喷油脉宽影响，将失去分析意义，仅能作为一种参考数据来间接分析电喷系统中的其他传感器与执行器的实际工况。