电控汽油喷射系统的波形分析,山东交通学院 吴际璋,各种传感器的波形显示和波形分析，是电测量和判断故障，最有效的手段。汽车用的示波器，是快速判断电器元件故障的有力工具，能及时地抓住电器元件瞬间发生的微小变化，进而诊断出难以发现的瞬间故障，下图，为常见的一种汽车用示波器。,一、利用波形分析的优点： （一）电控系统的工作是否正常（如点火系统）； （二）某个电元件瞬间故障的所在； （三）显示电子信号的全貌，形象、连续、准确。,二、电子信号的类型 共分五种类型： （一）直流（DC）信号：电压和电流方向，都不随时间变化的信号。如：CTS、ATS、油温传感器、TPS、EGR位置传感器等。,（二）交流（AC）信号： 电压和电流方向，都随时间变化的信号。循环变化一周的时间，叫“周期”T（S）。一秒内循环变化的周期，叫“频率”f。频率和周期是互为倒数关系：f =1/T。如：磁电式转速、车速、轮速传感器、曲轴位置传感器、KNK等。,（三）频率信号： 一秒内循环变化的周期数信号，为频率信号。即每秒的循环数（Hz）或每秒波形周期数（ms）。如：热线（热膜）AFS、MAP、光电式传感器HL传感器等。,（四）脉宽信号： 即：信号周期的比值“占空比”（%）。其负电压部分的宽度，叫“脉宽”（ms）。如：INJ、IAC、各种电磁阀、点火线圈初级等。,（五）串行数据信号： 自诊系统的多路数据流和网络信号。,三、波形好坏的五种依据： 1、幅值电子信号在一定点上的即时电压，或最高和最低的差值。 2、频率电子信号1s的循环数（Hz）。 3、脉冲宽度电子信号所占的时间（ms）或占空比（%）。 4、 形状电子信号的外形特征（曲 线、轮廓、上升沿、下降沿、分界线）。 5、阵列电子信号的重复方式。 如下表：,要求：发动机稳定工况下，不允许信号数据异常；信号形状不应有：中断、杂波、毛刺、平台、拐角异常等现象。否则，为传感器或电元件失效。,四、各种传感器和电元件的标准波形：（一）磁电式曲轴位置、凸轮轴位置、转速、车速、轮速传感器的波形为交变尖波信号，幅值与频率和转速成正比。要求：（1）幅值电压应一致； （2）波形上下应对称； （3）幅值、频率与转速成正比； （4）否则：为缺齿、气隙过大、退磁、磁棒上有铁屑、线圈断路等故障。,实例：磁电式曲轴位置传感器波形。,（二）霍尔式曲轴位置、凸轮轴位置、转速、车速 传感器的波形： 为矩形方波，是开关型信号。频率与转速成正比，电压幅值不变。 要求：（1）一个脉冲到另一个脉冲的时间不变；（2）上下沿拐角一致；（3）幅值均等；（4）频率随转速而变； （5）否则，传感器己损坏。,实例：霍尔式曲轴位置传感器的波形：,（三）光电式曲轴位置、转速传感器的波形： 低频率的IGT/NE信号，为脉冲矩形方波；高频率的SP信号，为园角形方波，都为开关型的信号。其光电管最怕脏和漏光。 要求：同霍尔式传感器内容。,实例：光电式曲轴位置转速传感器的波形。,（四）进气压力传感器（MAP）波形： 半导体压敏电阻式，输出05V的随动电压，它的频率、幅值和波形随转速和Px的变化而变化，为不规则的尖刺方波。怠速时（64kpa）输出电压为1.25V；全开时（13kpa）输出电压接近5v；急减速时（80kpa）为0v。,1、试验方法可就车运转测试，也可用手动真空泵测试。（1）慢加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速位置。（2）急加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速位置。 2、要求（1）波形上无杂波； （2）幅值、频率随转速和px变化；（3）波形的重复性和一致性好； （4）否则，MAP损坏。,实例：进气压力传感器（MAP）波形：,（五）热线（热膜）式空气流量计AFS的波形： 为热敏电阻桥式电路，输出05V的随动电压信号。为跳动的尖刺方波，这是因为它的反应灵敏度高，是空气流脉动引发了尖刺。怠速时输出电压应大于0.2V；全开时应大于4V；急减速时输出电压应稍低于怠速。其频率与转速和流量成正比，做加减速试验应产生下列波形。,1、试验方法：（1）慢加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速； （2）急加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速。,2、要求：（1）怠速时输出电压小于0.2V；全开时输出电压小于4V，AFS己损坏。（2）急加速时电压波形上升慢或急减速时电压波形下降慢，为热膜赃污。3）随着流量的增加，输出电压波形的频率也增加。,实例：热线（热膜）式空气流量计AFS的波形。,（六）卡门涡流式空气流量计的波形： 输出的是与1涡流频率相对应的电信号，波形为尖角和方角矩形脉冲信号。,1、波形变化特点：（1）在转速和空气流量稳定的状态下，流量计的波形频率、脉宽，及其电压幅值应是稳定状态。（2）在加速时，不仅频率增加，它的脉冲宽度也同时改变。这是为了加速时，向ECU提供同步加浓信号和异步加浓信号，改变喷油量的多少。,2、试验方法：（1）慢加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速； （2）急加速到全开，保持2s，看波形，再回到怠速。,3、要求： （1）频率、脉宽、应随转速而变化，电压应保持50V的幅值。波形的正确性、一致性、重复性好。否则，更换新的AFS。 （2）把测试时间用在有疑问的转速区段，查看 波形是否正确。,实例：卡门涡流式空气流量计的波形。,（七）节气门位置传感器TPS波形： 为线性电位器，输出05V的随动电压。全闭时输出电压小于1V；全开时输出电压接近5V。,1、试验方法： （1）SWON，发动机不运转； （2）使节气门从全关到全开位置，并回到全关位置（3）反复几次。,2、要求： （1）波形上下不应有任何断裂、毛刺、大跌落； （2）应注意 前1/4开度的波形，这是常用的碳膜部分； （3）2.8V处的波形，是最容易坏的部位。,实例：节气门位置传感器TPS波形。,（八）爆振传感器KNK的波形： 它是一个压电式交流信号，爆振时产生1V交变电压，频率峰值达515KHz，爆振愈严重，峰值愈高。峰值电压和频率随转速和负荷及点火时间而变化。,试验方法：（1）起动发动机，就车试验； （2）不起动发动机，SWON，用金属物敲击KNK附近的机体，出现波形。 （3）如果坏了，出一直线。,实例：爆振传感器KNK的波形。,（九）水温传感器CTS和气温传感器ATS的波形： 为负温度系数热敏电阻式，是随温度变化的直流信号。由ECU提供一个5V的参考电压，输出电压与温度成反比。冷态时为35V；热态时为1V左右（实为电压降的测量）。,试验方法： （1）CTS的测量，用发动机运转后水温变化的方法。 （2）ATS的测量，不起动发动机，对ATS适当加热，SWON，用向ATS喷水或清洗剂的办法，使其降温，其电压波形的变化，应是上升的规律。,实例：水温传感器CTS和气温传感器ATS的波形。,（十）二氧化锆ZrO2氧传感器的波形： 它是一个“嗅敏电池”，能产生1V的电压，检测时有三个重要参数：最高电压（1V）、混合气从浓到稀时，信号的反应时间（小于100ms，即10s内变化8次以上）。任何一项不符合要求，即更换新0 x。这三个参数对二氧化钛（TiO2）氧传感器也适用。,试.验方法：（1）应先检测加热电阻的好坏；再检测02的好坏。 （2）急加速法较方便先以2500r/min预热发动机和氧传感器26min。（3）再怠速运转20s。 （4）在2s内将节气门全开，共进行56次（转速不应高于4000r/min）。 （5）看屏幕上的波形，与标准波形参数对比。如下图、下表所示：,实例：二氧化锆ZrO2氧传感器的波形。,（十一）二氧化钛TiO2氧传感器波形： 它是一个“嗅敏电阻”，电阻值随氧含量而变。由ECU提供5V的参考电压，输出05V的信号电压。与二氧化锆的氧传感器电压变化规律相反：混合气浓时、电压低；稀时电压高。,（十二）双氧传感器的波形： 不少车系，一在三元催化器（TWC）的前后各装一个氧传感器，它有两个好处：（1）为了监控TWC的好坏；（2）对空燃比A/F的控制精度高，净化性好。,（十三）喷油器INJ的波形： 喷油器实为一个脉冲电流控制的开关型电磁阀，其控制驱动方式各异，所以波形也不相同。多数喷油器的驱动是采用NPN开关三极管Tr，它的脉冲使一个己经有电压供给的喷油器接地后喷油。检测INJ之前，应先检测O2的好坏，才能正确判定INJ的好坏。怠速工况的喷油持续时间为16ms；冷起动或节气门达到全开时，喷油持续时间为635ms为好。,1、饱和开关型喷油器的波形 它在多点喷射系统中广泛使用。当ECU的Tr管导通时ON，喷油器喷油；Tr管截止时OFF，喷油器仃喷，磁场发生突变，线圈产生峰值电压，可达30100V，它代表了线圈的好坏。线圈匝数少的INJ，峰值电压即小。,试验方法：（1）人为变浓混合气向进气管中喷丙烷，使混合气变浓，喷油脉宽变小（Ox反馈功能）。,（2）人为变稀混合气使进气管漏气，混合气变稀，喷油器脉宽变（Ox反馈功能）。这都说明INJ和其驱动电路是良好状态。（3）从怠速将转速升高到2500r/min，喷油脉宽应改变，说明INJ及其电路良好。,实例：饱和开关型喷油器电压、电流波形。,2、峰值保持型喷油器的波形主要用于单点喷射系统中，提高开启响应性，满足多缸大油量的需求。同时也用于柴油机共轨喷射系统中。 它是利用4A的电流打开喷油器的阀门，再用限流电阻以1A的电流保持开启状态，然后再完全断开接地电路。因而，产生两个高低不平的峰值。,3、喷油器电路好坏的波形显示：（1）示波器有喷油脉冲信号信号的峰值、频率、形状、脉宽是否正常？应有可重复性和一致性。（2）示波器只显示0V的直线为喷油器供电源无12V电压。（3）如供电源电压正常显示0V直线，为喷油器线圈或电接头损坏。（4）示波器只显示12V电压直线为ECU的Tr管不能接地故障或没有收到曲轴位置信号和转速信号。,（十四）怠速空气调节器IAC的波形： IAC分：电磁阀式、转阀式、步进电机式。当额外负荷加大时，都是利用ECU驱动Tr管，改变信号的脉冲宽度（ms）或占空比（%），控制其开启时间或开度的大小，来调节空气量的多少。,实例：占空比控制的IAC波形。,（十五）点火系统的波形：1、点火系统的组成和检测程序：计算机控制的点火系统，是电喷系统共控网络的一个重要部分。是由：、点火信号发生器、ECU的相关电路、点火器、点火线圈、分电机、高压线、火花塞等元件组成。点火系统又分：有分电机和无分电机两种型式。其点火性能的好坏和检测程序，应使用点火检测仪和示波器进行。,计算机控制的点火系统,2、波形的分析： （1）点火系统实际上是电感（L）、电阻（R）、电容（C）、组成的振荡电路。点火线圈是一个变压器，当电流通断变化时，由于磁场的变化，瞬时会产生电感振荡波形。所以，当TrOFF时，磁场迅速减小，产生感应电动势，次级电压迅速增长，不等达到峰值，就击穿了火花塞电极，此为“击穿电压”。ab线称“点火线”，其峰值电压可达30KV。,当火花塞被击穿时，两电极间产生“火花放电”，次级电压骤然下降，cd线的高度称“放电电压”，一般可达20KV以上，其宽度称“放电持续时间”（ms），故称“燃烧线”。此时，所有的电容能量将释放，因而产生“高频振荡”波形。,说明：A、“击穿电压”高，为次级电路电阻过高（高压线或火花塞间隙大）；低为次级电路电阻过低。B、“燃烧线”不应有过多的杂波。否则，为火花塞赃污或喷油器损坏。C、“燃烧线”持续时间的长短（一般为1.5ms），与混合气的浓稀有关，浓则长（2ms）；稀则短（0.75ms）。,（2）当次级线圈放电完了时，电火花消失，初级线圈中还存在着残余磁场能量，产生衰减的电感“低频振荡，”如图中的de段。,（3）同样，由于电容能量和电感能量的作用，点火线圈的“互感效应”，使初级线圈也产生与次级线圈相同的振荡波形，只是波形的幅值大小不同，可任意择取其波形来判断故障。,（4）可见，初级线圈的波形、幅值、闭合角的大