波形分析

电控汽油喷射系统的波形分析

汽车用示波器

一、汽车示波器的功用

汽车上电子设备所占的比例越来越多，电子设备的修理工作也就越来越多，这就对今天的汽车维修技术提出了新挑战。现代的汽车修理工作已经不再是一个单纯的机械修理，而是机械和电子一体化的维修，如果一个汽车 维修企业不具备有效地排除汽车电子设备的故障能力，这个企业必将面临被淘汰的危险。为了能有效地排除汽车电子设备的故障，保证汽车修理的质量，必须具备以下三个基本条件： （1） 必备的测试设备； （2） 必需的维修资料； （3） 必要的技术培训；

汽车示波器的诞生为汽车修理技术人员快速判断汽车电子设备故障提供了有力了的工具。用普通的示波器去测试电子设备时，最大的困难是设定示波器（即调整示波器的各个按钮，使显示的波形更为清楚）和分析波形，而使用汽车示波器测试汽车电子设备非常简单，只要像点菜单一样，选择要测试的内容，无需任何设定和调整就可以直接观察波形。汽车示波器是专门为汽车维修人员设计的“傻瓜”示波器，它的设定和调整是全自动的，使用汽车示波器，就你使用一台“傻瓜”照相机一样方便。

示波器与万用表相比有着更为精确及描述细致的优点，万用表通常只能用1—2个电参数来反映电信号的特征，而示波器则用电压随时间的变化的图形来反映—‘个电信号，它显示电信号比万用表更准确、更形象达式

有些汽车电子设备的信号变化速率非常快，变化周期达到干分之一秒．通常测试仪器的扫描速度应该是被测试信号的5—10倍。还有许多故障信号是间歇的，时有时无，这就需要仪器的测试速度大大高于故障信号曲速度。汽车示波器不仅可以快速捕捉电信号，还对以用较慢的速度来显示这些波形，以便一面观察，一面分析。汽车示波器还可以以储存的方式记录信号波形，反复观察已经发生过的快速信号，这就为分析故障提供了极大方便。无论是高速信号(如喷油嘴、间歇性故障信号)，还是慢速信号(如节气门位置变化及氧传感器信号)，都可以用汽车示波器来观测被测设备的工作状况。

使用汽车示波器还可以判定故障是否已被排除，而不仅仅是知道故障码是否清除，这可以帮助维修人员提高修理水平。 二、汽车示波器(表)的应用

汽车示波器在汽车电子控制故障诊断中，有两种方式：

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(1)整个系统运行状态的分析——确定整个系统运行的 情况。

(2)某个电器或电路的故障分析——确定在整个系统运行正常的情况下，某个电器或某段电路的故障。

许多人认为在汽车故障诊断中使用汽车示波器的原因是为了让汽车修理技术人员可以“看”到电子电路中发生了什么，但是为什么要去“看”电子电路呢? 近年来，点火示被器在汽车修理业发挥了巨大的作用的一个原因就是点火示波器能“看”到电子信号c点火不波器不仅使我们看到了点火系统的问题，还可以帮助查出许多电子和机械方面的故障c自19肋年燃料反馈控制系统出现以来，还没有一种快速同时又准确的方法，能够去测量所有的电子式和机械式反馈系统的运行性能。在有些汽车上可以连接解码器，并从解码器亡快速得到许多有用的资料，但由于解码器软件的限制，它不能看到诸如

损坏的喷油驱动器、氧传感器变化过慢或产生反向的电压信号。此外，大多数解码器只能用英文字符或数字来显示测试结果，而不是用直观的画面来显示。

用氧反馈平衡诊断汽车故障的方法是分析电控喷射发动机故障的一种新方法。在装有燃油反馈系统的汽车亡，使用汽车示波器测量氧传感器的信号，可以方便地了解整个系统的运行情况。如果氧传感器能够产生合适良好的波形，则无论是整个发动机系统，还是电子控制部分都是正常的。氧传感器平衡过程是诊断和修理验证的过程，通过将汽车示波器接到氧感器电路上，验证氧传感器本身是否工作正常，然后分折波形，更进一步确定需要进行怎样的修理(电子的或机械的)，或判定燃料反馈控制系统的故障是否已经排除。在这个过程中，能够用氧传感器反馈平衡分析方法来诊断真空漏气、点火不良、喷油不平衡、气缸压力等问题。 任何一个汽车电子信号都应具有幅值、频率、形状、脉宽、阵列五个参数。汽车示波器可以显示出所有汽车电子信号的这五种判定尺度。通过波形分析，同样可检查出电路中传感器、执行器以及电路和控制电脑等各部分的故障。 汽车示波器的主要应用范围包括：

(1)在日常调整或行驶性能及排放诊断中实施氧反馈平衡 (oL圆)试验；

(2)查出故障码所指电路的故障；

(3)查出所怀疑的造成行驶性能故障以及诽放故障的那些电电路中的问题。

三、利用波形分析的优点：

（一）电控系统的工作是否正常； （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。 四、电子信号的类型— 共分五种类型：

汽车电子信号有五大基本类型，即直流信号、交流信号、频率信号、脉宽信号、串行数据信号。

（一）直流（DC）信号：

电压和电流方向，都不随时间变的信号。如：CTS、ATS、油温传感器、TPS、

EGR位置传感器等。

1、 直流脉冲信号—电压在高、低电平间大幅度的跳变信号。

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2、直流波动信号—电压变化，电流方向不变的信号。如：发电机输出电压。

（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。

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五、波形好坏的五种依据：

了解了五种基本的汽车电子信号——直流、交流、频率调制、脉宽调制和串行数据信号后，再根据汽车电子信号的五种基本特征——幅值、频率、脉冲宽度、形状和陈列，即五个判定依据，便可诊断出汽车的故障。

（一） 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。

（二） 频率—电子信号1s的循环数（Hz）。

（三） 脉冲宽度—电子信号所占的时间（ms）或占空比（%）。

（四） 形状—电子信号的外形特征（曲线、轮廓、上升沿、下降沿、分界线）。

（五） 阵列—电子信号的重复方式。

六、电子信号与判断依据的关系

每个电子信号都可以5种判断尺度中的一个或多个特征组成，每个电子信号都要有用判断尺度依据来确定电子通讯。5个基本类型中的任何一个必然是有一个或多个判断依据尺度来帮助理解什么类型的电子信号由什么判断依据来进行它们的“电子通信” 如下表：

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七、波形识别 1．几种术语 （1）峰——峰值

表示波形的最高和最低的差值

(2)频率

表示信号每秒的周期数。例如信号周期=20ms=0.025s 频率=1/0.02=50Hz

⑶ 脉冲宽度

表示信号负电压部分的宽度

⑷ 占空比

表示信号的脉冲宽度与信号周期的比值,以百分比表示。例如：占空比=15ms/20ms*100%=75%,脉冲宽度=15ms

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。

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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：热膜式空气流量计。

（六）卡门涡流式空气流量计的波形：

输出的是与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：

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（1）频率、脉宽、应随转速而变化，电压应保持5～0V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的波形：

为线性电位器，输出0~5V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）SW—ON，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5～15KHz，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。

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试验方法：

（1）起动发动机，就车试验； （2）不起动发动机，SW—ON，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3～5V；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，SW—ON，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：

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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）、最低电压（0V）、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0x。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2～6min。 （3）再怠速运转20s。 （4）在2s内将节气门全开，共进行5～6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：02的跃变波形。

（十一）二氧化钛TiO2氧传感器的波形：

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

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出0～5V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，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1～6ms；冷起动或节气门达到全开时，喷油持续时间为6～35ms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30～100V，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，喷油器脉宽变大（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：喷油器电压和电流波形。

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2、峰值保持型喷油器的波形—主要用于单点喷射系统中，满足多缸大油量的需求。

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启度的大小，来调节空气量的多少。

实例：占空比控制的IAC波形。

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（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。

点火性能的好坏和检测程序，应利用点火检测仪和示波器进行检验：

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Tr—OFF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。

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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，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、闭合角的大小和提前角的早晚，受ECU和点火器的控制，随转速和负荷而变。点火峰值的高低和放电持续时间的长短，与点火器、点火线圈、高压线、火花塞等元件的质量有关，是点火系统好坏的关键。为此，单缸点火波形和多缸阵列波形的检测，是维护作业内容的重要环节。

（5）如多缸次级阵列波形所示：三缸和二缸的点火峰值偏低，说明存在高压线漏

电、分电机盖漏电、火花塞瓷体漏电或间隙过小等故障。

实例：峰值电压不一致波形。

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又如：A、燃烧线缩短或倾斜—混合气过稀。

再如：B、燃烧线有杂波—高压线或火花塞漏电，混合气燃烧不良。

再如：C、击穿电压波形有负值—分火头或火花塞漏电。

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（第十六）CAN-BUS数据总线波形：

正常波形：低速线L和高速线H波形对称 ，但电位相反。

END！

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