浅析氧传感器的故障诊断与维修

吐逊·赛地艾合买提

摘 要 本文主要从发动机氧传感器结构原理入手，分析了氧传感器对发动机性能的影响，叙述了氧传感器故障诊断思路以及波形测试、信号电压测试等，同时给出了氧传感器故障诊断方法。

关键词 汽车发动机 氧传感器 故障诊断

氧传感器的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让电脑获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。氧传感器通常和安装在排气管中段的三元催化反应器一同使用，以保证混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，从而使三元催化反应器能充分发挥其净化作用。

一、氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。

氧化锆在温度超过300 ℃后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机启动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机启动后的20 s～30 s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。

锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1 V。

要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1 V～0.8 V之间不断变化（通常每10 s内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每10 s少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。

二、氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。

三、氧传感器故障对发动机的影响

当氧传感器或线路有故障时，容易产生下列故障：废气排放超标；怠速不稳；空燃比不正确；油耗上升。氧传感器失效后，会使发动机怠速运转不稳，油耗增加，排气管冒黑烟。常见故障是氧传感器因堵塞中毒而失效。产生上述故障的原因主要有以下几点。

1.氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗都可能使其碎裂而失效。处理时要特别小心，发现问题要及时更换。

2.氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物时，阻碍外部空气进入氧传感器内部，会使传感器的输出信号改变，不能正确修正空燃比。表现为油耗上升，排放浓度明显增加，此时将沉积物除净就会使其恢复正常工作。

3.氧传感器中毒，尤其是在以前使用加铅汽油，使氧传感器铅中毒而失效。另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使传感器失效。因此，要使用质量高的燃油和润滑油。修理时要正常选用和安装橡胶胶垫，传感器上涂制造厂规定使用的溶剂和防粘剂等。

4.对于加热型氧传感器，如果加热器电阻烧蚀，很难使传感器达到正常工作温度而失去作用。一般加热电阻的阻值为5 Ω～7 Ω，如果电阻值为无穷大，则应更换传感器。

四、氧传感器检测方法

1.通过波形测试可以准确地判断氧传感器的故障，见图1。通过波形测试可以看出氧传感器的故障（氧传感器损坏的波形）。

图1 波形测试图

2.氧传感器具体诊断方法。 以2500 r/min 运转发动机2 min，预热传感器，拔下传感器插线（有加热线固的传感器注意插角位置），用万用表测量反馈电压，检查10 s内电压表指针摆动次数。若少于8次，再次预热传感器，检查10 s 内指针摆动次数，若摆动8次以上为正常。若仍少于8次，脱开传感器线束插头，测量反馈电压。

（1）电压大于0.45 V 时，脱开进气管上某处真空管，若电压仍大于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压小于0.45 V，说明混合气过浓，应对燃料、进气或控制系统进行检查。

（2）电压小于0.45 V 时，拔下水温传感器插头，接上一只4 Ω～8 Ω 的电阻。若电压仍小于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压高于0.45 V，说明混合气过稀。

实际上，氧传感器是一个相当耐用的部件，只要燃油质量过关，它可以使用3 年或更长的时间。氧传感器的非正常损坏主要是由于燃油中含铅量超标，造成氧传感器表面被铅化物或碳化物覆盖，导致气体不能渗透和氧离子不能扩散而失效。

参考文献

[1]张西振. 汽车发动机电控技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2004.

[2]李春明. 汽车发动机燃油喷射技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2004.

[3]廖发良. 汽车典型电控系统的结构与维修[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]黄凌. 轿车电控发动机维修技能实训[M].北京： 北京理工大学出版社，2005.

摘 要 本文主要从发动机氧传感器结构原理入手，分析了氧传感器对发动机性能的影响，叙述了氧传感器故障诊断思路以及波形测试、信号电压测试等，同时给出了氧传感器故障诊断方法。

关键词 汽车发动机 氧传感器 故障诊断

氧传感器的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让电脑获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。氧传感器通常和安装在排气管中段的三元催化反应器一同使用，以保证混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，从而使三元催化反应器能充分发挥其净化作用。

一、氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。

氧化锆在温度超过300 ℃后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机启动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机启动后的20 s～30 s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。

锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1 V。

要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1 V～0.8 V之间不断变化（通常每10 s内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每10 s少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。

二、氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。

三、氧传感器故障对发动机的影响

当氧传感器或线路有故障时，容易产生下列故障：废气排放超标；怠速不稳；空燃比不正确；油耗上升。氧传感器失效后，会使发动机怠速运转不稳，油耗增加，排气管冒黑烟。常见故障是氧传感器因堵塞中毒而失效。产生上述故障的原因主要有以下几点。

1.氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗都可能使其碎裂而失效。处理时要特别小心，发现问题要及时更换。

2.氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物时，阻碍外部空气进入氧传感器内部，会使传感器的输出信号改变，不能正确修正空燃比。表现为油耗上升，排放浓度明显增加，此时将沉积物除净就会使其恢复正常工作。

3.氧传感器中毒，尤其是在以前使用加铅汽油，使氧传感器铅中毒而失效。另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使传感器失效。因此，要使用质量高的燃油和润滑油。修理时要正常选用和安装橡胶胶垫，传感器上涂制造厂规定使用的溶剂和防粘剂等。

4.对于加热型氧传感器，如果加热器电阻烧蚀，很难使传感器达到正常工作温度而失去作用。一般加热电阻的阻值为5 Ω～7 Ω，如果电阻值为无穷大，则应更换传感器。

四、氧传感器检测方法

1.通过波形测试可以准确地判断氧传感器的故障，见图1。通过波形测试可以看出氧传感器的故障（氧传感器损坏的波形）。

图1 波形测试图

2.氧传感器具体诊断方法。 以2500 r/min 运转发动机2 min，预热传感器，拔下传感器插线（有加热线固的传感器注意插角位置），用万用表测量反馈电压，检查10 s内电压表指针摆动次数。若少于8次，再次预热传感器，检查10 s 内指针摆动次数，若摆动8次以上为正常。若仍少于8次，脱开传感器线束插头，测量反馈电压。

（1）电压大于0.45 V 时，脱开进气管上某处真空管，若电压仍大于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压小于0.45 V，说明混合气过浓，应对燃料、进气或控制系统进行检查。

（2）电压小于0.45 V 时，拔下水温传感器插头，接上一只4 Ω～8 Ω 的电阻。若电压仍小于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压高于0.45 V，说明混合气过稀。

实际上，氧传感器是一个相当耐用的部件，只要燃油质量过关，它可以使用3 年或更长的时间。氧传感器的非正常损坏主要是由于燃油中含铅量超标，造成氧传感器表面被铅化物或碳化物覆盖，导致气体不能渗透和氧离子不能扩散而失效。

参考文献

[1]张西振. 汽车发动机电控技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2004.

[2]李春明. 汽车发动机燃油喷射技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2004.

[3]廖发良. 汽车典型电控系统的结构与维修[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]黄凌. 轿车电控发动机维修技能实训[M].北京： 北京理工大学出版社，2005.

摘 要 本文主要从发动机氧传感器结构原理入手，分析了氧传感器对发动机性能的影响，叙述了氧传感器故障诊断思路以及波形测试、信号电压测试等，同时给出了氧传感器故障诊断方法。

关键词 汽车发动机 氧传感器 故障诊断

氧传感器的作用是通过检测废气中氧分子的浓度，让电脑获得可燃混合气浓度的反馈信号，据此对喷油量的控制进行修正，使混合气的空燃比更接近于理论空燃比。氧传感器通常和安装在排气管中段的三元催化反应器一同使用，以保证混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，从而使三元催化反应器能充分发挥其净化作用。

一、氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管。锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。

氧化锆在温度超过300 ℃后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机启动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU相连。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器，这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机启动后的20 s～30 s内迅速将氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU，另外两根分别接地和电源。

锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO、HC、H2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1 V。

要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在0.1 V～0.8 V之间不断变化（通常每10 s内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每10 s少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。

二、氧化钛式氧传感器

氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。

三、氧传感器故障对发动机的影响

当氧传感器或线路有故障时，容易产生下列故障：废气排放超标；怠速不稳；空燃比不正确；油耗上升。氧传感器失效后，会使发动机怠速运转不稳，油耗增加，排气管冒黑烟。常见故障是氧传感器因堵塞中毒而失效。产生上述故障的原因主要有以下几点。

1.氧传感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲击或用强烈气流吹洗都可能使其碎裂而失效。处理时要特别小心，发现问题要及时更换。

2.氧传感器内部进入油污或尘埃等沉积物时，阻碍外部空气进入氧传感器内部，会使传感器的输出信号改变，不能正确修正空燃比。表现为油耗上升，排放浓度明显增加，此时将沉积物除净就会使其恢复正常工作。

3.氧传感器中毒，尤其是在以前使用加铅汽油，使氧传感器铅中毒而失效。另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。汽油和润滑油中含有的硅化合物燃烧后生成的二氧化硅，硅橡胶密封垫圈使用不当散发出的有机硅气体，都会使传感器失效。因此，要使用质量高的燃油和润滑油。修理时要正常选用和安装橡胶胶垫，传感器上涂制造厂规定使用的溶剂和防粘剂等。

4.对于加热型氧传感器，如果加热器电阻烧蚀，很难使传感器达到正常工作温度而失去作用。一般加热电阻的阻值为5 Ω～7 Ω，如果电阻值为无穷大，则应更换传感器。

四、氧传感器检测方法

1.通过波形测试可以准确地判断氧传感器的故障，见图1。通过波形测试可以看出氧传感器的故障（氧传感器损坏的波形）。

图1 波形测试图

2.氧传感器具体诊断方法。 以2500 r/min 运转发动机2 min，预热传感器，拔下传感器插线（有加热线固的传感器注意插角位置），用万用表测量反馈电压，检查10 s内电压表指针摆动次数。若少于8次，再次预热传感器，检查10 s 内指针摆动次数，若摆动8次以上为正常。若仍少于8次，脱开传感器线束插头，测量反馈电压。

（1）电压大于0.45 V 时，脱开进气管上某处真空管，若电压仍大于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压小于0.45 V，说明混合气过浓，应对燃料、进气或控制系统进行检查。

（2）电压小于0.45 V 时，拔下水温传感器插头，接上一只4 Ω～8 Ω 的电阻。若电压仍小于0.45 V，说明传感器损坏，应予以更换；若电压高于0.45 V，说明混合气过稀。

实际上，氧传感器是一个相当耐用的部件，只要燃油质量过关，它可以使用3 年或更长的时间。氧传感器的非正常损坏主要是由于燃油中含铅量超标，造成氧传感器表面被铅化物或碳化物覆盖，导致气体不能渗透和氧离子不能扩散而失效。

参考文献

[1]张西振. 汽车发动机电控技术[M]. 北京：机械工业出版社， 2004.

[2]李春明. 汽车发动机燃油喷射技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2004.

[3]廖发良. 汽车典型电控系统的结构与维修[M].北京：电子工业出版社，2005.

[4]黄凌. 轿车电控发动机维修技能实训[M].北京： 北京理工大学出版社，2005.