氧传感器故障诊断与检修方法

氧传感器的常见故障及检查方法

* 在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空

燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化剂对CO 、HC 和NOX 的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU 发出反馈信号，再由ECU 控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。

目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。而常见的氧传感器又有单引线、双引线和三根引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三根引线的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上三种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。

氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时地排除故障或更换。

一、氧传感器的常见故障

1. 氧传感器中毒

氧传感器中毒是经常出现的且较难防治的一种故障，尤其是经常使用含铅汽油的汽车，即使是新的氧传感器，也只能工作几千公里。如果只是轻微的铅中毒，接着使用一箱不含铅的汽油，就能消除氧传感器表面的铅，使其恢复正常工作。但往往由于过高的排气温度，而使铅侵入其内部，阻碍了氧离子的扩散，使氧传感器失效，这时就只能更换了。

另外，氧传感器发生硅中毒也是常有的事。一般来说，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，都会使氧传感器失效，因而要使用质量好的燃油和润滑油。修理时要正确选用和安装橡胶垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和防粘剂等。

2. 积碳

由于发动机燃烧不好，在氧传感器表面形成积碳，或氧传感器内部进入了油污或尘埃等沉积物，会阻碍或阻塞外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出的信号失准，ECU 不能及时地修正空燃比。产生积碳，主要表现为油耗上升，排放浓度明显增加。此时，若将沉积物清除，就会恢复正常工作。

3. 氧传感器陶瓷碎裂

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。因此，处理时要特别小心，发现问题及时更换。

4. 加热器电阻丝烧断

对于加热型氧传感器，如果加热器电阻丝烧蚀，就很难使传感器达到正常的工作温度而失去作用。

5. 氧传感器内部线路断脱。

二、氧传感器的检查方法

1. 氧传感器加热器电阻的检查

拔下氧传感器线束插头，用万用表电阻档测量氧传感器接线端中加热器接柱与搭铁接柱之间的电阻，其阻值为4-40Ω(参考具体车型说明书) 。如不符合标准，应更换氧传感器。

2. 氧传感器反馈电压的测量

测量氧传感器的反馈电压时，应拔下氧传感器的线束插头，对照车型的电路图，从氧传感器的反馈电压输出接线柱上引出一条细导线，然后插好线束插头，在发动机运转中，从引出线上测出反馈电压(有些车型也可以由故障检测插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的系列轿

车都可以从故障检测插座内的OX1或OX2端子内直接测得氧传感器的反馈电压) 。

对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用具有低量程(通常为2V) 和高阻抗(内阻大于10M Ω)的指针型万用表。具体的检测方法如下：

1) 将发动机热车至正常工作温度(或起动后以2500r/min的转速运转2min) ；

2) 将万用表电压档的负表笔接故障检测插座内的E1或蓄电池负极，正表笔接故障检测插座内的OX1或OX2插孔，或接氧传感器线束插头上的号|出线；

3) 让发动机以2500r/min左右的转速保持运转，同时检查电压表指针能否在0-1V 之间来回摆动，记下10s 内电压表指针摆动的次数。在正常情况下，随着反馈控制的进行，氧传感器的反馈电压将在0.45V 上下不断变化，10s 内反馈电压的变化次数应不少于8次。如果少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，其原因可能是氧传感器表面有积碳，使灵敏度降低所致。对此，应让发动机以2500r/min的转速运转约2min ，以清除氧传感器表面的积碳，然后再检查反馈电压。如果在清除积碳可后电压表指针变化依旧缓慢，则说明氧传感器损坏，或电脑反馈控制电路有故障。

4) 检查氧传感器有无损坏

拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与电脑连接，反馈控制系统处于开环控制状态。将万用表电压档的正表笔直接与氧传感器反馈电压输出接线柱连接，负表笔良好搭铁。在发动机运转中测量反馈电压，先脱开接在进气管上的曲轴箱强制通风管或其他真空软管，人为地形成稀混合气，同时观看电压表，其指针读数应下降。然后接上脱开的管路，再拔下水温传感器接头，用一个4-8KΩ的电阻代替水温传感器，人为地形成浓混合气，同时观看电压表，其指针读数应上升。也可以用突然踩下或松开加速踏板的方法来改变混合气的浓度，在突然踩下加速踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开加速踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果氧传感器的反馈电压无上述变化，表明氧传感器已损坏。

另外，氧化钛式氧传感器在采用上述方法检测时，若是良好的氧传感器，输出端的电压应以2. 5V 为中心上下波动。否则可拆下传感器并暴露在空气中，冷却后测量其电阻值。若电阻值很大，说明传感器是好的，否则应更换传感器。

5) 氧传感器外观颜色的检查

从排气管上拆下氧传感器，检查传感器外壳上的通气孔有无堵塞，陶瓷芯有无破损。如有破损，则应更换氧传感器。

通过观察氧传感器顶尖部位的颜色也可以判断故障：

①淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常颜色；

②白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器；

③棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器；

④黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以自动清除氧传感器上的积碳。

如果排气管进了水, 要尽快把积水排除, 以免水中的杂质堵塞三元摧化器或损坏氧传感器。 浅谈氧传感器的故障分析与诊断

默认分类 2008-03-29 10:42:46 阅读668 评论4 字号：大中小

作者：王和平

时间：2007年6月2日

[摘要] 本文首先阐述了氧传感器在电控发动机排放控制中的重要性，然后介绍了氧传感器的种类及影响氧传感器的因素。接着结合氧传感器的波形对氧传感器的技术状况进行了分析，并列举出了故障实例。

主题词：氧传感器、空燃比、氧传感器的故障诊断

论文主题：

1、氧传感器在电控发动机排放控制中的重要性

在使用三元催化转换器以减少排气污染的发动机上，氧传感器是必不可少的元件。由于混合气的空燃比一旦偏离理论空燃比，三元催化器对CO 、HC 和NOX 的净化能力将急剧下降，故在排气管中安装氧传感器，用以检测排气中氧的浓度，并向ECU 发出反馈信号，再由ECU 控制喷油器喷油量的增减，从而将混合气的空燃比控制在理

论值附近。

2、氧传感器的种类及氧传感器在汽车上安装的重要性

目前，实际应用的氧传感器有氧化锆式氧传感器和氧化钛式氧传感器两种。而常见的氧传感器又有单引线、双引线、三引线及四引线之分，；单引线的为氧化锆式氧传感器；双引线的为氧化钛式氧传感器；三引线和四引线

的为加热型氧化锆式氧传感器，原则上四种引线方式的氧传感器是不能替代使用的。

氧传感器一旦出现故障，将使电子燃油喷射系统的电脑不能得到排气管中氧浓度的信息，因而不能对空燃比进行反馈控制，会使发动机油耗和排气污染增加，发动机出现怠速不稳、缺火、喘振等故障现象。因此，必须及时

的排除故障或更换。

空燃比对排气中碳氢化合物（HC ）和一氧化碳（CO ）的含量有很大影响，在空燃比低于14.7：1时，HC 及CO 含量降低；如果空燃比高于14.7：1时，HC 及CO 含量迅速上升。但是，降低空燃比会导致燃烧温度升高，排气中的氮氧化合物（NOX ）升高。所以，理想的空燃比应在接近14.7：1的很小范围内。另外三元催化转化器的转

化效率只有在空气系数为1的很小范围内最高。如图1所示

三元催化转化器对发动机的排放控制具有极其重要的意义。没有三元催化转化器就不可能满足欧洲排放法

规。第二代车载故障诊断系统(OBD-Ⅱ) 具1有对三元催化转化器进行故 障诊断的功能。

图1 三元催化转换效率图

而为了对三元催化转化器进行故障诊断，必须在它的前和后各装一个氧传感器(图2) 。

图2 发动机闭环控制系统

正常运行的三元催化转化器因其储氧能力而使后氧传感器的动态响应与前氧传感器相比明显差，后氧传感器动态响应曲线的振幅非常小(图3a) 。反之，如果后氧传感器信号电压的波形非常接近前氧传感器，只不过相位略滞后(图3b) ，则ECU 认为三元催化转化器效率过低。因此通过观察前氧传感器和后氧传感器的波形就能判断三元催

化转化器是否失效。

图3a 正常图形 图3b 非正常图形

3、氧传感器的故障诊断

3.1 前氧传感器信号电压超出可能范围

氧传感器信号电压在空气过量因数λ=1处发生阶跃。如图4 所示 ，ECU 为氧传感器提供了一个450mV 电压。在稳定工况下，如果λ＜1，则氧传感器信号电压约为1000mV ；如果λ＞1，则此信号电压约为100mV 。如前所述，当ECU 进入闭环控制后，氧传感器信号电压应在1000mV 和100mV 之间不断地波动(图5a) 。在加速和减速工况下退出闭环控制，加速工况下混合气加浓，该信 号电压应接近1000mV ； 减速工况下混合气变稀，该信号电压应按近100mV 。如果在ECU 进入闭环控制后该信号电压保持低于175mV 达15s ，或者在加速工况下该信号电压保持低于600mV 达15s ，则ECU 认为该传感器信号电压偏低，不可信。如果在ECU 进入闭环控制后信号电压保持高于800mV 达15s ，或者在减速工况下该信号电压保持高于110mV 达15s ，则ECU 认为该传感器信号电压偏高，不可信。此时，在满足下列条件的情况下ECU 将设置前氧传感器信号电压超出可能范围的故障信息记录：没有节气门位置传感器、燃油蒸发排放控制系统、缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油器、废气再循环阀位置传感器、冷却液温度传感器、曲轴位置传感器和空气流量传感器的故障信息记录。

图4 氧传感器电压输出特性图

3.2 前氧传感器信号电压响应速度过低

如图5b 和图5c 所示，随着氧传感器的老化，其信号电压响应速度越来越低，表现为动态响应曲线趋于平缓。 在ECU 进入闭环控制的情况下，ECU 连续监测氧传感器一段时间(例如100s) ，记录其信号电压，每次从低于300mV 到高于600mV(混合气从稀到浓) 和从高于600mV 到低于 300mV(混合气从浓到稀) 跳变所经历的时间及跳变的次数，简单的说氧传感器输出电压的跳变数量每10秒钟变化不少于8次，如达不到则ECU 认为该氧传感器已老化。在此以特别注意：如果缺少以下几种信号，ECU 将设置前氧传感器信号电压响应速度过低的故障信息记录：节气门位置传感器、燃油蒸发排放控制系统、缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油

器、废气再循环阀位置传感器、冷却液温度传感器、曲轴位置传感器和空气流量传感器的故障信息记录。

图5氧传感器动态响应曲线

3.3 前氧传感器信号电压跳变频率过低

由图5不难看出，随着氧传感器的老化，信号电压跳变的频率逐渐减小，如果在闭环控制的情况下，100s 的监测期间中信号电压从低到高和从高到低的跳变次数均小于45次，则ECU 认为该氧传感器已老化。

3.4 前氧传感器活性不足

如前所述，在闭环控制的情况下，氧传感器信号电压应在100mV-1000mV 不断地跳变，这是氧传感器有活性的表现。如果该信号电压稳定在450mV 附近，即在400mV 和500mV 之间达30s 以上，则不论ECU 是否进行闭环控制，均表明该传感器活性不足或信号电路为开路。此时，在满足下列条件的情况下ECU 将设置前氧传感器活性不足的故障信息记录：没有节气门位置传感器、燃油蒸发排放控制系统、缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油器、废气再循环阀位置传感器、冷却液温度传感器、曲轴位置传感器和空气流量传感

器的故障信息记录。

3.5 前氧传感器加热器加热过慢

发动机起动后，氧传感器的加热器通电加热氧传感器，使它很快得到活性，也就是很快令其信号电压或者低于300mV ，或者高于600mV ，而不会停留在300mV-600mV 。不论ECU 是否进行闭环控制，只要发动机起动后前氧传感器信号电压停留在300mV-600mV 的时间超出规定值(45s)，ECU 记录氧传感器故障。在满足下列条件的情况下，ECU 将设置前氧传感器加热器加热过慢的故障信息记录：没有节气门位置传感器、燃油蒸发排放控制系统缺火、进气温度传感器、进气歧管绝对压力传感器、燃油调节、喷油器、废气再循环阀位置传感器、冷却液温度传感

器，曲轴位置传感器和空气流量传感器的故障信息记录；在有些系统中，例如BOSCH 公司的Motronic 系统中，

ECU 直接监测氧传感器加热器的电阻值并检验其可信度。

3.6 后氧传感器故障诊断

在三元催化转化器后加设一个氧传感器，这是OBD-Ⅱ区别于OBD-Ⅰ的重要标志之一。后氧传感器的首要任务是与前氧传感器相配合，对三元催化转化器进行故障监测。其次才是作为前氧传感器的补充，进行闭环控制。

由于三元催化转化器对废气中的氧有储存作用，后氧传感器的动态响应曲线自然与前氧传感器不同，所以故

障的判别标准也有区别。

3.7 后氧传感器信号电压超出可能范围

与前氧传感器信号电压过低或过高故障监测程序的差别在于，后氧传感器的无故障判别标准较为宽松，被判为故障的指示数值范围更小，即信号电压在ECU 进行闭环控制情况下低于75mV 达150s ，才算过低；高于999mV

或在减速工况下须高于200mV 达105s ，才算过高。

3.8 后氧传感器活性不足

后氧传感器被判为活性不足的指标数值范围也比前氧传感器小。如果说前氧传感器信号电压在400mV-500mV 保持达30s 为活性不足的话，那么后氧传感器信号电压在425mV -475mV ，保持100s 才是活性不足。

3.9 后氧传感器加热器加热过慢

发动机起动后后氧传感器得到活性前所经历的时间超过215s 才算加热器有故障。

4. 故障实例

捷达5气门发动机，行驶里程1万公里

故障现象：怠速抖动、冒黑烟，最高车速60km/h

故障原因：氧传感器失效

故障排除：阅读故障码，读得三个故障码 00533（怠速自适应超限）、00553（空气流量计信号不可靠-偶发）、00518（节起门控制组件故障-偶发）。清除故障码后发动机恢复正常运转，不再冒黑烟，再次读码没有故障码。可不到一个月又出现上述故障，接上示波器观察氧传感器波形，发现氧传感波形已没有明显变化，电压脉冲在0.11v

左右。

诊断到此，故障已明了，由于氧传感器输出脉冲信号很低， 这样就使发动机电脑认为混合器太稀而加大喷油量，而当混合器过浓造成怠速调节超限时，发动机控制单元便认为空气流量计信号不可靠，即空气流量计信号点压过低，不可信。而捷达5阀汽车为直动式怠速控制系统，它是通过怠速电机通过传动机构直接控制节气门的开度的，而发动机电脑发出了控制指令，而执行机构不能很好的执行，电脑认为节气门控制组件出现故障，从而在发动机控制单元生成上述三个故障码。由于氧传感器的失效是要经过一个过程的，随着时间的推移氧传感器的故障现象表现

的明朗起来，更换氧传感器后故障彻底排除。

故障原因：由于这个车辆经常去外地，经常去一些小加油站加油，加了含铅的汽油，因此造成氧传感器铅中

毒致而导致失效。

总结：对于氧传感器器的故障直接的表现形式就是尾气排放超标，引起排放超标的故障原因有很多种，只要

掌握其基本的工作原理才能对汽车电控部分的故障进行分析、判断以及排除。