浅谈汽车氧传感器故障诊断

1、浅谈汽车氧传感器故障诊断刘旭北汽集团汽车修理分公司摘 要随着汽车技术的发展，世界各国对汽车尾气排放标准要求越来越严格。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，并向发动机控制单元发出反馈信号，再由控制单元控制喷油器喷油量的增与减，从而将混合气的空燃比控制在理论值附近。为了实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会减短催化转化器的使用寿命。本文主要介

2、绍大众汽车氧传感器及引起的各种故障，氧传感器在车辆发生故障多是老化、线路故障和燃油质量问题造成，本人根据实际工作的体会，浅谈氧传感器故障的诊断。关键词 氧传感器 空燃比 故障 诊断引 言汽车排放的废气特别是对人体、大气环境有影响的主要有三种：一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化合物（NOx）、其中CO、HC只要使汽油完全的燃烧即可将这两者废气减到最低，然而当汽油达到完全燃烧时温度容易升高，也就使得NOx剧增，这部份可利用EGR来减少其发生量。但这对于废气的控制显然是不够的，要使发动机所有的运转范围皆达到其控制标准，因此加入了三元触媒转化器的控制，其内部有着极为细微的孔洞并含有大量的金属

3、：铂、铑、钯。它能将上述三种有害的气体进行氧化及还原的作用，转化成无害的气体或是一般的废气。然而触媒转化器的使用条件相当严苛，除了需达到较高工作温度外，最重要的是它最大净化率是发生在理论混合比附近14.7: 1，也就是说发动机的燃烧须控制在14.7: 1空燃混合比之下，要达到此细微之标准并不容易，所以设计氧传感器将空燃比转换成数据信号供给发动机计算机进而调整到理论范围。第一章 发动机氧传感器的作用及类型、结构1.1发动机氧传感器的作用氧传感器是排气氧传感器(Exhaust Gas Oxygen Sensor，EGOS)的简称，其作用是通过监测排气中氧离子的含量来获得混合气的空燃比信号，并将该信

4、号转变为电信号输入ECU。ECU根据氧传感器信号，对喷油时间进行修正，实现空燃比反馈控制(闭环控制)，从而将过量空气系数控制在0.981.02范围内，使发动机得到最佳浓度的混合气，从而达到降低有害气体的排放量和节约燃油的目的。在电控燃油喷射发动机中，氧传感器是一个重要的电子元件，用来监测废气中的氧含量。1.2发动机氧传感器的类型、结构实际常用的氧传感器有二氧化锆式和二氧化钛式氧传感器两种，而多用于大众汽车的是二氧化锆式氧传感器。二氧化钛型：是高电阻半导体，当表面缺氧时，电阻变小。工作原理：与发动机冷却液温度传感器相似，二氧化钛式氧传感器的电阻值则随其周围氧含量的变化而变化。发动机电脑提供氧传感

5、电压为5V，氧传感器变化电压为0.15V之间， 02.5V为混合气稀，2.55V为混合气浓。二氧化锆（Zro2）型为固态电解质的一种，它有一种特性就是高温时氧离子易于移动。此型氧传感器将氧化锆烧结成管状，并与内层与外层涂上铂金（Pt），这就是氧化触媒的作用，当氧离子移动时即会产生电动势，而电动势的大小是依据氧化锆两侧的铂金所接触到的氧而定，最外层则覆盖一层保护壳。如下图（1）：图（图1）内层铂金层与大气接触，所以氧气浓度高。外层铂金与排气接触，氧气浓度低。当混合比较高时，排放的废气所含的氧相对地减少。因此二氧化锆两侧的铂金所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高（将近1V）；当混合比较

6、稀时，燃烧后多余的氧气较多，二氧化锆两侧的铂金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低（将近0V）.即图（2）： 喷油量少空燃比大废气中氧含量大氧传感器产生电压低ECU控制喷油量大喷油量大空燃比小废气中氧含量少氧传感器产生电压高ECU控制喷油量少（图2）二氧化锆式氧传感器的工作温度需在350度以上其特性才能充分体现，为使氧传感器尽快达到工作温度，为其附加了一个410的陶瓷加热器，氧传感器约30秒钟后达到正常工作温度，输出的电压信号送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7: 1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气

7、，此过程将不断地在稀释加浓稀释地空燃比进行循环调整，使氧传感器在0.10.9V间变换（以50次min左右）送给电脑，使发动机实现闭环控制。因此，氧传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。第二章 发动机氧传感器的组成主氧传感器包括一根加热氧化锆元件的热棒，加热棒受（ECU）电脑控制，当空气进量小（排气温度低）电流流向加热传感器，能使精确检测氧气浓度。在试管状态化锆元素（ZRO2）的内外两侧，设置有白金电极，为了保护白金电极，用陶瓷包覆电极外侧，内侧输入氧浓度高于大气，外侧输入的氧浓度低于汽车排出气体浓度。 第三章 发动机氧传感器的工作原理图 氧传感器工作原理1-排气 2-排气管 3-大气4-ZrO

8、2固体电解质5 铂电极 6-陶瓷保护层氧传感器是利用陶瓷敏感元件测量各类加热炉或排气管道中的氧电势，由化学平衡原理计算出对应的氧浓度，达到监测和控制炉内燃烧空然比，保证产品质量及尾气排放达标的测量元件，广泛应用于各类煤燃烧、油燃烧、气燃烧等炉体的气氛控制。它是目前最佳的燃烧气氛测量方式，具有结构简单、响应迅速、维护容易、使用方便、测量准确等优点。运用该传感器进行燃烧气氛测量和控制既能稳定和提高产品质量，又可缩短生产周期，节约能源。氧传感器的工作原理与干电池相似（如图），传感器中的氧化锆元素起类似电解液的作用。其基本工作原理是：在一定条件下(高温和铂催化)，利用氧化锆内外两 侧的氧浓度差，产生电

9、位差，且浓度大，电位差越大。大气中氧的含量为21，浓混合气燃烧后的废气实际上不含氧，稀混合气燃烧后生成的废气或因缺火产生的废气中含有较多的氧，但仍比大气中的氧少得多。 在高温及铂的催化下，带负电的氧离子吸附在氧化锆套管的内外表面上。由于大气中的氧气比废气中的氧气多，套管上与大气相通一侧比废气一侧吸附更多的负离子，两侧离子的浓度差产生电动势。当套管废气一侧的氧浓度低时，在电极之间产生一个高电压(0.61V)，这个电压信号被送到ECU放大处理，ECU把高电压信号看作浓混合气，而把低电压信号看作稀混合气。根据氧传感器的电压信号，电脑按照尽可能接近14.7：1的理论最佳空燃比来稀释或加浓混合气。因此氧

10、传感器是电子控制燃油计量的关键传感器。氧传感器只有在高温时(端部达到300°C以上)其特性才能充分体现，才能输出电压。它在约800°C时，对混合气的变化反应最快，而在低温时这种特性会发生很大变化。第四章 氧传感器的检测装有排气氧传感器的电控燃油喷射发动机，如果在运转中出现怠速不稳、加速无力、油耗增加、尾气超标等故障而供油、点火装置又无其他故障，那么极有可能是氧传感器及相关线路出了问题。 大多数发动机的电控系统都有自检、记忆功能，当氧传感器或相关部位发生故障时，电脑会自动记下故障内容，维修人员只需用专门的解码器读出故障代码即可发现问题所在。但如果没有专用设备怎么办呢？这里有几

11、个方法可以很快检查出氧传感器的好坏。 如果怀疑怠速不稳或加速不良等故障是氧传感器引起的，检修时只需拔下氧传感器接头，如果发动机的故障消失，则说明氧传感器已经损坏，必须更换，如果发动机故障依旧，那么还要从其他地方找原因。 利用高阻抗的电压表也可以检查出氧传感器的好坏。把电压表并联在氧传感器的信号输出端，正常情况下，电压应在01V之间变化，中值在500V左右，如果输出电压长时间保持某一数值而无变化，则表明氧传感器已经损坏。 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大多是由于燃油中含铅量超标造成的。这一点，驾驶装有三元催化装置汽车的司机

12、务必要加以重视。第五章 氧传感器的表征与故障5.1氧传感器的故障诊断目前，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。 5.1.1由电压信号诊断在测试氧传感器之前，发动机必须处于暖机。由氧化锆传感器的特性曲线可知：当空/燃比维持在14.7时，信号基准电压为0.40.5V；当空/燃比小于14.7时，其电压逐步升高至0.8lV，表明混合气过浓；当空燃比大于14.7时，其电压逐渐下降至0.10.2

13、V左右，则表明混合气过稀。这是氧传感器诊断的重要依据； 其 诊 断 方 法 是 A 以2500r/min运转发动机（2min），预热传感器，拔下传感器插线（有加热线的传感器注意插角位置），用万用表测量反馈电压，检查（10s）内电压表指针摆动次数。若少于8次，再次将传感器预热，进行检查（10s）内指针摆动次数，若摆动8次以上为正常。若仍少于8次，则按以下步骤继续进行； B 脱开传感器线束插头，测量反馈电压：大于0.45V时，脱开进气岐管上的任何一处真空管，若电压仍大于0.45V，说明传感器损坏，若电压小于0.45V，说明混合气过浓，应对燃油压力、进气压力或控制系统进行检测。小于0.45

14、V时，拔下水温传感器插头，接上一只48K的电阻。若电压仍小于0.45V，说明传感器损坏，若电压高于0.45V，说明混合气过稀；在正常的工作温度范围之内。    当发动机怠速工作且温度正常时，如果空燃比与理论空燃比稍微有一点偏差，那么氧传感器输出电压将由低压到高压周期的变化典型的氧传感器输出电压从0.3V到0.8V周期的变化。 5.1.2测量时的几点忠告A必须用数字电压表测试氧传感器，很多资料上都介绍过如果用其他类型的低阻抗万用表会损坏氧传感器，但是在实际的工作当中，我之所以提到用数字表不是依据资料的介绍，而是出于实际的工作需要。 B模拟万用表的精确指示范

15、围是在它的表盘中间范围内，可是我们所测试的氧传感器电压信号范围却恰恰与模拟万用表的精确指示范围相反，它的最大值与最小值是在万用表的两端，所以说如果用模拟万用表测试氧传感器的电压信号根本就谈不上准确了，这是我选用数字式万用表的理由。 C在更换氧传感器时尽可能不用密封胶，理由是如果涂抹了过多的密封胶，在发动机工作时密封胶会因高温而燃烧，密封胶的燃烧废弃物会在较短的时间里让你新更换的氧传感器迅速老化失效。在测量时，a如果电压表持续高电压读数，表明空燃比可能是过浓，或者是传感器被污染。b电压表读数持续低电压，表明空燃比有可能是过稀，或者是传感器故障。c如果是氧传感器电压信号保持为一个中间值，可能是计算

16、机回路不通或是传感器损坏 。5.2氧传感器的常见故障5.2.1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

17、垫圈，不要在传感器上涂敷制造厂规定使用以外的溶剂和密封胶等。 5.2.2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，若将氧传感器拆下，用清洗剂将其表面沉积物清除干净，氧传感器就会恢复正常工作。5.2.3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。 5.2.4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

18、传感器达到正常的工作温度而失去作用。如果测量发现电阻丝损坏，应及时更换氧传感器，避免造成发动机怠速不稳、加速不良、油耗上升冒黑烟等现象，对空气造成污染。5.2.5氧传感器内部线路断脱 氧传感器内部线脱落，如果是加热线脱落就会造成，氧传感器不能很快达到工作温度，从而使冷启动时空燃比不能达到最佳状态。如果是信号线脱落就会造成ECU无法接收到正确的氧含量值，使发动机无法达到最佳空燃比。5.2.6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： A 淡灰色顶尖：这是氧传感器的正常

19、颜色； B 白色顶尖：由硅污染造成的，此时必须更换氧传感器； C 棕色顶尖：由铅污染造成的，如果严重，也必须更换氧传感器； D 黑色顶尖：由积碳造成的，在排除发动机积碳故障后，一般可以排除氧传感器上的积碳的产生。第六章 氧传感器故障6.1捷达车油耗高、怠速不稳故障现象捷达GTX电喷发动机轿车，在使用过程会出现排气管冒黑烟、油耗高、怠速不稳等故障。故障排除过程用专用仪器VAG1552检查发动机电控系统，出现空气流量计G70不可靠信号，显示空气流量计有故障，但测量空气流量计的线路及电阻都正常，进一步检查，进入“08读取测量数据块”中的第033显示组观察第二区，查氧传感器的电压值为0.1V0.2V间

20、变动，（正常的应该是电压在0.10.9V之间来回变动）电压变动范围很小，变动缓慢，就说明氧传感器未起效用。拆卸后发现氧传感器顶尖部位的颜色是“棕色”，氧传感器中毒，给予更换。再进入“08读取测量数据块”第033显示组观察第二区，电压值为0.10.9V大幅度快速变化，数据正常。故障原因分析这种现象是氧传感器中毒，尤其是经常使用含铅的汽车，即使新的氧传感器，也只能工作几千公里。但往往是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，失效后的氧传感器不能把真实的混合气浓度信号传给发动机控制单元，造成喷油量不准确，就会造成上述故障现象。发动机控制单元在比较空气流量计测量的进气

21、信号和氧传感器测量的错误的混合气浓度信号后，就会认为空气流量计所测量的信号不准确，于是就记录了“空气流量计G70不可靠信号”这个故障。由于氧传感器失效后传给发动机控制单元的信号并不是没有，只是不准确，所以发动机控制单元也没有储存氧传感器的故障信号。6.2宝来车加速无反应、EPC灯报警故障现象宝来1.6 AWB发动机踩加速踏板无反应, EPC灯报警。车主描述已因加速无力故障更换了三元催化转换器。 故障排除过程 （图1） （图2）以V.A.G1552进行故障检查发现故障代码18038油门踏板1-G79(1号油门踏板传感器)信号过低；18041油门踏板传感器2-G185（2号油门踏板传感器）不可靠信

22、号；17510氧传感器加热线路对正极短路和17511氧传感器加热电路功率太低。由于是加速问题，顾先检查油门踏板传感器，以仪器进行发动机数据流08-062进行检查时发现，踩下油门踏板时14区都没有任何反映，又根据线路图进行油门踏板传感器1-G79和2-G185的元件和线路检测，并没有发现问题，到此，故障可能在氧传感器上。进入氧传感器的检查：拔下氧传感器的4线插头，根据线路图（图1）显示氧传感器上1号线是来自燃油继电器（图2）的87号的电源线，2号线是氧传感器加热电阻到ECU 121/4的接地回路，以万用表量取氧传感器1和2号的电阻为无穷大，可以判断氧传感器的加热电阻已断路，必须更换氧传感器，拔下氧传感器的情况下起动发动机，不能加速的故障依然存在，为了把故障尽可能一次排除又对加热线路进行仔细检查。测量传感器1号线，来自87的电源线与车辆接地有12V电压，但与2号线跨接时并没有电压值，再进行氧传感器2号线与ECU（220）的T121