氧传感器的故障检查及排除

王 惠

（山西机电职业技术学院，长治 046011）

0 引言

在电控发动机的电控系统中，氧传感器的地位不容忽视，它是实现发动机闭环控制的一个重要环节。若氧传感器有所损坏，势必会产生发动机的排放超标、加速无力等故障现象。但氧传感器的检测却是一个比较棘手的问题，本文就以上问题针对常用的氧化锆式氧传感器的故障检查及排除，介绍一些自己在实践中的经验体会。

1 氧化锆式氧传感器的工作原理

氧化锆式氧传感器的基本元件是专用陶瓷体(二氧化锆（ZrO2）固体电解质),该陶瓷体制成试管式的管状，故称锆管。锆管内外表面均覆盖着一层多孔性的铂膜作为电极，它被固定在带有安装螺钉的固定套中。锆管内表面电极与大气相通，外表面则与废气接触。因为锆管的陶瓷体为多孔体，这样氧气便可以渗入该多孔体固体电解质内 。排气管中温度较高时，导致氧气发生电离，只要锆管内外侧氧含量不一样，存在氧浓度差，则氧离子将在固体电解质内部从大气一侧向废气一侧扩散，在锆管铂极间产生电压，形成锆管微电池。混合气稀时（排气中氧含量高），内外两侧氧浓度差小，所以产生的电压较低；当混合气浓时（排气中氧含量低），此时排气中CO、HO、H2的含量较多，这些成分由于锆管外表面铂的催化作用，与氧气发生反应，使锆管外侧氧浓度几乎变成零，从而使得锆管内、外两侧的氧浓度差迅速增大，锆管两极间产生的电压也随之突然增大。

氧化锆式氧传感器产生的电压在过量空气系数λ＝1(理论混合气)时产生突变，λ＞1（稀混合气）时，输出电压接近零，λ＜1（浓混合气）时， 输出电压接近1V。因此氧传感器在发动机混合气闭环控制过程中，就相当于一个浓度开关，可以将混合气空燃比的变化转化为宽度变化的电脉冲信号输入ECU，ECU则根据氧传感器反馈信号，控制喷油量，使排气中有害气体的成分减到最少。

2 检查氧传感器的加热线电压

通常情况下氧传感器有1线、2线、3线、4线4种。目前大多数电控汽车中都采用3线或4线加热式氧传感器。所以，首先要检查加热线的电压是否正常，也就是在点火开关接通时或在发动机起动后应得到12V的加热电压。若没有测得加热电压，就必须对照电路图检查氧传感器的实际电路。

3 检查氧传感器的内加热电阻

若测得正常加热线电压，下一步就应检查其内加热电阻的好坏。正常值通常应为几欧姆，若测得加热电阻为无穷大或为零，说明电阻出现了断路或短路，则需更换新的氧传感器。

4 检查接地线

对于1线式的氧传感器，它可以靠本身与排气管构成接地回路，而2线式的氧传感器，通常接地线为黑色，测量它的接地电压降时，应取小于l00mV为佳，3线式和2线式的接地电压检测方法相同。针对4线式氧传感器，因为有两根接地线，其中一根为加热线的接地线，另一根则为信号线的接地线，故应分别测量两根接地线，以确定其是否正常。

5 测试氧传感器信号

常用的氧传感器测试方法有两种：即丙烷加注法与急加速法。

1）最高信号电压、最低信号电压、混合气浓度从浓到稀的信号响应时间是丙烷加注法测试氧传感器信号中需要检测的3个参数，只要其中之一不符合规定，就必须更换氧传感器。更换新的氧传感器之后还需对这3个参数重新进行检测，用以判断该氧传感器是否完好。具体步骤如下：

（1）安装连接丙烷加注的工具；

（2）把丙烷接到真空管入口处（对于有PCV系统或制动助力系统的汽车应在其连接完好的条件下进行测试）；

（3）连接设置示波器；

（4）发动机起动后在转速2500r/min下运转2～3min；

（5）使发动机怠速运转；

（6）打开丙烷开关，缓慢加入丙烷，直到氧传感器的输出信号电压上升（混合气变浓），此刻运行正常的燃油反馈控制系统将会试图把氧传感器的信号电压向减小（混合气变稀）的趋势拉回，之后继续缓慢加入丙烷，直至系统丧失使混合气变稀的能力。继续加注丙烷，直至发动机的转速由于混合气浓度过高而下降到100～200r/min。整个操作过程必须完成在20～25s内；

（7）使丙烷输入端迅速移离真空管，从而形成极大的瞬时真空泄漏（这时会出现发动机失速现象，属正常现象，不会影响测试结果），随后关闭丙烷开关；

（8）等示信号电压波形移动至示波器显示屏的中央位置显示时锁定该波形，完成测试。接下来便可根据分析信号电压波形结果来判断氧传感器是否合格；

合格氧传感器输出信号电压波形应如图1所示，其3个参数数据必须符合表1所列参数值。而已损坏氧传感器的输出信号电压波形则可能如图2所示，由图可知，最高信号电压和最低信号电压分别下降至427mV和-130mV，而混合气浓度从浓到稀时的信号响应时间却延长至237ms，故3个参数均不符合规定。测试时，我们可以从汽车示波器显示屏上直接读取到氧传感器最高和最低信号电压值，信号的响应时间也可以由示波器游动标尺读出（汽车示波器特有的功能）。同时还会在汽车示波器屏幕上显示测试数据值，这对波形分析非常有益。

图1 合格氧传感器的信号电压标准波形

图2 不合格氧传感器的信号电压波形

表1 氧传感器信号测试参数标准

若关闭丙烷开关之前，发动机的怠速运转时间（即混合气浓度至过浓状态的时间）超过25s，原因可能是氧传感器的温度偏低，这就会导致信号电压的幅值偏低，同时还会延长输出信号下降的时间，带来氧传感器不合格的假象。所以，在检测前需充分预热氧传感器（即发动机在转速为2500r/min下运转2～3min )。若发动机仅怠速运转5s，就可能有1个或2个以上参数不合格，但这种情况并不说明氧传感器已损坏，原因只是没有满足测试条件。

2）急加速法

（1）发动机以2500r/min的转速运转2～6min，充分预热发动机和氧传感器，之后让发动机继续怠速运转20s。

（2）将发动机节气门在2s内从全闭（怠速）至全开1次，共进行5～6次。注意不要使发动机的空转转速超过4000r/min，只需用节气门进行急加速和全减速就可以了。

（3）锁定显示屏上的波形，接下来便可根据氧传感器的最高、最低信号电压值和信号的响应时间三参数数据来判别氧传感器合格与否。在信号电压波形中，升高段是由于急加速造成的，而下降段则是由急减速造成的。

6 氧传感器检测方法应用实例

某捷达王CTX型轿车，出现排气管冒黑烟故障。用故障诊断仪V.A.G1551检测发现一个故障码：氧传感器信号不良。进行数据流分析，进人08功能，监测到氧传感器信号电压变化缓慢，冷却液温度正常，经检测氧传感器加热线电压、内加热电阻值及接地电压均符合标准。用示波器检测显示氧传感器信号电压一直变化在0.25 - 0.33 V之间，氧传感器信号电压低于0.45 V，检测结果说明混合气浓度过稀，但现在排气管冒黑烟，显然说明氧传感器已损坏。更换氧传感器后，试车故障排除。

7 结束语

本文所介绍的氧传感器检测方法，简单方便，步骤明确，易于掌握，经实践检验，基本能解决氧传感器常见故障并予以排除，达到有效控制喷油量，减少排气中有害气体成分，从而减少环境污染的目的。

[1] 王遂双.汽车电子控制系统的原理与检修[M].北京:北京理工大学出版社.

[2] 嵇伟.自动变速器故障诊断与检测[M].北京:机械工业出版社.