氧传感器的检测与常见故障分析

解决方案

SOLUTION

工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

氧传感器的检测与常见故障分析

林祥辉，陈继福，赵福全

）（浙江吉利汽车研究院有限公司，杭州311228

摘电喷车为获得高排气净化率，降低排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）成份，必须利要：

用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。在理论空燃比（14.7∶1）附近氧传感器输出的电压有突变，这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给ECU。ECU根据来自氧传如氧传器有故障使输出的电动势不正感器的电动势差别来精确地控制空燃比，并相应地控制喷油持续的时间。但是，常，电脑（ECU）就不能精确控制空燃比。会造成三元催化转化器（TWC）寿命下降，耗油量和尾气排放超标。

氧传感器;输出特性;调节频率;反馈电压关键词：

中图分类号：U464文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）04－0136－03

1引言对铂电极产生腐蚀。在氧化锆式氧传感器的线束插接器端有金属护套，其上有小孔，以便使氧化锆管内通大气。

氧化锆式氧传感器的基本工作原理如图3所示。氧化锆式氧传感器实质是一个化学电池，又

排气

多孔陶瓷层

排气管

排气

氧传感器利用于氧化锆固体电解质材料能够导通氧离子并产生电动势。电动势的大小是由氧化锆浓差决定的，电势值可由能斯特方程求出，可以直接测量环境气氛中的氧分压或氧含量。研制的片状可控制气氛热处理炉用氧敏传感器和TZ型氧敏传感器都已通过鉴定，达到了国际先进水平。氧传感器可直接用于节约能源、降低环境污染、提高自动化程度、降低劳动强度、提高产品质量等在汽车、钢铁、锅炉、方面。国外已经广泛采用氧传感器，电厂及热处理等行业产生了良好的社会效益。2

氧传感器的主要作用及工作原理

氧传感器是电子燃油喷射系统中重要的反馈传感器，

空燃比反馈信号

曲轴位置传感器

空气燃油

转速

进气量

空气流量计或压力传感器

陶瓷防护层

电极引线点

大气

电极引线点

陶瓷体

铂电极

图2氧化锆式氧传感器的构造

排气

氧化锆

标准空气铂电极

电动势

称氧浓度差电池，氧化锆式氧传感器在温度达到400℃以上时，若其内部与外部气体的氧浓度差

铂电极

TWC

发动机喷油器

氧传感器

图3氧化锆式氧传感器的基本工作原理

燃油喷射量

ECU

是发动机燃油系统实现闭环控制最

较大，氧化锆式氧传感器的2个铂电极之间将会产生电动势。发动机工作时，由于氧传感器内部大气中氧浓度是固定的而氧传感器外部发动机排出废气中的氧浓度是随空燃比变化的，所以将氧化锆式氧传感器2个电极之间产生即可作为判断实际空燃比的依据。的电动势输送给ECU，

氧化锆式氧传感器的输出特性如图4所示。发动机工）时，排出废气作中，当实际空燃比小于理论空燃比（14.7∶1中的氧含量较低，氧传感器内部与外部气体的氧浓度差较大，2个铂电极之间产生的信号电压较高，氧传感器向ECU输入高电压信号（0.75～0.90V），此时，ECU将减少喷油量，使实际空燃比增大；当空燃比增大到理论空燃比时，氧传

图4

电压U/V

1.21.00.80.60.40.20

浓区稀区

油

油

基准电压

0.4~0.5V14.7

冷却液温度信号

图1发动机闭环控制-氧传感器

主要的传感器。如图1所示，氧传感器安装在TWC（三元催化转换装置）与发动机之间的排气管上，用来检测废气并将检测到的氧浓度信号输送给ECU，ECU中的氧浓度。

根据此信号对喷油器的喷油量进行修正，使实际的空燃比更接近理论的空燃比。

根据氧传感器的构成材料，氧传感器可分为氧化锆（ZrO2）式氧传感器和氧化钛（TiO2）式氧传感器。2.1

氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的构造如图2所示，该传感器的基本元件是氧化锆管，氧化锆管固定在带有安装螺纹的固定套内，在氧化锆管的内表面和外表面均覆盖着一层铂作为电极，氧化锆管内部通大气，氧化锆管外部与排气管中的废气接触。在氧化锆管外表面的铂层上，还覆盖着一层多孔的陶瓷涂层，并加有带槽口的防护套管，用来防止废气

[1**********]8

空燃比

氧传感器的输出特性

136

机械工程师2011年第4期

解决方案

工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

SOLUTION

感器输出电压突变下降至0.1V左右。此时表明排出废气—氧传感器内部与外部气体的氧浓度差中氧含量较高——

较小，两个铂电极之间产生的电压信号很低，即实际空燃比大于理论空燃比。ECU据此信号将增加喷油量，使实际ECU根据氧传感器信号不断调整空燃比减小。如此反复，

喷油量，将实际空燃比控制在理论空燃比附近。2.2

氧化钛式氧传感器

此种氧传感器工作原理如下：化学反应强、对氧敏易于还原的半导体材料与氧气接触时发生氧化-还原感、

反应，使晶体结构发生变化，从而导致电阻变化的。它是一种电阻型气敏传感器。

氧化钛式氧传感器的结构如图5所示，主要由二氧

2

1

说明曲轴箱内压力过高，应重点检查活塞环与缸壁之间是否密封不良以及PVC(曲轴箱强制通风装置)阀是否发生堵活塞环与缸壁之间密封不良，急加速时燃烧压力增高，塞。

可使大量废气窜入曲轴箱。PVC阀堵塞等于关闭了曲轴箱强制通风道，使曲轴箱内压力过高，进入曲轴箱的混合气携带部分机油在压力作用下经自然通风管道进入气门室。3.2

混合气窜入排气系统的预防

冷车启动困难，缺缸和排气门不良都会造成未燃烧的混合气窜入排气系统。

（1）发动机缺缸故障的诊断

怠速时如有排气冲击，说明发动机缺缸，用红外线测温仪逐缸进行检测，哪个缸温度明显低于其他缸，就是哪个缸燃烧不好。

（2）排气门密封不良的诊断

“噗噗”发动机怠速运转时，在排气尾管处如能听到声，说明排气门密封不良。3.3

冷却液窜入排气系统的预防

装有涡轮增压或机械增压的发动机为了防止进气温度过高导致的进气量减少，在进气管处都安装有冷却液道。进气歧管垫一旦密封不良，冷却液就会经燃烧室进入排气系统，造成氧传感器和TWC污染。

发动机进气歧管垫、排气管垫和气缸垫都是一次性的，只要打开就必须换新的，所以在没有得出正确判断前不要盲目地拆开进气歧管。如火花塞电极和氧传感器的触头发白（冷却液结晶体是白色的）就说明冷却液窜入燃烧室和排气系统。3.4

氧传感器的故障诊断

氧传感器的检测包括两个方面：氧传感器调节频率的检测与氧传感器反馈电压的检测。

氧传感器调节频率的检测与反馈电压的检测必须具备）发动机控制单元必须和节气门位置传感器匹以下条件：（1配，即发动机处于氧传感器闭环控制工况。（2）冷却液温度大于85℃。（3）TWC前面的排气管和气缸垫必须密封良好。4

氧传感器调节频率的检测

发动机热机后（2500r/min运转90s预热氧传感器），关闭点火开关，连接诊断仪，然后启动发动机，读取氧传感器的数据流。同时反复踩节气门，每次都必须将节气门踩到底，待发动机转速上升到3000r/min以上，不到4000r/min时，迅速完全放松节气门。进行此项检测时，发动机转速到3000r/min以上后必须立即切断供油，即松开节气门，自然停止供油。使混合气过浓过稀交替变化过程中，如此反复，在10s内氧传感器能完成8次工作频率变化为合格。4.1

氧传感器调节频率过慢的原因

（1）氧传感器加热器损坏导致氧传感器进入正常工作的时间延长，输出电压过低，导致混合气过浓，出现排气管在部分工况时冒黑烟。

氧传感器加热器的检测：关闭点火开关，拔下氧传感器电插头，用万用表检测氧传感器插座端子1、2之间的例如，大众时代超人AJR发动机，室电阻值，如图6所示。

化钛元件、导

3

4

金属外壳线、和接线端子等组成，当发

7

6

5

3.陶瓷绝6.导线

动机排出废气中，氧含量较高时，二氧化钛电阻值增大。反之，

图5

缘体

氧化钛式氧传感器结构示意图

2.金属外壳5.陶瓷元件

4.接线端子

1.二氧化钛元件7.金属保护套

发动机排出废气中氧含量较低时，二氧化钛电阻值减小。利用适当的电路对电阻值进行处理，即可转化为电压信号传输给ECU，用来确定实际的空燃比。3

氧传感器过早损坏的原因

普通的氧化锆型氧传感器的正常寿命应为9～10万km上，若使用含硫量较高的劣质燃油，或机油中使用含硫、磷的抗氧化剂，以及长期低速行驶造成CO排放高都会（三元催化转换装置）的污染。导致氧传感器污染和TWC

此外，发动机冷却液、机油窜入排气管也会导致氧传感器污染甚至过早损坏。3.1

机油窜入排气管的预防

由于国内机油中含有较多的硫、磷，所以发生窜机油窜机油故障后不足一周就会导致氧传感器和TWC污染。故障一般源于两个方面：

（1）节气门油封不密封

每天早上第一次启动发动机时排气尾管冒蓝烟，随后一天排气尾管不再冒蓝烟，说明气门油封不密封。气门油封位于燃烧室上部，一夜的停车，密封不良的气门油封逐渐滴下的机油将汇集在燃烧室室内，当第一次启动时，会导致排气尾管冒蓝烟，最长可达10min。

维修时，除更换气门油封外，还应进一步检查气门导管的工作间隙。

（2）活塞环与缸壁之间密封不良

启动和暖机时不冒蓝烟，行驶中急加速时排气尾管冒蓝烟，说明活塞环与缸壁之间密封不良。启动和暖机时发动机温度低，机油粘度大，活塞环与缸壁之间可以保证密封，所以这段时间排气尾管不冒蓝烟。

打开气门室罩的加油口，急加速时如从此处冒蓝烟，

机械工程师2011年第4期

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SOLUTION

工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

温时其电阻值为2～5Ω；丰田凌志LS400轿车氧传感器加热线圈在20℃时电阻值应为5.1～6.3Ω(具体查看制造商规如不符，应更换氧传感器。范)。

（2）氧传感器个体上裂

端子1端子2端子3端子4

量，和节气门开度。大众汽车采用直动式怠速控制系统，正常即没有旁通空气道，怠速步进电动机装在节气门上。情况下怠速时空气流量为2～4g/s,节气门开度为0°～5°。

如怠速时空气流量和节气门开度均在正常范围内，该而空气流项检测合格。如怠速时节气门开度在正常范围内，量超过正常范围，说明空气流量传感器输出信号电压过高。输出信号电压过高会造成混合气过浓（排气管冒黑烟），氧传感器输出电压就会过低，导致油耗过高，尾气排放中CO和HC的含量过高。此时必须更换空气流量传感器。4.4.2

发动机进气系统发生泄漏

使用进气歧管绝对压力传感器（MAP）的发动机，进气系统发生泄漏会造成混合气过浓；使用MAF的发动机进气系统发生泄漏会造成混合气过稀，使氧传感器输出电压过低。4.4.3

氧传感器加热器损坏

氧传感器加热器损坏不工作，会造成氧传感器输出电压过低。4.4.4

氧传感器前端的排气系统泄漏

氧传感器前端的排气系统泄漏，会造成氧传感器输出电压持续过低。排气管冒黑烟时，氧传感器输出电压仍持续过低。4.4.5

导线电阻值过大

氧传感器与控制单元间导线电阻值过大，会造成氧传感器输出电压过低。氧传感器输出电压过低时，控制单元就会误认为混合气过稀，进而加大喷油脉宽，导致混合气过浓，排气管冒黑烟。5

氧传感器发生故障后的失效保护措施

氧传感器信号中断后，控制单元进入失效保护，通常控制单元按中断前氧传感器发出的最后一次信号进行控制，如其在大负荷或加速时退出，那么中小负荷时混合气就会明显偏浓。如果在中负荷退出，在加速和大负荷时混合气就会明显偏稀，造成加速不良，车速上不去。前者在大负荷时发动机故障指示灯会亮，后者在中负荷时故障指示灯会被点亮。

氧传感器发生故障无法对混合气浓度进行修正，会造成三元催化转化器（TWC）寿命下降，耗油量和尾气排放超标。6

结语

为了节能和防止汽车污染，西方发达国家大都装有我国氧传感器，对我国来说装汽车用氧传感器势在必行。汽车工业同国外的主要差距之一，也表现在汽车传感器方面，因此，氧传感器推广应用的前景十分乐观。

［参考文献］

［1］付百学.汽车发动机电控系统构造与检测［M］.北京：清华大学

出版社，2009.

［2］谭本忠.汽车传感器维修图集［M］.北京：汽车工业出版社，2009.［3］董克发.电控发动机常见故障分析与排除［M］.北京：清华大学

出版社，2006.

（编辑立

明）

隙、孔隙被积炭等有害物质堵塞,无法和O2接触，输出电压过高，导致混合气过稀。

图6氧传感器电插头

（3）氧传感器热负荷过载，陶瓷体融化。

氧传感器调节频率过慢，也称为“老化”。氧传感器调节频率过慢会造成怠速不稳，部分工况冒黑烟，有时还会出现换档熄火现象。因此氧传感器调节频率过慢，必须更换。4.2

氧传感器反馈电压的检测

（1）连接好氧传感器线束插接器，使发动机以较高转速运转，直到达到氧传感器的工作温度400℃以上时，再维持怠速运转。

（2）用诊断仪或示波器观察氧传感器输出信号电压，此电压应该是从低电压到高电压循环，一般在0~1V之燃烧室被积炭间变化（注：新车通常在0.3~0.7V间变动；轻度污染时在0.2~0.8V间变动；燃烧室被积炭重度污染。然后反复踩动加速踏板，观察氧时在0.1~0.9V间变动）

传感器输出信号电压。加速工况输出高电压信号（0.75~减速工况应输出低电压信号（0.10~0.40V）。0.90V）

（3）将发动机转速增加到2500r/min时，氧传感器在10s内应该从高电压到低电压循环10~50次，若不符合上述要求则更换氧传感器。4.34.3.1

氧传感器输出电压持续为高电压氧传感器触头被严重污染

氧传感器触头本体上缝隙或孔隙被严重污染发生堵塞时，无法和排气接触，氧传感器输出电压会过高。氧传感器本身发生故障，如氧传感器加热器损坏，氧传感器和控制单元之间导线电阻过大，均会表现为输出电压过低。接通电源后，氧传感器加热器供电线与地线间应为12V，如不足12V应检查地线和熔丝。4.3.2

发动机缺缸

发动机抖动厉害，但可以勉四缸发动机缺1~2个缸，

强行驶。若不工作缸的混合气未经燃烧直接进入排气管，可使氧传感器输出电压过高。4.44.4.1

氧传感器输出电压持续为低电压

热丝和热模式质量空气流量传感器（MAF）被废气返流积炭污染

热丝和热模式MAF被废气返流的积炭污染，在表面产生隔热层，MAF的输出电压明显低于正常值，导致混合气过稀。对MAF的输出电压是否准确检测，可用诊断仪读取数据流中的怠速空气流量。

用诊断仪读取怠速空气流量数据流。以大众车为例，选择08数据流，选001组读取发动机冷却液温度，待冷却液温度达到85℃时，再选取002组，读取怠速空气流

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1985-），男，设计工程师，主要从事汽车附件设计工作。作者简介：林祥辉（

收稿日期：

2010-12-07

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工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

氧传感器的检测与常见故障分析

林祥辉，陈继福，赵福全

）（浙江吉利汽车研究院有限公司，杭州311228

摘电喷车为获得高排气净化率，降低排气中一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）和氮氧化合物（NOx）成份，必须利要：

用三元催化器。但为了能有效地使用三元催化器，必须精确地控制空燃比，使它始终接近理论空燃比。在理论空燃比（14.7∶1）附近氧传感器输出的电压有突变，这种特性被用来检测排气中氧气的浓度并反馈给ECU。ECU根据来自氧传如氧传器有故障使输出的电动势不正感器的电动势差别来精确地控制空燃比，并相应地控制喷油持续的时间。但是，常，电脑（ECU）就不能精确控制空燃比。会造成三元催化转化器（TWC）寿命下降，耗油量和尾气排放超标。

氧传感器;输出特性;调节频率;反馈电压关键词：

中图分类号：U464文献标识码：A文章编号：1002－2333（2011）04－0136－03

1引言对铂电极产生腐蚀。在氧化锆式氧传感器的线束插接器端有金属护套，其上有小孔，以便使氧化锆管内通大气。

氧化锆式氧传感器的基本工作原理如图3所示。氧化锆式氧传感器实质是一个化学电池，又

排气

多孔陶瓷层

排气管

排气

氧传感器利用于氧化锆固体电解质材料能够导通氧离子并产生电动势。电动势的大小是由氧化锆浓差决定的，电势值可由能斯特方程求出，可以直接测量环境气氛中的氧分压或氧含量。研制的片状可控制气氛热处理炉用氧敏传感器和TZ型氧敏传感器都已通过鉴定，达到了国际先进水平。氧传感器可直接用于节约能源、降低环境污染、提高自动化程度、降低劳动强度、提高产品质量等在汽车、钢铁、锅炉、方面。国外已经广泛采用氧传感器，电厂及热处理等行业产生了良好的社会效益。2

氧传感器的主要作用及工作原理

氧传感器是电子燃油喷射系统中重要的反馈传感器，

空燃比反馈信号

曲轴位置传感器

空气燃油

转速

进气量

空气流量计或压力传感器

陶瓷防护层

电极引线点

大气

电极引线点

陶瓷体

铂电极

图2氧化锆式氧传感器的构造

排气

氧化锆

标准空气铂电极

电动势

称氧浓度差电池，氧化锆式氧传感器在温度达到400℃以上时，若其内部与外部气体的氧浓度差

铂电极

TWC

发动机喷油器

氧传感器

图3氧化锆式氧传感器的基本工作原理

燃油喷射量

ECU

是发动机燃油系统实现闭环控制最

较大，氧化锆式氧传感器的2个铂电极之间将会产生电动势。发动机工作时，由于氧传感器内部大气中氧浓度是固定的而氧传感器外部发动机排出废气中的氧浓度是随空燃比变化的，所以将氧化锆式氧传感器2个电极之间产生即可作为判断实际空燃比的依据。的电动势输送给ECU，

氧化锆式氧传感器的输出特性如图4所示。发动机工）时，排出废气作中，当实际空燃比小于理论空燃比（14.7∶1中的氧含量较低，氧传感器内部与外部气体的氧浓度差较大，2个铂电极之间产生的信号电压较高，氧传感器向ECU输入高电压信号（0.75～0.90V），此时，ECU将减少喷油量，使实际空燃比增大；当空燃比增大到理论空燃比时，氧传

图4

电压U/V

1.21.00.80.60.40.20

浓区稀区

油

油

基准电压

0.4~0.5V14.7

冷却液温度信号

图1发动机闭环控制-氧传感器

主要的传感器。如图1所示，氧传感器安装在TWC（三元催化转换装置）与发动机之间的排气管上，用来检测废气并将检测到的氧浓度信号输送给ECU，ECU中的氧浓度。

根据此信号对喷油器的喷油量进行修正，使实际的空燃比更接近理论的空燃比。

根据氧传感器的构成材料，氧传感器可分为氧化锆（ZrO2）式氧传感器和氧化钛（TiO2）式氧传感器。2.1

氧化锆式氧传感器

氧化锆式氧传感器的构造如图2所示，该传感器的基本元件是氧化锆管，氧化锆管固定在带有安装螺纹的固定套内，在氧化锆管的内表面和外表面均覆盖着一层铂作为电极，氧化锆管内部通大气，氧化锆管外部与排气管中的废气接触。在氧化锆管外表面的铂层上，还覆盖着一层多孔的陶瓷涂层，并加有带槽口的防护套管，用来防止废气

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空燃比

氧传感器的输出特性

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感器输出电压突变下降至0.1V左右。此时表明排出废气—氧传感器内部与外部气体的氧浓度差中氧含量较高——

较小，两个铂电极之间产生的电压信号很低，即实际空燃比大于理论空燃比。ECU据此信号将增加喷油量，使实际ECU根据氧传感器信号不断调整空燃比减小。如此反复，

喷油量，将实际空燃比控制在理论空燃比附近。2.2

氧化钛式氧传感器

此种氧传感器工作原理如下：化学反应强、对氧敏易于还原的半导体材料与氧气接触时发生氧化-还原感、

反应，使晶体结构发生变化，从而导致电阻变化的。它是一种电阻型气敏传感器。

氧化钛式氧传感器的结构如图5所示，主要由二氧

2

1

说明曲轴箱内压力过高，应重点检查活塞环与缸壁之间是否密封不良以及PVC(曲轴箱强制通风装置)阀是否发生堵活塞环与缸壁之间密封不良，急加速时燃烧压力增高，塞。

可使大量废气窜入曲轴箱。PVC阀堵塞等于关闭了曲轴箱强制通风道，使曲轴箱内压力过高，进入曲轴箱的混合气携带部分机油在压力作用下经自然通风管道进入气门室。3.2

混合气窜入排气系统的预防

冷车启动困难，缺缸和排气门不良都会造成未燃烧的混合气窜入排气系统。

（1）发动机缺缸故障的诊断

怠速时如有排气冲击，说明发动机缺缸，用红外线测温仪逐缸进行检测，哪个缸温度明显低于其他缸，就是哪个缸燃烧不好。

（2）排气门密封不良的诊断

“噗噗”发动机怠速运转时，在排气尾管处如能听到声，说明排气门密封不良。3.3

冷却液窜入排气系统的预防

装有涡轮增压或机械增压的发动机为了防止进气温度过高导致的进气量减少，在进气管处都安装有冷却液道。进气歧管垫一旦密封不良，冷却液就会经燃烧室进入排气系统，造成氧传感器和TWC污染。

发动机进气歧管垫、排气管垫和气缸垫都是一次性的，只要打开就必须换新的，所以在没有得出正确判断前不要盲目地拆开进气歧管。如火花塞电极和氧传感器的触头发白（冷却液结晶体是白色的）就说明冷却液窜入燃烧室和排气系统。3.4

氧传感器的故障诊断

氧传感器的检测包括两个方面：氧传感器调节频率的检测与氧传感器反馈电压的检测。

氧传感器调节频率的检测与反馈电压的检测必须具备）发动机控制单元必须和节气门位置传感器匹以下条件：（1配，即发动机处于氧传感器闭环控制工况。（2）冷却液温度大于85℃。（3）TWC前面的排气管和气缸垫必须密封良好。4

氧传感器调节频率的检测

发动机热机后（2500r/min运转90s预热氧传感器），关闭点火开关，连接诊断仪，然后启动发动机，读取氧传感器的数据流。同时反复踩节气门，每次都必须将节气门踩到底，待发动机转速上升到3000r/min以上，不到4000r/min时，迅速完全放松节气门。进行此项检测时，发动机转速到3000r/min以上后必须立即切断供油，即松开节气门，自然停止供油。使混合气过浓过稀交替变化过程中，如此反复，在10s内氧传感器能完成8次工作频率变化为合格。4.1

氧传感器调节频率过慢的原因

（1）氧传感器加热器损坏导致氧传感器进入正常工作的时间延长，输出电压过低，导致混合气过浓，出现排气管在部分工况时冒黑烟。

氧传感器加热器的检测：关闭点火开关，拔下氧传感器电插头，用万用表检测氧传感器插座端子1、2之间的例如，大众时代超人AJR发动机，室电阻值，如图6所示。

化钛元件、导

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金属外壳线、和接线端子等组成，当发

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3.陶瓷绝6.导线

动机排出废气中，氧含量较高时，二氧化钛电阻值增大。反之，

图5

缘体

氧化钛式氧传感器结构示意图

2.金属外壳5.陶瓷元件

4.接线端子

1.二氧化钛元件7.金属保护套

发动机排出废气中氧含量较低时，二氧化钛电阻值减小。利用适当的电路对电阻值进行处理，即可转化为电压信号传输给ECU，用来确定实际的空燃比。3

氧传感器过早损坏的原因

普通的氧化锆型氧传感器的正常寿命应为9～10万km上，若使用含硫量较高的劣质燃油，或机油中使用含硫、磷的抗氧化剂，以及长期低速行驶造成CO排放高都会（三元催化转换装置）的污染。导致氧传感器污染和TWC

此外，发动机冷却液、机油窜入排气管也会导致氧传感器污染甚至过早损坏。3.1

机油窜入排气管的预防

由于国内机油中含有较多的硫、磷，所以发生窜机油窜机油故障后不足一周就会导致氧传感器和TWC污染。故障一般源于两个方面：

（1）节气门油封不密封

每天早上第一次启动发动机时排气尾管冒蓝烟，随后一天排气尾管不再冒蓝烟，说明气门油封不密封。气门油封位于燃烧室上部，一夜的停车，密封不良的气门油封逐渐滴下的机油将汇集在燃烧室室内，当第一次启动时，会导致排气尾管冒蓝烟，最长可达10min。

维修时，除更换气门油封外，还应进一步检查气门导管的工作间隙。

（2）活塞环与缸壁之间密封不良

启动和暖机时不冒蓝烟，行驶中急加速时排气尾管冒蓝烟，说明活塞环与缸壁之间密封不良。启动和暖机时发动机温度低，机油粘度大，活塞环与缸壁之间可以保证密封，所以这段时间排气尾管不冒蓝烟。

打开气门室罩的加油口，急加速时如从此处冒蓝烟，

机械工程师2011年第4期

137

解决方案

SOLUTION

工艺/工装/模具/诊断/检测/维修/改造

温时其电阻值为2～5Ω；丰田凌志LS400轿车氧传感器加热线圈在20℃时电阻值应为5.1～6.3Ω(具体查看制造商规如不符，应更换氧传感器。范)。

（2）氧传感器个体上裂

端子1端子2端子3端子4

量，和节气门开度。大众汽车采用直动式怠速控制系统，正常即没有旁通空气道，怠速步进电动机装在节气门上。情况下怠速时空气流量为2～4g/s,节气门开度为0°～5°。

如怠速时空气流量和节气门开度均在正常范围内，该而空气流项检测合格。如怠速时节气门开度在正常范围内，量超过正常范围，说明空气流量传感器输出信号电压过高。输出信号电压过高会造成混合气过浓（排气管冒黑烟），氧传感器输出电压就会过低，导致油耗过高，尾气排放中CO和HC的含量过高。此时必须更换空气流量传感器。4.4.2

发动机进气系统发生泄漏

使用进气歧管绝对压力传感器（MAP）的发动机，进气系统发生泄漏会造成混合气过浓；使用MAF的发动机进气系统发生泄漏会造成混合气过稀，使氧传感器输出电压过低。4.4.3

氧传感器加热器损坏

氧传感器加热器损坏不工作，会造成氧传感器输出电压过低。4.4.4

氧传感器前端的排气系统泄漏

氧传感器前端的排气系统泄漏，会造成氧传感器输出电压持续过低。排气管冒黑烟时，氧传感器输出电压仍持续过低。4.4.5

导线电阻值过大

氧传感器与控制单元间导线电阻值过大，会造成氧传感器输出电压过低。氧传感器输出电压过低时，控制单元就会误认为混合气过稀，进而加大喷油脉宽，导致混合气过浓，排气管冒黑烟。5

氧传感器发生故障后的失效保护措施

氧传感器信号中断后，控制单元进入失效保护，通常控制单元按中断前氧传感器发出的最后一次信号进行控制，如其在大负荷或加速时退出，那么中小负荷时混合气就会明显偏浓。如果在中负荷退出，在加速和大负荷时混合气就会明显偏稀，造成加速不良，车速上不去。前者在大负荷时发动机故障指示灯会亮，后者在中负荷时故障指示灯会被点亮。

氧传感器发生故障无法对混合气浓度进行修正，会造成三元催化转化器（TWC）寿命下降，耗油量和尾气排放超标。6

结语

为了节能和防止汽车污染，西方发达国家大都装有我国氧传感器，对我国来说装汽车用氧传感器势在必行。汽车工业同国外的主要差距之一，也表现在汽车传感器方面，因此，氧传感器推广应用的前景十分乐观。

［参考文献］

［1］付百学.汽车发动机电控系统构造与检测［M］.北京：清华大学

出版社，2009.

［2］谭本忠.汽车传感器维修图集［M］.北京：汽车工业出版社，2009.［3］董克发.电控发动机常见故障分析与排除［M］.北京：清华大学

出版社，2006.

（编辑立

明）

隙、孔隙被积炭等有害物质堵塞,无法和O2接触，输出电压过高，导致混合气过稀。

图6氧传感器电插头

（3）氧传感器热负荷过载，陶瓷体融化。

氧传感器调节频率过慢，也称为“老化”。氧传感器调节频率过慢会造成怠速不稳，部分工况冒黑烟，有时还会出现换档熄火现象。因此氧传感器调节频率过慢，必须更换。4.2

氧传感器反馈电压的检测

（1）连接好氧传感器线束插接器，使发动机以较高转速运转，直到达到氧传感器的工作温度400℃以上时，再维持怠速运转。

（2）用诊断仪或示波器观察氧传感器输出信号电压，此电压应该是从低电压到高电压循环，一般在0~1V之燃烧室被积炭间变化（注：新车通常在0.3~0.7V间变动；轻度污染时在0.2~0.8V间变动；燃烧室被积炭重度污染。然后反复踩动加速踏板，观察氧时在0.1~0.9V间变动）

传感器输出信号电压。加速工况输出高电压信号（0.75~减速工况应输出低电压信号（0.10~0.40V）。0.90V）

（3）将发动机转速增加到2500r/min时，氧传感器在10s内应该从高电压到低电压循环10~50次，若不符合上述要求则更换氧传感器。4.34.3.1

氧传感器输出电压持续为高电压氧传感器触头被严重污染

氧传感器触头本体上缝隙或孔隙被严重污染发生堵塞时，无法和排气接触，氧传感器输出电压会过高。氧传感器本身发生故障，如氧传感器加热器损坏，氧传感器和控制单元之间导线电阻过大，均会表现为输出电压过低。接通电源后，氧传感器加热器供电线与地线间应为12V，如不足12V应检查地线和熔丝。4.3.2

发动机缺缸

发动机抖动厉害，但可以勉四缸发动机缺1~2个缸，

强行驶。若不工作缸的混合气未经燃烧直接进入排气管，可使氧传感器输出电压过高。4.44.4.1

氧传感器输出电压持续为低电压

热丝和热模式质量空气流量传感器（MAF）被废气返流积炭污染

热丝和热模式MAF被废气返流的积炭污染，在表面产生隔热层，MAF的输出电压明显低于正常值，导致混合气过稀。对MAF的输出电压是否准确检测，可用诊断仪读取数据流中的怠速空气流量。

用诊断仪读取怠速空气流量数据流。以大众车为例，选择08数据流，选001组读取发动机冷却液温度，待冷却液温度达到85℃时，再选取002组，读取怠速空气流

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1985-），男，设计工程师，主要从事汽车附件设计工作。作者简介：林祥辉（

收稿日期：

2010-12-07

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机械工程师2011年第4期