氧传感器的常见故障与检测.docx
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氧传感器的常见故障与检测
摘要……………………………………………………………………………………………3
关键词……………………………………………………………………………………3
前言……………………………………………………………………………………………4
正文……………………………………………………………………………………5
总结…………………………………………………………………………………………13
摘要
本文介绍了氧传感的工作原理及其检测，和其故障的氧传感器的表征与常见故障。
关键词；原理，故障，检测
前言
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。
当今汽车为了满足排放要求，氧传感器已经成为必要的装备，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。
正文
一、氧传感器的工作原理
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，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，产生电位差，且浓度差越大，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。
6～1V），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。
二、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输出端，正常情况下，电压应在０－１Ｖ之间变化，中值在５００ｍＶ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务必要加以重视.
三、氧传感器的表征与常见故障
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。
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。
车主给汽车加油时要去正规的加油站加油，就会避免一些故障的发生。
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
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。
1、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。
2杂波产生的原因
氧传感器信号的杂波通常由以下原因引起：
A.缸的点火不良（各种不同的根本原因，点火系统造成的点火不良，气缸压力造成的点火不良真空泄漏和喷油嘴不平衡造成的点火不良）；
B.系统设计，例如不同的进气管通道长度等等；
C.由于发动机和零部件老化造成的系统设计问题的扩大（由于气缸压力不平衡造成的不同的进气管通道长度问题的扩大）；
D.系统设计，例如不同的进气管通道等等。
3.由点火不良气缸引起氧传感器波形的杂波,发动机的点火不良是如何引起杂波呢？
在点火不良状态下波形上的毛刺和杂波由那些燃烧不完全或根本不燃烧的单个燃烧时间或系列燃烧事件引起，它导致在气缸中有效氧化部分被利用，剩下的多余氧走到排气管中，并经过氧传感器。
当传感器发现排气中氧成分变化时，它就非常快地产生一个低压或毛刺，一系列这些高频毛刺就组成称之为“杂波”东西。
4.产生毛刺的不同点火不良类型
a）点火系统造成的点火不良（例如：
损坏的火花塞、高压线、分电器盖、分火头、点火线圈或只影响单个气缸或一对气缸的初级点火问题）。
通常点火示波器可以用来确定这些问题或排除这些故障）；
b）送至气缸的混合气浓造成的点火不良（各种可能的原因）对给定的危险混合气空燃比例约为13：
1；
c）送至气缸的混合气过稀造成的点火不良（各种可能的原因）对给定的危险的混合气空燃比例为17：
1；
d）由气缸压力造成的点火不良，它是由机械问题造成的，它使得在点火前燃油空气混合气的压力降低，并不能产生足够的热，这就妨碍了燃烧，它增加了排气中的氧含量。
（例如气门烧损，活塞环断裂或磨损，凸轮磨损，气门卡住等）；
e）一个缸或几个缸有真空泄漏造成的不良，这可以通过对所怀疑的真空泄漏区域（进气叶轮、进气歧管垫、真空管等）加入丙烷的方法来确定，看示波器的波形什么时候因加丙烷使信号变多，尖峰消失，当与一个缸或几个缸有关的真空泄漏造成进入气缸的混合气超过17：
1时，真空泄漏造成的点火不良就发生了。
f）就喷油嘴喷射不平衡造成的点火不良仅在多点喷射发动机中，一个缸的油浓或稀混合气造成点火不良是因为喷油时每个喷油嘴实际喷射的油量太多了或太少（喷油嘴堵塞或卡住）造成的。
当一个气缸或几个汽油中的混合气空燃比超过危险时17：
1就产生了稀点火不良，低于13：
1也产生浓点火不良，这就造成了喷油嘴喷油不平衡产生的点火不良。
通常，可以用排除由点火系统造成的点火不良、气缸压力的点火不良和单个气缸真空泄漏造成的可能性来判断。
喷油不平衡。
可以用汽车示波器排除自点火系统和气缸压力造成的点火不良（用发现点火系统造成的点火不良和动力平衡气缸压力问题）。
排除与个别气缸有关的真空泄漏，通常采用往可能产生真空泄漏的区域或周围加丙烷（进气歧管、化油器垫等）的方法，同时像从前说过的那样，从示波器上观察氧传感器信号波形的方法达到目的。
通常，在多点燃油喷射发动机，如果不能证实a、b、和c类型造成的点火不良，那么不平衡造成氧传感器波形中的严重杂波的可能性就可以确定。
判断氧传感器的杂波的规则如果氧传感器的信号上有明显的杂波，这种杂波对所判断的那一类系统是不正常的话，通常这将伴随着重复的、可测试出的怠速时的发动机故障（例如：
每次气缸点火的的爆震）。
通常，如果杂波是明显的，发动机的故障最终将与波形上的各个尖峰有关，没有明显的伴随着发动机故障的杂波是不容易消除的杂波（在某些情况下这是正确的），也就是说当在波形上产生杂波的个别尖峰最终与发动机故障无关时，那么在修理中想要排除它的可能性很小。
综上所说，判断杂泼的规则是：
如果可断定进气歧管无真空泄漏，排气的碳氢化合物（HC）和氧的含量正常，发动机的转动或怠速都比较平衡的话，那么杂波或许是可以接收的，或是正常的。
许多汽车燃油反馈控制系统中，不但安装一个氧传感器，福特3.8LV6型从1980年制造出来的就装有两个氧传感，为了适应不断加强的EPA的废气控制要求，使用多个氧传感器的系统数量在不断增加。
在1988年和更新的汽车上氧传感器的数目在连续地增加。
此外，从1994年起一些汽车在催化器前和后各装一个氧传感器，这种结何可以用装在汽车上的OBD-Ⅱ系统来检查催化器的性能，在一定情况下，还可以增加对空燃比控制的精度。
在任何情况下，由于氧传感器信号快使其成为最有价值的发动机性能诊断工具之一，氧传感器越多，对检修技术人员越有好处。
通过数据流看传感器的电压输出，标准的电压输出时，怠速状态下，发动机状况良好0.1至0.9之间变化，而且要有变化频率，基本上变化频率在电脑数据流里面能看到不停的变化不会停顿才为正常现象，现在的氧传感器都有加热线路，那么检测加热线电源，和电阻，一般氧传感器故障电脑都会有故障灯亮起，包括加热线路也有监控，很多氧传感器在出现故障后消了故障码就不在当场出现，主要是因为电脑要采纳不同工况下氧传感器的数据，所以消了码以后都要跑一段时间，特别是跑高速比较容易出现，如果重复出现而氧传感器数据流又正常，那么换氧传感器就可以了,
通常，燃油反馈控制系统的工程逻辑决定，氧传感器在靠近燃烧室的地方，燃油控制的精度越高，这主要是由于排气空气气流的特性确定的：
例如气体的速度，通道的长度（气体瞬时太滞后）和传感器的响应的时间等等。
许多制造商在每个气缸的每个排气歧管底下安装一个氧传感器，这样就能判定哪一个气缸有问题，这就排除了诊断失误的可能性，在许多情况下靠排除至少一半潜在有问题气缸来减少诊断时间。
用双氧传感器进行催化器监视一个工作正常的催化转换器，配上正常控制燃油分配系统的燃油反馈控制系统，它可以保证最安全的将有害的排气成份变为相对无害的氧化碳和水蒸气，但是，催化器会因过热而受损（由点火不良等等），这导致催化剂表面减少和孔板金属烧结，这两点都将使催化器永久
四、案例
一辆2003年富康车发动机故障灯断续闪亮，来我厂修理，维修人员发现：
此车怠速不稳，排气管有大量刺激性气体排除，故障灯断续点亮。
于是接431ME故障诊断仪（电眼睛）提取故障码，故障码显示“氧传感器永久性故障”，维修人员便更换了氧传感器。
消除故障码后，故障灯熄灭，但怠速几分钟后，故障灯又重新点亮，故障诊断仪依旧显示“氧传感器永久性故障”。
据车主讲，这是一辆二手车，正常行驶半年后，在一家汽车修理厂更换机油，发现机油脏污严重、气门室内积垢较多，便拆下油底壳、汽缸盖对润滑系进行了彻底清洗。
作业完毕，发动机启动后，便伴有怠速不稳、加速缓慢的现象，当时没在意，认为跑上一段路程“冲冲车”就会好的，可是行驶不到40公里后，发动机故障灯便断续点亮，此时，感觉车辆行使驶无力，提速越来越慢，，到原修理厂修理不见好转，出于对原修理厂的不信任，便来我厂维修。
听完车主的叙述，我们顿感责任重大，顿时陷入了思考：
此车有两个很突出的故障现象，一是怠速不稳；二是氧传感器永久性故障。
二者之间有什么关系呢？
是怠速不稳导致氧传感器发生永久性故障?
还是氧传感器永久性故障导致怠速不稳？
显然不是后者，而是前者。
因为故障灯点亮是在行驶一段距离之后出现的，另外，我们已经更换了氧传感器，甚至我们担心配件质量问题又一次更换了氧传感器，故障现象还是存在。
于是，修理人员决定把“氧传感器永久性故障”暂且放下，先排除怠速不稳这一故障。
由于本车是刚刚更换过机油的车辆，维修人员认为，可能是在维修过程中真空管路断裂、或是接线头接触不良所致，于是，便仔细检查，没有发现问题。
之后，卸下火花塞检查其间隙——xml:
namespaceprefix=st1ns="urn:
schemas-microsoft-com:
office:
smarttags"/>0.7mm，属于正常范围之内。
最后，取下怠速电磁阀检查，发现油污严重，于是进行清洗，清洗完毕后启动发动机，故障现象仍然存在。
再次接431ME故障诊断仪（电眼睛）读取发动机数据流：
水温90°C，蓄电池电压13.5V，发动机怠速700—800r/min,氧传感器输出电压750—800ms，进气歧管压力0.45—0.52bar。
从所得到的数据看，氧传感器所输出的电压值偏大，并且基本无变化，进气压力传感器所测的数据也偏大，那么，根据进气压力值偏大的现象，是否判断进气压力传感器或进气歧管有故障呢？
于是，维修人员利用真空泵和万用表对压力传感器进行了排除，而在对压力传感器与进气歧管连接的真空管检查时，发现有油污堵塞，接真空管的塑料杯有大量机油。
根据压力传感器的工作原理我们得知：
如果真空管堵塞或存有大量油污，会造成压力传感器输出电压值偏大，使燃油喷射的时间延长，混合气过浓，造成怠速不稳，排气管中氧浓度过高，导致氧传感器输出电压过高，使氧传感器发生永久性故障，看来问题就要解决了，于是，马上清理、启动发动机、消除故障码。
然而，令人失望的是—故障现象仍然存在！
这时，通过对车主又一次了解情况，维修人员开始怀疑是否汽缸压力不足？
但是，车主认为：
在维修的过程中他一直在现场，当时卸下汽缸盖，他看到发动机积炭较少，气门呈暗红色，说明发动机配气机构没问题，除换过汽缸垫外，其他原封不动地安装上的，怎么会出现汽缸压力不足呢？
但是，维修人员还是重新卸下火花塞，做汽缸压力测试实验，发现：
一缸、二缸的汽缸压力值仅为540KPa、560/KPa,，远远低于正常值的20%。
汽缸压力确实不足，卸下气门后，维修人员为了验证是气门关闭不严，又进行了气门渗水试验，发现气门有轻微渗水现象，于是，维修工重新研磨气门，鉴于是二手车、机油又比较脏，活塞环可能老化，又更换了活塞环，修理完毕后，启动发动机，发动机怠速突然增大，调整节气门开度，这时怠速稳定，车辆恢复正常，于是，维修人员又换回原来的氧传感器（擦去积炭），接431ME故障检测仪（电眼睛），消除故障码，读数据流：
水温90°C，蓄电池电压13.5V，发动机怠速800—850r/min,氧传感器输出电压68—839ms，进气歧管压力340-378mb，喷油脉宽2.34—2.40ms，一切数据正常！
由此，终于揭开了“氧传感器永久性故障”的真面目，原来，是气门关闭不严使汽缸压力下降，导致怠速不稳，而在原修理厂只是一味的调大节气门的开度，致使进气压力增大，在发动机内燃烧不充分的废气，经排气管在氧传感器表面形成积炭，阻碍了外部空气进入氧传感器内部，使氧传感器输出信号失准。
总结
通过本次对汽车氧传感器论文的写作，让我了解了更多汽车.氧传感器的知识，特别是故障与检测这一块。
在写作过程时，我也查阅了许多汽车氧传感器相关的知识，通过查阅书籍，使我的视野更加的开阔了，也给即将毕业的我增加了一部分新的知识为以后的学习和工作打下了坚实基础。
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