氧传感器的检测
1、结构和工作原理
在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO 、HC 和NO x 三种主要的有害成分，但只在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三效催化转化器才能有效地起到净化作用。故在排气管中插入氧传感器，借检测废气中的氧浓度测定空燃比。并将其转换成电压信号或电阻信号，反馈给ECU 。ECU 控制空燃比收敛于理论值。目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
（1）氧化锆式氧传感器
氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管图1。
锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。
氧化锆在温度超过300℃后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU 相连（图 2a）。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图 2b ），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s 内迅速将
氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU ，另外两根分别接地和电源
锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图 3）。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO 、HC 、H 2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排
气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V 。
要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在
0.1-0.8V 之间不断变化（通常每10s 内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每1Os 少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。
（2）氧化钛式氧传感器
氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件（图 4）。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。
如图 5所示，ECU 2#端子将一个恒定的1V 电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与ECU4#端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考电压时，ECU 判定混合气过浓；当4#端子上的电压低于参考电压时，ECU 判定混合气过稀。通过ECU 的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU 连接的4#端子上的电压也是在0.1-0.9V 之间不断变化，这一点与氧化锆式氧传感器是相似的。
2、氧传感器的检测
氧传感器的基本电路如图 6所示。
1）氧传感器加热器电阻的检测
点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表Ω档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子（图 6的端子1和2）间的电阻（图
7），其电阻值应符合标准值（一般为4-40Ω；具体数值参见具体车型说明书）。
如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧传感器线束连接器，以便作进一步的检测。
（2）氧传感器反馈电压的检测
测量氧传感器反馈电压时，应先拔下氧传感器线束连接器插头，对照被测车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。有些车型也可以从故障诊断插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的小轿车，可从故障诊断插座内的OX 1或OX 2插孔内直接测得氧传感器反馈电压（丰田V 型六缸发动机两侧排气管上
各有一个氧传感器，分别和故障检测插座内的OX 1和OX 2插孔连接）。
在对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用指针型的电压表，以便直观地反映出反馈电压的变化情况。此外，电压表应是低量程（通常为2V ）和高阻抗（阻抗太低会损坏氧传感器）的。
A、丰田V 型六缸发动机氧传感器反馈电压的检测
①将发动机热车至正常工作温度（或起动后以2500r/min的转速连续运转2min ）。
②把电压表的负极测笔接故障诊断插座内的E 1插孔或蓄电池负极，正极
测笔接故障检测插座内的OX 1或OX 2插孔或接氧传感器线束插头上的引出线（图
8）。
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0.4V 上下不断变化，1Os 内反馈电压的变化次数应不少于8次。
④若电压表指针在1Os 内的摆动次数等于或多于8次，则说明氧传感器及反馈控制系统工作正常；电压表指针若在10s 内的摆动次数少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，可能是氧传感器表面有积炭而使灵敏度降低，此时应让发动机以2500r/min的转速运转约2min ，以清除氧传感器表面的积炭；若电压表指针变化依旧缓慢，则为氧传感器损坏或ECU 反馈控制电路有故障。
氧传感器是否损坏，可按下述方法检查：拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与ECU 连接，将电压表的正极测笔直接与氧传感器反馈电压输出端连接（图 9），然后，发动机正常运转时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，此时电压表读数应下降到0.1-0.3V ；接上脱开的曲轴箱通风管或真空软管，再拔下水温传感器接头，且用一个4-8K Ω的电阻代替水温传感器（或堵住空气滤清器的进气口），人为地形成浓混合气，此时，电压表读数应上升到0.8-1.OV 。也可以用突然踩下或松开油门踏板的方法来改变混合气浓度。在突然踩下油门踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开油门踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果在混合气浓度变化时，氧传感器输出电压不能相应地改变，说明氧传感器有故障。此时可拆去一根大真空软管，使发动机高速运转，以清除氧传感器上的铅或积炭，然后再测试。如果
氧传感器反馈电压能按上述规律变化，说明氧传感器良好。否则，须更换氧传感器。氧传感器的检测程序见图 10。
B、丰田COROLLA 车4A-C 、4A-GE 和4A-FE 发动机氧传感器的检测
①将发动机在2500r/min的转速下运转9Os 以上，使发动机热车至正常工作温度，并将电压表的正极测笔和4A-C 发动机的故障诊断插座的OX 插孔（4A-GE 发动机故障诊断插座的E 1插孔）连接，负极测笔和E （4A-GE 发动机故
障诊断插座的VF 插孔）连接，如图 11所示。
②对4A-C 发动机，应在保持发动机转速为2500r/min时检测，电压表指针若在1Os 内和0-6V 范围内摆动8次以上，则氧传感器工作正常。否则，应仔细地检查系统的导线和接头。
③对4A-GE 发动机，在保持发动机2500r/min的同时，用导线跨接故障诊断插座上的T 和E 1插孔，然后用电压表测量。如果电压表指针在1Os 内摆动
次数等于或超过8次，则表示氧传感器工作正常；如果电压表指针摆动次数少于8次，但在0次以上，则应拆下连接T 和E 1的导线，在仍保持2500r/min转速的
情况下，读取E 1和VF 之间的电压。此电压如果在OV 以上，则更换氧传感器；
如果电压为零，则从发动机故障指示灯上读取故障代码，然后根据故障代码进一步检查并视需要修理有关组件。
④对4A-FE 发动机，只能使用1OM Ω的数字式电压表，用其他型式的电压表可能会损坏ECU 或其他组件。其检测方法如下：
从传感器起，顺着导线找到第一个接头，并清洁导线以便识别导线的颜色（图 12）；然后，使发动机以1200r/min的转速运转2min 以上，并保持这一转速；将电压表的正极测笔插入黑色导线接头的背面，电压表的负极测笔接地，此时，电压表读数应在O-1V 之间，如果电压不在O-1V 范围内，则脱开氧传感器接头，用一根跨接导线将黑色导线和地线连接起来，再用电压表测量，读数应小于0.2V 。如果此电压等于或小于0.2V ，则是传感器或传感器的连接有故障；如果测试的电压在0.2V 以上，则拆去跨接导线，并将发动机熄火，随后把点火开关转到“ON”位而不起动发动机，重新检查黑色导线的电压，此电压若为
0.3-0.6V ，则表明电子控制单元ECU 损坏；电压若超过0.6V ，则可能是电子控制单元故障、连接不良或褐色导线内断路；电压小于0.6V ，则可能是电子控制单元故障、连接不良或黑色导线内断路。
（3）北京切诺基氧传感器的检测
北京切诺基采用的是带加热元件的氧传感器。它与ECU 的连接如图 13所示
氧传感器上有4条导线，其中2条是氧传感器的信号输出线和地线，另2条是加热元件的电源输入线和接地线。该传感器可用DRBII 或DRBⅢ测试仪进行测试，在没有DRBII 或DRBⅢ测试仪的情况下，可采用下述测试方法：
A、用高阻抗数字式万用表Ω档对氧传感器进行测试拔下氧传感器线束插头，测试传感器A 、B 端子间的电阻值。正常情况下，其电阻值为5-7Ω，电阻值若为无穷大，则是加热电阻烧断，应更换氧传感器。
B、对氧传感器的输出电压进行测试良好的氧传感器，在接线正常情况下，当发动机处于正常工作温度且稳定运转时，氧传感器端子C 、D 间的电压值应为0-1V 。
如果测得的电压值在0V 且保持不变，则需反复开、闭节气门，使发动机转速变化。此时，若电压随节气门的开闭而变，则表明氧传感器良好；若电压值仍为0V ，则说明氧传感器已经损坏。
如果测得的电压值在1V 且保持不变，则需拆去进气歧管上的一根真空软管，让混合气变稀。此时，若电压值开始变化，则说明氧传感器有效，否则，说明氧传感器已损坏，应更换。
氧传感器的故障分析与诊断
由于环保的要求，许多汽车在排气系统中装有三元催化器，以减少汽车的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)的排放量。由于三元催化器在理想空燃比（14.7:1）附近时净化率最高，所以必须控制发动机工作在理想空燃比很窄的范围内。发动机每次工作循环的喷油由装在排气管中的氧传感器反馈给发动机的ECU ，ECU 中微机根据氧传感器的反馈信号修正喷油量，达到燃烧最完全。如图1所示为氧传感器的电路，其中发动机ECU 的OX 为氧传感器的信号输入端，HT 为氧传感加热器的电源输出端。如果排气温度过低（冷态），HT 便接通供电电路；如果排气温度过高（热态），HT 便断开供电电路。
由于汽车尾气及排气温度的原因，使氧传感器的工作条件极其恶劣。因此造成一般无加热器的氧传感器的寿命约为5—8万公里，而有加热器的氧传感器的寿命比无加热器长3万公里。氧传感器的失效过程都是缓慢进行的，首先是它的响应速度变慢，输出信号的幅度变低，最后是输出信号不变化或完全没有信号输出。这时就会有故障代码出现（如丰田车系的故障代码为“21”“25”“26”“27”
“28”“29”），发动机检查灯或故障指示灯也会亮。
除了由于使用年限或行驶里程的增加而导致氧传感器的正常失效外，氧传感器还可能因汽油中含铅或冷却液中的硅胶腐蚀而提前失效，氧传感器的衬垫在维修过程中被拆掉所造成的尾气泄漏也会导致氧传感器提前失效。还有一些潜在的因素，例如燃油压力过高、喷油器损坏、发动机电脑和传感器损坏以及操作不当等，也都可能导致氧传感器提前失效。然而，导致氧传感器提前失效的首要原因是由发动机混合气过浓所造成的炭堵塞。
由于氧传感器的失效，微机得不到氧传感器的反馈信号，也就无法修正喷油量，使怠速时供给发动机过浓或过稀的混合气，造成发动机断火、工作不稳、加速滞后。
对氧传感器的故障诊断，可从以下几方面入手：
一、发动机冷态下怠速运转时，发动机ECU HT 端子的电压为12V 左右。如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。
二、如果ECU HT端子的电压正常，则接下来应检查氧传感器内加热电阻的好坏。拔开氧传感器的导线连接器，用电阻表检测氧传感器的端子1和2间的电阻，其电阻值应符合标准值。一般正常值为几欧姆，如电阻值无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，则须更换氧传感器。
三、发动机在中、高速运转时，发动机ECU 的端子OX 的电压应处于0—1V 的跳跃状态，如长时间处于0V 或1V 时，可能是氧传感器故障，也可能是发动机其它部件故障。这时我们要对氧传感器的基本性能进行测试，以区分这几种可能性。测试采用示波器，方法有两种，增加空气法和增加燃料法：
1、示波器的接法：
虽然氧传感器有其作用电压，但其安培数相当小，也就很容易受到杂讯的干扰，因此在选探针时建议使用10:1的探针。然而你也可以使用1:1的探针，不过很容易有杂讯的产生，再者有些车型的氧传感器本身即有些微的杂讯电压存在，容易造成误判。
由于氧传感器必須与电脑保持讯号的接通，因此我們不可能拔开插头直接测量。在这里我们使用常见的:背插法，也就是利用类似大头针的针状物插入传感器背后的插座，由于插座与线端通常有防水橡皮，因此只要小心地延着橡胶細縫插入即可，这样並不会破坏到原线束或插座，此外在这里我们不建议使用线束穿剌法。
2、增加空气法
首先我们利用最简单的方法→拔开真空管，強迫发动机吸入更多的空气。找出一条真空管須在节气门之后，这样才有真空吸力存在。另外在选择所要拆下的真空管时，須注意一点：此条真空管必須不会影响到发动机混合控制，例如燃油压力阀整阀，如果拆下此真空管的话将会造成较大的燃烧压力，使得怠速测试时混合比会有较高的現象，而造成测试的数据有所误差。当发动机处于较浓的状态，拔开真空管，这时氧传感器的电压会马上下降，当发动机原本处于较稀的状态，氧传感器的电压將维持不变。但注意一点，若是翼板式、热线式的空气流量計，当拔开真空管较不会影响到流量计的电压输出变化，因此电脑回馈反应的动作就有所延迟，虽然会將空气过量系数λ调整到1，但速度较慢，所以它的曲线将维持较长时间的低电压。测试结果如图2、图3：
图 2：发动机怠速
图 3：发动机转速约1800r/min
3、增加燃料法
相对于上面例子我们可额外地加入燃料，強迫发动机提高混合比，此方法对于氧传感器长时间低电压有极佳的判断。但如何选择燃料种类呢？一般以市售的化油器清洗剂或是积碳清洗喷剂便是相当适合的选择，由于其中含极高易燃、氧化的物质，所以能夠在短时间內增加发动机供油的浓度。我们可预先拔开一条真空管並将它塞住，这时可以观查氧传感器的反应电压，如果都一直持续在低混合的状态，这时可以利用喷剂並喷入少許的量于真空管內，此时发动机的混合比將会急速地升高，此时氧传感器电压也将立即作出反应，由于量不多，因此高混合维持的时间並不长，稍后將恢复原來的状态。这时我们即可判断氧传感器是否在作用着。测试的結果如下图3（左图为喷一次的结果，右图为喷两次的结果）：
图 3
利用模拟器如何模拟氧传感器信号
这几年随着汽车设计和制造的整体发展，闭环控制已经成为一种大势所趋，尤其是电喷系统对闭环控制尤为常见，即通过安装氧传感器和三元催化器，实现电脑对于供油系统的全过程调整。这样可以大大的提高环保水平，但故障也就相对多起来。
氧传感器的损坏究竟会对汽车的运行产生多大的影响，很难有一个很好的解释，因为不同汽车对于氧传感器的依赖程度不同。但由于它的功能及工作原理比较独特，所以先掌握氧传感器的性质，对维修人员诊断电喷发动机的故障是有重要意义的。
氧传感器其实就是一个低电压、低电流的小发电机，当它的内外表面所接触的氧分子浓度不同时，便形成一个电位差，它的外表面伸入排气管中直接与发动机排气相接触，它的内表面与大气接触，大气中氧分子的浓度是不变的。而排气中氧分子的浓度是随混合气浓度的变化而变化的。当混合气的实际空燃比高于理论空燃比14.71，即稀混合气时，废气中剩余的氧分子浓度相对较高，这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小，只能输出大约0.1V 的电压; 而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即浓混合气时，废气中剩余的氧分子非常少，这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大，可以输出大约1.0V 左右的电压。这样，电脑就可以通过氧传感器输出的信号了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差，于是根据这个信号相应调整喷油器的喷油脉宽，以弥补这个微小偏差，从而提高了控制的精度。
电喷轿车所采用的氧传感器大致分为单线、三线及四线等几种形式，它们的区别只在于三线或四线的氧传感器中多了一个加热装置，因为氧传感器只有在400℃以上才工作。在工作状态下，氧传感器反馈电压可以使用模拟器的直流电压档测量信号线对负极的电压。信号线绝对不能搭铁，否则将不可恢复性地损坏氧传感器。此时起动发动机并便水温达到
至少80℃，使发动机多次达到2500r/min后使发动机转速保持2500r/min,并观察模拟器显示的电压，电压值应在此0.1~0.9V 之间迅速跳动，在1Os 之内电压应在0.1~0.3V 之间变化至少6~8次，若电压变化比较缓慢，不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障，可能是氧传感器表面被积炭覆盖而灵敏性降低。这时可使发动机高速运转几分钟以清除积炭，然后再观察氧传感器信号电压是否符合规定，如仍不符合规定，则进行下一步检查。
下面介绍一个利用模拟器排除故障的实例。
故障现象 一辆由广东三星组装的美国克莱斯勒道奇捷龙汽车（装备3.3L 发动机），排放量超标，在怠速工况下 CO达到5.1%以上，HC 达到300×10-6左右。通过这组数字可以看出:此车的混合气偏浓，在汽车维修人员对该车发动机的油路和点火电路做了常规维护后，发动机的污染物排放量依然超标。当用克莱斯勒专用故障检测仪DRB Ⅲ对电控燃油喷射系统进行检测时，发现故障代码为21、51和52号，其含义均为氧传感器信号高于或低于正常值。通过读取数据流，发现氧传感器的数值始终是2.5V 不变化。然后改变各种工况，发现氧传感器的电压信号在发动机的各种工况下都相同。因此怀疑氧传感器已失效。在检查氧传感器时，发现在排气管上根本未装氧传感器，而安装氧传感器的位置被一个螺丝堵住。也就是说，该汽车发动机的电子控制系统已成为无氧传感器信号的开环控制系统，这就是发动机污染物排放量超标的原因。而且该车也没有安装三元催化器。
于是，使用模拟器的模拟氧传感器数值的功能。
（1）将模拟器的绿色氧传感器专用线和黑色连线连接在车上氧传感器的输出回路上;
（2）将中间功能选择开关置于:KnocK/Oxy档位;
（3）将右侧功能选择开关置于:Volts/Oxy位置;
（4) 使发动机起动运转，然后打开SST Ⅲ，此时SST Ⅲ将产生一个0.15V 的恒定的连续信号来模拟稀混合气状态下的氧传感器所发出的信号；
(5)按下模拟器上方的Oxy 键，SST Ⅲ将产生一个0.85V 的恒定的连续信号来模拟浓混合气状态下的氧传感器所发出的信号;
(6)在使用模拟器模拟了氧传感器后，再用DRB Ⅲ检测仪读取数据流，发现氧传感器的输入信号在发动机负荷变化时仍无变化，仍旧是恒定在2.5V 不变化，并且发动机故障指示灯不报警。
(7)使用DRB Ⅲ检测仪读取故障代码也没有任何变化。
通过上面的检测说明，该车发动机电子控制单元根本不接受模拟氧传感器传来的电压信号 （否则发动机故障指示灯在无氧传感器信号时会点亮），因而发动机电控单元实行的可能是开环控制。为了加大判断的正确率，从发动机电子控制单元处氧传感器的输入端 （电脑插接器的41脚）模拟氧传感器信号，仍无反应。通过初步分析可以判断为:发动机电子控制单元不接受氧传感器信号，怀疑是发动机电子控制单元有故障。对其他车作了尾气检查，发现结果与上述车辆完全一样。于是怀疑三星汽车均有这样的问题。
在购买了一块原装的发动机电子控制单元后，又使用模拟器对其进行了氧传感器模拟试验，故障消失。通过检测仪读取数据流也符合要求氧传感器的变化是0.1~0.9V 之间，而且随看踩加速踏板的变化而变化。在安装三元催化器之后，尾气完全达到欧洲Ⅱ号标准。
为什么会出现这种现象呢? 原来该车是广东三星汽车公司在1995年组装的汽车。在那时，由于我国汽油大都含铅，而有铅汽油会使氧传感器和三元催化转化器在极短的时间内就“中毒”失效，并引起发动机故障指示灯报警。因此，为了彻底解决由有铅汽油引起的氧传感器和三元催化转化器中毒、发动机故障指示灯报警的问题，广东三星汽车公司对组装的汽车发动机电控单元中的控制程序都作了修改 （由闭环控制程序改为开环控制程序），并且在发动机上不装氧传感器。这就是该汽车发动机没有安装氧传感器，发动机故障指示灯不报警而发动机污染
物排放量超标的原因。
此种判断方法在一些配件不齐全的汽车上要经常应用，这样可以减少误诊的可能，提高诊断的水平。
氧传感器与带有TWC 电控发动机的故障诊断
随着对汽车排放污染控制的重视，带有三效催化转化器(TWC)电控发动机的汽车正在我国普及，这种发动机最有效的排气净化方法是采用TWC 和对混合气空燃比的反馈(闭环) 控制，而氧传感器是这一反馈控制必不可少的部件，发动机的故障可以通过氧传感器的信号波形来判定。本文将讨论这一问题。
1 氧传感器
1.1 氧传感器的一般作用
装用TWC 的电控发动机能达到最佳排气净化性能的条件是混合气的空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内(图1) ，一旦偏离理论空燃比，三效催化剂对CO 、HC 和NOx 的净化能力便急剧下降。安装在排气歧管或排气管中的氧传感器可以根据排气中的氧浓度测定空燃比，并随时向电控单元(ECU)发出反馈信号，ECU 则根据氧传感器反馈的空燃比信号，控制喷油量增加或减少，从而使空燃比始终保持在理论空燃比附近，这就是空燃比反馈控制或称空燃比闭环控制。
图1 三效催化转化器转化效率与空燃比的关系
在发动机混合气空燃比反馈控制的过程中，氧传感器相当于一个浓稀开关，根据混合气空燃比变化向ECU 输送脉冲宽度变化的电压脉冲信号，可以说，氧传感器是一个随时向ECU 反馈空燃比信息的“通信员”，如图2所示。
图2 氧传感器输出信号和混合气空燃比的关系
1.2 氧传感器对维修检测的作用
发动机空燃比反馈控制时氧传感器随时监测混合气空燃比，如果供入气缸的混合气的空燃比不正常，氧传感器信号就会有所反映。排气中的氧浓度不仅受混合气空燃比影响，而且受气缸中燃烧状态的影响。一旦燃烧不充分或个别气缸出现缺火，气缸中的部分氧“未经消化”即排出气缸外，排气中的氧浓度便会发生变化。因此，氧传感器的信号又受燃烧状态的影响。当然，氧传感器的损坏或
ECU 出现故障也会使氧传感器的信号异常。
发动机正常燃烧需要三方面的条件：合适的混合气空燃比；足够的点火能量和合适的点火提前角；正常的气缸压缩压力和压缩温度。上述条件如有一条不满足，就有可能造成燃烧不正常，进而使排气中的氧体积分数异常，氧传感器的信号波形即出现异常。下列情况可能导致燃烧不正常进而引起氧传感器的波形不正常。
a. 点火系故障造成燃烧不正常或缺火；
b. 机械原因引起的压缩泄漏使正常的气缸压缩比遭到破坏；
c. 真空泄漏造成空燃比不正常；
d. 各缸喷油不正常造成的各缸燃烧状况不均衡。
根据上述情况引起的氧传感器波形异常变化并合一定的仪器检测，就可以分析发动机的故障。
1.3 氧传感器的检测
氧传感器的好坏可以用以下两种方法检测。
1.3.1 加注丙烷法
该方法需要专门的丙烷加注工具，其步骤如下。
a. 连接丙烷加注工具，即把用于加浓的丙烷接到发动机某真空管入口处。 b. 连接汽车示波器。
c. 起动发动机，并使其在2 500 r/min下运转2～ 3 min，待发动机运转稳定。
d. 慢慢加注丙烷，氧传感器输出电压升高(混合气变浓) ，系统逐渐失去反馈信号的能力。最后使发动机转速下降100～200 r/min。此步骤必须在20～25 s内完成。
e. 迅速将丙烷从真空管处移开，关闭丙烷开关。
f. 在进行d 和e 步骤的同时，操作示波器，记忆氧传感器的波形，如图3所示。显示并分析该波形，正常的氧传感器波形数据应符合表1的要求，对不符合要求的氧传感器应更换。
图3 用丙烷法检测氧传感器时示波器显示的波形
1.3.2 节气门急加速法
对某些有快速补偿真空泄漏功能的汽车，氧传感器输出电压不会降低(混合
气变稀) ，此时可用节气门急加速的方法测试氧传感器，其测试步骤如下。 a. 以2 500 r/min预热发动机和氧传感器2～6 min后，使发动机怠速运转20 s。
b. 在2 s内将节气门自怠速加大至全开5～6次，注意不要超速，只要得到一次节气门急加速和全减速即可。
c. 用汽车示波器记忆氧传感器的波形以便分析，正常的氧传感器波形数据应符合表1的要求。
2 利用氧传感器分析发动机故障
2.1 发动机故障分析流程图
利用氧传感器分析发动机故障可按图4所示的流程进行。
图4 利用氧传感器分析发动机故障的流程
2.2 氧传感器的杂波分析
若能确认氧传感器工作正常，则可对氧传感器波形中的杂波进行分析。如果发动机性能良好，且无真空泄漏，排气中HC 和O2含量正常，那么氧传感器出现杂波是正常的。否则，表明发动机燃烧效率低，各缸工作不均匀，工作性能下降。杂波有如下类型：
a. 无关型杂波即氧传感器波形中经常出现在300～600 mV 之间的杂波，这是由于氧传感器自身的化学特性引起的，而非发动机故障所致。
b. 中等杂波即在氧传感器波形的波峰上出现的下冲尖峰，其尖峰幅度不大于150 mV 。出现中等杂波并不一定表示发动机有故障，比如多数汽车在怠速时氧传感器波形上的杂波较多。因此，必须权衡其他因素如发动机型号、氧传感器类型及发动机运转方式等才能根据中等杂波分析故障。
c. 严重杂波是指振幅大于200 mV ，覆盖氧传感器波形整个电压范围的干扰信号。严重杂波往往是由发动机故障所致。在氧传感器工作正常的情况下，用氧传感器诊断发动机故障的主要依据就是严重杂波。图5为个别喷油器阻塞造成各气缸喷油不均衡时氧传感器的波形。
图5 个别喷油器阻塞造成各气缸喷油不均衡时氧传感器的波形
3 故障波形及分析实例
车型：丰田子弹头乘用车
故障现象：怠速非常不稳、加速迟缓和动力下降。在冷起动后或重新热起动后的开环控制期间情况稍好，一旦空燃比反馈控制系统进入闭环控制，症状就变得显著。
用示波器检测氧传感器时，氧传感器在所有的转速、负荷下都显示了严重杂波。
故障分析：严重的杂波表明排气中氧含量不均衡或存在缺火，这些杂波彻底毁坏了空燃比反馈控制系统对混合气的控制能力。
由图4可知，发动机故障引起氧传感器产生严重杂波的原因很多，通常可采用排除其他故障可能性的方法(排除法) 来判定喷油不均衡。包括用示波器检查、判断点火系统和气缸压缩压力以排除其可能性；用人为加浓并配合其他仪器等方法排除真空泄漏的可能性。总之，对于多点燃油喷射式发动机，如果没有点火不良、压缩泄漏或真空泄漏问题引起的缺火，则可假定是喷油不均衡引起的缺火。 此例中，进一步检查了上述点火、压缩及真空的各方面情况，结果表明可以排除这些方面问题的可能性。因此，判断为个别气缸喷油器损坏。当更换上好的喷油器后，故障现象消失，波形恢复正常。
氧传感器的检测
1、结构和工作原理
在使用三效催化转化器降低排放污染的发动机上，氧传感器是必不可少的。三效催化转化器安装在排气管的中段，它能净化排气中CO 、HC 和NO x 三种主要的有害成分，但只在混合气的空燃比处于接近理论空燃比的一个窄小范围内，三效催化转化器才能有效地起到净化作用。故在排气管中插入氧传感器，借检测废气中的氧浓度测定空燃比。并将其转换成电压信号或电阻信号，反馈给ECU 。ECU 控制空燃比收敛于理论值。目前使用的氧传感器有氧化锆式和氧化钛式两种，其中应用最多的是氧化锆式氧传感器。
（1）氧化锆式氧传感器
氧化锆式氧传感器的基本元件是氧化锆陶瓷管（固体电解质），亦称锆管图1。
锆管固定在带有安装螺纹的固定套中，内外表面均覆盖着一层多孔性的铅膜，其内表面与大气接触，外表面与废气接触。氧传感器的接线端有一个金属护套，其上开有一个用于锆管内腔与大气相通的孔；电线将锆管内表面铂极经绝缘套从此接线端引出。
氧化锆在温度超过300℃后，才能进行正常工作。早期使用的氧传感器靠排气加热，这种传感器必须在发动机起动运转数分钟后才能开始工作，它只有一根接线与ECU 相连（图 2a）。现在，大部分汽车使用带加热器的氧传感器（图 2b ），这种传感器内有一个电加热元件，可在发动机起动后的20-30s 内迅速将
氧传感器加热至工作温度。它有三根接线，一根接ECU ，另外两根分别接地和电源
锆管的陶瓷体是多孔的，渗入其中的氧气，在温度较高时发生电离。由于锆管内、外侧氧含量不一致，存在浓差，因而氧离子从大气侧向排气一侧扩散，从而使锆管成为一个微电池，在两铂极间产生电压（图 3）。当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即发动机以较浓的混合气运转时，排气中氧含量少，但CO 、HC 、H 2等较多。这些气体在锆管外表面的铅催化作用下与氧发生反应，将耗尽排
气中残余的氧，使锆管外表面氧气浓度变为零，这就使得锆管内、外侧氧浓差加大，两铅极间电压陡增。因此，锆管氧传感器产生的电压将在理论空燃比时发生突变：稀混合气时，输出电压几乎为零；浓混合气时，输出电压接近1V 。
要准确地保持混合气浓度为理论空燃比是不可能的。实际上的反馈控制只能使混合气在理论空燃比附近一个狭小的范围内波动，故氧传感器的输出电压在
0.1-0.8V 之间不断变化（通常每10s 内变化8次以上）。如果氧传感器输出电压变化过缓（每1Os 少于8次）或电压保持不变（不论保持在高电位或低电位），则表明氧传感器有故障，需检修。
（2）氧化钛式氧传感器
氧化钛式氧传感器是利用二氧化钛材料的电阻值随排气中氧含量的变化而变化的特性制成的，故又称电阻型氧传感器。二氧化钛式氧传感器的外形和氧化锆式氧传感器相似，在传感器前端的护罩内是一个二氧化钛厚膜元件（图 4）。纯二氧化钛在常温下是一种高电阻的半导体，但表面一旦缺氧，其品格便出现缺陷，电阻随之减小。由于二氧化钛的电阻也随温度不同而变化，因此，在二氧化钛式氧传感器内部也有一个电加热器，以保持氧化钛式氧传感器在发动机工作过程中的温度恒定不变。
如图 5所示，ECU 2#端子将一个恒定的1V 电压加在氧化钛式氧传感器的一端上，传感器的另一端与ECU4#端子相接。当排出的废气中氧浓度随发动机混合气浓度变化而变化时，氧传感器的电阻随之改变，ECU4#端子上的电压降也随着变化。当4#端子上的电压高于参考电压时，ECU 判定混合气过浓；当4#端子上的电压低于参考电压时，ECU 判定混合气过稀。通过ECU 的反馈控制，可保持混合气的浓度在理论空燃比附近。在实际的反馈控制过程中，二氧化钛式氧传感器与ECU 连接的4#端子上的电压也是在0.1-0.9V 之间不断变化，这一点与氧化锆式氧传感器是相似的。
2、氧传感器的检测
氧传感器的基本电路如图 6所示。
1）氧传感器加热器电阻的检测
点火开关置于“OFF”，拔下氧传感器的导线连接器，用万用表Ω档测量氧传感器接线端中加热器端子与自搭铁端子（图 6的端子1和2）间的电阻（图
7），其电阻值应符合标准值（一般为4-40Ω；具体数值参见具体车型说明书）。
如不符合标准，应更换氧传感器。测量后，接好氧传感器线束连接器，以便作进一步的检测。
（2）氧传感器反馈电压的检测
测量氧传感器反馈电压时，应先拔下氧传感器线束连接器插头，对照被测车型的电路图，从氧传感器反馈电压输出端引出一条细导线，然后插好连接器，在发动机运转时从引出线上测量反馈电压。有些车型也可以从故障诊断插座内测得氧传感器的反馈电压，如丰田汽车公司生产的小轿车，可从故障诊断插座内的OX 1或OX 2插孔内直接测得氧传感器反馈电压（丰田V 型六缸发动机两侧排气管上
各有一个氧传感器，分别和故障检测插座内的OX 1和OX 2插孔连接）。
在对氧传感器的反馈电压进行检测时，最好使用指针型的电压表，以便直观地反映出反馈电压的变化情况。此外，电压表应是低量程（通常为2V ）和高阻抗（阻抗太低会损坏氧传感器）的。
A、丰田V 型六缸发动机氧传感器反馈电压的检测
①将发动机热车至正常工作温度（或起动后以2500r/min的转速连续运转2min ）。
②把电压表的负极测笔接故障诊断插座内的E 1插孔或蓄电池负极，正极
测笔接故障检测插座内的OX 1或OX 2插孔或接氧传感器线束插头上的引出线（图
8）。
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0.4V 上下不断变化，1Os 内反馈电压的变化次数应不少于8次。
④若电压表指针在1Os 内的摆动次数等于或多于8次，则说明氧传感器及反馈控制系统工作正常；电压表指针若在10s 内的摆动次数少于8次，则说明氧传感器或反馈控制系统工作不正常，可能是氧传感器表面有积炭而使灵敏度降低，此时应让发动机以2500r/min的转速运转约2min ，以清除氧传感器表面的积炭；若电压表指针变化依旧缓慢，则为氧传感器损坏或ECU 反馈控制电路有故障。
氧传感器是否损坏，可按下述方法检查：拔下氧传感器的线束插头，使氧传感器不再与ECU 连接，将电压表的正极测笔直接与氧传感器反馈电压输出端连接（图 9），然后，发动机正常运转时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，此时电压表读数应下降到0.1-0.3V ；接上脱开的曲轴箱通风管或真空软管，再拔下水温传感器接头，且用一个4-8K Ω的电阻代替水温传感器（或堵住空气滤清器的进气口），人为地形成浓混合气，此时，电压表读数应上升到0.8-1.OV 。也可以用突然踩下或松开油门踏板的方法来改变混合气浓度。在突然踩下油门踏板时，混合气变浓，反馈电压应上升；突然松开油门踏板时，混合气变稀，反馈电压应下降。如果在混合气浓度变化时，氧传感器输出电压不能相应地改变，说明氧传感器有故障。此时可拆去一根大真空软管，使发动机高速运转，以清除氧传感器上的铅或积炭，然后再测试。如果
氧传感器反馈电压能按上述规律变化，说明氧传感器良好。否则，须更换氧传感器。氧传感器的检测程序见图 10。
B、丰田COROLLA 车4A-C 、4A-GE 和4A-FE 发动机氧传感器的检测
①将发动机在2500r/min的转速下运转9Os 以上，使发动机热车至正常工作温度，并将电压表的正极测笔和4A-C 发动机的故障诊断插座的OX 插孔（4A-GE 发动机故障诊断插座的E 1插孔）连接，负极测笔和E （4A-GE 发动机故
障诊断插座的VF 插孔）连接，如图 11所示。
②对4A-C 发动机，应在保持发动机转速为2500r/min时检测，电压表指针若在1Os 内和0-6V 范围内摆动8次以上，则氧传感器工作正常。否则，应仔细地检查系统的导线和接头。
③对4A-GE 发动机，在保持发动机2500r/min的同时，用导线跨接故障诊断插座上的T 和E 1插孔，然后用电压表测量。如果电压表指针在1Os 内摆动
次数等于或超过8次，则表示氧传感器工作正常；如果电压表指针摆动次数少于8次，但在0次以上，则应拆下连接T 和E 1的导线，在仍保持2500r/min转速的
情况下，读取E 1和VF 之间的电压。此电压如果在OV 以上，则更换氧传感器；
如果电压为零，则从发动机故障指示灯上读取故障代码，然后根据故障代码进一步检查并视需要修理有关组件。
④对4A-FE 发动机，只能使用1OM Ω的数字式电压表，用其他型式的电压表可能会损坏ECU 或其他组件。其检测方法如下：
从传感器起，顺着导线找到第一个接头，并清洁导线以便识别导线的颜色（图 12）；然后，使发动机以1200r/min的转速运转2min 以上，并保持这一转速；将电压表的正极测笔插入黑色导线接头的背面，电压表的负极测笔接地，此时，电压表读数应在O-1V 之间，如果电压不在O-1V 范围内，则脱开氧传感器接头，用一根跨接导线将黑色导线和地线连接起来，再用电压表测量，读数应小于0.2V 。如果此电压等于或小于0.2V ，则是传感器或传感器的连接有故障；如果测试的电压在0.2V 以上，则拆去跨接导线，并将发动机熄火，随后把点火开关转到“ON”位而不起动发动机，重新检查黑色导线的电压，此电压若为
0.3-0.6V ，则表明电子控制单元ECU 损坏；电压若超过0.6V ，则可能是电子控制单元故障、连接不良或褐色导线内断路；电压小于0.6V ，则可能是电子控制单元故障、连接不良或黑色导线内断路。
（3）北京切诺基氧传感器的检测
北京切诺基采用的是带加热元件的氧传感器。它与ECU 的连接如图 13所示
氧传感器上有4条导线，其中2条是氧传感器的信号输出线和地线，另2条是加热元件的电源输入线和接地线。该传感器可用DRBII 或DRBⅢ测试仪进行测试，在没有DRBII 或DRBⅢ测试仪的情况下，可采用下述测试方法：
A、用高阻抗数字式万用表Ω档对氧传感器进行测试拔下氧传感器线束插头，测试传感器A 、B 端子间的电阻值。正常情况下，其电阻值为5-7Ω，电阻值若为无穷大，则是加热电阻烧断，应更换氧传感器。
B、对氧传感器的输出电压进行测试良好的氧传感器，在接线正常情况下，当发动机处于正常工作温度且稳定运转时，氧传感器端子C 、D 间的电压值应为0-1V 。
如果测得的电压值在0V 且保持不变，则需反复开、闭节气门，使发动机转速变化。此时，若电压随节气门的开闭而变，则表明氧传感器良好；若电压值仍为0V ，则说明氧传感器已经损坏。
如果测得的电压值在1V 且保持不变，则需拆去进气歧管上的一根真空软管，让混合气变稀。此时，若电压值开始变化，则说明氧传感器有效，否则，说明氧传感器已损坏，应更换。
氧传感器的故障分析与诊断
由于环保的要求，许多汽车在排气系统中装有三元催化器，以减少汽车的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOx)的排放量。由于三元催化器在理想空燃比（14.7:1）附近时净化率最高，所以必须控制发动机工作在理想空燃比很窄的范围内。发动机每次工作循环的喷油由装在排气管中的氧传感器反馈给发动机的ECU ，ECU 中微机根据氧传感器的反馈信号修正喷油量，达到燃烧最完全。如图1所示为氧传感器的电路，其中发动机ECU 的OX 为氧传感器的信号输入端，HT 为氧传感加热器的电源输出端。如果排气温度过低（冷态），HT 便接通供电电路；如果排气温度过高（热态），HT 便断开供电电路。
由于汽车尾气及排气温度的原因，使氧传感器的工作条件极其恶劣。因此造成一般无加热器的氧传感器的寿命约为5—8万公里，而有加热器的氧传感器的寿命比无加热器长3万公里。氧传感器的失效过程都是缓慢进行的，首先是它的响应速度变慢，输出信号的幅度变低，最后是输出信号不变化或完全没有信号输出。这时就会有故障代码出现（如丰田车系的故障代码为“21”“25”“26”“27”
“28”“29”），发动机检查灯或故障指示灯也会亮。
除了由于使用年限或行驶里程的增加而导致氧传感器的正常失效外，氧传感器还可能因汽油中含铅或冷却液中的硅胶腐蚀而提前失效，氧传感器的衬垫在维修过程中被拆掉所造成的尾气泄漏也会导致氧传感器提前失效。还有一些潜在的因素，例如燃油压力过高、喷油器损坏、发动机电脑和传感器损坏以及操作不当等，也都可能导致氧传感器提前失效。然而，导致氧传感器提前失效的首要原因是由发动机混合气过浓所造成的炭堵塞。
由于氧传感器的失效，微机得不到氧传感器的反馈信号，也就无法修正喷油量，使怠速时供给发动机过浓或过稀的混合气，造成发动机断火、工作不稳、加速滞后。
对氧传感器的故障诊断，可从以下几方面入手：
一、发动机冷态下怠速运转时，发动机ECU HT 端子的电压为12V 左右。如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。
二、如果ECU HT端子的电压正常，则接下来应检查氧传感器内加热电阻的好坏。拔开氧传感器的导线连接器，用电阻表检测氧传感器的端子1和2间的电阻，其电阻值应符合标准值。一般正常值为几欧姆，如电阻值无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，则须更换氧传感器。
三、发动机在中、高速运转时，发动机ECU 的端子OX 的电压应处于0—1V 的跳跃状态，如长时间处于0V 或1V 时，可能是氧传感器故障，也可能是发动机其它部件故障。这时我们要对氧传感器的基本性能进行测试，以区分这几种可能性。测试采用示波器，方法有两种，增加空气法和增加燃料法：
1、示波器的接法：
虽然氧传感器有其作用电压，但其安培数相当小，也就很容易受到杂讯的干扰，因此在选探针时建议使用10:1的探针。然而你也可以使用1:1的探针，不过很容易有杂讯的产生，再者有些车型的氧传感器本身即有些微的杂讯电压存在，容易造成误判。
由于氧传感器必須与电脑保持讯号的接通，因此我們不可能拔开插头直接测量。在这里我们使用常见的:背插法，也就是利用类似大头针的针状物插入传感器背后的插座，由于插座与线端通常有防水橡皮，因此只要小心地延着橡胶細縫插入即可，这样並不会破坏到原线束或插座，此外在这里我们不建议使用线束穿剌法。
2、增加空气法
首先我们利用最简单的方法→拔开真空管，強迫发动机吸入更多的空气。找出一条真空管須在节气门之后，这样才有真空吸力存在。另外在选择所要拆下的真空管时，須注意一点：此条真空管必須不会影响到发动机混合控制，例如燃油压力阀整阀，如果拆下此真空管的话将会造成较大的燃烧压力，使得怠速测试时混合比会有较高的現象，而造成测试的数据有所误差。当发动机处于较浓的状态，拔开真空管，这时氧传感器的电压会马上下降，当发动机原本处于较稀的状态，氧传感器的电压將维持不变。但注意一点，若是翼板式、热线式的空气流量計，当拔开真空管较不会影响到流量计的电压输出变化，因此电脑回馈反应的动作就有所延迟，虽然会將空气过量系数λ调整到1，但速度较慢，所以它的曲线将维持较长时间的低电压。测试结果如图2、图3：
图 2：发动机怠速
图 3：发动机转速约1800r/min
3、增加燃料法
相对于上面例子我们可额外地加入燃料，強迫发动机提高混合比，此方法对于氧传感器长时间低电压有极佳的判断。但如何选择燃料种类呢？一般以市售的化油器清洗剂或是积碳清洗喷剂便是相当适合的选择，由于其中含极高易燃、氧化的物质，所以能夠在短时间內增加发动机供油的浓度。我们可预先拔开一条真空管並将它塞住，这时可以观查氧传感器的反应电压，如果都一直持续在低混合的状态，这时可以利用喷剂並喷入少許的量于真空管內，此时发动机的混合比將会急速地升高，此时氧传感器电压也将立即作出反应，由于量不多，因此高混合维持的时间並不长，稍后將恢复原來的状态。这时我们即可判断氧传感器是否在作用着。测试的結果如下图3（左图为喷一次的结果，右图为喷两次的结果）：
图 3
利用模拟器如何模拟氧传感器信号
这几年随着汽车设计和制造的整体发展，闭环控制已经成为一种大势所趋，尤其是电喷系统对闭环控制尤为常见，即通过安装氧传感器和三元催化器，实现电脑对于供油系统的全过程调整。这样可以大大的提高环保水平，但故障也就相对多起来。
氧传感器的损坏究竟会对汽车的运行产生多大的影响，很难有一个很好的解释，因为不同汽车对于氧传感器的依赖程度不同。但由于它的功能及工作原理比较独特，所以先掌握氧传感器的性质，对维修人员诊断电喷发动机的故障是有重要意义的。
氧传感器其实就是一个低电压、低电流的小发电机，当它的内外表面所接触的氧分子浓度不同时，便形成一个电位差，它的外表面伸入排气管中直接与发动机排气相接触，它的内表面与大气接触，大气中氧分子的浓度是不变的。而排气中氧分子的浓度是随混合气浓度的变化而变化的。当混合气的实际空燃比高于理论空燃比14.71，即稀混合气时，废气中剩余的氧分子浓度相对较高，这时氧传感器内外氧分子浓度相差较小，只能输出大约0.1V 的电压; 而当混合气的实际空燃比小于理论空燃比，即浓混合气时，废气中剩余的氧分子非常少，这时氧传感器内外表面氧分子浓度相差较大，可以输出大约1.0V 左右的电压。这样，电脑就可以通过氧传感器输出的信号了解当前混合气浓度相对于理论值的微小偏差，于是根据这个信号相应调整喷油器的喷油脉宽，以弥补这个微小偏差，从而提高了控制的精度。
电喷轿车所采用的氧传感器大致分为单线、三线及四线等几种形式，它们的区别只在于三线或四线的氧传感器中多了一个加热装置，因为氧传感器只有在400℃以上才工作。在工作状态下，氧传感器反馈电压可以使用模拟器的直流电压档测量信号线对负极的电压。信号线绝对不能搭铁，否则将不可恢复性地损坏氧传感器。此时起动发动机并便水温达到
至少80℃，使发动机多次达到2500r/min后使发动机转速保持2500r/min,并观察模拟器显示的电压，电压值应在此0.1~0.9V 之间迅速跳动，在1Os 之内电压应在0.1~0.3V 之间变化至少6~8次，若电压变化比较缓慢，不一定就是氧传感器或反馈控制系统有故障，可能是氧传感器表面被积炭覆盖而灵敏性降低。这时可使发动机高速运转几分钟以清除积炭，然后再观察氧传感器信号电压是否符合规定，如仍不符合规定，则进行下一步检查。
下面介绍一个利用模拟器排除故障的实例。
故障现象 一辆由广东三星组装的美国克莱斯勒道奇捷龙汽车（装备3.3L 发动机），排放量超标，在怠速工况下 CO达到5.1%以上，HC 达到300×10-6左右。通过这组数字可以看出:此车的混合气偏浓，在汽车维修人员对该车发动机的油路和点火电路做了常规维护后，发动机的污染物排放量依然超标。当用克莱斯勒专用故障检测仪DRB Ⅲ对电控燃油喷射系统进行检测时，发现故障代码为21、51和52号，其含义均为氧传感器信号高于或低于正常值。通过读取数据流，发现氧传感器的数值始终是2.5V 不变化。然后改变各种工况，发现氧传感器的电压信号在发动机的各种工况下都相同。因此怀疑氧传感器已失效。在检查氧传感器时，发现在排气管上根本未装氧传感器，而安装氧传感器的位置被一个螺丝堵住。也就是说，该汽车发动机的电子控制系统已成为无氧传感器信号的开环控制系统，这就是发动机污染物排放量超标的原因。而且该车也没有安装三元催化器。
于是，使用模拟器的模拟氧传感器数值的功能。
（1）将模拟器的绿色氧传感器专用线和黑色连线连接在车上氧传感器的输出回路上;
（2）将中间功能选择开关置于:KnocK/Oxy档位;
（3）将右侧功能选择开关置于:Volts/Oxy位置;
（4) 使发动机起动运转，然后打开SST Ⅲ，此时SST Ⅲ将产生一个0.15V 的恒定的连续信号来模拟稀混合气状态下的氧传感器所发出的信号；
(5)按下模拟器上方的Oxy 键，SST Ⅲ将产生一个0.85V 的恒定的连续信号来模拟浓混合气状态下的氧传感器所发出的信号;
(6)在使用模拟器模拟了氧传感器后，再用DRB Ⅲ检测仪读取数据流，发现氧传感器的输入信号在发动机负荷变化时仍无变化，仍旧是恒定在2.5V 不变化，并且发动机故障指示灯不报警。
(7)使用DRB Ⅲ检测仪读取故障代码也没有任何变化。
通过上面的检测说明，该车发动机电子控制单元根本不接受模拟氧传感器传来的电压信号 （否则发动机故障指示灯在无氧传感器信号时会点亮），因而发动机电控单元实行的可能是开环控制。为了加大判断的正确率，从发动机电子控制单元处氧传感器的输入端 （电脑插接器的41脚）模拟氧传感器信号，仍无反应。通过初步分析可以判断为:发动机电子控制单元不接受氧传感器信号，怀疑是发动机电子控制单元有故障。对其他车作了尾气检查，发现结果与上述车辆完全一样。于是怀疑三星汽车均有这样的问题。
在购买了一块原装的发动机电子控制单元后，又使用模拟器对其进行了氧传感器模拟试验，故障消失。通过检测仪读取数据流也符合要求氧传感器的变化是0.1~0.9V 之间，而且随看踩加速踏板的变化而变化。在安装三元催化器之后，尾气完全达到欧洲Ⅱ号标准。
为什么会出现这种现象呢? 原来该车是广东三星汽车公司在1995年组装的汽车。在那时，由于我国汽油大都含铅，而有铅汽油会使氧传感器和三元催化转化器在极短的时间内就“中毒”失效，并引起发动机故障指示灯报警。因此，为了彻底解决由有铅汽油引起的氧传感器和三元催化转化器中毒、发动机故障指示灯报警的问题，广东三星汽车公司对组装的汽车发动机电控单元中的控制程序都作了修改 （由闭环控制程序改为开环控制程序），并且在发动机上不装氧传感器。这就是该汽车发动机没有安装氧传感器，发动机故障指示灯不报警而发动机污染
物排放量超标的原因。
此种判断方法在一些配件不齐全的汽车上要经常应用，这样可以减少误诊的可能，提高诊断的水平。
氧传感器与带有TWC 电控发动机的故障诊断
随着对汽车排放污染控制的重视，带有三效催化转化器(TWC)电控发动机的汽车正在我国普及，这种发动机最有效的排气净化方法是采用TWC 和对混合气空燃比的反馈(闭环) 控制，而氧传感器是这一反馈控制必不可少的部件，发动机的故障可以通过氧传感器的信号波形来判定。本文将讨论这一问题。
1 氧传感器
1.1 氧传感器的一般作用
装用TWC 的电控发动机能达到最佳排气净化性能的条件是混合气的空燃比保持在理论空燃比附近很窄的范围内(图1) ，一旦偏离理论空燃比，三效催化剂对CO 、HC 和NOx 的净化能力便急剧下降。安装在排气歧管或排气管中的氧传感器可以根据排气中的氧浓度测定空燃比，并随时向电控单元(ECU)发出反馈信号，ECU 则根据氧传感器反馈的空燃比信号，控制喷油量增加或减少，从而使空燃比始终保持在理论空燃比附近，这就是空燃比反馈控制或称空燃比闭环控制。
图1 三效催化转化器转化效率与空燃比的关系
在发动机混合气空燃比反馈控制的过程中，氧传感器相当于一个浓稀开关，根据混合气空燃比变化向ECU 输送脉冲宽度变化的电压脉冲信号，可以说，氧传感器是一个随时向ECU 反馈空燃比信息的“通信员”，如图2所示。
图2 氧传感器输出信号和混合气空燃比的关系
1.2 氧传感器对维修检测的作用
发动机空燃比反馈控制时氧传感器随时监测混合气空燃比，如果供入气缸的混合气的空燃比不正常，氧传感器信号就会有所反映。排气中的氧浓度不仅受混合气空燃比影响，而且受气缸中燃烧状态的影响。一旦燃烧不充分或个别气缸出现缺火，气缸中的部分氧“未经消化”即排出气缸外，排气中的氧浓度便会发生变化。因此，氧传感器的信号又受燃烧状态的影响。当然，氧传感器的损坏或
ECU 出现故障也会使氧传感器的信号异常。
发动机正常燃烧需要三方面的条件：合适的混合气空燃比；足够的点火能量和合适的点火提前角；正常的气缸压缩压力和压缩温度。上述条件如有一条不满足，就有可能造成燃烧不正常，进而使排气中的氧体积分数异常，氧传感器的信号波形即出现异常。下列情况可能导致燃烧不正常进而引起氧传感器的波形不正常。
a. 点火系故障造成燃烧不正常或缺火；
b. 机械原因引起的压缩泄漏使正常的气缸压缩比遭到破坏；
c. 真空泄漏造成空燃比不正常；
d. 各缸喷油不正常造成的各缸燃烧状况不均衡。
根据上述情况引起的氧传感器波形异常变化并合一定的仪器检测，就可以分析发动机的故障。
1.3 氧传感器的检测
氧传感器的好坏可以用以下两种方法检测。
1.3.1 加注丙烷法
该方法需要专门的丙烷加注工具，其步骤如下。
a. 连接丙烷加注工具，即把用于加浓的丙烷接到发动机某真空管入口处。 b. 连接汽车示波器。
c. 起动发动机，并使其在2 500 r/min下运转2～ 3 min，待发动机运转稳定。
d. 慢慢加注丙烷，氧传感器输出电压升高(混合气变浓) ，系统逐渐失去反馈信号的能力。最后使发动机转速下降100～200 r/min。此步骤必须在20～25 s内完成。
e. 迅速将丙烷从真空管处移开，关闭丙烷开关。
f. 在进行d 和e 步骤的同时，操作示波器，记忆氧传感器的波形，如图3所示。显示并分析该波形，正常的氧传感器波形数据应符合表1的要求，对不符合要求的氧传感器应更换。
图3 用丙烷法检测氧传感器时示波器显示的波形
1.3.2 节气门急加速法
对某些有快速补偿真空泄漏功能的汽车，氧传感器输出电压不会降低(混合
气变稀) ，此时可用节气门急加速的方法测试氧传感器，其测试步骤如下。 a. 以2 500 r/min预热发动机和氧传感器2～6 min后，使发动机怠速运转20 s。
b. 在2 s内将节气门自怠速加大至全开5～6次，注意不要超速，只要得到一次节气门急加速和全减速即可。
c. 用汽车示波器记忆氧传感器的波形以便分析，正常的氧传感器波形数据应符合表1的要求。
2 利用氧传感器分析发动机故障
2.1 发动机故障分析流程图
利用氧传感器分析发动机故障可按图4所示的流程进行。
图4 利用氧传感器分析发动机故障的流程
2.2 氧传感器的杂波分析
若能确认氧传感器工作正常，则可对氧传感器波形中的杂波进行分析。如果发动机性能良好，且无真空泄漏，排气中HC 和O2含量正常，那么氧传感器出现杂波是正常的。否则，表明发动机燃烧效率低，各缸工作不均匀，工作性能下降。杂波有如下类型：
a. 无关型杂波即氧传感器波形中经常出现在300～600 mV 之间的杂波，这是由于氧传感器自身的化学特性引起的，而非发动机故障所致。
b. 中等杂波即在氧传感器波形的波峰上出现的下冲尖峰，其尖峰幅度不大于150 mV 。出现中等杂波并不一定表示发动机有故障，比如多数汽车在怠速时氧传感器波形上的杂波较多。因此，必须权衡其他因素如发动机型号、氧传感器类型及发动机运转方式等才能根据中等杂波分析故障。
c. 严重杂波是指振幅大于200 mV ，覆盖氧传感器波形整个电压范围的干扰信号。严重杂波往往是由发动机故障所致。在氧传感器工作正常的情况下，用氧传感器诊断发动机故障的主要依据就是严重杂波。图5为个别喷油器阻塞造成各气缸喷油不均衡时氧传感器的波形。
图5 个别喷油器阻塞造成各气缸喷油不均衡时氧传感器的波形
3 故障波形及分析实例
车型：丰田子弹头乘用车
故障现象：怠速非常不稳、加速迟缓和动力下降。在冷起动后或重新热起动后的开环控制期间情况稍好，一旦空燃比反馈控制系统进入闭环控制，症状就变得显著。
用示波器检测氧传感器时，氧传感器在所有的转速、负荷下都显示了严重杂波。
故障分析：严重的杂波表明排气中氧含量不均衡或存在缺火，这些杂波彻底毁坏了空燃比反馈控制系统对混合气的控制能力。
由图4可知，发动机故障引起氧传感器产生严重杂波的原因很多，通常可采用排除其他故障可能性的方法(排除法) 来判定喷油不均衡。包括用示波器检查、判断点火系统和气缸压缩压力以排除其可能性；用人为加浓并配合其他仪器等方法排除真空泄漏的可能性。总之，对于多点燃油喷射式发动机，如果没有点火不良、压缩泄漏或真空泄漏问题引起的缺火，则可假定是喷油不均衡引起的缺火。 此例中，进一步检查了上述点火、压缩及真空的各方面情况，结果表明可以排除这些方面问题的可能性。因此，判断为个别气缸喷油器损坏。当更换上好的喷油器后，故障现象消失，波形恢复正常。