一、氧传感器简介
1. 氧传感器燃油反馈控制系统
氧传感器是燃油反馈控制系统的重要部件，用汽车示波器观察到的氧传感器的信号电压波形能够反映出发动机的机械部分、燃油供给系统以及发动机电脑控制系统的运行情况，并且，所有汽车的氧传感器信号电压的基本波形都是一样的，利用波形进行故障判断的方法也相似。
氧传感器是燃油反馈控制系统的重要部件，用汽车示波器观察到的氧传感器的信号电压波形能够反映出发动机的机械部分、燃油供给系统以及发动机电脑控制系统的运行情况，并且，所有汽车的氧传感器信号电压的基本波形都是一样的，利用波形进行故障判断的方法也相似。
2. 氧传感器与三元催化器
发动机电脑利用氧传感器的输出信号来控制混合气的空燃比，即令空燃比总是在理论空燃比14.7的上下波动。这不仅是发动机进行安全燃烧的要求，也是三元催化器中两种主要化学反应（氧化和还原）的需要。要想优化氧化过程，就必须有足够的氧，也就是三元催化器需要稍稀的混合气；而为了优化还原过程，氧气量又必须少，为此，三元催化器又需要稍浓的混合气。但混合气不可能同时既是浓的又是稀的，所以，汽车工程师在设计燃油反馈控制系统时将混合气设计成从稍浓至稍稀，再从稍稀至稍浓这样的循环变化，使碳氢化合物（HC发动机预热）和一氧化碳（CO）氧化反应过程的需要和氮氧化合物（NOx）还原反应过程的需要都能得到
发动机电脑利用氧传感器的输出信号来控制混合气的空燃比，即令空燃比总是在理论空燃比14.7的上下波动。这不仅是发动机进行安全燃烧的要求，也是三元催化器中两种主要化学反应（氧化和还原）的需要。要想优化氧化过程，就必须有足够的氧，也就是三元催化器需要稍稀的混合气；而为了优化还原过程，氧气量又必须少，为此，三元催化器又需要稍浓的混合气。但混合气不可能同时既是浓的又是稀的，所以，汽车工程师在设计燃油反馈控制系统时将混合气设计成从稍浓至稍稀，再从稍稀至稍浓这样的循环变化，使碳氢化合物（HC发动机预热）和一氧化碳（CO）氧化反应过程的需要和氮氧化合物（NOx）还原反应过程的需要都能得到
满足。由此可知，为了使燃油反馈控制系统正常工作，氧传感器输出的信号电压必须能够高、低变化。发动机工作时，发动机电脑根据各种传感器（例如：空气流量计、进气压力传感器、节气门位置传感器等）的输入信号来计算混合气的空燃比并控制喷油器喷油，使空燃比十分接近14.7。随后，发动机电脑又根据氧传感器的信号发出加浓或减稀的命令，这就使三元催化器的效率大大提高，同时又延长了它的使用寿命。
好的氧传感器是非常灵敏的，但其信号也极易受干扰。若发动机有故障，氧传感器的输出信号一定会有反应。所以，当氧传感器的信号电压波形正常时就可以断定整个发动机控制系统的工作是正常的或对发动机的修理是成功的。
在汽车示波器上进行氧传感器信号电压波形分析，通常称为氧反馈平衡测试（Oxygen Sensor Feedback Balance），简称O2FB。
好的氧传感器是非常灵敏的，但其信号也极易受干扰。若发动机有故障，氧传感器的输出信号一定会有反应。所以，当氧传感器的信号电压波形正常时就可以断定整个发动机控制系统的工作是正常的或对发动机的修理是成功的。
在汽车示波器上进行氧传感器信号电压波形分析，通常称为氧反馈平衡测试（Oxygen Sensor Feedback Balance），简称O2FB。
二、氧传感器波形分析
1. 基本概念：
a.上流动系统（Upstream System）
上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传感器、执行器、发动机电脑的发动机各系统（包括辅助系统），即在氧传感器之前的影响尾气的所有机械部件和电子部件。例如：进
1. 基本概念：
a.上流动系统（Upstream System）
上流动系统是指位于氧传感器前的，包括传感器、执行器、发动机电脑的发动机各系统（包括辅助系统），即在氧传感器之前的影响尾气的所有机械部件和电子部件。例如：进
气系统、废气再循环系统、发动机电脑控制系统等。
b. 下流动系统（Down Stream System）
下流动系统是指位于氧传感器后面的排气系统部分，包括三元催化器、排气管和消声器等。
下流动系统是指位于氧传感器后面的排气系统部分，包括三元催化器、排气管和消声器等。
c. 闭环（Close Loop）
闭环控制应用在汽车上是在电控汽车出现以后才有的。我们这里所讲了闭环是指在燃油控制系统中，发动机电脑根据氧传感器的反馈信号不断调整混合气的空燃比，使其稳定在理论空燃比14.7附近的过程。
闭环控制应用在汽车上是在电控汽车出现以后才有的。我们这里所讲了闭环是指在燃油控制系统中，发动机电脑根据氧传感器的反馈信号不断调整混合气的空燃比，使其稳定在理论空燃比14.7附近的过程。
2. 氧传感的失效过程
在氧反馈平衡的测试中，首先就是测试氧传感器的输出信号，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的氧传感器长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，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。
在氧反馈平衡的测试中，首先就是测试氧传感器的输出信号，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的氧传感器长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，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。
3. 氧传感器的信号电压
通常有这样的说法，即在诊断燃油反馈控制系统之前应启动发动机，直至它进入“闭环”状态。在有些书中则写道：“启动发动机后要让它在2500r/min运转2～3min，直到氧传感器产生变化的电压信号。”这使许多技术人员认为氧传感器会自动产生变化的信号电压。事实上是，氧传感器信号电压的变化是由尾气中氧含量的变化所引起的。发动机电脑通过调整喷油器的喷油量来改变混合气的浓稀时，自然造成尾气中氧气含量相应变化，即混合气浓时，氧含量减少，反之
通常有这样的说法，即在诊断燃油反馈控制系统之前应启动发动机，直至它进入“闭环”状态。在有些书中则写道：“启动发动机后要让它在2500r/min运转2～3min，直到氧传感器产生变化的电压信号。”这使许多技术人员认为氧传感器会自动产生变化的信号电压。事实上是，氧传感器信号电压的变化是由尾气中氧含量的变化所引起的。发动机电脑通过调整喷油器的喷油量来改变混合气的浓稀时，自然造成尾气中氧气含量相应变化，即混合气浓时，氧含量减少，反之
则氧气含量增加。改变混合气也改变了尾气中的氧含量，安装在排气管中的氧传感器感知到这个变化后，便输出相应的、不同的电压信号。因此，如果氧传感器输出的电压信号不正常或根本不变，并不意味着必须更换氧传感器。因为还有一个可能是上流动系统出现了故障（某些部件损坏）。如果尾气中的氧含量不发生变化（例如固定在浓或固定在稀状态），那么，即使按照要求将发动机以2500r/min的转速运转2~3min，氧传感器的信号电压值也是不会发生变化的。
汽车示波器显示的氧传感器信号电压波形相当于对病人检查时做的心电图，从心电图上可以看到脉搏跳动的状况，而从氧传感器的信号电压波形图上则可以看出汽车燃油反馈控制系统的状况棗是否工作或进入了闭环状态。
图1表示在发动机启动后氧传感器输出的信号电压。
由图可见，波形先逐渐升高到450mV，然后进入升高和下降（混合气变浓和变稀）的循环。后面波形的波动表示燃油反馈控制系统进入了闭环状态。当然，只有当氧传感器在无故障时电压波形才能反映燃油反馈控制系统的状况；如果氧传感器有故障，那么它所产生的波形就不一定反映的是燃油反馈控制系统的状况了。
由于氧传感器所处的环境比心电图仪的传感器所处的环境差得多，所以在观察氧传感器波形前必须先测试氧传感器本身，即必须在确认其本身是否正常后，才能对氧传感器的信号波形进行诊断分析，这就是在氧反馈平衡测试步骤中第一步要测试氧传感器的原因。
汽车示波器显示的氧传感器信号电压波形相当于对病人检查时做的心电图，从心电图上可以看到脉搏跳动的状况，而从氧传感器的信号电压波形图上则可以看出汽车燃油反馈控制系统的状况棗是否工作或进入了闭环状态。
图1表示在发动机启动后氧传感器输出的信号电压。
由图可见，波形先逐渐升高到450mV，然后进入升高和下降（混合气变浓和变稀）的循环。后面波形的波动表示燃油反馈控制系统进入了闭环状态。当然，只有当氧传感器在无故障时电压波形才能反映燃油反馈控制系统的状况；如果氧传感器有故障，那么它所产生的波形就不一定反映的是燃油反馈控制系统的状况了。
由于氧传感器所处的环境比心电图仪的传感器所处的环境差得多，所以在观察氧传感器波形前必须先测试氧传感器本身，即必须在确认其本身是否正常后，才能对氧传感器的信号波形进行诊断分析，这就是在氧反馈平衡测试步骤中第一步要测试氧传感器的原因。
三、氧传感器的检查
1. 加热线电压的检查
在实践中，我们一般会遇到以下几类氧传感器：1线、2线、3线、4线。而现在大部分电控汽车使用的都是3线或4线加热式氧传感器。因此，对于这一类氧传感器首先应检查加热线的电压是否正常，即在打开点火开关或启动发动机后应有12V电压。如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。
1. 加热线电压的检查
在实践中，我们一般会遇到以下几类氧传感器：1线、2线、3线、4线。而现在大部分电控汽车使用的都是3线或4线加热式氧传感器。因此，对于这一类氧传感器首先应检查加热线的电压是否正常，即在打开点火开关或启动发动机后应有12V电压。如果没有加热电压，则氧传感器必然工作不良。
2. 氧传感器内加热电阻的检查
如果加热线电压正常，则接下来应检查氧传感器内加热电阻的好坏。一般正常值为几欧姆，如果加热电阻无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，这样势必造成氧传感器工作不良。
如果加热线电压正常，则接下来应检查氧传感器内加热电阻的好坏。一般正常值为几欧姆，如果加热电阻无穷大或为零，则说明电阻开路或短路，这样势必造成氧传感器工作不良。
3. 接地线的检查：
1线式氧传感器靠本身与排气管形成接地回路，对于2线式氧传感器，一般黑线为接地线，测量其接地压降，应小于100mv为好，3线式氧传感器与2线式氧传感器的检测方法相同。对于4线式氧传感器，由于它有两根接地线，一根为加热线的接地线，另一根为信号线
1线式氧传感器靠本身与排气管形成接地回路，对于2线式氧传感器，一般黑线为接地线，测量其接地压降，应小于100mv为好，3线式氧传感器与2线式氧传感器的检测方法相同。对于4线式氧传感器，由于它有两根接地线，一根为加热线的接地线，另一根为信号线
的接地线，因此两根接地线应分别测量，以确定其是否正常。
做完以上的检查，则基本上可以断定传感器本身是否工作良好，以便为接下来的氧传感器信号测试做准备。因为以上任何一项检查如果有问题，都将导致氧传感器工作不良，而使其输出信号电压失准或没变化，从而使对氧传感器信号的测试失去意义。
做完以上的检查，则基本上可以断定传感器本身是否工作良好，以便为接下来的氧传感器信号测试做准备。因为以上任何一项检查如果有问题，都将导致氧传感器工作不良，而使其输出信号电压失准或没变化，从而使对氧传感器信号的测试失去意义。
4. 氧传感器信号的测试
测试氧传感器有两种常用方法：丙烷加注法和急加速法。
1)丙烷加注法
氧传感器信号测试中有3个参数（最高信号电压、最低信号电压和混合气从浓到稀时信号的响应时间）需要检查，只要在这3个参数中有1个不符合规定，氧传感器就必须予以更换。更换氧传感器以后还要对新氧传感器这3个参数进行检查，以判断新的氧传感器是否完好。测试步骤（氧化钛型传感器和氧化锆型传感器都适用）如下：
测试氧传感器有两种常用方法：丙烷加注法和急加速法。
1)丙烷加注法
氧传感器信号测试中有3个参数（最高信号电压、最低信号电压和混合气从浓到稀时信号的响应时间）需要检查，只要在这3个参数中有1个不符合规定，氧传感器就必须予以更换。更换氧传感器以后还要对新氧传感器这3个参数进行检查，以判断新的氧传感器是否完好。测试步骤（氧化钛型传感器和氧化锆型传感器都适用）如下：
a. 连接并安装加注丙烷的工具。
b. 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）。
c. 接上并设置好汽车示波器。
d. 启动发动机，并让发动机在2500r/min下运转2～3min。
e. 使发动机怠速运转。
f. 打开丙烷开关，缓慢加注丙烷，直到氧传感器输出的信号电压升高（混合气变浓），此时一个运行正常的燃油反馈控制系统会试图将氧传感器的信号电压向变小（混合气变稀）的方向拉回，然后继续缓慢地加注丙烷，直到该系统失去将混合气变稀的能力。接着再继续加注炳烷，直到发动机转速因混合气过浓而下降100～200r/min。这个操作步骤必须在20～25s内完成。
g. 迅速把丙烷输入端移离真空管，以造成极大的瞬时真空泄漏（这时发动机失速是正常现象，并不影响测试结果），然后关闭丙烷开关。
h. 待信号电压波形移动到示波器显示屏的中央位置时锁定波形，测试完成。接着就可以通过分析信号电压波形来确定氧传感器是否合格。
表1 氧传感器信号波形参数标准 | ||
序号 | 测量参数 | 允许范围 |
1 | 最高信号电压（左侧波形） | >850mV |
2 | 最低信号电压（右侧波形） | 75～175mV |
3 | 混合气从浓到稀的最大允许响应时间（波形的中间部分） | <100ms（波形中在300～600mV之间的下降段应该是上下垂直的） |
一个好的氧传感器应输出如图2所示的信号电压波形，其3个参数值必须符合表1所列的值。一个已损坏的氧传感器可能输出如图3所示的信号电压波形，其中，最高信号电压下降至427mV，最低信号电压<0，混合气从浓到稀时信号的响应时间却延长为237ms，所以这3个参数均不符合标准。用汽车示波器对氧传感器进行测试时可以从显示屏上直接读取最高和最低信号电压值，并且还可以用示波器游动标尺读出信号的响应时间（这是汽车示波器特有的功能）。汽车示波器还会同时在其屏幕上显示测试数据值，这对分析波形非常有帮助。
如果有关闭丙烷开关之前，发动机怠速运转时间（即混合气达到过浓状态的时间）超过25s，则可能是氧传感器的温度太低，这不仅会使信号电压的幅值过低，而且还会使输出信号下降的时间延长，造成氧传感器不合格的假象。因此，在检测前应将氧传感器充分预热（即让发动机在2500r/min下运转2～3min）。如果发动机仅怠速运转5s，就可能有1个或多个参数不合格，而这个不合格并不说明氧传感器是坏的，只是测试条件没有满足的缘故。
多数损坏的氧传感器都可以从其信号电压波形上明显地分辨出来，如果从信号电压波形上还无法准确地断定氧传感器的好坏，则可以用示波器上的游动标尺读出最大和最小信号电压值以及信号的响应时间，然后用这3个参数来判断氧传感器的好坏。（未完待续）
（2）急加速法
对于一些1988年以后生产的汽车，用丙烷加注法测试氧传感器是非常困难的，因为这些汽车的发动机控制系统具有真空泄漏补偿功能（采用速度密度方式进行计量空气流量，如安装正气压力传感器等），能够非常快地补偿较大的真空泄漏，所以氧传感器的信号电压不会降低。这时，在测试氧传感器的过程中一般要用手动真空泵制造出一定的真空度，使进气压力传感器感测到的压力保持稳定，然后再用急加速法来测试氧传感器。
急加速法测试步骤如下：
a. 以2500r/min的转速预热发动机和氧传感器2～6min，然后再让发动机怠速运转20s。
b. 在2s内将发动机节气门从全闭（怠速）至全开1次，共进行5～6次。但是，不要使发动机空转转速超过4000r/min，只要用节气门进行急加速和全减速就可以了。
c. 定住屏幕上的波形（见图4），接着就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来判断氧传感器的好坏。（在信号电压波形中，上升的部分是急加速造成的，下降的部分是减速造成的。）
这里要特别提到二氧化钛型氧传感器，现在一般电控汽车上的氧传感器都是二氧化锆型的，其输出信号的电压范围为0～1V，而二氧化钛型氧传感器输出信号为5V或1V的可变电
对于一些1988年以后生产的汽车，用丙烷加注法测试氧传感器是非常困难的，因为这些汽车的发动机控制系统具有真空泄漏补偿功能（采用速度密度方式进行计量空气流量，如安装正气压力传感器等），能够非常快地补偿较大的真空泄漏，所以氧传感器的信号电压不会降低。这时，在测试氧传感器的过程中一般要用手动真空泵制造出一定的真空度，使进气压力传感器感测到的压力保持稳定，然后再用急加速法来测试氧传感器。
急加速法测试步骤如下：
a. 以2500r/min的转速预热发动机和氧传感器2～6min，然后再让发动机怠速运转20s。
b. 在2s内将发动机节气门从全闭（怠速）至全开1次，共进行5～6次。但是，不要使发动机空转转速超过4000r/min，只要用节气门进行急加速和全减速就可以了。
c. 定住屏幕上的波形（见图4），接着就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来判断氧传感器的好坏。（在信号电压波形中，上升的部分是急加速造成的，下降的部分是减速造成的。）
这里要特别提到二氧化钛型氧传感器，现在一般电控汽车上的氧传感器都是二氧化锆型的，其输出信号的电压范围为0～1V，而二氧化钛型氧传感器输出信号为5V或1V的可变电
压信号，它的工作原理与发动机冷却液温度传感器（ECT）和进气温度传感器（IAT）相似。我们知道ECT和IAT都是一个可变电阻器，其电阻值随着温度的变化而变化，氧化钛型氧传感器的电阻值则随其周围氧含量的变化而变化。发动机电脑为读取这个可变电阻两端的电压降，通常提供一个参考工作电压，一般是1V（也有的是5V）。
大多数氧化钛型氧传感器用在多点燃油喷射系统中，在4.0L切诺基和Wsanglers(1991年以前)吉普车、3.0L的克莱斯勒Eahle和Summit汽车、1986年以后的日产300ZX和Stanza 4WD汽车、1982年以后的日产千里马和Sentre汽车、1983年以后和近期的日产D21货车以及一些1988年以后的丰田汽车上氧传感器用5V参考电源，在其他汽车上用1V参考电源。除了吉普车的5V氧化钛型氧传感器系统以外，其他汽车氧化钛型氧传感器都具有与氧化锆型氧传感器相同的性能。在吉普公司4.0L汽车上的氧传感器有2个特点：
a. 该氧传感器信号电压的变化是从0V到5V，而不是从0V到1V。
b. 该氧传感器的信号电压与其他氧传感器的信号电压相反，混合气浓时电压低，混合气稀时电压高（见图5、图6）。
氧化钛型氧传感器和氧化锆型氧传感器的信号响应时间一般是相同的。
大多数氧化钛型氧传感器用在多点燃油喷射系统中，在4.0L切诺基和Wsanglers(1991年以前)吉普车、3.0L的克莱斯勒Eahle和Summit汽车、1986年以后的日产300ZX和Stanza 4WD汽车、1982年以后的日产千里马和Sentre汽车、1983年以后和近期的日产D21货车以及一些1988年以后的丰田汽车上氧传感器用5V参考电源，在其他汽车上用1V参考电源。除了吉普车的5V氧化钛型氧传感器系统以外，其他汽车氧化钛型氧传感器都具有与氧化锆型氧传感器相同的性能。在吉普公司4.0L汽车上的氧传感器有2个特点：
a. 该氧传感器信号电压的变化是从0V到5V，而不是从0V到1V。
b. 该氧传感器的信号电压与其他氧传感器的信号电压相反，混合气浓时电压低，混合气稀时电压高（见图5、图6）。
氧化钛型氧传感器和氧化锆型氧传感器的信号响应时间一般是相同的。
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