氧傳感器一旦出現故障，将使電子燃油噴射系統的電腦不能得到排氣管中氧濃度的信息，因而不能對空燃比進行反饋控制，會使發動機油耗和排氣污染增加，發動機出現怠速不穩、缺火、喘振等故障現象。因此，必須及時地排除故障或更換 [1] 。
中毒故障
氧傳感器中毒是經常出現的且較難防治的一種故障，尤其是經常使用含鉛汽油的汽車，即使是新的氧傳感器，也隻能工作幾千公裡。如果隻是輕微的鉛中毒，接着使用一箱不含鉛的汽油，就能消除氧傳感器表面的鉛，使其恢複正常工作。但往往由于過高的排氣溫度，而使鉛侵入其内部，阻礙了氧離子的擴散，使氧傳感器失效，這時就隻能更換了。
另外，氧傳感器發生矽中毒也是常有的事。一般來說，汽油和潤滑油中含有的矽化合物燃燒後生成的二氧化矽，矽橡膠密封墊圈使用不當散發出的有機矽氣體，都會使氧傳感器失效，因而要使用質量好的燃油和潤滑油。
修理時要正确選用和安裝橡膠墊圈，不要在傳感器上塗敷制造廠規定使用以外的溶劑和防粘劑等由于發動機燃燒不好，在氧傳感器表面形成積碳，或氧傳感器内部進入了油污或塵埃等沉積物，會阻礙或阻塞外部空氣進入氧傳感器内部，使氧傳感器輸出的信号失準，ECU不能及時地修正空燃比。 産生積碳，主要表現為油耗上升，排放濃度明顯增加。此時，若将沉積物清除，就會恢複正常工作。 [1]
氧傳感器被污染、中毒或老化後調節頻率明顯變慢，電壓信号波形也變的接近平直，正常的情況下一般一分鐘波動50次左右。
陶瓷碎裂
氧傳感器的陶瓷硬而脆，用硬物敲擊或用強烈氣流吹洗，都可能使其碎裂而失效。因此，處理時要特别小心，發現問題及時更換。
阻絲燒斷
加熱器電阻絲燒斷、對于加熱型氧傳感器，如果加熱器電阻絲燒蝕，就很難使傳感器達到正常的工作溫度而失去作用。
線路斷脫
氧傳感器内部線路斷脫。
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