车相关人士大多数人对传统的氧传感器都已十分了解并且觉得在故障判断时没什么问题，这一话题已是老生常谈，现在我们要谈的是比氧化器更加复杂更加年轻的表亲——空燃比(A/F)传感器。空燃比(A/F)传感器的种类有很多，但本文只讨论丰田车用的空燃比传感器，因为丰田公司很早就采用了这种技术并应用于旗下许多车型。空燃比传感器只用于催化转化器的上游，催化转化器的下游仍然采用传统的氧传感器。
怎样才能知道车上装的是氧传器还是空燃比传感器呢？并不是所有的丰田车都装有空燃比传感器，但使用空燃比传感器的丰田车会越来越多。第一个要看的地方就是贴在发动机舱盖下的车辆排放控制标签(VECl)，如图1所示。当然有时我们会遇到这种情况，有些车的发动机舱盖已不是原车的，或者车辆排放控制标签已经没有了，这时我们就要请当地的经销商根据车辆识别代码(VIN)查一下。不过有时根据车辆识别代码还是查不出该车是否使用了空燃比传感器，这时通过传感器接头处线束的色标也能确定该车是否使用了空燃比传感器。
首先来看一下空燃比传感器出问题时几个常见的故障码，随后再就几种高级的诊断技术和数据流分析进行深入探讨。
绝大多数情况下，空燃比传感器最常见的故障码是P1135和P1155，其含义分别是第一列缸或第二列缸空燃比传感器加热电路故障，这些是双行驶循环故障码。传统的氧传感器温度达到650~850(1 =0.5℃)就可以正常工作了，但为了计量准确，丰田车空燃比传感器的工作温度要达到1200 。
诊断空燃比传感器加热电路的故障不难，与检查氧传感器加热电路故障的步骤相似。有些车型的空燃比传感器加热电路有单独的保险丝，这些车装备的通常都是V6发动机，不过也有些车装备的是双列4缸发动机。大多数用4缸直列发动机的车都没有单独的加热电路保险丝，这时如果汽车能够发动，就可以确定空燃比传感器的加热电路保险丝没有问题，因为喷油嘴也是通过此保险丝进行供电，如图2所示。
丰田车空燃比传感器的额定功率在75W左右(电流约为5~7A)，不过实际的工作电流会随占空比的变化而变化。用低电流电流钳能快速测出加热电路实际的工作电流，如图3所示。标准的控制程序在发动机启动后20s的时间内为加热电路提供全负荷所需的电流，然后再根据需要来调整电流的占空比。排气量小，控制程序会提供较大的电流，如怠速。空燃比传感器的加热电路也有线路短路或开路这样的单行驶循环故障码，但相对来说这种单行驶循环的故障很少出现。
P1130和P1150也是双行驶循环故障码，其含义是空燃比传感器的量程或性能有问题，这两个故障码有可会伴随P1135或P1155故障码一起出现。如果多个故障一起出现并且有加热电路故障码，应该首先解决加热电路的故障。实际工作中，即使只有量程和性能方面的故障出现，也应当首先检查加热电路实际的工作情况，因为加热电路对空燃比传感器的正常工作起着至关重要的作用。丰田车空燃比传感器的标准工作温度在1200 左右，因此单靠排气温度把它加热到1200 是不够的。
不 管 检 测 到 的 是 什 么 故 障码，首先都要查看一下跟该故障码有关的技术服务通报(TSB)。举例来说：技术服务通报上说，有些车型(例如排量为2.4L的凯美瑞)出现P0031和/或P2238故障码时，需要更换空燃比传感器并将电脑重新标定(丰田公司称之为给电脑重做闪存)。
专门对丰田车空燃比传感器定义的故障有P1133和P1153，其含义是空燃比传感器反应速度过慢。监测功能对这种故障码进行主动测试，其目的是检查空燃比传感器能否最长在1.1s内做出反应。这些故障码也是双行驶循环故障码。
另外，还有一个经常会遇到的单行驶循环故障码P0125，其含义是闭环运行时冷却液温度低，这很容易误导人。不过不要上当，实际的情况是：在特定的条件下，空燃比传感器的电压变化情况受到监测。如果汽车在非怠速工况的90s内或在高于1500r/min，车速为25~62m/h(1m/h=1.6km/h)情况下行驶并且启动后至少过去了140s(在90s内电压变化监测之前)，空燃比传感器的输出电压没有进行有效地变化，那么，故障码P0125就会生成。
一定要检查一下有没有待定故障码，因为它们可能提供重要的线索。(因为类似的原因，使用传统氧传感器的丰田车也会出现这个故障码。)许多时候，故障并不在传感器本身而在进气系统，极有可能是由真空泄漏造成的。
另一个让人意识不到的常见问题是故障码P0171和/或P0174的出现，这是人们所熟悉的混合汽稀的故障码。在冻结帧(冻结帧是OBDⅡ的一个术语，指第一个故障出现时所存储下来的发动机当时工作情况的一组关键数据。OBDⅡ规定只需要一幅冻结帧，如果后出现的故障码具有更高的优先权，那么前一幅冻结帧就会被覆盖。)中会发现长效燃油修正和短效燃油修正的数值都超过了50%或更多。这些故障码又经常是由空燃比传感器加热电路的问题造成的，但如果客户反映或维修记录显示这辆车最近修过，那么就要检查一下，看看是否有人错把传统的四线加热型氧传感器换上去了，尽管接头略有偏差，但这两种不同类型的传感器都能装到同一辆车上去。有疑问时，核对一下件号。所有丰田车空燃比传感器的件号都是以数字“89467”开头的，而丰田原厂的氧传感器是以数字“89465”开头的。
在上述故障出现的情况下，一旦确定加热电路没有问题(一定要检查加热电路有没有待定故障码)且没有错换传感器，这时就可以进行更为细致的诊断。同平时一样，首先一定要查看和记录存储的冻结帧数据，然后看看监测功能完成的情况。如果近期有人消过故障码或断过可保持记忆存储器(KAM)的电，有些监测功能可能仍然会显示未完成，这就无法得到可能的有用信息。但记住，监测功能的完成并不意味就完事了，这只是表明测试程序已经进行过一次。幸运的是大多数情况下对空燃比传感器和加热电路运行的监测功能相对来说要快和容易，所以，为了检查有没有待定故障码，只需将车开一会就可使监测功能完成。
接下来就是数据流的检查了。在这里相关的参数是空燃比传感器1、短效燃油修正1和当量系数。当然，如果是多列缸的发动机，还要有空燃比传感器2、短效燃油修正2的参数。数据流检查时遇到的第一个问题有可能是能否获取空燃比传感器的参数。某些通用型的检测电脑可能会显示出这些参数，但这些参数看上去不一定正确，具体原因请参照文末所附的“关于通用型检测电脑”。
如果用符合厂家规定的检测电脑，就有可能读取空燃比传感器的实际工作参数。使用时在用户自定义或扩展数据功能里就能查找空燃比传感器的工作参数，如果找不到，可根据所用的检测电脑，试试看有没有空燃比传感器O2或燃油和排放系统数据标题。一些通用型的检测电脑可能显示与之相关的参数，但却以WRAF(宽量程空燃比传感器)来表示。另外，也并不是所有的通用型检测电脑都能读取空燃比传感器的工作参数。
一旦检测电脑能读取空燃比传感器的工作参数，为使数据更新足够快，可将电脑上显示的其它参数取消，只保留以上所述的参数。如果检测电脑无法读取空燃比传感器的工作参数，别放弃，下面会提到一些替代的检测方法。
你可能会试着连接示波器对空燃比传感器的输出电压进行检测，这样就太麻烦了，也没什么用。空燃比传感器的这个“电压”是测不出来的，其响应方式是根据流经空燃比传感器电流的大小和电流方向，动力控制模块内部产生一个电压，然后经过动力控制模块编码后就变成可供显示的数据流。
由于试车时通常包括一些急加速和急减速，这时可以让一位助手来开车，以便于观察检测数据。或者更好的做法是，检测人员亲自开车，使用检测电脑的记录功能，一些所需的数据如图4所示。
急加速时，如果检测电脑显示空燃比传感器的电压已经下降到低于2.8V，这表明混合汽在加浓。急收油门减速时，电压上升到高于4.0V，这表明处于燃油切断状态，混合汽很稀。这种电压变化的趋势与传统氧传感器的变化正好相反，从图4中可以看出，实际的数值可能远远高出这个电压变化范围。笔者所记录的电压变化范围为2.312~4.997。如果所检测的电压变化范围略小，请参照附表“关于通用型检测电脑”。
如果路试时电压没有达到规定值，先检查线路有没有问题。断开空燃比传感器的插头，打开点火开关，不启动发动机，从万用表测量线束一侧接头的对地电压，AF+线(通常为白色)的电压应为3.0V，AF-线(通常为蓝色)的电压应为3.3V。如果这两处没有电压，检查导线，导线没问题，然后更换动力控制模块。
那么标准值是多少呢？慢加速时，电压应在3.3V左右变化，偏差大概为±0.3V。正常的燃油修正值应为0~±10%。如果燃油修正值不对，一定要检查一下空气流量传感器是否脏了，或者空燃比传感器的下游是否漏气。由于丰田车的下游氧传感器对燃油修正起到很大的作用，所以也要仔细检查下游氧传感器的工作情况(许多通用型的检测电脑将下游氧传感器对燃油的修正显示为FTBIS2)。
如果认为燃油修正值过大是由下游氧传感器造成的，可以拔下动力控制模块的保险丝，这样就可能清空记忆存储器中的数据，下游氧传感器的燃油修正值也暂时归零。不过，这样做的同时也会将故障码和冻结帧消掉并且监测功能的运行要从头再来，所以，在拔下保险丝之前，应确保已经将上述数据进行了读取和记录。
检测
如果所用的电脑具有控制喷油量的双重功能，就可以用这个功能对怀疑有问题的空燃比传感器进行性能检测。使用这一功能时会暂时中止闭环工作状态，这样就可以监测空燃比传感器对增加喷油量和减少喷油量所做出的反应。将增加25%喷油量和减少15%喷油量的操作交替进行并查看空燃比传感器的参数，电压变化值应在低于3.0V(表示混合汽浓)和高于3.35V(表示混合汽稀)之间。笔者在一辆行驶了8万mile(1mile=1.6km)的汉兰达车上做测试，所得出的结果是：减少15%喷油量时，电压值为3.68V；增加25%喷油量时，电压值为2.71V。
做这种测试时，要连续、快速地增加和减少喷油量几次。每次增加或减少喷油量时，空燃比传感器的做出反应的时间应该在1.1s内。最好的选择是用丰田专用检测电脑的空燃比控制测试功能，这种测试功能可以使发动机快速、反复地进行急加速和急减速，同时，喷油量会以1%的幅度增加。
如果所用的检测电脑不具有喷油量和空燃比传感器的测试功能，通过漏气和加丙烷气的方法也可以使混合汽变稀和变浓。在观察空燃比传感器数值时，不要匆忙下结论，一定要注意闭环状态下的燃油修正值。因为正常的空燃比传感器甚至对混合比突然的变化也能做出快速地反应，所以，要注意的是短效燃油修正有无显著变化，而不是空燃比传感器参数本身。
工作原理
空燃比传感器能产生出一个很小的电动势，该电动势能使电流正向或反向流过具有标定为0.3V压差的AF+和AF-两级。混合汽稀时，电流正向流动，混合汽浓时，电流反向流动。混合汽浓度符合化学计量比时，检测电路中没有电流通过。电流的最大值约为15mA，但通常都比这低很多。
前面说过，如果无法读取空燃比传感器的数据流，还有一些替代的办法。从图4中可以看出，当量比系数的参数实际上反映了空燃比传感器的数据。这就是说根据当量系数数据可以推算出空燃比传感器的数据，前提是没有中止闭环运行的当前故障码存在。通过测量实际的过量空气系数值来验证当量比的值是否准确也是一种好办法。好的空燃比传感器所测出的当量比应该与实际所测得的过量空气系数完全吻合。如果这两个值不吻合，检查一下是否两列缸都处于闭环运行状态。如果都是闭环，而过量空气系数和当量比的值不等，那么完全可以确定至少有一个空燃比传感器有问题。
如果所用的检测电脑不能显示当量比的参数，至少还有两种方法可以检查空燃比传感的工作性能。不过这两种方法都不太方便并且不能像测量空燃比传感器数据那样直接获取信息。
第一种方法是检查短效燃油修正在不同状态下的反应，例如像前面所说的人为控制空燃比的平衡。不同工作状态下有不同的燃油修正值就说明系统整体上性能良好，特别是实际测出的尾气值与之相吻合时。
第二种方法有点复杂，但有利于从侧面检查空燃比传感器的好坏。断开传感器与线束连接的插头，用跨接线分别将加热电路的火线与火线、地线与地线小心地跨接起来。这两根跨接线相互之间要分开，不能碰在一起。接下来将3.3V的AFS+线(通常是蓝色)与传感器接头上相应的线跨接，跨接线要与其他线分开，防止不小心碰在一起。用一根长一点的导线将剩下的AFS-线跨接，跨接时将导线在一个稍大一点的套筒或圆形物上绕整10圈，这就形成一个线圈。用胶带将线圈的几处粘在一起并取下套筒，将低电流电流钳夹在这个10匝的线圈上。
把电流钳的灵敏度调到最大(通常为100mV/A)并把它接到示波器或数字万用表上。待发动机运转到正常工作温度，观察电流读数。怠速时电流应该很小或没有，急加速时电流向一个方向流动，而急减速时电流朝相反方向流动，如图5所示。
实际测得的电流幅值并不重要，但最大值应在140mA左右，这等于传感器实际电流的10倍，或者传感器实际的电流是14mA(用跨接线绕成一个10匝的线圈就是为将传感器微弱的电流放大10倍，这样，尽管电流很小，但电流钳所测得数值比较可靠。)正是这个电流被动力控制模块转换成了空燃比传感器的电压参数，所以，这项测试的目的是检查空燃比传感器的工作是否正常。
图6所示是另外一种替代的测验方法。笔者正好从别处找到一个与空燃比传感器相配的废接头，不过，细心的读者会注意到，该接头与空燃比传感器的接头插上时，两个接头上白色和蓝色位置相反。笔者给这个接头加一延长的线束并加上两个1Ω的电阻，一个接在白色的线上，另一个接在蓝色的线上。这样就可以接上示波器，用跨接线跨接其中一个电阻，然后测量另一个电阻两端的电压降。固定阻值电阻两端的电压降与电流成精确的正比。电阻1Ω，电压降1mV，那么相应的电流就为1mA。
把示波器接到白色的线上，用跨接线跨接蓝色线上的电阻，用检测电脑控制空燃比，希望能看到可识别的波形。令人失望的是从示波器看到的大多是一些无规律的杂波。但当跨接蓝色线上的电阻，用示波器测量白色线上电阻两端的电压降时，却得到了一些有用的信息，如图7所示，波形的变化与改变空燃比浓、稀时电流的变化相符合。
从这项测试中获取的信息对我们有何帮助呢？首先，我们现在知道了，空燃比传感器上两根导线的作用与传统的串连电路不同。其次，波形中几乎垂直的上升沿表明这个空燃比传感器能对空燃比的变化作出快速的反应。(记住：反应速度低于1.2s，动力控制模块就会设定一个故障码。)不过，注意看，当控制燃油减少时，波形中随后出现下降沿就没有上升沿那么陡。这种情况符合物理现象，原因是，就所供的燃油总量来说，其减少的速度是没有增加的速度那么快的。
一个碰巧的意外让笔者获取了一个意想不到的波形，结果是这个波对故障诊断很有用并且是可重复出现的(见图8)，波形中几乎垂直的上升降沿表明空燃比传感器比控制命令反应很迅速。
其次，还可以调用OBDⅡ模式6的功能(模式6是OBDⅡ中的一种诊断方法）。从模式6功能所提供的几个窗口中可以观察和分析空燃比传感器的工作性能。汽车生产厂家可以自行决定何时、怎样提供模式6的数据，甚至也可以决定是否提供模式的数据。丰田车可以用检测电脑调出模式6的数据，但有几个重要的限制条件。首先，至关重要的是监测功能要处于“完成”状态。未完成的监测功能有可能会在模式6中存储不正确的数据。这种不正确数据的主要作用是在正确数据出现之前充当占位者的角色。占位的数据总是显示故障检测通过，原因是故障数据有可能会暂停执行某些监测功能，这样可以防止这些监测功能运行至完成状态。
根据年款和车型的不同，有些丰田车即使空燃比传感器的监测功能没有完成，模式6数据在当前行驶循环结束并关闭点火开关后仍会出现。当下一个行驶循环开始并且监测功能完成后模式6中新产生的数据会将这些数据擦掉。
最后要说的是，即使所有的监测功能都运行完成后，也并不是所有的检测电脑都能读取模式6的数据。例如，笔者用五种检测电脑读取一辆汉兰达车的模式6数据，只有两种检测电脑能读出，另外还有一种检测电脑只能显示两个空燃比传感器中的一个，对第二列缸的空燃比传感器甚至连反应测试的十六进制的地址(MID$10，TID$06)都无法显示。
这辆汉兰达车有几个相关的故障码，其中包括一个待定故障码P1133，笔者所记录的两个空燃比传感器的数据如下：
MID$01，MID$10(第一列缸监测功能运行完成)
TID$06，TID$06(第二列缸检测功能运行完成)
值4.429576，限值3.997696，TLT0，结果：未通过
值3.462604，限值3.997696，TLT0，结果：通过
换了两个空燃比传感器并运行监测功能后，所记录的模式6数值分别变为0.693692和0.511668，这表明空燃比传感器的反应速度显著变快。对于不显示模式6具体数值的车来说，TLT0表示某项测试的测试值不能超过规定的最大值，TLT1表示要通过该项测试，必须要达到一个最小的限值。
根据所用检测电脑的不同，有可能会出现如下的字符：MID$01，TID$06OBIB≤4000或者TID$06 0831≤4000。这些显示出的字母和数字组合事实上只是十六进制的数码，用来表示相同的两个测试已经通过。
是 什 么 使 空 燃 比 传 感 器 优 于 传统的氧传感器？用一个字概括，就是“准”。当空燃比传感器工作正常时，它所反映的不是简单的浓和稀，而是混合汽有多浓或有多稀。这种信息有利于更严格地控制尾气的排放成份。这就意味着不但能提高发动机的性能和燃油经济性，还能延长催化转化器的寿命。延长催化转化器寿命就可以在联邦政府规定的8年或8万mile排放部件质保期内节约很大一笔费用。
什么会对丰田车的空燃比传感器造成损害？与传统的氧传感器一样，积炭、防冻液、燃烧的机油或有铅燃油都会污染或堵塞空燃比传感器的工作面。某些挥发性的溶剂，包括那些非汽车用(高挥发性)的常温硫化密封胶也会造成空燃比传感器完全损坏或工作不稳定。毫无疑问，这种传感器也经不起强烈或直接的敲击。在笔者所居住的地区(美国中西部)，空燃比传感器的平均寿命为8~11万mile，主要的故障是加热电路故障。
同任何排气传感器一样，空燃比传感器也会受排气系统泄漏的误导，有时在某些车型上需要非常细致的检查才能找到排气歧管和前段排气管/催化传感器弹力加载连接处微小的泄漏处，这种泄漏通常在中等油门和急加油门时出现并有可能造成燃油修正值的不正确和相关的行驶性问题，但大不可能引起故障码的出现。
维修提示：
1.换丰田车的空燃比传感器通常比较容易，但许多排气歧管上装空燃比传感器的内螺纹会损坏。幸运的是如果重新攻丝不成，在许多地方都可以找到标准的M18×1.5螺纹嵌套。
2.不要贪便宜用廉价的防烧结剂，要用耐高温的镍基防烧结剂。加热电路会产生1200 的高温。
3.如果线路插头看上去不完全吻合，或插头连接时很费力，这时就要停下来重新检查一下件号和车型，很有可能订的是空燃比传感器，而送来的却是传统的氧传感器，或者订的是传统的氧传感器，而送来的却是空燃比传感器。
4.为了防止损坏线路或受其他部件电磁干扰的影响，空燃比传感器导线的走向精一定要正确，导线夹要安装正确。
5.拧紧力矩很重要，在笔者遇到的所有车上，拧紧力矩都为30ft.1b(1ft.1b=1.3N·m)。装得过紧会损坏空燃比传感器，所以记住两个重点：⑴规定的拧紧力矩是指在螺纹干净并且涂有抗烧结剂的情况下，螺纹不能干燥或脏污。⑵要用专用的套筒，用其他套筒时要把偏心造成的分力算在内。
结束语
对于传统的氧传感器来说，电压能快速变化就说明工作正常，对丰田车的空燃比传感器来说电压快速变化则说明工作不正常。在有些情况下，检测电脑不能提供充分的相关诊断信息。通过尾气分析仪上的过量空气系数值可以间接查出空燃比传感器的计量是否准确，特别是在检测电脑可以显示当量系数的情况下。示波器可以准确测量空燃比传感器的反应时间。模式6的数据可以看出空燃比传感器的工作是否正常。
关于通用型检测电脑
对于装有空燃比传感器的丰田车，用通用型检测电脑选择显示氧传感器参数时会出现一些奇怪的数据。对于大多数车甚至大多数丰田车来说不断变化的上游氧传感器电压表明燃油控制正常，但对于空燃比传感器来说正好相反。
空燃比传感器所显示的电压相对稳定，特别是在中、小油门开度时，电压值约为0.66V或3.3V。但由于美国汽车工程师学会的标准规定通用型检测电脑所显示的氧传感器值应在0~1之间，所以通用型检测电脑所显示的空燃比传感器值是一个在上述规定范围内的“计算值”。动力控制模块将空燃比传感器的数值除以5后再将所得出的数值提供给检测电脑。
实际所得的数值取决于动力控制模块的版本和检测电脑的程序，所以路试时我们所希望看到的2.8~4.0V的电压变化值，也许在通用型监测电脑上显示为0.56~0.8V的“氧传感器”电压值。
不过，如正文所述，空燃比传感器电压变化的方向与传统的氧化锆氧传感器电压变化的方向正好相反。
为了避免受到误导，许多通用型检测电脑根本就不用任何形式显示空燃比传感器的参数。但如果在通用型检测电脑上显示出例如0.66V的空燃比传感器电压值，其真实的电压值就为3.3V。顺便说一句，这个电压值是空燃比传感器电压量程的中间值，相对应的混合汽浓度为化学计量比。
