空燃比计监测内燃机的空燃比。也称为空燃比计、空燃比计或空燃比计，它读取氧传感器的电压输出，有时也称为AFR传感器或lambda传感器。最初的窄带氧传感器在1970年代末和1980年代初成为工厂安装的标准。近年来，一种更新的、更精确的宽带传感器已经面世，虽然价格更高，但已经面世。大多数独立的窄带仪表有10个LED，有些则更多。与其他类型的汽车“仪表”一样，圆形外壳中的窄带仪表也很常见，标准安装直径为52和67毫米（2+1⁄16和2+5⁄8英寸）。这些通常有10或20个LED。还提供模拟“针”式仪表。如上所述，有独立的或安装在外壳中的宽带仪表。几乎所有这些都在数字显示屏上显示空燃比，因为宽带传感器提供了更准确的读数。由于宽带传感器使用更精确的电子设备，这些仪表更加昂贵。

• 确定氧传感器的状况：氧传感器发生故障会导致空燃比对不断变化的发动机状况的响应更慢。损坏或有缺陷的传感器可能会导致油耗增加和污染物排放增加，以及功率和油门响应降低。大多数发动机管理系统会检测到有缺陷的氧传感器。
• 减少排放：将空气燃料混合物保持在14.7:1的化学计量比附近（对于汽油发动机），可使催化转化器以最高效率运行。
• 燃油经济性：比化学计量比更稀的空气燃料混合物将导致接近最佳的燃油里程，每行驶距离的成本更低，产生的二氧化碳排放量最少。然而，从工厂开始，汽车被设计为以化学计量比运行（而不是在保持可驾驶的同时尽可能稀薄），以最大限度地提高催化转化器的效率和寿命。虽然可能在比化学计量比更稀薄的混合物下平稳运行，但由于美国环保署的规定，制造商必须关注排放，尤其是催化转化器的寿命（现在新车必须为160,000公里（100,000英里））作为更高的优先事项.
• 发动机性能：仔细绘制整个转速和歧管压力范围内的空燃比，除了降低爆震风险外，还能最大限度地提高功率输出。

贫油混合物提高了燃油经济性，但也会导致氮氧化物(NOX)的量急剧上升。如果混合物变得太稀，发动机可能无法点火，导致失火和未燃烧碳氢化合物(HC)排放量的大量增加。稀薄的混合物燃烧得更热，可能导致怠速不稳、启动困难和熄火，甚至会损坏催化转化器或烧毁发动机中的阀门。当发动机处于负载状态时，火花爆震/发动机爆震（爆震）的风险也会增加。比化学计量更浓的混合物在使用汽化液体燃料时允许更大的峰值发动机功率，因为​​混合物不能达到完全均质化的状态，因此添加额外的燃料以确保所有氧气都燃烧产生最大功率。此类操作中的理想混合气取决于各个发动机。例如，涡轮增压器和机械增压器等强制进气发动机在节气门全开时通常需要比自然吸气发动机更浓的混合气。强制感应发动机可能因燃烧时间过长而严重损坏。空气燃料混合物越稀薄，气缸内的燃烧温度就越高。过高的温度会损坏发动机——熔化活塞和阀门。如果一个端口和/或歧管或增加增压而不通过安装更大或更多的喷射器和/或将燃料压力增加到足够的水平来补偿，就会发生这种情况。相反，可以通过增加燃料而不增加进入发动机的空气流量来降低发动机性能。此外，如果发动机被倾斜到其排气温度开始下降的程度，其气缸盖温度也会下降。这只建议在巡航配置中使用，绝不会在剧烈加速时使用，但在航空界越来越流行，其中安装了适当的发动机监测仪表并且可以手动调节燃油空气混合物。冷发动机在首次启动时通常还需要更多的燃料和更浓的混合物（参见：冷启动喷射器），因为燃料在冷时也不会蒸发，因此需要更多的燃料来适当地使空气饱和。当发动机处于负载状态时，浓混合气也会燃烧得更快，并降低火花爆震/发动机爆震（爆震）的风险。然而，富油混合物会急剧增加一氧化碳(CO)排放。

氧气传感器的早期引入是在1970年代后期。从那时起，氧化锆一直是其构造的首选材料。氧化锆O2传感器产生自己的电压，这种生产使其成为一种发电机。在闭环控制中，变化的电压将在示波器上显示为有点类似于正弦波的波形。产生的实际电压是完成传感器尖端处存在的CO和HC燃烧所需的氧气的量度。汽油发动机的化学计量空燃比混合比是所有燃料将与所有可用氧气反应导致完全燃烧的理论空燃比。在这个比率或接近这个比率时，燃烧过程会在功率和低排放之间产生最佳平衡。在化学计量空燃比下，生成的O2传感器电压约为450mV。发动机控制模块(ECM)识别高于450mV水平的浓状态和低于450mV水平的稀状态，但不检测浓或稀的程度。正是由于这个原因，氧化锆O2传感器被称为“窄带”O2传感器。

在1980年代末和1990年代初，钛氧传感器在有限的基础上被使用。该传感器的半导体结构使其操作不同于氧化锆O2传感器。钛氧传感器的电阻不是自己产生电压，而是根据排气中的氧含量而变化。当空燃比浓时，传感器的电阻在950欧姆左右，而当混合气稀时，则超过21千欧。与氧化锆传感器一样，钛O2传感器也被认为是窄带O2传感器。

如前所述，任何窄带O2传感器的主要问题是ECM仅检测到混合物比化学计量比稍微浓或稀。ECM不会测量化学计量范围以外的运行空燃比。实际上，它只检测到混合物比化学计量更浓或更稀。低于450mV的O2传感器电压将导致喷油器脉冲变宽，反之亦然。产生的变化或循环燃料控制（闭环）O2信号是技术人员在探测O2传感器信号线时在示波器上看到的信号。

较新的“宽带”O2传感器解决了以前氧化锆传感器的狭窄传感问题。这些传感器通常被称为不同的名称，例如连续lambda传感器（lambda代表空燃比）、AFR（空燃比传感器）、LAF（稀空燃比传感器）和宽带O2传感器。不管叫什么名字，原理都是一样的，就是把ECM放在更好的位置来控制空燃比。实际上，宽带O2传感器可以检测到排气中的O2含量远低于或高于理想的空燃比。在排放输出水平极低的新型稀薄燃烧发动机上需要这种控制。更严格的排放法规和对更好燃油经济性的需求正在推动这种更新的燃油控制技术。

宽带O2传感器在外观上与常规氧化锆O2传感器相似。然而，它的内部构造和操作完全不同。宽带O2传感器由称为参考单元和泵单元的两个内层组成。ECM的AFR传感器电路总是试图通过控制其电流在特殊的监控室（扩散室或泵电池电路）内保持完美的空气/燃料比。AFR传感器使用专用电子电路在传感器的泵单元中设置泵电流。换句话说，如果空气/燃料混合物稀薄，泵电池电路电压会瞬间变低，并且ECM会立即调节通过它的电流，以在扩散室内保持设定的电压值或化学计量比。然后，泵电池通过泵电池电路中产生的电流通过扩散间隙排出多余的氧气。ECM感应电流并相应地加宽喷油器脉动以添加燃油。另一方面，如果空气/燃料混合物变浓，泵单元电路电压迅速升高，ECM立即反转电流极性，将泵单元电路电压重新调整到其设定的稳定值。然后，泵单元通过ECM的AFR泵单元电路中的反向电流将氧气泵入监测室。ECM检测到反向电流，并发出喷油器脉动减少命令，使混合物恢复稀薄状态。由于泵电池回路中的电流也与排气中的氧气浓度或不足成正比，因此它用作空气/燃料比的指标。ECM不断监测泵电池电流电路，它总是试图将其保持在设定电压。为此原因，用于测试和诊断常规氧化锆O2传感器的技术不能用于测试宽带AFR传感器。这些传感器是电流驱动设备，没有循环电压波形。稍后将讨论的测试程序与旧的O2传感器完全不同。

AFR传感器操作可以被认为类似于热线质量气流传感器(MAF)。但是，ECM不是使用MAF热线，而是通过改变泵单元电路电流来尝试在监控室内保持完美的化学计量空气/燃料比。传感器尖端的传感部分始终保持恒定电压（取决于制造商）。如果混合物变浓，ECM将调整流过传感尖端或泵电池电路的电流，直到再次达到恒定的工作电压水平。电压变化发生得非常快。通过泵电路的电流还将氧原子推入或推出扩散室（监测室），从而将监测室的空气/燃料比恢复到化学计量比。尽管ECM改变了电流，

当ECM监控变化的电流时，一个特殊电路（也在PCM或动力传动控制模块内部）将电流转换为电压值，并将其作为OBD-IIPID传递到串行数据流（不要混淆PID控制器）。这就是为什么测试AFR传感器信号的最佳方法是监控电压转换电路，ECM将其作为AFR电压PID发出。可以监测实际的AFR传感器变化电流，但变化非常小（在低毫安范围内）并且难以监测。手动AFR电流测试的第二个缺点是必须切断或断开信号线才能将电流表与泵电路串联连接。今天的平均钳形电流表在如此小的范围内不够准确。为此原因，通过使用扫描仪与ECM通信，可以查看AFR传感器活动。该数据通常显示为WRAF（宽范围空气燃料）、A/F或AFR传感器电压。但是，在某些车辆和扫描仪上，它会显示为lambda或当量比。如果PID显示电压读数，则当空气/燃料混合物理想时，它应该等于传感器的参考电压。参考电压因车而异，但通常为3.3V或2.6V。当燃料混合物变得更浓时（突然、快速加速），电压应该降低。在稀薄条件下（例如减速），电压应该增加。如果扫描仪PID显示lambda或当量比，则在化学计量条件下读数应为1.0。高于1.0的数字表示贫油条件，而低于1.0的数字表示富油混合物。ECM使用来自传感器的信息来调整喷射到发动机中的燃油量，因此还应该看到短期燃油调整PID的相应变化。来自AFR传感器的稀薄混合物读数将提示ECM添加燃油，这将表现为一个正的（或更正的）短期燃油调整百分比。一些技术人员会通过在质量气流传感器下游产生真空泄漏来强制发动机以稀薄运行，然后观察扫描仪PID以获取响应。可以通过向进入的气流中添加一定量的丙烷来强制发动机变浓。在任何一种情况下，如果传感器没有响应，则可能有问题。但是，这些测试不排除其他电路问题或ECM问题。建议进行彻底、系统的诊断。

宽带AFR传感器和氧化锆O2传感器之间的另一个主要区别是它的工作温度约为750°C(1,380°F)。在这些装置上，温度非常关键，因此采用了特殊的脉宽控制加热器电路来精确控制加热器温度。ECM控制加热器电路。

宽工作范围加上AFR传感器固有的快速动作操作，使系统始终处于化学计量，从而减少了大量排放。通过这种类型的燃油控制，空燃比始终徘徊在14.7:1附近。如果混合物稍微变浓，ECM会调整泵电路的电流以保持设定的工作电压。ECM的检测电路检测到电流，并发出减少喷油器脉动的命令。一旦空气燃料混合物变回化学计量比，由于喷油器脉动的减少，ECM将分别调整电流。最终结果是在14.7:1的空燃比下没有电流（0.00安培）。在这种情况下，电流表上会出现轻微的负驼峰，读数返回0。00几乎立即。燃油校正发生得非常快。

窄带传感器具有非线性输出，范围从0.10v到1.0v，0.450是理想的。窄带传感器与温度有关。如果废气温度升高，则稀区的输出电压会升高，而浓区的输出电压会降低。因此，没有预热的传感器具有较低的稀输出和较高的富输出，甚至可能超过1伏。温度对电压的影响在稀模式下比在浓模式下要小。冷发动机使计算机改变燃料空气比，因此氧气传感器的输出电压在大约100和850/900mV之间切换，一段时间后传感器可能输出大约200和700/750mV之间的切换电压，用于涡轮增压车就更少了。当在闭环中运行时，发动机控制单元(ECU)倾向于保持零氧（因此是化学计量平衡），其中空气-燃料混合物的质量约为汽油的空气燃料质量的14.7倍。这个比率保持了中性的发动机性能（较低的油耗、良好的发动机功率和最小的污染）。传感器的平均电平接近450mV。由于催化转化器需要循环a/f比，因此不允许氧传感器保持固定电压，ECU通过以足够快的方式通过更短（或更长)向喷油器发送信号的时间，因此平均电平变为如上所述的约450mV。另一方面，宽带传感器具有非常线性的输出，0-5V，并且需要更高的运行温度。

如果空燃比计的目的也是为了检测上述传感器存在或可能存在的检查一般混合气和性能的问题，那么窄带空燃比计就足够了。在高性能调谐应用中，宽带系统是可取的。