空燃比详细解答

14.7：1
过量空气系数
• 理论上使燃油完全燃烧，所需的空气量等于理论 空气量。实际上，供给的空气量总是大于或小于 理论空气量。为了评定发动机工作过程中所用空 气数量的多寡，常引入过量空气系数的概念。 • 发动机工作过程中，燃烧1kg燃油实际供给的空气 量L与理论空气量LO之比,称为过量空气系数。
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最经济混合气
• 当过量空气系数φ at=1.05～1.15时，火焰 传播速度仍很高，且此时空气相对充足， 燃油能完全燃烧，所以热效率最高，有效 耗油率最低。此浓度混合气称为最经济混 合气。
过稀混合气
• 当过量空气系数φ at﹥1.15时，称为过稀混合气。 • 此时火焰传播速度降低很多，燃烧缓慢，使燃烧 过程进行到排气行程终了，补燃增多，使发动机 功率下降，油耗增多。由于燃烧过程的时间延长， 在排气行程终了进气门已开启，含氧过剩的高温 废气可以点燃进气管内新气，造成进气管回火。 • 当φ at=1.3～1. 4时，由于燃料热值过低，混合气 不能传播，造成缺火或停车现象。此混合气浓度 为火焰传播的下限。
中等负荷工况时混合气控制
• 中等负荷时，传统发 动机采用所谓空燃比 为16～17:1的经济混 合气，以达到节省燃 油的目的。 • 但是从废气排放的角 度来看，经济混合气 却不适应环保法规的 要求，同时，如果要 保持较高的空燃比， 对于三元催化器的要 求也进一步提高。
中等负荷时的气门重叠角
• 增大气门重叠角，增大内部EGR率，减少泵气损失
（二）过渡工况对混合气的要求
• 汽车在运行中的过渡工况可分为以下三种 形式： • 冷起动 • 暖机 • 加速和减速
冷起动
• 冷车起动时，由于发动机的转速和燃烧室 壁面温度低、空气流速慢，导致汽油蒸发 和雾化条件不好，因此要求发动机供给很 浓的混合气。为保证冷起动顺利，要求供 给的混合气空燃比达2︰1才能在气缸中产 生可燃混合气。
基本燃油喷射量
• 也许，还有很多人对于电子燃油喷射的基本燃油 喷射量的计算方法不是很明白。 • 实际燃油喷射量=基本燃油喷射量×修正系数+电 压校正 • 基本燃油喷射量取决于发动机转速以及进气量信 号。 • 上面的提法，任意一本书中，都是这样注名，可 是为什么如此呢？一般书中没有详细的答案。所 以一般的读者、技术人员很难明白。教给学生的 老师，也是依葫芦画瓢，照本宣科。
正常混合气
• 为保证发动机稳 定可靠地工作， 有利的混合气成 分一般在 φ at=0.85～1. 2范 围内。
发动机各种工况对混合气的要求
• 发动机在实际运行过程中,其工况在工作范 围内是不断变化的,且在工况变化时,发动 机对可燃混合气空燃比的要求也是不同的. • (一)稳定工况 • (二)过渡工况
四冲程发FLASH\zt4.swf动机
• 举个例子，我们请10个人来吃饭，假设每个人的 饭量是一样的，我们准备的食物，当然要准备10 份客饭，准备8份、9份，那肯定有人要饿肚子， 准备11或12份，那就要产生浪费！同样的道理， 进入汽缸的空气如果是15，我们用1份的燃油去 进行工作，混合气就偏稀，进入汽缸的空气如果 是14，我们用1份燃油，那当然是混合气偏浓了。 • 也就是说，对于排量一定的发动机，当我们知道 当地的大气压、空气的温度、空气的密度，我们 就应该可以算出发动机每一循环的实际进气质量 了！
大负荷工况
• 在大负荷时，节气门开度已超过3/4，此时应随着 节气门开度的加大而逐渐地加浓混合气以满足发 动机功率的要求，如图中的CD段。但实际上，在 节气门尚未全开之前，如果需要获得更大的转矩， 只要把节气门进一步开大就能实现，没有必要使 用功率空燃比来提高功率，而应当继续使用经济 混合气来达到省油的目的。因此，在节气门全开 之前所有的部分负荷工况都按经济混合气配制。 • 只是在全负荷工况时，节气门已经全开，此时为 了获得该工况下的最大功率必须供给功率混合气， 如图中D点。在从大负荷过渡到全负荷工况的过 程中，混合气的加浓也应该是逐渐变化的。
L ab LO
Φ(弗爱 )
燃烧速度最快的混合气
• 过量空气系数φ at=0.85～0.95 时,火焰传播速度最大,此时燃烧 速度最快,可在短时间内使气缸 压力和温度达到最大值,散热损 失小,做功最多。 • 由于此时供给的燃料量比完全燃 烧时所需的燃料稍多，在空气量 一定的情况下，提高了对氧的利 用程度，使燃烧产物的分子数增 多，燃气压力提高，因此，发动 机发出最大功率。称这种混合气 为最大功率混合气。
暖机
• 暖车过程中，尽管发动机温度随着转速的 提升也在逐步上升，但发动机温度仍然较 低，气缸内的废气相对较多，混合气受到 稀释，对燃烧不利，为保持发动机稳定的 运行也要求浓的混合气。暖车的加浓程度， 应在暖车过程中逐渐减小，一直到发动机 能以正常的混合气在稳定工况下运转为止。
加速和减速
• 汽车在加速时，节气门突然开大，进气管压力随之 增加。由于液体燃料流动的惯性和进气管压力增大 后燃料蒸发量减少、大量的汽油颗粒沉淀在进气管 壁上，形成厚油膜，这样造成实际混合气成分瞬间 被稀释，使发动机转速下降。为防止这种现象发生， 要喷入进气管附加燃料，才能获得良好的加速性能。 • 汽车急减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门 突然关闭，此时由于惯性作用，发动机仍保持很高 的转速。因为进气管真空度急剧升高，进气管内压 力降低，促使附着在进气管壁上燃油加速气化，造 成混合气过浓。为避免这一情况发生，在发动机减 速时，供给的燃料应减少。
空燃比的意义
关于混合气的几个问题
• • • • • • 燃烧速度最快的混合气浓度是多少? 最经济的混合气浓度是多少? 何谓过浓混合气? 何谓过稀混合气? 发动机控制的核心问题是什么? 燃油喷射时间就是实际喷油量吗?
理论空燃比的概念
• 空气—燃油理论上理想的质量比为14.7︰1， 称作理论空燃比。燃油完全燃烧的质量关 系为14.7kg空气比1kg燃油，与此对应的容 积比为9500L空气比1L燃油。
环保混合气（理论空燃比）
• 前面，我们大家看到了在不同工况下，对混合气的需求是有所 不同的，而其各工况工作的条件，也是受历史条件限制的。我 们大家看到的关于各工况混合气状况分析也是建立在传统发动 机原理的基础之上。 • 传统发动机，受限于当时的生产技术条件及科研水平，尤其是 电子计算机控制技术的发展相对比较落后。而进入21世纪后， 汽车技术有了一个突飞猛进的跳跃式发展。大量新技术、新结 构不断出现，尤其是在发动机方面，VVT可变配气相位技术、 电子气门升程控制等、电子节气门控制、缸内直喷技术、分层 燃烧技术等等新技术的采用，带来了一系列完全不同控制理念。 这就导致我们常规所学习、了解的发动机原理有了很大不同， 尤其是在关于汽油发动机核心部分“空燃比”控制方面，发生 了非常大的变化，我们平时提到的多种工况混合气理念与现在 的发动机工作原理产生了很大的不同，所以，就需要我们在了 解传统发动机原理的基础上，根据现代汽车的变化作出相应的 变化，否则，在针对现代车辆的维修过程中，就无法作出正确 的分析。
过浓混合气
• 当过量空气系数φ at﹤0.85时，称为过浓混合气。此时,由 于火焰传播速度降低，功率减少；由于缺氧，燃烧不完全， 热效率降低，耗油率增加。发动机怠速或低负荷运转时， 节气门开度小，进入气缸的新鲜混合气量少，残余废气相 对较多，可能引起断火现象。 • 如果在发动机在中等负荷下，也供给过浓混合气，由于火 焰传播速度低，燃烧速度减慢，混合气在大容积下燃烧， 发动机易过热，排气温度增高。高温废气中未完全燃烧的 成分在排气管口与空气相遇，剧烈氧化，形成排气管放炮 现象。 • 当φ at=0.4～0. 5时，由于严重缺氧，火焰 不能传播，混 合气不能燃烧。
减少（消除）气门重叠角，减少废气进入进气侧
小负荷时的混合气控制
• 如前所述，传统发动机由怠速工况向 小负荷工况转换时，虽然受气门重叠 角的影响造成的废气稀释越来越小， 但其制约作用依旧存在。混合气呈现 随负荷增加，逐渐向高空燃比变化的 过程，直至其值接近中等负荷时的 16～17:1（经济混合气区域）。 • 但我们大家可以看到，在采用可变配 气正时的发动机上，气门重叠角度， 依然保持与怠速时的0°相同，这样， 在轻载、小负荷工况时，依然不需要 供给浓的混合气，这样，发动机还是 使用的是λ=1的混合气，从而在小负 荷工况时，起到节省燃油的作用。
小负荷工况
• 如图中A点开始，随节 气门开度增大，稀释 将逐渐减弱，所以小 负荷工况下要求混合 气如图AB段所示。也 就是说，发动机在小 负荷运行时，供给混 合气也应加浓，但加 浓的程度随负荷的增 加而减小。
中等负荷工况
• 汽车发动机的大部分时间都处在中等负荷 状态。在中等负荷运行时，节气门已有足 够的开度，废气稀释影响已经不复存在， 因此要求供给发动机稀的混合气，以获得 最佳的燃油经济性，如图BC段，空燃比约 为16～17。
怠速工况时的混合气控制
• 相对于传统发动机，我们大家可以知道，由于VVT可变配 气正时控制的出现，使得凸轮轴的角度，由原来的不可变 动，形成了今天的可以随发动机工况变化而改变。这其中， 最大的变化，就是怠速时进排气门重叠角度的变化，由原 来的大约20°～60°曲轴转角， 变成了重叠角度为0°。 • 由于进排气门重叠的情况不再出现，所以，就不存在进气 冲程中的废气稀释问题。因此，对于混合气的需求就不再 要求供给很浓的混合气。 • 因此，在采用VVT可变配气正时系统的发动机上，在发动 机达到正常工作温度后，即进入闭环控制，采用λ=1的混 合气喷入气缸参加工作。 • 这样，通过技术上的提升，可以大大降低怠速时的燃油消 耗量，同时，对于怠速时的排放控制也有着极大的好处。
加速和减速
• 汽车在加速时，节气门突然开大，进气管压力随之 增加。由于液体燃料流动的惯性和进气管压力增大 后燃料蒸发量减少、大量的汽油颗粒沉淀在进气管 壁上，形成厚油膜，这样造成实际混合气成分瞬间 被稀释，使发动机转速下降。为防止这种现象发生， 要喷入进气管附加燃料，才能获得良好的加速性能。 • 汽车急减速时，驾驶员迅速松开加速踏板，节气门 突然关闭，此时由于惯性作用，发动机仍保持很高 的转速。因为进气管真空度急剧升高，进气管内压 力降低，促使附着在进气管壁上燃油加速气化，造 成混合气过浓。为避免这一情况发生，在发动机减 速时，供给的燃料应减少。
（一）稳定工况对混合气的要求
• 发动机的稳定工况是指发动机已经完全预 热,进入正常运转,且在一定时间内转速和负 荷没有突然变化的情况.稳定工况又可分为 怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负 荷等几种。
怠速工况
• 怠速工况是指发动机对外无功率输出且以最低稳 定转速运转。 • 此时，混合气燃烧后所做的功，只用于克服发动 机内部的阻力，并使发动机保持最低转速稳定运 转。 • 在怠速工况下，节气门处于关闭状态。因而进气 管内的真空度很大。在进气门开启时，气缸内的 压力可能高于进气管压力，废气膨胀进入进气管 内。在进气冲程中，把这些废气和新混合气同时 吸入气缸，结果气缸内的混合气含有比例较大的 废气，为保证这种经废气稀释过的混合气能正常 燃烧，就必须供给很浓的混合气。
• 其实，问题的答案就在进入汽缸的空气量的计 算方法上，虽然汽缸的容积不变，但由于发动 机转速不同，节气门开度不同，导致每分钟进 入汽缸的空气量是不同的。所以，如果想精确 地控制进入汽缸的燃油量，就必须知道发动机 转速和每秒准确地进气量。如果，我们大家知 道了每一循环的实际的进气量，再乘以发动机 转速，我们就得到每分钟进入汽缸的总的空气 总量。
时刻需要牢记
• 追根诉源，发动机的核心问题：其实就是 针对进入汽缸的空气量所作出的决策。这 其中最核心的控制是燃油喷射量的计算、 以及最佳点火时刻的确定。
一切皆源于空气
发动机汽缸容积
• 对于一部排量一定的发动 机来讲，其汽缸容积是一 定的，也就是说，发动机 在进气行程，每一次从上 止点到下止点之间走过的 冲程一定，进入汽缸的空 气量一定。以四缸发动机 为例，也就是说，发动机 每两转，都有四次进气发 生。而一个完整工作循环 进入的空气总量（假设节 气门全开，充气系数为1 时），就是一个汽缸的工 作容积×4 。