馮顯欽　車志　梁瑞香

【摘 要】作為混合氣濃度最直觀參數(shù)空燃比的變化， 直接影響發(fā)動機(jī)性能，在不同空燃比的燃燒過程中， 空燃比A/F對發(fā)動機(jī)影響的程度和變化規(guī)律各不相同。使發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳的空燃比，可有效地提高和改善發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性，從而提高了發(fā)動機(jī)的性能。

【關(guān)鍵詞】空燃比；燃燒；發(fā)動機(jī)；性能

0.引言

當(dāng)一臺發(fā)動機(jī)完成整體設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出來后，對其性能影響最大的因素之一就是進(jìn)入氣缸的混合氣濃度。因?yàn)榛旌蠚獾臐舛戎苯佑绊懼旌蠚庠谌紵抑羞M(jìn)行燃燒的速度、壓力和溫度，從而對發(fā)動機(jī)性能產(chǎn)生極大的影響；發(fā)動機(jī)原理中，用以表述混合氣濃度的參數(shù)是空燃比。

1.空燃比對發(fā)動機(jī)性能的影響

空燃比是指進(jìn)人氣缸進(jìn)行燃燒的空氣的質(zhì)量與燃料的質(zhì)量之比，用A/F表示。空燃比的大小支配著發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及廢氣中污染物的含量。從理論上講，燃料只有完全燃燒才能獲得最佳的經(jīng)濟(jì)性和最小的空氣污染。那么，實(shí)現(xiàn)燃料完全燃燒時的空燃比稱為理論空燃比。

1.1空燃比對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)性的影響

當(dāng)空燃比略小于理論空燃比時，燃燒火焰的溫度最高，而當(dāng)空燃比高于或低于此空燃比時，火焰溫度都會比這種空燃比時的低。此時的空燃比約為13.5-14.00，當(dāng)空燃比A/F=12-13時，火焰溫度雖然沒有上述情況下的高，但是，火焰的傳播速度卻因混合氣濃度的增加而達(dá)到最高值。因此，在這種空燃比下，發(fā)動機(jī)發(fā)出的功率達(dá)到最大值。此時的空燃比又稱為功率空燃比，這樣的混合氣被稱為功率混合氣。但是，由于混合氣濃度的增加，使燃燒過程中，混合氣中的燃料不能得到完全燃燒，從而使發(fā)動機(jī)的油耗率明顯上升。當(dāng)空燃比繼續(xù)減小時，由于混合氣過濃使燃燒時氧的供應(yīng)明顯不足，因而又使燃燒速度和燃燒溫度都下降，發(fā)動機(jī)的功率下降，油耗率上升。

當(dāng)空燃比在16附近變化時，發(fā)動機(jī)的耗油率達(dá)到最低值，而火焰溫度和發(fā)動機(jī)功率均隨之下降。

報(bào)據(jù)以上分析可以看出.提高發(fā)動機(jī)功率和降低燃料消耗是一對矛盾。要提高功率，就會降低經(jīng)濟(jì)性。同樣，要提高經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，就必須要降低動力性。但是.這樣的關(guān)系只有在一定的范圍內(nèi)才存在。當(dāng)空燃比A/F≥18或者A/F≤12時，不但動力性下降，而且經(jīng)濟(jì)性也變差。因此，對發(fā)動機(jī)空燃比的控制要同時兼顧動力性和經(jīng)濟(jì)性兩個方面。

1.2空燃比對發(fā)動機(jī)排放性的影響

發(fā)動機(jī)排出的廢氣中含有多種對人體有害的成分，這些有害成分產(chǎn)生的數(shù)量、有害成分的種類，都與燃燒時的空燃比有著密切的關(guān)系。

1.2.1一氧化碳（CO）

CO是由于燃燒過程中氧的不足而產(chǎn)生的。因此廢氣中CO的濃度與空燃比有著直接的關(guān)系。當(dāng)空燃比A/F≤16時，CO的濃度極小。而當(dāng)空燃比A/F<16時，隨著空燃比的減小，CO的濃度急劇上升。所以控制CO最有效的辦法就是提高空燃比，采用稀混合氣。

1.2.2碳?xì)浠衔铮℉C）

He的排放濃度與空燃比也有著非常密切的聯(lián)系。

第一種原因：HC的含量主要取決于燃燒過程中未燃燒混合氣的多少。

由于HC是不完全燃燒的產(chǎn)物，如果空燃比小于理論空燃比，未燃燒燃料增多或者在燃燒過程中產(chǎn)生的HC量增多，HC的排放濃度增加。但是，當(dāng)空燃比過大時，由于混合氣過稀，有時會出現(xiàn)點(diǎn)火點(diǎn)不著的情況，同時，也存在著火焰?zhèn)鞑ニ俣冗^慢的問題。這些因素都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)燃燒的不穩(wěn)定，造成HC的增加。

第二種原因：來自于氣缸里冷邊界層的激冷作用。當(dāng)燃燒著的火焰擴(kuò)展到氣缸壁時，由于氣缸壁的溫度較低，產(chǎn)生激冷作用，火焰被熄滅。而氣缸壁激冷層的厚度與空燃比有一定的關(guān)系，只有在某一個合適的空燃比下，混合氣的燃燒溫度最高，氣缸壁的激冷層最薄，產(chǎn)生的HC最少。

由此可見，HC的濃度與發(fā)動機(jī)混合氣的空燃比之間存在著一個最佳的空燃比值。只有在這種空燃比時，發(fā)動機(jī)排出的氣體中，HC的濃度才會最低。

1.2.3氮氧化合物（NOx）

發(fā)動機(jī)排出的氮氧化合物中，除少量NO2外，大量的是NO。廢氣中的NO排人大氣后，與大氣中的氧化合成NO2。為了便于分析研究，通常把NO和NO2通稱為NOx，當(dāng)氣缸內(nèi)混合氣的空燃比在16左右時，氮氧化合物的排放量最多?？杖急仍傩⌒┗蛘咴俅笮琋O的排放量均會迅速減少。這是因?yàn)椋琋O的產(chǎn)生與氣缸內(nèi)燃燒著的混合氣的溫度及氧的含量有關(guān)，溫度越高，同時氧的濃度也較大時所產(chǎn)生的NO越多。

當(dāng)混合氣的空燃比較小時，由于混合氣中氧的濃度較低，所以不會產(chǎn)生太多的NO，而當(dāng)混合氣的空燃比再大些時，雖然有很充足的氧，但由于混合氣燃燒時的溫度比較低，也不會產(chǎn)生多的NO。

2.結(jié)論

從以上分析可以看出， 作為混合氣濃度最直觀參數(shù)的空燃比的變化， 直接影響發(fā)動機(jī)性能，在不同空燃比的燃燒過程中，空燃比A/F對發(fā)動機(jī)影響的程度和變化規(guī)律各不相同。使發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳的空燃比，可有效地提高和改善發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性及排放性，從而提高了發(fā)動機(jī)的性能。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郗沭平等著.汽車電控技術(shù)簡明教程.北京理工大學(xué)出版社，2008.

[2]周龍保主編.內(nèi)燃機(jī)學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[3]趙福堂主編.汽車發(fā)動機(jī)原理構(gòu)造及電控.北京理工大學(xué)出版社，2010.

[4]林學(xué)東編著.車用發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[5]呂彩琴著.汽車發(fā)動機(jī)電控技術(shù).國防工業(yè)出版社，2009.

[6]王林超主編.汽車構(gòu)造.中國水利水電出版社，2010.

[7]（美）多莉絲等著，付百學(xué)主編.汽車發(fā)動機(jī)電子控制技術(shù).北京理工大學(xué)出版社，2010.