空燃比详细解答

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。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。OabLLΦ(弗爱)燃烧速度最快的混合气•过量空气系数φat=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。过浓混合气•当过量空气系数φat﹤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φat=0.4～0.5时，由于严重缺氧，火焰不能传播，混合气不能燃烧。最经济混合气•当过量空气系数φat=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φat﹥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φat=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。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φat=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（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。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。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。（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。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。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。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。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。减少（消除）气门重叠角，减少废气进入进气侧•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。小负荷时的混合气控制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。•增大气门重叠角，增大内部EGR率，减少泵气损失中等负荷时的气门重叠角时刻需要牢记•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。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！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。•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。•那么，当我们知道了发动机转速后，怎么计算总进气量呢？由于发动机曲轴旋转两圈，所有汽缸完成一个工作循环。当发动机转速为800rpm时，要产生400次的工作循环，所以，答案当然是用400去乘以每一循环的实际进气量了。同样，发动机转速为2000rpm时，就要用1000去乘了。发动机电脑通过空气流量传感器得知实际的进气量后，就相应地要喷射同等对应的燃油来保持完全燃烧。现在，我们是不是知道了为什么要按照发动机转速和进气量信号来计算基本燃油喷射量了吧！（对于博世Mono-Jetroni