简析空燃比对汽车发动机性能的影响

冯显钦　车志　梁瑞香

【摘 要】作为混合气浓度最直观参数空燃比的变化， 直接影响发动机性能，在不同空燃比的燃烧过程中， 空燃比A/F对发动机影响的程度和变化规律各不相同。使发动机达到最佳的空燃比，可有效地提高和改善发动机的动力性、经济性及排放性，从而提高了发动机的性能。

【关键词】空燃比；燃烧；发动机；性能

0.引言

当一台发动机完成整体设计并生产出来后，对其性能影响最大的因素之一就是进入气缸的混合气浓度。因为混合气的浓度直接影响着混合气在燃烧室中进行燃烧的速度、压力和温度，从而对发动机性能产生极大的影响；发动机原理中，用以表述混合气浓度的参数是空燃比。

1.空燃比对发动机性能的影响

空燃比是指进人气缸进行燃烧的空气的质量与燃料的质量之比，用A/F表示。空燃比的大小支配着发动机的动力性、经济性及废气中污染物的含量。从理论上讲，燃料只有完全燃烧才能获得最佳的经济性和最小的空气污染。那么，实现燃料完全燃烧时的空燃比称为理论空燃比。

1.1空燃比对发动机动力性、经济性的影响

当空燃比略小于理论空燃比时，燃烧火焰的温度最高，而当空燃比高于或低于此空燃比时，火焰温度都会比这种空燃比时的低。此时的空燃比约为13.5-14.00，当空燃比A/F=12-13时，火焰温度虽然没有上述情况下的高，但是，火焰的传播速度却因混合气浓度的增加而达到最高值。因此，在这种空燃比下，发动机发出的功率达到最大值。此时的空燃比又称为功率空燃比，这样的混合气被称为功率混合气。但是，由于混合气浓度的增加，使燃烧过程中，混合气中的燃料不能得到完全燃烧，从而使发动机的油耗率明显上升。当空燃比继续减小时，由于混合气过浓使燃烧时氧的供应明显不足，因而又使燃烧速度和燃烧温度都下降，发动机的功率下降，油耗率上升。

当空燃比在16附近变化时，发动机的耗油率达到最低值，而火焰温度和发动机功率均随之下降。

报据以上分析可以看出.提高发动机功率和降低燃料消耗是一对矛盾。要提高功率，就会降低经济性。同样，要提高经济性指标，就必须要降低动力性。但是.这样的关系只有在一定的范围内才存在。当空燃比A/F≥18或者A/F≤12时，不但动力性下降，而且经济性也变差。因此，对发动机空燃比的控制要同时兼顾动力性和经济性两个方面。

1.2空燃比对发动机排放性的影响

发动机排出的废气中含有多种对人体有害的成分，这些有害成分产生的数量、有害成分的种类，都与燃烧时的空燃比有着密切的关系。

1.2.1一氧化碳（CO）

CO是由于燃烧过程中氧的不足而产生的。因此废气中CO的浓度与空燃比有着直接的关系。当空燃比A/F≤16时，CO的浓度极小。而当空燃比A/F<16时，随着空燃比的减小，CO的浓度急剧上升。所以控制CO最有效的办法就是提高空燃比，采用稀混合气。

1.2.2碳氢化合物（HC）

He的排放浓度与空燃比也有着非常密切的联系。

第一种原因：HC的含量主要取决于燃烧过程中未燃烧混合气的多少。

由于HC是不完全燃烧的产物，如果空燃比小于理论空燃比，未燃烧燃料增多或者在燃烧过程中产生的HC量增多，HC的排放浓度增加。但是，当空燃比过大时，由于混合气过稀，有时会出现点火点不着的情况，同时，也存在着火焰传播速度过慢的问题。这些因素都会导致发动机燃烧的不稳定，造成HC的增加。

第二种原因：来自于气缸里冷边界层的激冷作用。当燃烧着的火焰扩展到气缸壁时，由于气缸壁的温度较低，产生激冷作用，火焰被熄灭。而气缸壁激冷层的厚度与空燃比有一定的关系，只有在某一个合适的空燃比下，混合气的燃烧温度最高，气缸壁的激冷层最薄，产生的HC最少。

由此可见，HC的浓度与发动机混合气的空燃比之间存在着一个最佳的空燃比值。只有在这种空燃比时，发动机排出的气体中，HC的浓度才会最低。

1.2.3氮氧化合物（NOx）

发动机排出的氮氧化合物中，除少量NO2外，大量的是NO。废气中的NO排人大气后，与大气中的氧化合成NO2。为了便于分析研究，通常把NO和NO2通称为NOx，当气缸内混合气的空燃比在16左右时，氮氧化合物的排放量最多。空燃比再小些或者再大些，NO的排放量均会迅速减少。这是因为，NO的产生与气缸内燃烧着的混合气的温度及氧的含量有关，温度越高，同时氧的浓度也较大时所产生的NO越多。

当混合气的空燃比较小时，由于混合气中氧的浓度较低，所以不会产生太多的NO，而当混合气的空燃比再大些时，虽然有很充足的氧，但由于混合气燃烧时的温度比较低，也不会产生多的NO。

2.结论

从以上分析可以看出， 作为混合气浓度最直观参数的空燃比的变化， 直接影响发动机性能，在不同空燃比的燃烧过程中，空燃比A/F对发动机影响的程度和变化规律各不相同。使发动机达到最佳的空燃比，可有效地提高和改善发动机的动力性、经济性及排放性，从而提高了发动机的性能。

【参考文献】

[1]郗沭平等著.汽车电控技术简明教程.北京理工大学出版社，2008.

[2]周龙保主编.内燃机学.机械工业出版社，2005.

[3]赵福堂主编.汽车发动机原理构造及电控.北京理工大学出版社，2010.

[4]林学东编著.车用发动机电子控制技术.机械工业出版社，2008.

[5]吕彩琴著.汽车发动机电控技术.国防工业出版社，2009.

[6]王林超主编.汽车构造.中国水利水电出版社，2010.

[7]（美）多莉丝等著，付百学主编.汽车发动机电子控制技术.北京理工大学出版社，2010.