如何优化混合比以实现最大输出功率？

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：输出功率最大时的空燃比称为最大输出功率空燃比，其值约为12.5。在节气门全开运行时，空燃比A/F=13附近的水平线从低转速到最高转速的范围内也因需要最大输出功率，因此处在浓混合比状态。如上所述，电控发动机可以根据负荷的要求调整混合比，在废气排放法规下配备了三元催化转化器，在除了冷起动、急加速等状态外的所有运行条件下，在接近空气过量系数（λ=1）的理论空燃比附近运行。

发动机所要求的空燃比通常不是汽油的理论空燃比14.7，即空气过量系数λ=1，而是随着所需负荷的不同而不一样。但是，目前利用三元催化转化器进行排气控制的汽油机，除了冷起动或急加速等状态外，始终把空燃比控制在理论空燃比（λ=1）上进行供给。

汽油的燃烧受到空燃比的影响。燃料量多的浓混合气的空燃比（A/F）值小于理论空燃比14.7，燃料量少的稀混合气的空燃比值大于理论空燃比14.7。如果混合气中燃料过浓或过稀，也会导致不能点火。混合气的空燃比（或空气过量系数）对输出功率和燃料消耗率起决定性的影响。图5-2显示了汽油机保持节气门开度和发动机转速一定，改变空燃比时输出功率和燃料消耗率的变化。可以看出，输出功率和燃料消耗率随空燃比的改变而发生变化，各自存在着最大和最小的空燃比。输出功率最大时的空燃比称为最大输出功率空燃比，其值约为12.5。当混合气比此值更大或更小时，会因发动机运行不良导致输出功率降低。当空燃比处在最大输出功率混合比的稀薄范围内时，会降低燃料消耗率，并会在某个空燃比条件下得到最佳值。把此空燃比称为最小燃油消耗率空燃比（或最佳经济空燃比）。

发动机所要求的空燃比随负荷的改变而发生变化，如图5-3所示。在负荷为0的怠速状态下，因车辆没有行驶，发动机仅在不会停转的最小空气量条件下运行。把种状态称为怠速运行或无负荷运行。怠速（无负荷运行）状态为节气门完全关闭的状态。如果节气门完全关闭，进气系统内空气压力小，使进气量减少，因此供给的燃料量会减小。但是，因气缸内残留废气量的比例增大，会导致燃烧不稳。因此，在怠速状态下需要供给比理论燃料量更多的燃料，处在空燃比为12的浓混合气状态。

图5-2 随空燃比变化的输出功率和燃油消耗率

图5-3 发动机所要求的空燃比特性

随着负荷的增大，上述问题不再存在，发动机所要求的空燃比设定在逐步重视燃油消耗率的范围内运行。即，在最多使用的部分负荷范围内采用经济混合比。另外，空气量100%为在节气门全开状态以最高转速运行，此时为需要大输出功率的时期，因此设定为能产生最大输出功率的浓混合比。在节气门全开（WOT）运行时，空燃比A/F=13附近的水平线从低转速到最高转速的范围内也因需要最大输出功率，因此处在浓混合比状态。

以上所述为正常行驶的状态，在加速状态，因燃料粘附在进气系统管壁上，气缸内混合气暂时会处于稀混合气状态，因此有必要供给浓混合气。尤其是受到周围环境的影响，如热带与寒带，高海拔地区与低海拔地区等，根据所处的环境需要进行补偿，因此所要求的空燃比也会不同。

如上所述，电控发动机可以根据负荷的要求调整混合比，在废气排放法规下配备了三元催化转化器，在除了冷起动、急加速等状态外的所有运行条件下，在接近空气过量系数（λ=1）的理论空燃比附近运行。

如何优化混合比以实现最大输出功率？

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