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2023-06-26
可燃混合气浓度对发动机工作的影响
【摘要】：（一）可燃混合气浓度的表示方法可燃混合气中燃油占混合气的比例称为可燃混合气浓度。可燃混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。在化油器式燃料供给系统的发动机中，常用过量空气系数表述可燃混合气浓度。（三）发动机各种工况对混合气浓度的要求发动机工况是发动机工作状况的简称，包括发动机转速的高低和负荷的大小。
（一）可燃混合气浓度的表示方法
可燃混合气中燃油占混合气的比例称为可燃混合气浓度。可燃混合气的浓度通常用过量空气系数或空燃比来表示。
1．过量空气系数
过量空气系数（α）是指在燃烧过程中，燃烧1kg燃料实际供给的空气质量（kg）与理论上完全燃烧1kg燃料所需要的空气质量（kg）之比，即过量空气系数α=燃烧1kg燃料实际供给的空气质量/理论完全燃烧1kg燃料时所需的空气质量
由上式可知：当α=1时，称为理论混合气（又称为标准混合气）；当α<1时，称为浓混合气；当α>1时，称为稀混合气。在化油器式燃料供给系统的发动机中，常用过量空气系数表述可燃混合气浓度。
2．空燃比
空燃比（A/F）是指实际吸入发动机中空气的质量（kg）与燃料质量（kg）的比值，即
1kg汽油理论上完全燃烧时所需的空气为14.7kg，即当A/F=14.7时，称为理论混合气（又称为标准混合气）；当A/F>14.7时，称为稀混合气；当A/F<14.7时，称为浓混合气。在电控发动机中，常用空燃比表述可燃混合气浓度。
（二）可燃混合气的浓度对汽油机工作的影响
发动机工作时，采用α=1（或A/F=14.7）的理论混合气，只是在理论上保证完全燃烧，实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油与空气之间不可能完全绝对地均匀混合，也就不可能实现理论上的完全燃烧。
当采用α=0.85～0.95（或A/F=12.495～13.965）的浓混合气时，燃烧速度最快，发动机发出的功率较大，故称之为功率混合气。
当采用α=1.05～1.15（或A/F=15.435～16.965）的稀混合气时，可以保证混合气的完全燃烧，经济性最好，故称之为经济混合气。
如果想要发动机发出较大功率，动力性好，应使用较浓的混合气，但要以牺牲经济性为代价；如果想要发动机油耗率低，则应使用较稀的混合气，但这要以牺牲动力性为代价。在α=0.88～1.11（或A/F=12.935～16.317）的范围内，可使发动机的动力性和经济性有较好的折中。
（三）发动机各种工况对混合气浓度的要求
发动机工况是发动机工作状况的简称，包括发动机转速的高低和负荷的大小。汽车在运行过程中，发动机的工况较为复杂，根据其运行特点，可分为冷启动、怠速、小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷、加速与暖机7种工况，发动机各种不同工况对混合气浓度的要求如下。
1．冷启动工况
启动是指发动机由静止到正常运转的过程，当熄火时间较长、发动机温度已下降至环境温度时的启动称为冷启动。启动时发动机转速低，气流速度很慢，不利于燃油的雾化，尤其冷启动时，发动机温度也低，燃油蒸发困难，只有供给极浓的混合气，才能保证进入气缸内的混合气中有足够的燃油蒸汽，以利于发动机启动。
2．怠速工况
发动机不对外输出动力，做功行程产生的动力只用来克服发动机的内部阻力，维持发动机最低稳定转速运转的工况称为怠速工况。发动机怠速转速一般为700～900r/min。在怠速工况下，油门开度最小，进入气缸内的混合气量很少，气缸内残余废气对混合气稀释严重，而且转速低，空气流速小，燃油雾化和蒸发不良，混合气形成不均匀。因此，要求供给少量α=0.6～0.8（或A/F-8.82～11.76）的浓混合气。
3．小负荷工况
发动机的负荷在25%以下时称为小负荷工况。由于小负荷工况时，节气门略开，混合气的数量和品质比怠速工况时有所提高，废气对混合气的稀释作用也相对减弱，所以混合气浓度可以略为减小，一般α=0.7～0.9（或A/F=10.29～13.23）。
4．中等负荷工况
发动机的负荷在25%～85 %时称为中等负荷工况。由于油门开度较大，气缸的混合气数量增多，燃烧条件较好。此外，发动机大部分的时间处在中等负荷工况下工作，为提高其经济性，应供给较稀的经济混合气，一般α=1.05～1.15（或 A/F=15.435～16.905）。
5．大负荷工况和全负荷工况
发动机的负荷在85%以上而小于100%时称为大负荷工况，负荷为100%时称为全负荷工况。此时，为了克服较大的外部阻力，要求发动机发出尽可能大的功率。因此，应供给较浓量多的功率混合气，一般α=0.85～0.95（或A/F-12.495～13.965）。
6．加速工况
加速是指发动机负荷增加的过程。急加速时，油门迅速开大，要求发动机的动力迅速提高。但在急加速瞬间，由于液体的惯性比空气惯性大，燃油流量的增加比空气流量的增加要慢，此时由于混合气暂时过稀，容易引起发动机的动力下降甚至熄火。因此，在急加速时，必须采用专门的装置额外供油，加浓混合气，以满足发动机急加速的要求。
7．暖机工况
暖机一般是指发动机冷启动后，发动机的温度逐渐升高到正常工作温度的过程。在暖机过程中，混合气的浓度应随温度升高而减小，从启动时的极浓减小到稳定怠速运转所要求的浓度为止。
通过以上分析，车用汽油机在小负荷和中等负荷工况运转时，要求燃料供给系统能随着负荷的增加，供给由浓逐渐变稀的混合气。当进入大负荷直到全负荷工况运转时，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到保证发动机发出最大功率。
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2023-11-04
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