空燃比是什么？详解空燃比在汽车中的应用

影响汽车动力的因素有很多，其中最重要的就是油门控制系统，众所周知，油门系统是控制进气量和燃料的比例的，通常踩油门的时候不是直接加油，而是控制进气量多少来影响喷油嘴出油量的。

这其中的空气与燃料的比例就是空燃比，具体是指混合气中空气与燃料之间的质量的比例。一般用每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示。

可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，空燃比A/F(A：air-空气，F：fuel-燃料)表示空气和燃料的混合比。

空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。

空燃比的比值说明

发动机工作时，燃料必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以燃烧的混合气，这就是空燃比。

从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比。各种燃料的理论空燃比是不相同的：汽油为14.7，柴油为14.3。

空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。

空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，但燃烧不完全，油耗高，污染大。

汽油机的空燃比在12～13时功率最大，在16时油耗最低，在18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。这种做法，叫做稀薄燃烧，已为当今多数汽油发动机采用。

影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比， 理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。

空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO、HC多；

当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；

供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使得HC增多。

在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将空燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机进行后处理，是当前减少汽车排气污染物的最有效方法。在化学当量比附近，转化器的净化效率最高。

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。 

汽油发动机控制空燃比的方式

为了满足发动机各种工况的要求，混合气的空燃比不能都采用闭环控制，而是采用闭环和开环相结合的策略，主要分为三种控制方式。

冷起动和冷却水温度低时通常采用开环控制方式。

由于起动转速低、冷却水温度低、燃油挥发性差，需对燃油进行一定的补偿。混合气空燃比与冷却水温度有关，随着温度增加，空燃比逐渐变大。
 

部分负荷和怠速运行时此时可分为两种情况：

若为了获得最佳经济性，可采用开环控制方式，将空燃比控制在比化学计量比大的稀混合气状态下工作。

为了获得低的排放，并有较好的燃油经济性，必须采用电控汽油喷射系统加三元催化转化器，进行空燃比闭环控制。

采用三元催化转化器时只有当空燃比在化学计量比附近很窄范围内HC、CO和NOx排出浓度均较小。装有电控汽油喷射发动机采用闭环控制方式，才能使混合气空燃比严格控制在化学计量比附近很窄的范围内，使三元催化转化器净化效率最高。

节气门全开（WOT）时：汽油发动机为了获得最大的功率和防止发动机过热，采用开环控制，将混合气空燃比控制在12.5～13.5范围内。此时发动机内混合气燃烧速度最快，燃烧压力最高，因而输出功率也就越大。

空燃比在发动机燃料控制系统中的应用原理

为使废气催化率达到最佳(90%以上)，必然在发动机排气管中安装氧传感器并实现闭环控制，其工作原理是氧传感器将测得废气中氧的浓度，转换成电信号后发送给ECU，使发动机的空燃比控制在一个狭小的、接近理想的区域内(14．7：1)，若空燃比大时，虽然CO和HC的转化率略有提高，但NOx的转化率急剧下降为20%，因此必须保证最佳的空燃比，实现最佳的空燃比，关键是要保证氧传感器工作正常。

如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。

氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间会使催化转化器的使用寿命降低。

空燃比是如何确定的？

实际空燃比是通过测量废气中的氧浓度获取的，最关键的部件就是宽域氧传感器。测量空燃比的仪器通常叫做空燃比分析仪、空燃比计。

但在实际的汽车使用环境是非常负杂的，这也决定了汽油发动机要在各种复杂的工况条件下工作，空燃比就变的很不确定，并且各种突发因素导致的节气门变化使得空燃比无法保持在最优的理论值附近，因此均衡各种环境下空燃比的最佳平衡控制策略非常重要。

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。