汽车空燃比的基础知识储备
2018-03-26 09:12 艾森ECU升级(北京运营中心)
空燃比——可燃混合气中空气与燃料的质量比就叫空燃比;是一个表征混合气浓度的概念。
理论上1kg汽油完全燃烧需要的空气质量为14.7kg,所以把空燃比为14.7:1的混合气叫理论混合气,理论空燃比就是14.7。空燃比大于14.7的混合气就是稀混合气,小于14.7就是浓混合气。空燃比是引擎调试中最重要的参数之一,其比例直接决定着引擎的工况、输出及排放。实际上,车辆使用的都不是纯净、理想状态的汽油(汽油与N-Heptane正庚烷以及 ISO-Octane.标准异辛烷的混合物),而是上述物质和数种其他烷类、烃类、包括清洁成份的添加剂和杂质的燃油(为区分,下文称:燃油),这些物质携带的氧化剂使燃油在实际燃烧过程中带来更多参与燃烧的氧份,相对,AFR的比例自然有所降低。根据多方测定及研究之后,最终将实际汽油引擎AFR标准值制定为为14.7:1。
而在应用上,因多种其他变数(如燃油标号/质量,空气温度/密度/湿度,引擎机械性能等)影响,最佳状况只能是平均水平上的无限接近其AFR理论值,因此该比例无论在测量、调试,以及ecu调控的默认逻辑中只作为基准值,而实际值则是在一定范围中变化的。
在空燃比的调控上,就不得不提国际上通用的两种AFR表示形式:以比例形式呈现的(空燃比:AFR,Air/fuel Ratio)以及以数字形式呈现的(相对空燃比:λ, Air/fuel Equivalence Ratio,一般称“Lambda”),前者上文已有提及,而后者一般为欧洲厂商所用,其数值是实际空燃比/理论空燃比14.7:1的百分数,简单而言,“1”为基准值,小于1即为浓,反之则为稀。
发动机需要正确的空燃比以获得良好的驾驶性,降低排放,防止零部件的损坏。但是随着发动机工况的变化,混合气的空燃比值也是需要变化的。
在全开油门时,需要发动机输出最大扭矩,这是的空燃比要求是12到12.5,也就是偏浓的混合气,这时的混合气也叫功率混合气。
在部分负荷时,我们需要车辆省油,这是需要的空燃比是15到16,也就是偏稀的混合气,这时的混合气也叫经济混合气。
在冷启动时,根据环境温度的不同,保证顺利启动的空燃比也不一样,温度越低,空燃比越小,比如环境温度零度时,空燃比要在3左右,空燃比3是什么概念,就是比理论混合气时的喷油量,要多喷5倍的燃油。这时的混合气其实没有这么浓,之所以喷这么多的油,是因为有一部分燃油不能完全气化,以液体的状态附着在进气道等壁面上,也有一部分以雾滴的形式存在混合气中。
当然,现在的发动机燃油喷射系统,不仅考虑发动机的动力性、经济性,还要满足日益严格的排放法规的要求。现代汽车的AFR由ecu主动调控,使用位于前后氧传感器闭合反馈回路(O2 Sensors Close Loop Feedback)测量对比分析,得出当时燃烧的实际空燃比例,反馈到ECU,再由ECU根据所需工况,使用内置的调控逻辑对喷油量及点火时机等一系列参数进行实时调控,达至可能的最佳燃烧(部分二冲程摩托车及上世纪80年代左右的部分车辆因为无氧传感回路设定,无法正常使用不同标号的燃油,需要手动调节AFR又或者改用特定形式的燃油喷注装置)。在热车状态下的空燃比控制,采用闭环控制算法,尽可能把空燃比控制在三元催化器工作的高效率区,降低有害物的排放,满足排放法规的要求。
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