发动机的燃烧理论:混合气的浓度表示及对发动机工作影响

所属类目:汽车发动机维修 - 发布时间:2017-06-20

  汽油机供油技术的发展经历了化油器供油、机械喷射供油和现在的电喷供油,但无论如何,有一点知识是必须要了解的:那就是混合气浓度的表示方法和不同浓度的混合气对发动机工作的影响。

 

      时代在进步,科技在发展,很多当年正确的认知,现在可能就完全正确了。如当初很多人学习发动机工作原理时,提到进气冲程时汽油机吸入气缸的汽油是空气的混合气,而柴油机吸入气缸的是纯空气。这句话在汽油机缸内直喷出现以前是完全正确的,但是当很多汽油机采用缸内直喷技术后,汽油机吸入气缸是将不再是汽油和空气的混合气,而是纯空气了。所以大家要用发展的眼光看问题,本文所述的知识很多适用于化油器供油时代,但是有一些知识是基础性知识,无论供油技术如何进步发展,它都适用,就像是我们现在所学的数学、物理和化学。

 


 

发动机工作混合气浓度的表示方法

  燃烧本身是一种剧烈的氧化还原反应,它不仅仅需要气和燃料,而且还有一个非常重要的因素,那就是空气和燃油的比例。表述混合气浓度,引入了两个概念:空燃比和过量空气系统,无论是学习化油器还是电喷系统,要经常接触这两个概念。

  什么是空燃比?空燃比从字面上理解就是空气燃油比例,完整的解释是混合气中空气的质量和燃油质量的比值,在这里注意是质量的比例,而不是体积的比例。例如1Kg汽油和20Kg空气混合,那么形成的混合气的空燃比为20:1(或20)。在此有一个标准空燃比的概念,所谓的标准空燃比,汽油,是一大堆碳氢化合物的综合物,在汽油和空气混合,完全燃烧后,得到的是二氧化碳和水,这即是一个化学平衡点。标准汽油混合气的空燃比为14.7:1(或14.7),意味着1Kg汽油完全燃烧需要14.7Kg空气。不同的燃料空燃比也不一样,那是因为燃料中的碳氢化合物的成份不同,比如说,天然气标准空燃比为17.2比1,石油液化气15.5比1,乙醇9.0比1,甲醇6.4比1,氢气34比1,柴油14.6比1。

  什么是过量空气系数a,有了空燃比,为什么还有过量空气系数呢?

  空燃比是一个绝对的空气和燃油质量的比例,不同燃料因为碳氢化合物的成份不同,标准空燃比不完全相同。而引入过量空气系数。很好的解决了这个问题。过量空气系数是一个相对比例:混合气的实际的空燃比和标准空燃比的比例。听上去有些绕嘴。我通过例子来计算

 

过量空气系数a计算方法

 汽油机混合气过量空气系数计算方法

汽油机混合气过量空气系数计算方法

 

  在修车实践中根本无需也不能计算这两个数值,重要的理解空燃比和过量空气系数所表示的含义,为以后的学习、阅读资料打好基础,加深对发动机对混合气的需求了解。

  过量空气系数评价混合气的浓或稀非常直观:当过量空气系数大于1时,代表着混合气稀;当过量空气系数小于1时,代表着混合气浓。

  过量空气系数a代表的含意

 


 

混合气浓度对发动机工作的影响

  对于汽油机机来说,正常工作需要合适的混合气和正确的点火时间。混合气浓度影响着发动机的动力性能、经济性能和排放指标。在人的潜意识里,混合气稍浓一些,动力性能要好一些;相反,混合气稍稀一些,发动机的经济性能会好一些,事实也确实如此。

  1 发动机正常工作时:

  a=0.88时,混合气稍浓,发动机的动力性能好;

  a=1.11时,混合气稍稀,发动机的经济性能好;

  所以,采取化油器供油的发动机,正常工作时混合气的浓度保持a=0.88-1.11。

  2 混合气过浓的后果:

  随着混合气的变浓发动机工作变化:

  发动机油耗增大->排气管冒黑烟和碳尘->动力下降,加速性能变差->熄火

  3 混合气过稀的后果:

  随着混合气的变稀发动机工作变化:

  发动机油耗增大->进气管回火及拍击声->动力下降,加速性能变差->熄火

 


 

发动机各种工况下对混合气浓度的要求

 

  1 起动工况:

  起动时、尤其时低温起动时,需要极浓的混合气,a=0.2-0.6。 因为起动时,转速低、温度低,汽油的蒸发性差,一部分汽油并未进入气缸。

  2 怠速工况:

  怠速时,发动机需要少而浓的混合气,a=0.7-0.9。

  3 中小负荷:

  在中小负荷,随着节气门开度的增大,发动机需要逐渐变稀的混合气,a=0.9-1.1。

  4 大负荷:

  大负荷后,为了获得最大的功率输出,混合气被加浓 。

  5 急加速时:

  急加速时,为了获得加速性能,混合气被加浓。

  为了满足各种工况:起动、怠速、中小负荷、大负荷、加速等各种工况下发动机对混合气浓度的要求,化油器由五大装置组成:起动装置、怠速装置、主供油装置、加浓装置、加速装置。

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