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发动机空燃比是什么?
来源:卡车之家 | 作者:卡车之家 | 发布时间: 2020-12-13 | 74 次浏览 | 分享到:

       可能有的“老司机”和喜欢技术类文章的车友对发动机空燃比这一知识点并不陌生,但是更多的车友对发动机空燃比的了解还仅仅停留在“听过”、“14.7”等标签之上。我们通过搜索引擎虽然可以查询到许多有关于发动机空燃比“碎片化”的信息,但很难做到整合性的了解。
       接下来,就通过这篇文章简单的带着各位车友了解一下什么是发动机空燃比理论空燃比又是什么?国六时代对发动机空燃比技术是怎么做的?

发动机空燃比是个啥?就是空气和燃料的比

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       说到发动机空燃比就不得不再提一个专业术语——可燃混合气。小编曾经提到过,发动机的燃料有汽油、柴油、天然气、甲醇燃料等,这些燃料需要燃烧都离不开氧气。

       那么氧气从何而来?当然是从空气中来,发动机工作时会吸取大量的空气,然后燃油与空气以一定的比例和方式混合,在燃烧室中燃烧。这种燃油和空气混合而成的可以燃烧的气体就叫做可燃混合气。它是对发动机动力性和经济性影响最大的物质。


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       而可燃混合气中的空气质量与燃油质量之比就是空燃比,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。  
       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,比如理论上1千克汽油要达到完全燃烧的状态需要的空气质量为14.7千克,所以汽油的理论空燃比就是14.7;1千克柴油要达到完全燃烧所需的空气质量为14.3,所以柴油的理论空燃比就是14.3;1千克天然气要达到完全燃烧所需的空气质量为17.2,所以天然气的理论空燃比就是17.2。

●  空燃比数值会变化 根据发动机工况

       虽然14.7和14.3的空燃比是汽柴油发动机的理论最优值,但由于车辆在行驶时面对的路况、载重、驾驶习惯等因素影响下,随着发动机运行工况的变化,可燃混合气的空燃比值也是会随之变化的。
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       如果根据驾驶工况需要我们处于油门全开的状态之下时,发动机会提供最大扭矩输出,这时的空燃比要求大概是12-12.5。小于理论空燃比数值,此时的混合气有一个名称,叫做功率混合气,此时混合气偏浓,燃烧不完全,会生成较多的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、PM碳烟颗粒物等有害物质。
       如果我们需要处在一个省油的驾驶工况下,需要的空燃比大概是15-16,略大于理论空燃比数值,由于此时的可燃混合气偏稀,此时的混合气叫做“经济混合气”。燃烧状态较为完全,油耗低,污染小,但发动机功率较小。
       目前来说,我们不仅要考虑发动机的动力性和经济性,还要满足日益严格的排放法规要求,尽可能的将发动机空燃比进行精准的控制,来降低有害物的排放,满足排放法规要求。

▎国六阶段 燃气机和柴油机都用什么方式

       稀薄燃烧技术广泛应用于当今多数汽油发动机,在商用车领域,我们的发动机种类大都是燃气机和柴油机,面对国六时代,他们是怎么做的呢?

●  燃气机:当量燃烧技术
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       简单介绍一下,目前天然气发动机 工作的方式主要有两种,第一种工作方式为压燃式;第二种工作方式是点燃式,目前,大多数燃气机采用的是点燃式的工作方式。
       点燃式天然气发动机按照混合气浓度分可以分为当量燃烧和稀薄燃烧两种方式,由于稀薄燃烧方式虽然节能但是会产生大量的氮氧化物,为了满足法规需求,国六阶段的燃气机大都采用当量燃烧的技术方式。
       采用当量比燃烧方式时,混合气浓度一直处在一个较浓的状态,采用当量燃烧的天然气发动机在动力性表现会更好,瞬态响应快,驾驶表现更好。虽然这是的节能表现并不好,但是因为没有过量的空气进入,所以也不会产生大量的氮氧化物排放问题。
       同时,由于天然气的成分主要是烷烃类物质,因此,天然气发动机的颗粒物排放较低。采用当量比燃烧方式的天然气发动机结合三元催化器比较容易达到国六排放标准。
       但是,采用当量比燃烧方式的燃气机会出现发动机和排气高温的问题,其发动机整机、冷却、燃烧、排气等系统都需要强化,有些零部件必须使用进口耐高温材料,这就意味着发动机成本会有所提升。

●  柴油机:控制空燃比+后处理
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       相对于汽油,天然气燃料来说,柴油与空气的充分混合是极其困难的。
       只有采用大量多余的空气与柴油混合才能保证柴油颗粒可以完全被空气包裹(高空燃比),从而使柴油燃烧更充分(富氧燃烧)。反之,低空燃比(油多气少)会造成燃烧时间变长和燃烧不完全状态。
       燃烧时间变长的话后燃加大就会造成排气温度高的现象。低空燃比(油多气少)也会造成更多的没有燃烧(HC气体)和因缺氧燃烧不完全物质(CO一氧化碳气体,PM碳烟颗粒物)的排放。

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       如上图所示,目前,各大发动机厂商对待发动机空燃比的问题和采用的处理方式不尽相同,由于篇幅问题,在这里就不展开具体赘述了。总结一下,大多的处理指导思想就是控制发动机进排气(控制发动机空燃比)加后处理系统,以此达到排放法规。

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       当然,控制进排气的办法从结构来说是相对简单的,比如氧传感器的应用、康明斯进气节气门提高排气温度技术等等。但是,由于柴油发动机燃烧是不均匀的,所以如何使得空气跟燃油达成一个良好的燃烧匹配状态,这是控制进排气系统最大的难点。
       同时,发动机的热效率提升也是国六时代各大发动机厂家重点突破的技术之一。热效率越高,燃油利用越充分,节能减排的效果就越明显。提升热效率是一个精细求精的过程,要在整个动力链层面上的各个细小环节细细打磨,才能达到提升热效率的目的。




【文章来源:卡车之家/张夼源