空燃比是什么？详解空燃比在汽车中的应用

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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。


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。
以美国 ECOTRONS 生产的空燃比分析仪 ALM-S 为例，它使用 Bosch LSU4.9 宽域氧传感器以及 CJ125 专用驱动芯片，能够达到很高的测量精度。
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。
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