空燃比详细数据收集
中文名:空燃比mbth:空燃比应用学科:物理应用范围:机械发动机简介、原理、测量仪器、配比、控制方式、汽油机瞬态工况空燃比控制特性、可燃混合气空燃比简介、空燃比A/F (a:空气，F:燃料-燃料)表示空气和燃料的混合比。空燃比是发动机运行时的一个重要参数，对发动机的排放、动力性和经济性有很大的影响。原理为了使废气达到最佳的催化效率(90%以上)，需要在发动机的排气管中安装一个氧传感器，并实现闭环控制。其工作原理是由氧传感器将测得的废气中的氧浓度转化为电信号发送给ECU，从而将发动机的空燃比控制在一个较窄且接近理想的区域内(14.7: 1)。如果空燃比较大，虽然CO和HC的转化率略有上升，但氮氧化合物的转化率却急剧下降到20%。所以要保证最佳空燃比，实现最佳空燃比。关键是要保证氧传感器工作正常。如果燃油含铅和硅，氧传感器会中毒。此外，使用不当还会导致氧传感器积碳、陶瓷碎裂、加热器电阻丝烧毁、内部电路断路等故障。氧传感器故障会导致空燃比不准确，排气状况恶化，催化转化器效率降低，长时间降低催化转化器的使用寿命。测量仪的实际空燃比是通过测量废气中的氧浓度来获得的，而最关键的部件就是宽量程氧传感器。测量空燃比的仪器通常称为空燃比分析仪和空燃比表。以美国ECOTRONS公司生产的空燃比分析仪ALM-S为例。采用博世LSU4.9宽量程氧传感器和CJ125专用驱动芯片，测量精度高。比例发动机工作时，燃油必须与吸入的空气成适当的比例，才能形成可燃混合气，这就是空燃比。理论上，完全燃烧所需的每克燃料的最小空气克数称为理论空燃比。各种燃料的理论空燃比不同:汽油为14.7，柴油为14.3。空燃比大于理论值的混合气称为稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染少，但动力少。空燃比小于理论值的混合气称为浓混合气，气少油多，功率较高，但燃烧不完全，油耗高，污染大。空燃比汽油机在空燃比为12 ~ 13时动力最高，16时油耗最低，18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和污染，应尽量使用高空燃比的稀混合气，只有在必要时才提供浓混合气。这种做法被称为稀薄燃烧，现已被大多数汽油发动机采用。影响汽油机排放的最重要因素是混合气的空燃比。理论上一公斤燃料完全燃烧需要14.7公斤空气。空气和燃料的比率叫做化学计量比。当空燃比小于化学计量比时，供应浓混合气。此时发动机产生的功率较大，但燃烧不完全，产生的CO和HC较多。当混合气略大于化学计量比时，燃烧效率最高，油耗较低，但氮氧化合物也最大；供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使HC升高。目前，在电控汽油喷射系统中采用闭环控制，将空燃比控制在化学计量比附近，在排气系统消声器前安装三元催化转化器对发动机进行后处理，是降低汽车尾气污染物最有效的方法。转化器的净化效率在化学计量比附近最高。控制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采用闭环控制，而是采用闭环和开环相结合的策略。有三种主要的控制模式:冷启动和冷却水温度低时的开环控制。由于起动转速低，冷却水温度低，燃油挥发性差，需要对燃油进行一定程度的补偿。混合气的空燃比与冷却水的温度有关，随着温度的升高，空燃比逐渐增大。空燃比在部分负荷怠速时，可分为两种情况:如果获得最佳经济性，可采用开环控制方式控制空燃比工作在大于化学计量比的稀混合气状态。为了实现低排放和良好的燃油经济性，需要采用电控汽油喷射系统和三元催化转化器，对空燃比进行闭环控制。图中的虚线示出了在没有添加三元催化转化器的情况下，CO、HC和氮氧化合物的排放浓度与空燃比之间的关系。实线表示使用三元催化转化器后CO、HC、氮氧化合物和空燃比之间的关系。从图中可以看出，只有当空燃比接近化学计量比时，HC、CO和氮氧化合物的排放浓度才较小。装有电控汽油喷射的发动机采用闭环控制方式，可以将混合气的空燃比严格控制在化学计量比附近的狭窄范围内，三元催化转化器的净化效率可以达到最高。节气门全开时(WOT):为了获得最大的发动机功率，防止发动机过热，采用开环控制，将混合气的空燃比控制在12.5 ~ 13.5范围内。此时发动机内的混合气燃烧速度最快，燃烧压力最高，因此输出功率也更大。汽油机瞬态工况空燃比控制的特性添加三元催化反应器是电喷汽油机广泛应用且成熟的排放控制方案。为了提高三元催化反应物的净化效率，必须将空燃比控制在化学计量比附近，即过量空气系数a=。当汽油机工作在稳定工况时，电控系统通过进气流量传感器检测进入气缸的空气量，通过控制喷油脉宽，保证空燃比在理论空燃比(a= 1)附近。同时利用氧传感器检测废气中的氧浓度，反馈控制空燃比，形成闭环控制系统，消除批量生产中零件公差和环境条件变化引起的空燃比波动。但汽油机在过渡工况时，在理论空燃比(a= 1)附近精确控制空燃比存在以下技术问题:(1)氧传感器的回波是滞后的。氧传感器的信号反映了燃烧混合物的浓度。汽油机油门位置突变时，汽油机工况变化快，氧传感器空燃比反馈控制的回波时间长，反馈空燃比来不及。(2)节气门突然变化时，进气系统存在动态充放电现象，导致通过空气流量传感器(进气歧管)的空气量不等于实际进入气缸的空气量，根据进气量计算的喷油量有偏差；(3)空燃比由于进气管中油膜的动态特性而变化。对于多点喷射汽油机，汽油是在进气门附近喷射的，一部分汽油以油汽的形式直接进入气缸，其余的以液体油膜的形式沉积在进气歧管壁上，油膜以一定的速度蒸发进入气缸。当汽油机的节气门突然变化时，汽油机的转速发生变化，导致直接以蒸气形式进入气缸和以油膜形式蒸发的汽油量发生变化。(4)时序造成空燃比偏差。一方面，就某个气缸而言，喷油过程在进气过程之前，所以此时的喷油量是通过其他气缸的进气量计算出来的；另一方面，氧传感器的信号是前一个工作循环的空燃比浓度的反映，在汽油机节气门快速开启和关闭的过程中，进气流量发生了较大的变化，因此研究满足所有工况的空燃比控制策略具有重要意义。