本文是雅斯顿原创分享文章
撰文 ✎ Volador
简单说发动机压缩比指示着气缸内气体被压缩的程度，属于发动机动力性能的关键因素之一，因而被广大媒体和大众所关注，甚至还衍生出了一部分“唯高压缩比”论者。
且不说对错，究其原因无非是我们希望用尽可能简单直接的方式了解一辆汽车的动力性能，看它能不能满足我们的购买欲。按照这个思路，我觉得空燃比可能更加适合充当这个角色，因为它不仅直接影响着汽车的动力性能，还对燃烧稳定性、尾气污染物排放产生着决定性的影响，而这些个个都是狠角色。
什么是空燃比
合理的燃烧过程必须有4个重要要素：1. 空气含量正确；2. 燃油含量正确；3. 在密封容器中混合；4）混合气必须在合适的时刻受到足够量的热冲击以发生燃烧。而这里所说的“正确”，其实指的就是空燃比。
我们知道燃烧速度越快，燃烧压力也就会越高，从而发动机的输出功率就越大。研究发现燃烧速度最大时的空燃比在12~13左右，此时产生的转矩最大，发动机的功力性能最好。
阴影部分就是输出功率最佳的时刻。
这个标志性的比例我们将它称为功率空燃比。而当空燃比为15~16时，由于混合气较稀，虽然燃烧速率较慢，但利于燃油完全燃烧，并可降低发动机油耗，此时发动机经济性最好，同理我们又称它为经济空燃比。
这里习惯将完整比例写出来，比如此研究中的12.6:1和12.6是同一意思。红色是功率空燃比，黄色是经济空燃比，而在高低空燃比之间还有一个理论空燃比（14.7）。
虽然我们知道经济空燃比的大致范围，但想控制它并不简单，由于燃油对汽缸的冷却效果不佳，高于这个比例后，我们就需要对发动机进行一系列的调控，也因此引出了稀薄燃烧发动机的出现。
1996年日本三菱汽在当时的4G931.8L发动机改进型上率先引入了现代电控缸内燃油喷射系统，后又经多次改良陆续推出了6G74及4G15等一系列缸内直喷机型，此后这项技术开始崭露头角。
稀薄燃烧技术的最大特点就是燃烧效率高，经济、环保，因为在稀薄燃烧的条件下，由于混合气点火比理论空燃比条件下困难，暴燃也就更不容易发生，因此可以采用较高的压缩比设计提高热能转换效率，再加上汽油能在过量的空气里充分燃烧，所以在这些条件的支持下能榨取每滴汽油的所有能量。通常这类发动机大的空燃比可以达到25以上，甚至高达65。
在低压缩比时动力表现欠佳，但高空燃比又对提高经济性有帮助。为了兼顾经济性和动力表现，所以我们的做法是先获得高空燃比，然后再提高压缩比以弥补动力不够的问题，这是最惯用的思路。
比较典型的此类发动机为三菱缸内喷注汽油机(GDI)，空燃比可达40；本田的i-VTEC I型直喷汽油发动机，其空燃比可达65。而放在近几年，稀薄燃烧已经成为热点词之一了，比如此前马自达的SPCCI技术，就是属于稀薄燃烧技术，而这项技术必定会成为未来汽油机主要发展方向之一。
空燃比会影响环保
有研究称，汽车在怠速时，由于转速低活塞对混合气吸入不足，空燃比较低。这种情况下燃油和空气发生氧化反应后会有剩余，燃油还会继续同燃烧产生的二氧化碳进一步发生反应产生一氧化碳，而这就是“怠速一氧化碳中毒”的产生机理。通常来说当空燃比小于16时，随着空燃比的降低，CO的浓度会急剧增加。
从上图我们也能看到其实不仅是一氧化碳（CO），它还会直接影响碳氢化合物（HC）和氮氧化物（NOx ）的生成。碳氢化合物的排放趋势和一氧化碳相当，只是速率不会特别大的改变。但是氮氧化物则属于另类，过高或者过低都不好当空燃比为15.5左右时燃烧效率最高，氮氧化物生成量达到最大，混合气空燃比高于或低于此值，它的生成量都会减小。
二氧化碳（CO2）是燃烧的必然产物，空燃比越接近理论空燃比14.7，燃烧越完全，CO2的值也就越高。
发动机空燃比调控真的挺不容易，比如我们希望发动机达到完全燃烧，但氮氧化物的生成量就会很高，相反的，发动机不完全燃烧时，一氧化碳和碳氢化合物的生成量就会增多。
空燃比是怎么调节的
更让人难办的是，汽车在实际行驶中发动机经常会处于非稳态的过渡工况，如冷启动、加减速等工况。通常来说，冷启动时为保证冷启动顺利，要减小空燃比；暖机阶段则要求高空燃比，直到发动机达到正常温度，以正常混合气稳定运转；加减速时，加减速瞬间要适当降低空燃比，以获得良好的加减速过渡性。总之就是，不同工况下我们需要调控出不同的空燃比，以获得最佳的发动机状态。
既然需要控制空燃比，我们自然要知道它受哪些因素影响，通常我们可以将其分为三类：
1） 油膜效应
即喷油器喷射的燃油一部分直接进入气缸，还有一部分会在进管壁上形成一层油膜，主要与温度、喷射量有关；
2） 传感器的特性
发动机的传感器使用特别多，有压力、位置、流量、温度等传感器，这些传感器的精度直接影响了空燃比的控制精度和发动机的性能；
3） 延迟时间
延迟时间主要是指发动机控制器的延迟时间，一般包括喷射延迟时间和传输延迟时间。
在化油器时代，空燃比的调节是利用节气门上方喉管处产生的真空度，将燃油从浮子室中连续吸出且进行混合调节，但精度和稳定性并不好。
而在现代，它的控制主要通过汽车电子控制系统完成。要调控空燃比，自然要有能探测氧气含量的装置，因此氧传感器就应用而生了。我们利用它得出当时燃烧的实际空燃比例，再反馈到ECU，由它根据所需工况使用内置的调控逻辑对喷油量和点火时机等一系列参数进行实时调控，并通过控制喷油器开启时间来进行精确配制。
汽车氧传感器失效有两种表现形式：传感器元件老化和中毒。氧传感器老化的主要原因是传感元件局部表面温度过高。氧传感器的传感元件受到污染而失效的现象称为中毒。
至于电控系统就不多说了，多是在调控策略上有所不同。但对于用户来说，氧传感器则是我们力所能及且需要时刻注意的设备。由于氧传感器的老化和中毒不可避免，所以当汽车行驶一定里程后，应当更换氧传感器。平时也应当经常检查汽车氧传感器是否已经失效，发现问题及时更换，这对行车安全也是一种保障，同时还能降低油耗并减少环境污染。
雅斯顿小结
相比压缩比，空燃比更加神奇，它作为一个需要在不同工况下进行调节的系数，对发动机动力性能、燃烧稳定性、尾气污染物排放都会产生影响。所以以后研究发动机表现的时候，大家也不妨多关注下空燃比的表现如何。
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