浅谈过量空气系数与汽车发动机功率之间的关系

　　今天有个朋友询问鄙人，为什么车子在进行急加速的时候会采取加浓喷射，既然加农喷射会导致空燃比适度的降低，那么从理论上看混合气体浓度增加应该导致燃烧更加不彻底才对，那么车子在急加速的时候为什么要采取这种加浓喷射方式？混合气体浓度上升，导致燃料燃烧的更不彻底，又如何释放足够车子完成加速的力量？按照惯性思维，车子在急加速时应该提高空燃比让汽油燃烧更充分才对，为何反其道的加浓喷射降低压缩比呢？这里面就需要引入一个过量空气系数的概念了；适当加浓混合气体就等同于降低过量空气系数，加浓后的混合气体可以提高单位时间的做功，但劣势就是导致燃油燃烧的不充分（矛盾貌似又来了，为什么燃烧不充分了，反而单位时间内做功反而提高？）。
　　什么是过量空气系数？
　　朋友们都了解理想的空燃比是14。7：1，那么我们就将对应1份汽油的14。7份空气定义为过量空气系数为1，也就是说当过量空气系数为1时，所对应的空燃比为14。7：1；而当过量空气系数升高或降低时，我们直接用14。7份的空气乘升高或降低的过量空气系数即可；举一个很简单的例子，某车需要急加速，ECU开始加浓喷射，此时的过量空气系数已经改变为0。88（功率混合气体），而此时对应1份汽油的空气份数就等于14。70。88约12。9份空气，所以此时的空燃比就变成了12。9：1，而此时燃料燃烧最为迅速，此时释放的动力也最为强烈；再举一个例子如果车子进入了节能模式，采取匀速巡航，此时的过量空气系数就可能变成了1。1，1。2甚至更高（未来稀薄燃烧技术更加成熟的时候，过量空气系数可能大幅度升高，简单点说就是大幅度提高了空燃比），而此时对应1份汽油的空气份数就等于14。71。1约16。2份空气，此时的空燃比也就提高了，混合气体变稀，燃料燃烧的更加充分，但燃烧速度变慢（简单点说就是1等份的汽油对应的空气越多，燃烧越充分，但越没爆发力）。
　　如图所示，节气门开度最大时（地板油），过量空气系数降至0。9以下为什么在过量空气系数为0。88时，动力最强？
　　我们先要将燃烧快慢与燃烧完全程度区分开来；功率的概念为物体单位时间内的做功多少，也是描述做功快慢的物理量；那么何为燃烧的快慢？燃烧的快与慢实际上就是指火焰传播的快与慢；当车子需要动力（功率）的时候，最需要的是燃料燃烧的更快，也就是更快的火焰传播速度，这样才能获得更高的功率，关键词单位时间；鄙人举一个数据并不是很严谨的例子，比如有一份汽油，在空燃比为14。7：1的情况下全部燃烧需要1秒，假设可以做到100的燃烧（实际上即便空燃比14。7：1也不可能100的燃烧，要不然就没有不断提高稀薄燃烧边界的意义了），而还是这一份汽油在空燃比为12。9：1的情况下全部燃烧只需要0。5秒，但只能做到95的燃烧，而那剩余的5就浪费了；这么一比较就容易看出问题了，0。5秒燃烧95的功率肯定比1秒燃烧100更具有爆发力，结合单位时间的概念，我们即可得出0。5秒燃烧95释放的能量更迅速，也就是说单位时间内释放的能量更快，所以压缩比为12。9：1时，混合气体燃烧释放能量的速度最快，可燃气体燃烧迅速了，发动机单位时间内获得的能量也更加的快速了，发动机单位时间内获得的能量更多转化机械能的速度也就越快，所以发动机单位时间的工作变得更迅速，所以可以更快的提升功率；这里面的重点就是燃料燃烧的快慢与燃烧的完全不完全是两种不同的概念；并不是说空燃比高就是好，空燃比更高的确可以让燃料燃烧更加的充分，但也同样降低了燃烧的速度，燃烧速度降低，燃料释放能量的时间就被拉长，发动机无法快速的获得能量自然动力提升的就满，车子就没劲了。
　　均质燃烧
　　所以如今的车子在加速时都会采取加浓喷射的车略，目的就是在于降低空燃比，因为在过量空气系数为0。88时，火焰的传播速度最快，而发动机的动力源泉就是燃料的燃烧，燃烧越快，释放的热量就越快，而发动机获得能量就越快；所以当我们需要加速时，发动机追去的是功率取向，也就是说此时的发动机最需要的是功率，所以自然而然的加农喷射来获取燃烧最快的混合气体浓度；过量空气系数增加与减小分别代表了发动机的两种取向，过量空气增加代表发动机的节能取向，此时空燃比更大，燃料燃烧的更充分，空燃比越大燃料的燃烧程度越接近真正的100，但空燃比越大，导致的结果就是混合气体浓度越稀，越稀则火焰传播速度越慢，燃烧的就越慢，体现到车上就是没劲；过量空气系数降低，则代表发动机的动力取向，此时的空燃比降低，火焰传播速度提高，通常在过量空气系数低至0。88时，火焰传播速度达到顶峰，这个时候即便再持续降低空燃比也无法获得更快的燃烧速度了，而当过量空气系数低至0。4的时候也就是空燃比约为6：1的时候，混合气体太浓了也就没办法点燃了；这就是发动机的两种截然相反的取向，所以想要车子功率高，动力强（加速性能），还省油就不靠谱了，事实上没这么好的事情，大多数只是相对而已；但如今的内燃机发展趋势都是奔着节能取向去的，因为这是个绕不开的问题，所以现如今工程师们不断探索的稀薄燃烧的边界，而直喷发动机的产生很容易实现更稀薄的燃烧，因为它可以实现更多层的燃烧，依靠一层点燃一层的方式避免了火花塞无法点燃过稀混合气体的尴尬。
　　分层燃烧