??? 圖1-10表示火花點燃式發(fā)動機的過量空氣系數(shù)α和排放污染物的典型變化關(guān)系。當α低于1.0時,與燃料完全反應的空氣量太少,所以CO和HC的排放增加。NOx的排放在α=1.1附近有一個峰值,該處火焰溫度高,并有過剩的氧氣。對于比較稀的混合氣,火焰溫度降低,這是因為較少燃料所放出的化學能量也較少,而被加熱的氣體質(zhì)量較多的緣故。
??? 當混合氣變稀時,火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档?,點燃也比較困難。當空燃比增加時,平均著火落后期大大地增加,并伴有燃燒效率的降低和未燃燒的HC排放的極大增加。在火花點燃式發(fā)動機中,把當火花不再能點燃混合氣,或在排氣門打開之前,火焰?zhèn)鞑ニ俣嚷經(jīng)]有足夠的時間來完成燃燒時的極限,作為稀氣燃燒的極限。對于天然氣,這個極限一般出現(xiàn)在α值約為1.5~1.7時,它恰好低于氣體的平均可燃極限。設(shè)計因素如氣流擾動程度、充量溫度、壓縮比和燃燒室形狀都影響稀燃極限,對點火系統(tǒng)的性能也有影響。
點火定時和燃燒過程完成的時刻對排放污染物的形成和發(fā)動機的熱效率都有重大的影響。為了得到最佳效率,應該使大部分的可燃混合氣是在活塞接近或稍微超過上止點時燃燒?;旌蠚庠谂蛎浶谐毯笃谌紵龝够钊鞴p少而降低燃燒效率?;旌蠚庠谏现裹c之前燃燒又會增加活塞的壓縮功,這也降低了效率。由于完成燃燒過程需要一定的時間,所以需要合理處理這兩個影響因素之間的關(guān)系。
??? 燃燒過程的定時由最初火花點火的定時、著火落后時期的長短和火焰在混合氣中傳播的速度等來確定?;鹧?zhèn)鞑ニ俣扔扇紵业膸缀涡螤詈推渲袣饬鞯臄_動程度決定。這些因素中只有點火定時容易控制。著火落后期較長和火焰?zhèn)鞑ニ俣容^慢就必須有較早的點火定時以保持最佳的燃燒定時。對于典型的等容加熱循環(huán)發(fā)動機,最佳的點火提前角一般約為上止點前20°~40°曲軸轉(zhuǎn)角。
??? 在上止點之前,燃燒的混合氣由于保留在高溫下的時間較長是NOx排放增加的原因。為控制發(fā)動機中NOx的排放量,一般將點火正時延遲。但過分的延遲點火定時會增加HC的排放,減少輸出功率和增加燃料消耗,如圖1-11所示。
??? 在使用稀混合氣時,著火落后時期變長且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸兟?,所以最佳的點火提前應比理論配比混合氣更加提前。為此,對于稀燃發(fā)動機,設(shè)計時設(shè)法提高火焰?zhèn)鞑ニ俣群蜏p少燃燒時間是非常重要的。