我們的愛車偶爾出現抖動、加速無力、冒黑煙等故障時，我們去修理廠檢查維修，修理工一般都會連上汽車診斷電腦，讀取發動機運行數據流，然後告訴我們，混合氣過稀了，或者混合氣過濃了，需要維修哪些部位，等等。對於汽車小白來說，肯定是一頭霧水：什麼是混合氣啊？這過稀、過濃又是怎麼回事啊？今天我們就來說說什麼是發動機可燃混合氣，它又是如何形成的，它對發動機的燃燒和性能有什麼影響。
大家知道，汽車發動機本質上是一個能量轉換機器。燃油中含有豐富的化學能，它與空氣以一定的比例混合，然後進入發動機燃燒室，在燃燒室中燃油被點燃，與空氣中的氧氣發生劇烈的化學反應，將燃油中的化學能以熱能的形式釋放出來，並且使燃燒後生成的氣體受熱膨脹，體積急劇增大，這種高溫高壓的氣體推動活塞下行，帶動曲軸旋轉，變成了發動機的扭矩對外輸出。這個扭矩經過汽車傳動系統放大和改變方向後，驅動汽車行駛。
所以，這個過程的關鍵就是燃油在發動機中可靠、穩定的燃燒。發動機的燃料有汽油、柴油、天然氣等，它們燃燒都需要氧氣。那麼氧氣從何而來？從空氣中來，發動機配氣機構給發動機提供空氣，然後燃油與空氣以一定的比例和方式混合，在燃燒室中燃燒。這種燃油和空氣混合而成的可以燃燒的氣體就叫做可燃混合氣。它是對發動機動力性和經濟性影響最大的物質。
不同的燃料在發動機中的燃燒過程也略有不同，可燃混合氣的濃度也會影響這個燃燒過程。汽油發動機燃燒過程分為三個階段，分別是著火延遲期、急燃期和補燃期，由於汽油燃燒速度較快，整個過程是在一種類似於“等容”的條件下進行的。柴油發動機燃燒過程分為四個階段，分別是著火延遲期、急燃期、緩燃期和補燃期，由於柴油燃燒速度較慢，並且燃燒過程是“邊噴邊燃”，所以燃燒過程是在一種類似於“等壓”的條件下進行的。
燃油的主要成分是碳氫化合物，空氣中助燃的成分是氧氣，它們在燃燒時是有一定比例的。在可燃混合氣中空氣與燃油的質量比就叫做空燃比。對於不同的燃料，空燃比是不同的。以我們最常見的汽油發動機來說，理論空燃比是14.7:1。也就是說，當可燃混合氣中有14.7份的空氣、有一份汽油的時候，空氣中氧氣正好與汽油中碳氫完全化合，既沒有剩餘，也沒有過量，是我們追求的最理想的空燃比。這是世界上最常用的表徵可燃混合氣濃度的參數，空燃比大於14.7:1的稱為稀混合氣，空燃比小於14.7:1的稱為濃混合氣，空燃比等於14.7:1的稱為標準混合氣。
此外，還有一個表徵可燃混合氣濃度的參數，叫做過量空氣係數，它是指燃燒一公斤燃油實際供給的空氣量與理論上所需要的空氣量之比。比如理論上燃燒一公斤汽油需要14.7公斤的空氣，此時的過量空氣係數就是1，這種可燃混合氣稱為標準混合氣；如果實際供給的空氣量大於14.7公斤，此時的過量空氣係數就大於1，這種可燃混合氣稱為稀混合氣；如果實際供給的空氣量小於14.7公斤，此時的過量空氣係數就小於1，這種可燃混合氣稱為濃混合氣。在分析發動機燃燒時，使用過量空氣係數更簡潔，更便於描述。
那麼可燃混合氣的濃度對發動機性能有什麼影響呢？下面我們分別來分析一下這三種可燃混合氣。
空燃比等於14.7:1或者過量空氣係數等於1的可燃混合氣稱為標準混合氣。從理論上來說，這種可燃混合氣是燃燒最充分的，燃燒過程均勻可控，燃油的內能被完全釋放，燃燒後生成的尾氣中只有二氧化碳和水，此時的發動機熱效率最高，動力性和經濟性最好。但是在發動機實際運行過程中，標準混合氣是不存在的，因為發動機的工況在隨時變化，空氣與燃油也不可能混合的百分之百均勻，所以在實際運行中，根據發動機不同的工況，供給的是稀或濃的可燃混合氣，並儘可能的向標準可燃混合氣靠攏。實際上，過量空氣係數在0.95~1.05之間就可以稱為標準可燃混合氣了。
空燃比大於14.7:1或者過量空氣係數大於1的可燃混合氣稱為稀混合氣。在發動機實際運轉過程中，更多的時候都是使用這種稀混合氣。一般此時的過量空氣係數在1.05～1.15之間，由於空氣供給相對比較充足，所以燃油能夠完全燃燒，燃燒室中火焰傳播速度仍然維持較高的水平，此時發動機熱效率最高，有效耗油率最低，所以也把這種濃度的混合氣稱為經濟混合氣。 不過在這種情況下發動機的動力性稍差。
如果過量空氣係數進一步增大，超過1.15時，就稱為過稀混合氣。這種可燃混合氣燃燒速度減慢，燃燒過程較長，發動機功率下降，油耗增高，嚴重時發動機出現回火、放炮等故障。當過量空氣係數超過1.3～1. 4時，由於燃料濃度過低，火焰不能連續傳播，發動機就會熄火或無法啟動，這也是可燃混合氣濃度的下限。不過現在有些發動機，在燃燒室結構、燃油供給、火花塞點火等方面做了特殊的設計，可以實現稀薄燃燒以及分層燃燒，這種情況下就可以使用更低濃度的可燃混合氣了，空燃比甚至可以低至20。
空燃比小於14.7:1或者過量空氣係數小於1的可燃混合氣稱為濃混合氣。這種可燃混合氣過量空氣係數一般在0.85～0.95之間，此時燃油的供給量較大，氧氣濃度較低，燃油燃燒速度和火焰傳播速度都是最快的，氣缸中的壓力和溫度在短時間內就達到了最大值，發動機發出最大功率，所以把這種濃度的可燃混合氣稱為功率混合氣。此時發動機最“有勁”，但是油耗較高。
如果過量空氣係數進一步減小，小於0.85時，稱為過濃混合氣。此時由於氧氣含量過低，燃油無法完全燃燒，火焰傳播速度減慢，發動機功率下降，油耗增高，尾氣中出現大量沒有燃燒完全的碳煙。當過量空氣係數低於0.4～0. 5時，由於嚴重缺氧，火焰已經不能連續傳播了，所以可燃混合氣就不能燃燒了，發動機無法啟動。這種情況下拆下火花塞會發現火花塞電極被燃油沾溼，無法跳火，俗稱“淹缸”。
汽車發動機在實際運行過程中，隨著外界道路條件的變化，工況也是不斷變化的，一般可以分為怠速、小負荷、中等負荷、大負荷、全負荷這五個穩定工況以及冷起動、暖機、加速、減速這四個過渡工況。在這些不同的工況中，發動機對可燃混合氣的要求也是不同的。
發動機在冷機啟動時，由於溫度較低，燃油蒸發霧化不好，空氣與燃油不能充分混合，所以此時需要供給濃度很高的可燃混合氣；在啟動後的暖機過程中，隨著溫度的升高，可燃混合氣濃度逐漸降低，逐漸過渡到怠速工況；怠速工況時需要少而濃的混合氣；中小負荷需要逐漸變稀的經濟混合氣；大負荷工況需要較濃的功率混合氣；如果汽車需要急加速，會額外提供更多的燃油以加濃可燃混合氣；而汽車在減速時，對動力需求很小，只要提供少而稀的可燃混合氣就可以了，甚至完全不供給燃油。
那麼可燃混合氣是如何形成的呢？汽油機、柴油機由於結構和工作原理的不同，可燃混合氣的形成方式也是不同的。
早期的汽油機是化油器式的，化油器安裝在進氣歧管的最前端，汽油從化油器中噴出，與進氣歧管中的空氣混合，形成可燃混合氣，它的混合路徑最長、混合時間最長，後期出現的單點噴射與此相似；後來發展到了多點電噴，汽油從安裝在進氣門前端的噴油器噴出，與空氣同時進入氣缸中，在氣缸中形成渦流高速流動，形成可燃混合氣，燃燒室形狀和活塞頂部形狀對可燃混合氣的形成有很大影響，這也是現在絕大多數汽油機採用的方式；缸內直噴是把噴油器安裝在氣缸蓋上，直接把汽油噴入氣缸，與從進氣門進入的空氣混合，形成可燃混合氣，這種方式與柴油機類似，但也有區別。至於可燃混合氣的濃度控制，是由發動機控制單元控制噴油器的開啟時間決定的，也就是俗稱的“噴油脈寬”，一般噴油脈寬越大，可燃混合氣濃度越高。不過為了提高汽車的經濟性，一般會盡可能的把空燃比控制在理論空燃比附近。
那麼所謂的“分層燃燒”“稀薄燃燒”又是怎麼回事呢？這是為了提高汽油機的熱效率和燃油經濟性，而開發出來的一種新技術，只能在缸內直噴發動機上實現。在發動機進氣衝程終了、壓縮衝程剛剛開始的時候，噴油器先向氣缸中噴入少量的汽油，與空氣形成空燃比為20 作用的稀薄可燃混合氣，然後在壓縮行程終了、火花塞即將點火的瞬間，噴油器再向火花塞電極區域噴射少量的汽油，在火花塞電極部分形成較濃的可燃混合氣，隨後火花塞點火，較濃的可燃混合氣起火燃燒，並將火焰傳播給周圍的稀混合氣，共同點燃做功。這樣就避免了稀混合氣不易點燃的缺陷，又可以減少燃油的噴射，提高了發動機的燃油經濟性。不過這種噴射對燃油品質要求較高，有幾款在國外已經具有這種功能的發動機，在國內無法實現，只能減掉了。
柴油機的可燃混合氣形成與汽油機是截然不同的，它是利用一個高壓噴油器，在發動機處於壓縮上止點時，把柴油高壓、高速的噴入到氣缸中，在噴射過程中柴油就開始霧化，然後與被壓縮的高溫高壓空氣混合，達到自燃溫度就會迅速的燃燒，在隨後的整個做功過程中，柴油一直都在持續噴射，發動機在一種類似於“等壓加熱”的條件下工作。此外，由於柴油粘度大，霧化、蒸發的不會很徹底，事實上是以一個個小油滴的形式存在的，所以在柴油機可燃混合氣中，空氣與柴油的混合是不均勻的，有些區域的空燃比可能非常高，另一些區域的空燃比可能非常低，總體來看，空氣是過量的，空燃比是非常高的，一般都在20以上。在燃燒時，空燃比合適的區域迅速起火燃燒，形成多個火焰中心，然後再把火焰傳播到整個燃燒室。
在我們的實際駕駛中，偶爾會遇到可燃混合氣過濃或者過稀的故障。一般來說，可燃混合氣過稀時，發動機會抖動嚴重，加速無力，加速頓挫等，這種情況一般是由於燃油濾清器堵塞、燃油泵壓力不足、噴油器噴油量過小、進氣管漏氣等因素導致的。如果可燃混合氣過濃的話，發動機會不易啟動、遊車、油耗增高、冒黑煙等，這種情況一般是由於空氣濾清器堵塞、噴油器滴油、系統壓力過高等因素導致的。
