一、燃料完全燃烧所需的理论空气量
组成发动机燃料的主要元素是碳（C）、氢（H）、氧（O），其他元素含量很少，计算时可略去不计。设1kg燃料中各元素的质量组成为：
gC+gH+gO=1
式中 gC、gH、gO——1kg燃料的C、H、O的质量。
空气中的主要元素是氧（O）和氮（N），按体积计（即按物质的量计），O2约占21％，N2约占79％；按质量计，O2约占23％，N2约占77％。
燃油中的C、H完全燃烧，其化学反应方程式分别是：
按照化学反应的当量关系，可求出1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，即：
标准状况下以体积表示的理论空气量为：
将平均质量成分代入可得：汽油的理论空气量为14.8 kg/kg，柴油的理论空气量为14.5 kg/kg。
二、过量空气系数φa
燃油完全燃烧所需的空气量理论上等于计算得出的理论空气量，实际上，燃烧所提供的空气量并不等于理论空气量。发动机在工作过程中，燃烧1kg燃料实际提供的空气量L与理论上所需空气量L0之比称为过量空气系数φa，即：
φa=L/L0
对于进气道喷射的汽油机，由于燃烧时用的是预先混合好的均匀混合气，过量空气系数只在狭小的范围内变化（φa=0.8～1.2），当负荷变化时，φa略有变化，如图3.3所示。对于柴油机，其负荷是靠质调节的（即混合气浓度调节），φa的变化范围很大，由于混合气形成不均匀，所以φa总是大于1，一般车用高速柴油机，φa=1.2～1.6；增压柴油机，φa=1.8～2.2。(www.xing528.com)
除了用φa表示混合气的浓度以外，也可用燃烧时空气量与燃料量的比例，即空燃比来表示，即
图3.3 φa随负荷变化的关系
对于汽油，理论上在完全燃烧时（φa=1）的空燃比α=14.8；对于柴油机，当转速一定时，进入缸内的空气量基本保持不变，空燃比的大小取决于供油量的多少（质调节）。
三、φa＞1时完全燃烧产物的数量
考虑到内燃机燃烧过程的复杂性，为保证燃油的充分燃烧，提高燃烧的热效率，一般情况下供给气缸的空气量总是大于理论空气量，因此，过量空气系数φa＞1。
1.燃烧前混合气的数量
对于汽油机，燃烧前新鲜混合气由空气和燃料蒸气组成，若燃料相对分子质量为MrT，则1kg燃料形成的混合气量（kmol/kg燃料）是：
对于柴油机，混合气是在压缩终点向气缸内喷入液体状态的燃料，其体积不及空气体积的1/10 000，可忽略不计，认为燃烧前的工质是空气M（kmol/kg燃料），即：
M=φaL0
2.燃烧后燃烧产物的数量
在φa＞1的情况下，完全燃烧的产物是由CO2、H2O、剩余的O2及未参与反应的N2组成的，即根据前面的化学反应方程式，可很方便地求出M2（kmol/kg燃料），即：
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