图1-10表示火花点燃式发动机的过量空气系数α和排放污染物的典型变化关系。当α低于1.0时，与燃料完全反应的空气量太少，所以CO和HC的排放增加。NO_x的排放在α=1.1附近有一个峰值，该处火焰温度高，并有过剩的氧气。对于比较稀的混合气，火焰温度降低，这是因为较少燃料所放出的化学能量也较少，而被加热的气体质量较多的缘故。

    当混合气变稀时，火焰传播速度降低，点燃也比较困难。当空燃比增加时，平均着火落后期大大地增加，并伴有燃烧效率的降低和未燃烧的HC排放的极大增加。在火花点燃式发动机中，把当火花不再能点燃混合气，或在排气门打开之前，火焰传播速度慢到没有足够的时间来完成燃烧时的极限，作为稀气燃烧的极限。对于天然气，这个极限一般出现在α值约为1.5～1.7时，它恰好低于气体的平均可燃极限。设计因素如气流扰动程度、充量温度、压缩比和燃烧室形状都影响稀燃极限，对点火系统的性能也有影响。

点火定时和燃烧过程完成的时刻对排放污染物的形成和发动机的热效率都有重大的影响。为了得到最佳效率，应该使大部分的可燃混合气是在活塞接近或稍微超过上止点时燃烧。混合气在膨胀行程后期燃烧会使活塞作功减少而降低燃烧效率。混合气在上止点之前燃烧又会增加活塞的压缩功，这也降低了效率。由于完成燃烧过程需要一定的时间，所以需要合理处理这两个影响因素之间的关系。

    燃烧过程的定时由最初火花点火的定时、着火落后时期的长短和火焰在混合气中传播的速度等来确定。火焰传播速度由燃烧室的几何形状和其中气流的扰动程度决定。这些因素中只有点火定时容易控制。着火落后期较长和火焰传播速度较慢就必须有较早的点火定时以保持最佳的燃烧定时。对于典型的等容加热循环发动机，最佳的点火提前角一般约为上止点前20°～40°曲轴转角。

    在上止点之前，燃烧的混合气由于保留在高温下的时间较长是NO_x排放增加的原因。为控制发动机中NO_x的排放量，一般将点火正时延迟。但过分的延迟点火定时会增加HC的排放，减少输出功率和增加燃料消耗，如图1-11所示。

    在使用稀混合气时，着火落后时期变长且火焰传播速度变慢，所以最佳的点火提前应比理论配比混合气更加提前。为此，对于稀燃发动机，设计时设法提高火焰传播速度和减少燃烧时间是非常重要的。