第四章汽油供给系

24第四章汽油供给系§4.1汽油机供给系的组成及燃料一、汽油供给系的组成1.汽油供给系的作用：根据发动机各种不同工况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气供入气缸，使之在临近压缩终了时点火燃烧而膨胀作功。最后，供给系还应将燃烧产物——废气排人大气中。2.汽油供给系可分为化油器式和汽油直接喷射式两种，本章只讲第一种。一般化油器式发动机供给系由下列装置组成(图4-1)：（1）燃油供给装置；（2）空气供给装置；（3）可燃混合气形成装置；（4）可燃混合气供给和废气排出装置。3.设计汽油供给系的关键：如何根据发动机工作的要求配制出不同浓度、不同数量的可燃混合气，油供给系所要解决的主要问题，因此化油器是其中关键的部件。二、汽油汽车用化油器式发动机所用的燃料主要是汽油，汽油是由石油提炼而得的密度小又易于挥发的液体燃料，汽油由多种碳氢化合物组成。汽油的使用性能指标主要是蒸发性、热值和抗爆性。它们对发动机性能有很大的影响。1.汽油的蒸发性10％馏出温度——与汽油机冷态起动性能有关；50％馏出温度——表明汽油中的中间馏分蒸发性的好坏；90％馏出温度及干点——用来判定汽油中难以蒸发的重质成分的含量。三个温度越低，表明汽油的蒸发性越好，发动机性能越好，但汽油蒸发性也不能太强，否则易产生气阻。2.燃料的热值燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油的热值约为44000kJ/kg。3.汽油的抗爆性（1）汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸中燃烧时，避免产生爆燃的能力，亦即抗自燃能力，是汽油的一项主要性能指标。（2）汽油的抗爆性指标：汽油的抗爆性的好坏程度一般用辛烷值表示，辛烷值越高，抗爆性越好。汽油的辛烷值常用对比试验的方法来测定：被测汽油的辛烷值等于生产相同强度爆燃的标准燃料（由一定比例的异辛烷和正庚烷混合而成）的辛烷值。一般压缩比高的汽油机应采用辛烷值高的汽油。（3）提高汽油抗爆性的方法：在汽油中加进少量的抗爆剂——四乙铅[Pb(C2H5)4]，四乙铅有毒，燃烧后产生铅粉尘，近年来，各国一般控制汽油机压缩比不超过10，推广使用无铅汽油。§4.2简单化油器与可燃混合气的形成由于汽油蒸发性好、自燃点高、粘度小、流动性好，因而汽油机可以将汽油在气缸外部通过化油器初步雾化，并与空气按一定比例混合，再在进气过程中适当加热蒸发，最后在气缸中形成可燃混合气。一、简单化油器25可燃混合气的形成，是从化油器开始的。为掌握现代化油器，须先研究简单化油器。1.简单化油器的组成（图4-2）（1）浮子机构它由浮子、针阀和浮子室组成。作用：与汽油泵相配合保持油面的规定高度。浮子室上部有孔与大气想通，从而保持一定的液面压力。针阀的密封性能对保持油面高度影响很大。（2）喷管和量孔喷管：喷口在喉管的咽喉处，高出浮子室液面2～5mm，因此燃油不会自动流出。量孔：具有精确尺寸的孔，用来准确地限制汽油的流量，多用铜塞单独制成。（3）喉管喉管的进口像漏斗，出口像喇叭。喉管的作用：a.用来增大空气流速，从而使喷管处产生真空度，使汽油流出；b.将汽油吹散雾化，因为此处的气流速度大于燃油流出的速度约25倍；c.控制空气的流量，与油量孔配合形成一定比例的混合气。（4）空气室和混合室喉管内咽喉处以上为空气室，以下到节气门轴为混合室。（5）节气门节气门是一个椭圆形的片状蝶形阀门，可以绕其短轴转动一定角度。用它来控制可燃混合气的流量，改变发动机的功率，以适应汽车行驶情况的需要。2.简单化油器的工组原理（1）燃油的流出和雾化从流体力学可知：凡流体（气体或液体）在管道中流动时，流体的流动速度和静压力随管道的截面积的不同而不同。截面积越小之处，其流速越大，而静压力则越低。喉管处截面积最小，因而此处空气流速最大，静压力最低，故PhP0形成ΔPh。a.ΔPa=P0-Pa，式中P0——大气压Pa——气缸内压力在ΔPa作用下，空气向气缸流动。b.ΔPh=P0-Ph，式中P0——大气压Ph——喉管处压力在ΔPh作用下，油经喷管喷出。（2）空气量和燃油量的调节a.当发动机转速一定，随节气门开度的增大，空气流量与汽油流量一同增加；b.当节气门开度一定，发动机转速也能引起空气流量和汽油流量微小的变化。3.简单化油器的特性定义：在转速不变时，简单化油器所供给的可燃混合气浓度随节气门开度（或喉部真空度ΔPh）变化的规律，称为简单化油器的特性，其图像如图4-326所示。φa——过量空气系数ΔPh——喉管真空度（节气门开度）二、可燃混合气的形成可燃混合气是在0.02～0.04s的时间内形成的，整个过程可分为：a.最初阶段（在化油器中，造成大部分燃油雾化，小部分燃油气化）；b.持续阶段（在进气管中，仍有一部分燃油没有气化）；c.最后阶段（在气缸中，使混合物全部或几乎全部气化）。§4.3可燃混合气成分与汽油机性能的关系可燃混合气成分表示方法有：a.空燃比（空气质量/燃料质量，以1/14.7为分界）；b.通过空气系数φa（燃烧1kg燃料所实际供给的空气质量/完全燃烧1kg燃料所需的理论空气质重，以1为分界）。一、可燃混合气成分对发动机性能的影响图4-4为某汽油机在转速不变和节气门全开条件下试验所得Pe和be随φa值而变化的关系。以上对相应于图4-4所示的试验结果所作的分析，可简要地总结于表4-2中。将节气门置于各种不同开度，重复上述试验，得到图4-5。其中的虚曲线1——相应于最大功率的φa值虚曲线2——相应于最小燃油消耗率的φa值实际上，对于一定的发动机，相应于一定工况，化油器只能供应一定φa值的可燃混合气，该φa值究竟应照顾功率的要求，还是照顾经济性的要求，或者二者适当兼顾，这就要根据汽车及其发动机的各种工况进行具体分析。二、汽车发动机各种工况对可燃混合气成分的要求1.稳定工况对混合气成分的要求（1）怠速和小负荷工况怠速一般是指发动机在对外无功率输出的情况下以最低转速运转，此时混合气燃烧后所作的功，只是用以克服发动机内部的阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。怠速时需供给浓而少的混合气，一般为0.6～0.8，小负荷工况时，φa为0.7～0.9。（2）中等负荷工况车用发动机在大部分工作时间内处于中等负荷状态，此时，燃油经济性要求是首要的，化油器应供给接近相应于燃油消耗率最小的φa＝1.0~1.15的混合气，如图4-5中曲线3在中等负荷范围内的一段。（3）大负荷和全负荷汽车需要克服较大的阻力而要求发动机能发出尽可能大的功率时，发动机在全负荷下工作。这时，要求化油器能供给相应于最大功率的浓混合气（φa＝0.85～0.95）。在达到全负荷之前的大负荷范围内，化油器所供给的混合气应从以满足经济性要求为主逐渐转到以满足动力性要求为主。总结（1）、（2）、（3），如图4-5中曲线3。2.过渡工况对混合气成分的要求27（1）冷起动发动机起动时转速极低，为此，要求化油器供给极浓的混合气（φa＝0.4～0.6），以保证进入气缸内的混合气中有足够的汽油蒸气，使发动机得以顺利起动。（2）暖机在暖机过程中，化油器供出的混合气的过量空气系数φa值应当随着温度的升高，从起动时的极小值逐渐加大到稳定怠速所要求的数值为止。（3）加速加速时，节气门突然加大，液体惯性大于气体惯性，致使混合气暂时过稀。此时，应额外添加供油量，以便及时使混合气加浓到足够的程度。（4）急减速这时由于进气管真空度激增而使沿进气管壁面流动的油膜迅速蒸发，使混合气变浓，燃烧恶化，排气中HC的含量迅速增加。综上所述，理想化油器特性：在小负荷和中负荷工况下，要求化油器能随着负荷的增加供给由较浓逐渐变稀的混合气成分；当进人大负荷范围直到全负荷工况下，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到能保证发动机发出最大功率。简单化油器特性：在怠速工况下，因喉管真空度太低而根本不能出油，实际上吸人气缸的只是纯空气，即φa→∞。到节气门开度大到一定程度后，方开始有燃油流出，但混合气仍然很稀。此后，随着节气门开度继继增大，如前所述，混合气反而逐渐变浓，一直到节气门全开为止。此外，在起动和加速时应使混合气加浓的要求，简单化油器也无法满足。因此，简单化油器实际上在车用汽油机上不能使用。解决办法：为解决这一矛盾，在现代化油器结构上，便采用了一系列的自动调配混合气浓度的装置，其中包括主供油系统、起动系统、怠速系统、大负荷加浓系统（省油器）和加速系统，以保证在车用汽油机各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气，提高发动机的经济性和动力性。28§4.4化油器的各工作系统4.4.1主供油系统1、功用:保证发动机正常工作时，化油器所供给的混合气随着节气门开度加大而逐渐变稀，并在中负荷下接近于最经济的成分(其过量空气系数，由0.9左右逐步变化到1.1左右)。节气门开度↓－混合气浓度↑主供油系统应把简单化油器在部分负荷下所供混合气成分偏离经济混合气的特性校正过来，使之符合理想化油器特性曲线的相应区段。2、工作范围在汽车发动机的全部工况范围内，除了怠速工况和极小负荷工况以外，主供油系统都起供油作用。3、方案：降低主量孔处真空度4、结构：在喷管上加开一个通气管3，管3上设有控制渗入空气流量的空气量孔2。5、工作原理：未加时，加以后，因为，所以降低汽油的流速和流量。发动机未工作时，主喷管4、通气管3和浮子室的油面是等高的。当发动机开始工作，节气门开度逐渐加大到足以使汽油从主喷管喷出时，通气管3中的汽油面即下降，空气通过空气量孔2流入通气管，当喉管真空度大到能使通气管3中油面降到主喷管入口处时，则通过空气量孔2流入的空气渗入油流中形成气泡，随油流经主喷管4喷入喉管。由于空气流经空气量孔时有压力损失，故主量孔处的气压小于大气压力，但却大于喉管处气压。燃油流量比没有空气量孔时要小些。在同样的没下形成的混合气的过量空气系数值就比简单化油器的大，即混合气较稀。而且因燃油中有少量空气渗入，喷出的油液呈泡沫状，有助于燃油的雾化和蒸发。理论和实验证明，当发动机转速不变，节气门开度↑时，喉管真空度↑，通气管3真空度也↑，↑直接结果是空气流量增加；同时间接地通过↑使汽油流量增加，比增长慢，因而汽油流量的增长率小于空气流量的增长率，结果使得混合气随节气门开度的增大而逐渐变稀。只要通过反复试验，正确选定主量孔和空气量孔的尺寸，即能使主供油系统在中小负荷范围内，供给所要求的＝0.9~1.l的可燃混合气。未加设空气量孔时，通过主量孔的汽油流量只是由浮子室大气压力与喉管压力之差0hhppp决定。随节气门开度的增大，混合气逐渐变浓，与理想化油器特性的要求不一致。加设空气量孔后，当发动机开始工作，节气门开度逐渐加大到足以使汽油从主喷管喷出时，通气管3中的汽油面即下降，空气通过空气量孔2流入通气管，当喉管真空度大到能使通气管3中油面降到主喷管入口处时，则通过空气量孔2流入的空气随油流经主喷管4喷入喉管。由于空气流经空气量孔时有压力损失，故主量孔处的气压小于大气压力，但却大于喉管处气压。燃油流量比没有空气量孔时要小些。在同样的hp下形成的混合气的过量空气系数值就比简单化油器的大，即混合气较稀。理论和实验证明，当发动机转速不变，节气门开度增加时，喉管真空度hp增加，通气管3真空度也kp增加，hp增加的直接结果是空气流量增加；同时间接地通过kp增加的使汽油流量增加，kp比hp增长慢，因而汽油流量的增长率小于空气流量的增长率，结果使得混合气随节气门开度的增大而逐渐变稀。296、通气管的作用1）空气量孔2可引入少量空气，降低主量孔处的主量孔处内外的压力差即吸油真空度，从而降低汽油的流速和流量。2）这部分引入的空气还将起到使汽油“泡沫化”的作用，空气在流入通气管后和流向主喷口的汽油相遇渗入其中，形成一种内有大量很小的空气泡的油流。泡沫化了的汽油，由于含有一定量空气，因此它比纯汽油更轻，更容易被吸入喉管。3）泡沫化了的汽油喷入喷管之后更易于被其中空气流所吹散。4.4.2怠速系统1、功用：保证在怠速和很小负荷时供给很浓的混合气，其值为0.6~0.8。2、工作范围：怠速和很小负荷时3、结构：另设怠速通道，喷口设在节气门后（此处真空度高）怠速时发动机转速低，节气门近于全