第六章 摩托车发动机的燃油供给系统

2020/1/20摩托车发动机原理1第六章摩托车发动机的燃油供给系统2020/1/20摩托车发动机原理2化油器的功能和缺点化油器的基本原理2020/1/20摩托车发动机原理3化油器在提供燃油的同时，还对燃油进行定量，以适应发动机在不同工况（包括冷起动、暖机、怠速、部分负荷、加速、倒拖及全负荷等工况）下对空气/燃油混合比的各种特殊要求。化油器的功能包括两个方面：对燃油进行加工，即使燃油雾化、汽化、扩散并与空气混合，形成混合气；控制燃油定量，即控制空气/燃油混合比（简称空燃比）。对于汽油燃料，1kg的燃料完全燃烧需要14.7kg的空气，故将14.7定为汽油的理论当量空燃比。化油器的功能2020/1/20摩托车发动机原理4λ=实际吸入的空气质量/(14.7*输入的燃油质量)=空燃比/14.7理论上，λ能表征混合气完全燃烧后空气过剩的程度（完全燃烧的程度）λ＞1，则空气过剩，称为稀混合气λ＜1，则空气不足，称为浓混合气化油器能随着发动机工况的变化自动调整λ，以满足对混合气的要求。但化油器在形成可燃混合气的过程中存在一定的局限性。过量空气系数2020/1/20摩托车发动机原理5化油器的缺点1、燃油雾化程度受空气密度的影响化油器可看作一个按速度型雾化器原理工作的雾化装置，它主要依靠燃油和它周围气流之间的相对速度将燃油粉碎、雾化。对于汽油这种粘度很小的液体，可以利用下式计算气流中形成的油液的最大半径：rmax≈10a/（ρAω02）空气密度的降低将使气流中形成的油滴尺寸增大，即雾化情况恶化，所以车用汽油机在高原行驶时或航空汽油机在高空飞行时，由于空气稀薄，雾化受到影响。2020/1/20摩托车发动机原理6化油器的缺点2、空燃比受空气密度的影响在发动机部分负荷下，化油器生成的混合气空燃比与空气密度的平方根成反比。所以，在航空发动机上随着飞行高度的增加混合气会变浓。汽车发动机在高原或在盛夏高温季节行驶时也会出现同样的问题。2020/1/20摩托车发动机原理7化油器的缺点3、多缸机混合气分配不均匀各缸混合气分配不均匀包括三个方面（1）各缸混合气总量不一致；（2）各缸混合气浓度不一致；（3）各缸混合气中燃料组分不一致。各缸混合气总量的不一致不是化油器造成的，各缸混合气浓度不一致和燃料组分不一致的问题与化油器有关。2020/1/20摩托车发动机原理8（1）在化油器之后的进气管中，燃油滴被空气流加速，使两者之间的相对速度ω0迅速减小，油滴的最大半径值迅速增大，油滴呈合并的趋势；（2）由于进气管流道的弯曲和气缸的交替吸气，流道中各点速度的大小和方向都不一样，而且随着时间的推移而急剧变化。已经汽化的燃油和较细的油雾，比之雾化较差的油滴更快地加速和减速。于是，进气歧管中各处混合气趋于不均匀；（3）化油器中已经汽化的燃油会凝结在进气歧管壁上；多缸机混合气分配不均匀的原因2020/1/20摩托车发动机原理9（4）较大的油滴会逐渐滞留在进气歧管壁上，特别是当管壁粗糙、有毛刺，或从流体力学角度来看设计不当时，情况更为严重。例如气流急转弯时混合气中油滴就可能因离心惯性力而被甩出，落在管壁上，与凝结的燃油一起形成燃油膜，积聚成小股燃油流，在气流的带动下流往气缸。这些油流只流入其中的一个或几个气缸，引起各缸混合气浓度不一致；（5）在流往气缸的过程中，油流中的易挥发组分可能比难挥发组分更多地汽化。所以流入气缸的燃油流中难挥发组分浓度较高，造成各缸混合气燃油组分不一致。化油器只能使多缸机中的一个或少数几个缸达到最佳空燃比，因而使整机的动力性、经济性和排放等恶化。多缸机混合气分配不均匀的原因2020/1/20摩托车发动机原理10化油器的缺点4、负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化由于化油器发动机的进气歧管壁上有燃油膜积聚。进气歧管的压力高则燃油不易蒸发，油膜增厚。反之亦然。发动机负荷增大、节气门开度增大时，由于进气歧管的压力升高，混合气中一部分燃油进入油膜，使混合气变稀。这一方面影响了发动机对变工况快速响应的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在发动机负荷减小、节气门开度减小时因为进气歧管的压力降低而迅速蒸发，给进入气缸的混合气增添了额外的燃油，使原本应当减少的燃油量反而增多，混合气过浓，燃烧不完全，既增大了油耗，又恶化了排放。2020/1/20摩托车发动机原理11化油器的缺点5、体积效率较低化油器式发动机由于两种原因使得体积效率降低。首先是因为喉管使流动损失增加，降低了吸气流量。其次是因为化油器发动机中为了避免在进气歧管管壁上生成油膜而往往将进气歧管与排气岐管置于同侧，令排气歧管加热进气歧管（进气加热），这样一来降低了吸入气缸的充量的密度，进而降低体积效率。2020/1/20摩托车发动机原理12化油器的缺点6、化油器结冰化油器在工作过程中有两个原因会造成降温。燃油蒸发时吸收汽化潜热喉管中流速升高，压力和温度下降燃油汽化速率主要取决于当地的压力和气流速度。凡是压力低、气流速度高的地方，只要有足够的燃油便会因汽化而形成大的温降。2020/1/20摩托车发动机原理13化油器的缺点7、浮子式化油器的工作受发动机姿势的影响浮子式化油器喉管中的燃油喷嘴出口应比浮于室中的油面高出一定高度方能正常工作。当发动机姿势偏离正常的工作位置时，化油器的工作会受到影响甚至漏油、起火。如果说在某些偏差不太大的场合，如汽车上、下坡时这种影响尚能接受的话，那么在航空发动机中当飞机作不同的飞行动作时这种影响就不能不考虑了。浮于式化油器的构造决定了它不能适应飞机在竖直平面内翻筋斗或作翻滚、大坡度爬升等飞行动作的要求。2020/1/20摩托车发动机原理14化油器的缺点8、发动机倒拖影响排放和油耗当发动机被倒拖，即点火关闭、离合器接台、变速箱挂上前进档，汽车因惯性而带动发动机继续运转，借此对汽车实施制动作用时，如不采取专门措施，则化油器依旧将燃油送入气缸。这些燃油不经燃烧便从发动机排出，既增加油耗，又污染环境。2020/1/20摩托车发动机原理15化油器的特性化油器特性是指混合气成分随流经化油器的空气量或喉管真空度的变化关系。在汽油机运行时，各工况对混合比的要求是不同的。例如:汽油机在各种转速下全负荷运行时，节气门全开，化油器应提供适当加浓的功率混合气。空燃比α=12～14；当汽油机按中等负荷运行即节气门部分开度时，应有最好的经济性，空燃比α=17左右；当汽油机怠速运转时，节气门接近全关，为保证稳定运转，需供给更浓的混合气，空燃比。α=10～12.4。理想化油器应是能全面满足上述各工况混合比特性要求的化油器。2020/1/20摩托车发动机原理16一、理想化油器特性理想化油器特性在满足最佳性能要求的前提下，混合气成分随负荷（或充气流量）的变化关系如图5-14所示。由图可知，随负荷增加，混合气逐渐变稀，小负荷范围内变化较陡，中等负荷范围内曲线变化较平缓，当接近满负荷时，混合气变浓。2020/1/20摩托车发动机原理17二、简单化油器特性图5-15为简单化油器示意图。它仅有一根由油量孔２控制的主喷管８，插在喉管截面最小处，由空气流经喉管时压力下降所造成的真空度将燃油吸出。该处的真空度大小取决于喉管尺寸、发动机转速和节气门开度。若发动机用简单化油器并运行怠速及小负荷时，混合气太稀；在大负荷时混合气过浓，其特性如图5-16所示。简单化油器特性与理想化油器特性差别很大，不能满足使用要求。2020/1/20摩托车发动机原理18摩托车用化油器绝大多数为柱塞式可变喉管化油器拉线柱塞式（亦称滑阀活塞式）拉线柱塞式化油器是人力拉线带动作为喉管一部分的柱塞，使柱塞作上、下移动而形成可变喉管（见下图），同时也控制了进入汽缸的混合气数量以控制发动机的负荷。2020/1/20摩托车发动机原理19真空自动控制柱塞式（亦称恒速式）是利用喉管真空度自动控制柱塞上下移动以改变喉管通过面积，使喉管真空度保持基本不变。2020/1/20摩托车发动机原理20图６－９三种化油器喉管真空度比较曲线1为固定式喉管真空度；曲线2为拉线柱塞式喉管真空度；曲线3为真空自动控制柱塞式喉管真空度2020/1/20摩托车发动机原理21三、理想化油器特性的实现为使简单化油器特性接近理想化油器特性，必须对简单化油器进行校正。（一）主供油系的校正由简单化油器结构可知，燃料流出量单纯受喉管真空的限制。随喉管真空度增加，燃料流量增加的速率超过空气流量增加的速率，使混合气变浓。不符合理想化油器特性，因而，应采取抑制燃料流量的增长速率或增大空气流量增长速率的措施。目前最广泛采用的校正措施是渗入空气法校正（补偿）系统。此外，还有定流量化油器校正（补偿）和可变喉管校正（补偿）法。2020/1/20摩托车发动机原理22图5-17为渗入空气法校正的主供油系统。它在简单化油器的基础上，在主量孔1后的主油井3中插入了通空气的泡沫管6,泡沫管上部有空气量孔5限制空气的流人，中下部有几排与主油井相通的泡沫孔2。校正的原理是:当化油器开始工作时，主喷口4处存在压差，使油井中液面上升，油井里充满燃油，而泡沫管中的液面下降，同时空气自量孔5也进人空气室，同简单化油器一样，最初供油阶段是混合气逐渐变浓。随着喉管真空度增大，泡沫管中液面继续下降至露出第一排泡沫孔，空气流入主油井3。在油井中与燃油混合，形成泡沫状燃油从主管喷出，由于空气渗入受空气量孔限制，使主量孔处的压力低于大气压力而高于喉管处压力，降低了主量孔1处的真空度，也就降低了燃油的流速和流量，使混合气变稀。相当于降低了喉管真空度的简单化油器工作情况，使化油器沿较小斜率的特性工作（图5-18中曲线1）2020/1/20摩托车发动机原理23当喉管真空度继续增大，泡沫管液面进一步下降并依次露出第二排、第三排泡沫管时，由于空气的不断渗入，主量孔处的真空度进一步减小，使得随喉管真空度的增大，燃油流量的增长速率小于空气流量的增长速率，通过泡沫管的逐级作用，实现补偿过程。分别得到图5-18中曲线2、曲线3。采用空气量孔及泡沫管的渗入空气法，不仅可达到化油器校正的目的，而且它是以燃油混合状态喷人喉管的，还可以促进燃油的喷散与雾化。通过主供油系的校正，化油器可在部分负荷情况符合要求。2020/1/20摩托车发动机原理24定流量化油器补偿法可变喉管补偿法在摩托车用可变喉管化油器上，都在柱塞上加装一个带锥度的油针，其锥部插入喷管中。图6-26油针上升与主喷管出油口环形面积变化。对主供油系统进行反校正。2020/1/20摩托车发动机原理25（二）满负荷加浓与怠速加浓1、满负荷加浓发动机全负荷运行时，为获得最大功率，化油器需要提供浓的功率混合气，通常需要另设加浓系统，保证必要时加浓混合气，为了满足要求，在主量孔之后引入旁路加浓燃油，并通过主量孔一起喷入喉管，加浓量由加浓阀行程及加浓量孔控制。2020/1/20摩托车发动机原理26加浓装置有两类，一类是机械加浓装置，它靠节气门开度位置控制加浓装置起作用。不论发动机在什么转速下工作，均在接近满负荷时才开始加浓，其开始作用点约在节气门全开前10%左右。另一类是真空加浓装置，它是当发动机转速下降或节气门开度加大，使进气管真空度减至某值后，开始实现加浓。图5-19为节气门开度、转速与进气管真空度的关系，图中示出了两类加浓装置起作用的时间。2020/1/20摩托车发动机原理272.怠速加浓发动机怠速运转时，节气门开度很小，节气门之后的真空度很大，因此，设置在节气门之后的怠速油孔可保证在怠速和小负荷时获得所需的浓混合气（图5-20）2020/1/20摩托车发动机原理28为了保证怠速油系供油延长到节气门较大的开度，使之与主油系更好地衔接，在怠速油孔之上还设有过度孔（图5-21）在主供油系上设置加浓装置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在稳态工况下工作。2020/1/20摩托车发动机原理29（三）变工况下化油器的校正当发动机处于变工况（加速、减速、起动）下工作时，由于节气门开度和转速的不断变化，使化油器进气管压力及温度、进气管中燃料的汽化条件、混合气数量及成分都会引起剧烈的变化，为保证发动机变工况下正常