汽车构造 第四章 汽油机供给系

第四章汽油机供给系本章教学要求：掌握可燃混合气的组成、形成方式及其对发动机性能的影响，了解化油器式燃油供给系统及汽油直接喷射式燃油供给系统。第一节汽油机供给系的组成及燃料1汽油机供给系的组成：汽油机所用的燃料是汽油，在进入气缸之前，汽油和空气已形成可燃混合气。可燃混合气进入气缸内被压缩，在接近压缩终了时点火燃烧而膨胀作功。可见汽油机进入气缸的是可燃混合气，压缩的也是可燃混合气，燃烧作功后将废气排出。因此汽油供给系的任务是根据发动机的不同情况的要求，配制出一定数量和浓度的可燃混合气，供入气缸，最后还要把燃烧后的废气排出气缸。汽油机供给系的组成：1）燃油供给装置油箱、汽油滤清器、汽油泵、油管2）空气供给装置：空气滤清器3）可燃混合气形成装置：即化油器。4）可燃混合气供给和排出装置进气管、排气管、排气消声器油箱汽油滤清器汽油泵空气滤清器化油器进气管排气管排气消声器油箱汽油滤清器汽油泵空气滤清器化油器进气管排气管排气消声器燃油供给装置可燃混合气形成装置空气供给装置可燃混合气供给和排出装置发动机汽油机供给系的组成小结：第四章汽油机供给系2．汽油汽油机使用的燃料是汽油，汽油是从石油中提炼出来的碳氢化合物。按辛烷值不同分为几个牌号。以RQ打头，后跟汽油的辛烷值。汽油的辛烷值通常有两种测定方法，即研究法（RON）和马达法（MON），其换算关系为（RON）=（MON）+10。例如代号为RQ-90，“R”是燃的汉语拼音字头，“Q”是汽的汉语拼音字头，代表燃汽油-90是辛烷值（表示研究法辛烷值为90），压缩比大的汽油机应选用较高牌号的汽油。由于环保的要求，我国在2000年7月1日推广使用无铅汽油，含铅量小于2.5mg/L为无铅汽油。汽油的使用性能指标主要有蒸发性、热值、抗爆性第二节简单化油器与可燃混合气的形成简单化油器原理与组成汽油和空气形成可燃混合气的过程叫做“汽化”完成汽化任务的设备叫做化油器。1．简单化油器的构造简单化油器由浮子室、喉管、量孔、喷管和节气门等组成（参课本图4-2）。（1）浮子室和浮子汽油由进油口进入浮子室，浮子室油面高度影响喷出油量的多少，因此，必须保持油面高度一定，为此，设置了浮子，浮子由薄铜皮制成并为空心的，其上有针阀。当油面低时，浮子下沉，针阀将进油口打开，汽油进入浮子室，油面升高了，浮子上升，直到针阀将进油口封闭，油不再进入保持油面在规定的高度。为了保持浮子室内具有一定的气压，浮子室与大气相通，使油面在工作时始终承受大气压力。即浮子室内油面高度和压力始终不变。（2）量孔和喷管量孔是一个尺寸和形状都很精确的小孔，控制汽油的流量。出油量只取决于量孔两端的压力差。喷管的功用是喷出汽油，装在喉管断面最狭窄处，为防止发动机不工作时，汽油从喷管中流出，喷管口一般较浮子室油面高出2～5mm.（3）喉管：它的功用是减小空气流通断面，提高空气流速。浮子量孔喷管喉管（4）节气门（油门）节气门位于喉管后面，它的功用是控制进入气缸的可燃混合气的数量。节气门开度增大，进入气缸中的混合气量增多，反之，则减少。节气门通常是一个椭圆形的片状阀门，可以绕其轴转动一定角度，来改变节气门的开度。2．简单化油器的特性曲线（图4-3）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（或喉管真空度∆Ph）变化的规律，称为简单化油器的特性。注：图中纵坐标为过量空气系数α，α1为稀混合气，α1为浓混合气。α∆Ph/kPa第三节可燃混合气成分与汽油机性能的关系理论混合气，过量空气系数（理论混合气、浓混合气、稀混合气）1．可燃混合气成分可燃混合气是指空气与燃料的混合物，汽油机的可燃混合气汽油+空气在化油器内形成，其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。可燃混合气的成分用空燃比（欧美日中）或过量空气系数（中）α表示：2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）可燃混合气的浓度对发动机的性能影响很大，直接影响动力性和经济性。通过试验证明，发动机的功率和耗油率都是随着过量空气系数α变化而变化的。理论上，对于α=1的标准混合气而言，所含空气中的氧正好足以使汽油完全燃烧，但实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油细粒和蒸汽不可能及时地与空气绝对均匀地混合，因此，即使α=1，汽油也不可能完全燃烧，混合气α1(稀混合气)才有可能完全燃烧。2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）因为α1时混合气中，有适量较多的空气，正好满足完全燃烧的条件，此混合气称为经济混合气，对于不同的汽油机经济混合气成分不同，一般在α=1.05～1.15范围内。当α大于或小于1.05～1.15时，be（油耗率）↑，经济性变坏。当α=0.88时，Pe最大，因为这种混合气中汽油含量较多，汽油分子密集，因此，燃烧速度最高，热量损失最小，因而使得缸内平均压力最高，功率最大，此混合气称为功率混合气。对不同的汽油机来说，功率混合气一般在α=0.85～0.95之间。α1.11的混合气称为过稀混合气，α0.88的混合气称为过浓混合气，混合气无论过稀过浓都会使发动机功率降低Pe↓，耗油率增加be↑。2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）混合气过稀时，由于燃烧速度太低，损失热量很多，往往造成发动机温度过高，严重过稀时，燃烧可延续到进气过程的开始，进气门已经开启时还在进行，火焰将传到进气管，以至化油器喉管内，引起化油器回火并产生拍击声。当混合气稀到α=1.4以上时，混合气虽然能着火，但火焰无法传播，导致发动机熄火，所以α=1.4称为火焰传播下限。混合气过浓时，由于燃烧很不完全，产生大量的CO，造成气缸盖，活塞顶和火花塞积炭，排气管冒黑烟，甚至废气中的一氧化碳可能在排气管中被高温废气引燃，发生排气管放炮。混合气浓到α=0.4以下，可燃混合气虽然能着火，但火焰无法传播，发动机熄火，所以α=0.4称为火焰传播上限。2．可燃混合气成分对发动机性能的影响（图4-4）从以上分析可知，发动机正常工作时，所用的可燃混合气α值，应该在获得最大功率和获得最低燃油消耗率之间，在节气门全开时，α值的最佳范围为0.85～1.15范围内，一般在节气门全开条件下，α=0.85～0.95时，发动机可得到较大的功率，当α=1.05～1.15时，发动机可得到较好的燃料经济性，所以当α在0.85～1.15范围内，动力性和经济性都比较好，即Pe较大，be（油耗率）较小。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α值的可燃混合气，该α值究竟要满足动力性，还是经济性，还是二者适当兼顾，这就要根据汽车及发动机的各种工况进行具体分析。3．汽油机各种工况对可燃混合气成份的要求作为车用汽油机，其工况（负荷和转速）是复杂的，例如，超车、刹车、高速行驶、汽车在红灯信号下，起步或怠速运转、汽车满载爬坡等，工况变化范围很大，负荷可以0→100%，转速可以最低→最高。不同工况对混合气的数量和浓度都有不同要求，具体要求如下：（1）小负荷工况-要求供给较浓混合气α=0.7～0.9量少，因为，小负荷时，节气门开度较小，进入气缸内的可燃混合气量较少，而上一循环残留在气缸中的废气在气缸内气体中所占的比例相对较多，不利于燃烧，因此必须供给较浓的可燃混合气。（2）中负荷工况-要求经济性为主，混合气成分α=0.9～1.1，量多。发动机大部分工作时间处于中负荷工况，所以经济性要求为主。中负荷时，节气门开度中等，故应供给接近于相应耗油率最小的α值的混合气，主要是α1的稀混合气，这样，功率损失不多，节油效果却很显著。（3）全负荷工况-要求发出最大功率Pemax，α=0.85～0.95量多.汽车需要克服很大阻力（如上陡坡或在艰难路上行驶）时，驾驶员往往需要将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作，显然要求发动机能发出尽可能大的功率，即尽量发挥其动力性，而经济性要求居次要地位。故要求化油器供给Pemax时的α值。（4）起动工况-要求供给极浓的混合气α=0.2～0.6量少。因为发动机起动时，由于发动机处于冷车状态，混合气得不到足够地预热，汽油蒸发困难。同时，由于发动机曲轴被带动的转速低，因而被吸入化油器喉管内的空气流速较低。难以在喉管处产生足够的真空度使汽油喷出。既使是从喉管流出汽油，也不能受到强烈气流的冲击而雾化，绝大部分呈油粒状态。混合气中的油粒会因为与冷金属接触而凝结在进气管壁上，不能随气流进入气缸。因而使气缸内的混合气过稀，无法引燃，因此，要求化油器供给极浓的混合气进行补偿，从而使进入气缸的混合气有足够的汽油蒸汽，以保证发动机得以起动。（5）怠速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，只用以克服发动机的内部阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。汽油机怠速运转一般为300～700r/min，转速很低，化油器内空气流速也低，使得汽油雾化不良，与空气的混合也很不均匀。另一方面，节气门开度很小，吸入气缸内的可燃混合气量很少，同时又受到气缸内残余废气的冲淡作用，使混合气的燃烧速度↓↓，因而发动机动力不足。因此要求提供较浓的混合气α=0.6～0.8。（6）加速工况：发动机的加速是指负荷突然迅速增加的过程。要求混合气量要突增，并保证浓度不下降。当驾驶员猛踩踏板时，节气门开度突然加大，以期发动机功率迅速增大。在这种情况下，空气流量和流速以及喉管真空度均随之增大。汽油供油量，也有所增大。但由于汽油的惯性空气的惯性，汽油来不及足够地以喷口喷出，所以瞬时汽油流量的增加比空气的增加要小得多，致使混合气过稀。另外，在节气门急开时，进气管内压力骤然升高，同时由于冷空气来不及预热，使进气管内温度降低。不利于汽油的蒸发，致使汽油的蒸发量减少，造成混合气过稀。结果就会导致发动机不能实现立即加速，甚至有时还会发生熄火现象。为了改善这种情况，就应该采取强制方法。在化油器节气门突然开大时，强制多供油，额外增加供油量，及时使混合气加浓到足够的程度。结论：通过上述分析，可以看出①发动机的运转情况是复杂的，各种运转情况对可燃混合气的成分要求不同。②起动、怠速、全负荷、加速运转时，要求供给浓混合气α1。③中负荷运转时，随着节气门开度由小变大，要求供给由浓逐渐变稀的混合气α=0.9～1.14．理想化油器特性与简单化油器特性（图4-5、4-3）化油器的特性是指在一定转速下，α随喉管真空度变化而变化的规律。汽车正常行驶时，在大负荷、中负荷工况下，随着负荷的增加，化油器供给由浓逐渐变稀的混合气α↑，当进入大负荷范围内，混合气又由稀变浓，保证发动机发出最大功率。在一定转速下，发动机所要求的混合气成分随负荷变化的规律称为理想化油器特性。α∆Ph/kPa现在让我们看看简单化油器特性。节气门由小→大，混合气由稀变浓α↓怠速时也供给稀混合气，与理想化油器特性截然相反，这就与发动机实际工作的要求发生也矛盾，它只能满足汽油机的一种工况，而其它工况都不适应，因此，简单化油器在车用汽油机上不能使用。为了解决这一矛盾，在现代化油器结构上，采用了一系列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，以保证车用汽油机在各种工况下都能供给适当浓度的可燃混合气。第四节化油器的各工作系统主供油系统、怠速系统、加浓系统、加速系统、起动系统。1．主供油系统（图4-6）目的：在发动机从小负荷到大负荷时，使α随节气门开大而增大α↑，混合气由浓变稀，α由0.8→1.1原理：降低主量孔处真空度在主量孔和主喷管之间增设了通气管3和空气量孔口2.不工作时，通气管3内油面与主喷管4、浮子室6油面是等高的。小油门时，喉管真空度小，从主喷管喷出的油量较少，通气管内的油面下降不多。油门增大，喉管真空度↑，由于主量孔1比主喷管4的流通截面小，汽油来不及从浮子室向主喷管补充，通气管内的油面就很快降低直到被吸净为止。这时，空气通过空气量孔2流入通气管3，并与主量孔出来的汽油一道从主喷口喷出，并在喷出前，空气和汽油已形成气泡，有利于汽化。2．怠速系统（图4-7）目的：怠速时供给过浓混合气。结构上增设怠速喷孔，过渡喷孔，怠速量孔，怠速空气量孔，怠速