汽车维修与发动机构造——第四章 发动机的燃油系统.pdf

第四章第四章 发动机的燃油系统发动机的燃油系统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。第一节第一节 汽油及其使用性能汽油及其使用性能汽油是汽油机的燃料。汽油是石油制品，它是多种烃的混合物，其主要化学成分是碳(C)和氢(H)。汽油使用性能的好坏对发动机的动力性、经济性、可靠性和使用寿命都有很大的影响。因此，车用汽油需要满足许多要求。第二节第二节 化油器式发动机燃油系统化油器式发动机燃油系统一、燃油系统的功用及组成燃油系统的功用是根据发动机运转工况的需要，向发动机供给一定数量的、清洁的、雾化良好的汽油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气。同时，燃油系统还需要储存相当数量的汽油，以保证汽车有相当远的续驶里程。化油器式发动机燃油系统中最重要的部件是化油器，它是实现燃油系统功用、完成可燃混合气配制的主要装置。此外，燃油系统还包括汽油箱、汽油滤清器、汽油泵、油气分离器、油管和燃油表等辅助装置。二、可燃混合气的形成过程汽车发动机的可燃混合气形成时间很短，从进气过程开始算起到压缩过程结束为止，总共也只有 0.010.02s 的时间。要在这样短的时间内形成均匀的可燃混合气，关键在于汽油的雾化和蒸发。所谓雾化就是将汽油分散成细小的油滴或油雾。良好的雾化可以大大增加汽油的蒸发表面积，从而提高汽油的蒸发速度。另外，混合气中汽油与空气的比例应符合发动机运转工况的需要。因此，混合气形成过程就是汽油雾化、蒸发以及与空气配比和混合的过程。三、发动机运转工况对可燃混合气成分的要求(一)可燃混合气成分的表示法可燃混合气中空气与燃油的比例称为可燃混合气成分或可燃混合气浓度，通常用过量空气系数和空燃比表示。1.过量空气系数燃烧1kg燃油实际供给的空气质量与完全燃烧1kg燃油的化学计量空气质量之比为过量空气系数，记作a。即a=1 的可燃混合气称为理论混合气；a1 的称为浓混合气；a1 的则称为稀混合气。2.空燃比可燃混合气中空气质量与燃油质量之比为空燃比，记作 。即按照化学反应方程式的当量关系，可求出 1kg 汽油完全燃烧所需空气质量即化学计量空气质量约为 14.8kg。显然，=14.8 的可燃混合气为理论混合气；14.8 的为浓混合气；14.8 的为稀混合气。空燃比=14.8 称为理论空燃比或化学计量空燃比。(二)发动机运转工况对可燃混合气成分的要求及化油器特性随着汽车行驶速度和牵引功率的不断变化，汽车发动机的转速和负荷也在很大范围内频繁变动。为适应发动机工况的这种变化，可燃混合气成分应该随发动机转速和负荷作相应的调整。1.冷起动发动机在冷起动时，因温度低汽油不容易蒸发汽化，再加上起动时转速低(50100r/min)，空气流过化油器的速度很低，汽油雾化不良，致使进入气缸的混合气中汽油蒸气太少，混合气过稀，不能着火燃烧。为使发动机能够顺利起动，要求化油器供给 a 约为0.20.6 的浓混合气，以使进入气缸的混合气在火焰传播界限之内。2.怠速怠速是指发动机对外无功率输出的工况。这时可燃混合气燃烧后对活塞所作的功全部用来克服发动机内部的阻力，使发动机以低转速稳定运转。目前，汽油机的怠速转速为700900r/min。在怠速工况，节气门接近关闭，吸入气缸内的混合气数量很少。在这种情况下气缸内的残余废气量相对增多，混合气被废气严重稀释，使燃烧速度减慢甚至熄火。为此要求供给 a0.60.8 的浓混合气，以补偿废气的稀释作用。3.小负荷小负荷工况时，节气门开度在 25以内。随着进入气缸内的混合气数量的增多，汽油雾化和蒸发的条件有所改善，残余废气对混合气的稀释作用相对减弱。因此，应该供给 a0.70.9 的混合气。虽然，比怠速工况供给的混合气稍稀，但仍为浓混合气，这是为了保证汽油机小负荷工况的稳定性。4.中等负荷中等负荷工况节气门的开度在 2585范围内。汽车发动机大部分时间在中等负荷下工作，因此应该供给 a1.051.15 的经济混合气，以保证发动机有较好的燃油经济性。从小负荷到中等负荷，随着负荷的增加，节气门逐渐开大，混合气逐渐变稀。5.大负荷和全负荷发动机在大负荷或全负荷工作时，节气门接近或达到全开位置。这时需要发动机发出最大功率以克服较大的外界阻力或加速行驶。为此应该供给 a0.850.95 的功率混合气。从中等负荷转入大负荷时，混合气由经济混合比加浓到功率混合比。6.加速汽车在行驶过程中，有时需要在短时间内迅速提高车速。为此，驾驶员要猛踩加速踏板，使节气门突然开大，以期迅速增加发动机功率。这时虽然空气流量迅速增加，但是由于汽油的密度比空气密度大得多，即汽油的流动惯性远大于空气的流动惯性，致使汽油流量的增加比空气流量的增加滞后一段时间。另外，节气门开大，进气歧管的压力增加，不利于汽油的蒸发汽化。因此，在节气门突然开大时，将会出现混合气瞬时变稀的现象。这不仅不能使发动机功率增加、汽车加速，反而有可能造成发动机熄火。为了避免发生此种现象，保证汽车有良好的加速性能，在节气门突然开大空气流量迅速增加的同时，由化油器中附设的特殊装置瞬时快速地供给一定数量的汽油，使变稀的混合气得到重新加浓。综上所述，对于经常在中等负荷下工作的汽车发动机，为了保持其正常的运转，从小负荷到中等负荷要求化油器能随着负荷的增加，供给由浓逐渐变稀的混合气，直到供给经济混合气，以保证发动机工作的经济性。从大负荷到全负荷阶段，又要求混合气由稀变浓，最后加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率。满足上述要求的化油器特性称为理想化油器特性，即为理想化油器特性。四、现代化油器的基本结构及附加装置化油器的功用是在发动机任何转速、任何负荷、任何大气状况下，向发动机供给一定数量且成分符合发动机工况要求的可燃混合气。借助化油器的各工作系统及一些附加装置来实现这一功能。(一)基本结构1.浮子系统浮子系统是存储汽油并使浮子室内的油面保持恒定的装置。它由浮子室、浮子和进油针阀等组成。2.怠速系统怠速系统的功用是向在怠速工况工作的发动机供给浓混合气。发动机在怠速时，转速很低，节气门接近关闭，流过化油器喉管的空气量很少，流速也很低。这时喉管真空度很小，不足以将汽油从主喷管吸出。因此，发动机在怠速工况工作时须由另外设置的怠速系统供油。3.主供油系统主供油系统的功用是在怠速以外的所有工况都起供油作用。在发动机从小负荷到大负荷时，使 随节气门开大而增大，混合气由浓变稀，由 0.81.1 其原理是降低主量孔处真空度。4.主供油系统与怠速系统的相互作用从主量孔后吸油的怠速系统称非独立怠速系统，而把直接从浮子室吸油的怠速系统称为独立怠速系统。在非独立系统中，由于主供油系统与怠速系统的油路相通，因此，一个系统将对另一个系统的工作产生影响。影响之一是延迟了主供油系统开始供油的时刻，因为在怠速系统供油时，主供油系统油井中的汽油由于流向怠速系统而使油井中的液面下降。在主供油系统供油之前，只有在较大的节气门开度或较大的喉管真空度下，才能使油井中的液面回升，所以主供油系统的供油时间因此而迟后。第二个影响是当节气门开度足够大或喉管真空度足够大时，怠速油道中的汽油流向主供油系统。在怠速油道中的汽油被吸空之后，空气经怠速空气量孔、怠速喷口和过渡喷口进入油井和主喷管。这一现象称为怠速反流。当发生怠速反流时，由于进一步降低了主量孔后的真空度，使主供油系统供油量减少，造成混合气过稀。5.加浓系统当发动机由中等负荷转入大负荷或全负荷工作时，通过加浓系统额外地供给部分燃油，使混合气由经济混合气加浓到功率混合气，以保证发动机发出最大功率，满足理想化油器特性在大负荷段的加浓要求。加浓系统按其控制方法的不同分为机械式和真空式两种。6.加速系统加速系统又称加速泵。其功用是当节气门急速开大时将一定数量的汽油一次喷入喉管，维持一定的混合气成分，以满足汽车加速的需要。加速泵有活塞式和膜片式两种。活塞式加速泵因为结构简单、传动容易而应用较广泛。7.起动系起动系统的功用是在发动机冷起动时，供给足够多的汽油，以使进入气缸内的混合气中有充足的汽油蒸气，保证其成分在火焰传播界限之内，实现发动机的顺利起动。最常用的起动系统是在化油器入口处装设一个阻风门。起动时，将阻风门关闭，并使节气门处于小开度位置。当发动机被起动机拖转时，在阻风门后方产生极大的真空度，使主供油系统和怠速系统同时供油，这时通过阻风门边缘的缝隙流入的空气量很少，致使混合气极浓。(二)附加装置化油器在降低汽车尾气中有害排放物方面起着重要的作用。为了适应日益严格的排放法规，一方面要提高化油器的制造精度，以实现对混合气成分的精确调整和控制；另一方面则需在化油器上加装附加装置，以减少在变工况时有害物质的排放量。1.怠速截止电磁阀将怠速转速提高之后，通常使用较稀的怠速混合气并推迟点火时刻。这项措施有效地减少了 CO、HC 和 NOx 的排放量，但却提高了发动机的温度，使表面点火倾向增加。所谓表面点火是一种不正常燃烧现象，这里是指在关闭了点火开关之后，燃烧室内的炽热表面将气缸内的混合气点燃，使发动机不能停转。不过，这种现象可能只在部分气缸内发生，也可能在同一气缸内间断地发生，这就使 HC 的排放量不但不会减少反而急剧增加，而且还将引起发动机振动和噪声。2.强制怠速截止电磁阀汽车下坡或滑行时，节气门接近关闭，发动机被汽车传动系拖动高速运转，这种工况称为强制怠速。在强制怠速工况，节气门后的真空度很大，汽油及管壁上的油膜蒸发较快，致使混合气成分较浓。另外，由于进气歧管真空度高，在进排气门重叠时期部分废气被吸入进气歧管，并随新鲜混合气一起进入气缸，造成气缸内残余废气量增多，致使燃烧缓慢。以上两个因素使强制怠速工况的CO 和 HC 排放量增加。为了改善强制怠速工况的排放性，同时也为了节油的需要，通常采用主量孔截止电磁阀和进油管截止电磁阀，同时切断主量孔和进油管的供油。3.热怠速补偿阀在炎热季节，当汽车由高速行驶转为低速行驶时，发动机罩下的温度上升，化油器周围的温度很高，浮子室内的汽油大量蒸发。汽油蒸气经浮子室平衡管进入进气管，使混合气过浓，造成燃烧不完全，CO 的排放量增加。如果汽车在大负荷高速行驶后停车，则大量汽油蒸气充塞进气管，再起动时，吸入气缸的几乎都是汽油蒸发，造成发动机热起动困难。4.节气门缓冲器当汽车急减速时，驾驶员急松加速踏板，节气门迅速关闭到怠速位置。这时，发动机在汽车传动系的拖动下仍保持着较高的转速，因而使节气门后的真空度急剧增大，致使混合气过浓，甚至超出火焰传播界限而不能着火燃烧，导致排气中HC 的含量增加。为此在化油器上装置节气门缓冲器，以改善汽车急减速时的排放性。五、辅助装置(一)汽油箱汽油箱的功用是储存汽油。其数目、容量、形状及安装位置均随车型而异。汽油箱的容量应使汽车的续驶里程达 300600km。汽油箱由钢板或塑料制造。在汽油箱上还装有油面指示表传感器、出油开关和放油螺塞等。汽油箱内通常有挡油板，为的是减轻汽车行驶时汽油的振荡。(二)汽油滤清器汽油从汽油箱进入汽油泵之前，先经过汽油滤清器除去其中的杂质和水分，以减少汽油泵和化油器等部件的故障。滤芯多用多孔陶瓷或微孔滤纸制造。陶瓷滤芯结构简单，不消耗金属，滤清效果较好，但滤芯不易清洗干净，使用寿命短。纸质滤芯滤清效果好，结果简单，使用方便。现代轿车发动机多采用一次性使用、不可拆式纸质滤芯汽油滤清器，一般每行驶30000km 整体更换一次。(三)汽油泵汽油泵的功用是将汽油从汽油箱吸出，经油管和汽油滤清器泵入化油器浮子室。汽车上采用的汽油泵有机械驱动式和电动式两种。1.机械驱动式汽油泵机械驱动式汽油泵由发动机配气机构凸轮轴或中间轴上的偏心轮驱动。不同型号的汽油泵，其结构和工作原理基本相同。2.电动式汽油泵电动汽油泵的优点是安装位置不受发动机结构的限制，可以安装在远离机体、排气管等高温机件而且通风良好的地方，这有利于降低油管中汽油的温度，减小产生汽阻的可能性。电动汽油泵可以在发动机起动前先行工作，使化油器和管路中充满汽油，以利发动机起动。在汽车下坡滑行时，可以将电动汽油泵电路开关断开，停止向化油器供油，有利于节油。思考题1.何谓汽油的抗爆性?汽油的抗爆性用何种参数评价?汽油的牌号与其抗爆性有何关系?2.汽车发动机运行工况对混合气成分有何要求?3.何谓化油器特性?何谓理想化油器特性?它有何实际意义?