摩托車發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)

摩托車發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)第六章摩托車發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)12/14/20232化油器的功能和缺點

化油器的基本原理

12/14/20233化油器在提供燃油的同時，還對燃油進(jìn)行定量，以適應(yīng)發(fā)動機在不同工況（包括冷起動、暖機、怠速、部分負(fù)荷、加速、倒拖及全負(fù)荷等工況）下對空氣/燃油混合比的各種特殊要求?；推鞯墓δ馨▋蓚€方面：對燃油進(jìn)行加工，即使燃油霧化、汽化、擴(kuò)散并與空氣混合，形成混合氣；控制燃油定量，即控制空氣/燃油混合比（簡稱空燃比）。對于汽油燃料，1kg的燃料完全燃燒需要14.7kg的空氣，故將14.7定為汽油的理論當(dāng)量空燃比。化油器的功能12/14/20234λ=實際吸入的空氣質(zhì)量/(14.7*輸入的燃油質(zhì)量)=空燃比/14.7理論上，λ能表征混合氣完全燃燒后空氣過剩的程度（完全燃燒的程度）λ＞1，則空氣過剩，稱為稀混合氣λ＜1，則空氣不足，稱為濃混合氣

化油器能隨著發(fā)動機工況的變化自動調(diào)整λ，以滿足對混合氣的要求。但化油器在形成可燃混合氣的過程中存在一定的局限性。過量空氣系數(shù)12/14/20235化油器的缺點1、燃油霧化程度受空氣密度的影響

化油器可看作一個按速度型霧化器原理工作的霧化裝置，它主要依靠燃油和它周圍氣流之間的相對速度將燃油粉碎、霧化。對于汽油這種粘度很小的液體，可以利用下式計算氣流中形成的油液的最大半徑：rmax≈10a/（ρAω02）空氣密度的降低將使氣流中形成的油滴尺寸增大，即霧化情況惡化，所以車用汽油機在高原行駛時或航空汽油機在高空飛行時，由于空氣稀薄，霧化受到影響。12/14/20236化油器的缺點2、空燃比受空氣密度的影響

在發(fā)動機部分負(fù)荷下，化油器生成的混合氣空燃比與空氣密度的平方根成反比。所以，在航空發(fā)動機上隨著飛行高度的增加混合氣會變濃。汽車發(fā)動機在高原或在盛夏高溫季節(jié)行駛時也會出現(xiàn)同樣的問題。12/14/20237化油器的缺點3、多缸機混合氣分配不均勻各缸混合氣分配不均勻包括三個方面（1）各缸混合氣總量不一致；（2）各缸混合氣濃度不一致；（3）各缸混合氣中燃料組分不一致。各缸混合氣總量的不一致不是化油器造成的，各缸混合氣濃度不一致和燃料組分不一致的問題與化油器有關(guān)。

12/14/20238（1）在化油器之后的進(jìn)氣管中，燃油滴被空氣流加速，使兩者之間的相對速度ω0迅速減小，油滴的最大半徑值迅速增大，油滴呈合并的趨勢；（2）由于進(jìn)氣管流道的彎曲和氣缸的交替吸氣，流道中各點速度的大小和方向都不一樣，而且隨著時間的推移而急劇變化。已經(jīng)汽化的燃油和較細(xì)的油霧，比之霧化較差的油滴更快地加速和減速。于是，進(jìn)氣歧管中各處混合氣趨于不均勻；（3）化油器中已經(jīng)汽化的燃油會凝結(jié)在進(jìn)氣歧管壁上；多缸機混合氣分配不均勻的原因12/14/20239（4）較大的油滴會逐漸滯留在進(jìn)氣歧管壁上，特別是當(dāng)管壁粗糙、有毛刺，或從流體力學(xué)角度來看設(shè)計不當(dāng)時，情況更為嚴(yán)重。例如氣流急轉(zhuǎn)彎時混合氣中油滴就可能因離心慣性力而被甩出，落在管壁上，與凝結(jié)的燃油一起形成燃油膜，積聚成小股燃油流，在氣流的帶動下流往氣缸。這些油流只流入其中的一個或幾個氣缸，引起各缸混合氣濃度不一致；（5）在流往氣缸的過程中，油流中的易揮發(fā)組分可能比難揮發(fā)組分更多地汽化。所以流入氣缸的燃油流中難揮發(fā)組分濃度較高，造成各缸混合氣燃油組分不一致?；推髦荒苁苟喔讬C中的一個或少數(shù)幾個缸達(dá)到最佳空燃比，因而使整機的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等惡化。多缸機混合氣分配不均勻的原因12/14/202310化油器的缺點4、負(fù)荷變動造成附加的燃油耗和排放惡化由于化油器發(fā)動機的進(jìn)氣歧管壁上有燃油膜積聚。進(jìn)氣歧管的壓力高則燃油不易蒸發(fā)，油膜增厚。反之亦然。發(fā)動機負(fù)荷增大、節(jié)氣門開度增大時，由于進(jìn)氣歧管的壓力升高，混合氣中一部分燃油進(jìn)入油膜，使混合氣變稀。這一方面影響了發(fā)動機對變工況快速響應(yīng)的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在發(fā)動機負(fù)荷減小、節(jié)氣門開度減小時因為進(jìn)氣歧管的壓力降低而迅速蒸發(fā)，給進(jìn)入氣缸的混合氣增添了額外的燃油，使原本應(yīng)當(dāng)減少的燃油量反而增多，混合氣過濃，燃燒不完全，既增大了油耗，又惡化了排放。12/14/202311化油器的缺點5、體積效率較低化油器式發(fā)動機由于兩種原因使得體積效率降低。首先是因為喉管使流動損失增加，降低了吸氣流量。其次是因為化油器發(fā)動機中為了避免在進(jìn)氣歧管管壁上生成油膜而往往將進(jìn)氣歧管與排氣岐管置于同側(cè)，令排氣歧管加熱進(jìn)氣歧管（進(jìn)氣加熱），這樣一來降低了吸入氣缸的充量的密度，進(jìn)而降低體積效率。12/14/202312化油器的缺點6、化油器結(jié)冰化油器在工作過程中有兩個原因會造成降溫。燃油蒸發(fā)時吸收汽化潛熱喉管中流速升高，壓力和溫度下降燃油汽化速率主要取決于當(dāng)?shù)氐膲毫蜌饬魉俣?。凡是壓力低、氣流速度高的地方，只要有足夠的燃油便會因汽化而形成大的溫降?/p>

12/14/202313化油器的缺點7、浮子式化油器的工作受發(fā)動機姿勢的影響浮子式化油器喉管中的燃油噴嘴出口應(yīng)比浮于室中的油面高出一定高度方能正常工作。當(dāng)發(fā)動機姿勢偏離正常的工作位置時，化油器的工作會受到影響甚至漏油、起火。如果說在某些偏差不太大的場合，如汽車上、下坡時這種影響尚能接受的話，那么在航空發(fā)動機中當(dāng)飛機作不同的飛行動作時這種影響就不能不考慮了。浮于式化油器的構(gòu)造決定了它不能適應(yīng)飛機在豎直平面內(nèi)翻筋斗或作翻滾、大坡度爬升等飛行動作的要求。

12/14/202314化油器的缺點8、發(fā)動機倒拖影響排放和油耗

當(dāng)發(fā)動機被倒拖，即點火關(guān)閉、離合器接臺、變速箱掛上前進(jìn)檔，汽車因慣性而帶動發(fā)動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)，借此對汽車實施制動作用時，如不采取專門措施，則化油器依舊將燃油送入氣缸。這些燃油不經(jīng)燃燒便從發(fā)動機排出，既增加油耗，又污染環(huán)境。12/14/202315化油器的特性

化油器特性是指混合氣成分隨流經(jīng)化油器的空氣量或喉管真空度的變化關(guān)系。在汽油機運行時，各工況對混合比的要求是不同的。例如:汽油機在各種轉(zhuǎn)速下全負(fù)荷運行時，節(jié)氣門全開，化油器應(yīng)提供適當(dāng)加濃的功率混合氣?？杖急圈?12～14；當(dāng)汽油機按中等負(fù)荷運行即節(jié)氣門部分開度時，應(yīng)有最好的經(jīng)濟(jì)性，空燃比α=17左右；當(dāng)汽油機怠速運轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門接近全關(guān)，為保證穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，需供給更濃的混合氣，空燃比。α=10～12.4。理想化油器應(yīng)是能全面滿足上述各工況混合比特性要求的化油器。

12/14/202316一、理想化油器特性理想化油器特性在滿足最佳性能要求的前提下，混合氣成分隨負(fù)荷（或充氣流量）的變化關(guān)系如圖5-14所示。由圖可知，隨負(fù)荷增加，混合氣逐漸變稀，小負(fù)荷范圍內(nèi)變化較陡，中等負(fù)荷范圍內(nèi)曲線變化較平緩，當(dāng)接近滿負(fù)荷時，混合氣變濃。12/14/202317二、簡單化油器特性圖5-15為簡單化油器示意圖。它僅有一根由油量孔２控制的主噴管８，插在喉管截面最小處，由空氣流經(jīng)喉管時壓力下降所造成的真空度將燃油吸出。該處的真空度大小取決于喉管尺寸、發(fā)動機轉(zhuǎn)速和節(jié)氣門開度。若發(fā)動機用簡單化油器并運行怠速及小負(fù)荷時，混合氣太?。辉诖筘?fù)荷時混合氣過濃，其特性如圖5-16所示。簡單化油器特性與理想化油器特性差別很大，不能滿足使用要求。12/14/202318摩托車用化油器絕大多數(shù)為柱塞式可變喉管化油器拉線柱塞式（亦稱滑閥活塞式）

拉線柱塞式化油器是人力拉線帶動作為喉管一部分的柱塞，使柱塞作上、下移動而形成可變喉管（見下圖），同時也控制了進(jìn)入汽缸的混合氣數(shù)量以控制發(fā)動機的負(fù)荷。12/14/202319真空自動控制柱塞式（亦稱恒速式）是利用喉管真空度自動控制柱塞上下移動以改變喉管通過面積，使喉管真空度保持基本不變。12/14/202320圖６－９三種化油器喉管真空度比較

曲線1為固定式喉管真空度；曲線2為拉線柱塞式喉管真空度；曲線3為真空自動控制柱塞式喉管真空度12/14/202321三、理想化油器特性的實現(xiàn)

為使簡單化油器特性接近理想化油器特性，必須對簡單化油器進(jìn)行校正。

（一）主供油系的校正

由簡單化油器結(jié)構(gòu)可知，燃料流出量單純受喉管真空的限制。隨喉管真空度增加，燃料流量增加的速率超過空氣流量增加的速率，使混合氣變濃。不符合理想化油器特性，因而，應(yīng)采取抑制燃料流量的增長速率或增大空氣流量增長速率的措施。目前最廣泛采用的校正措施是滲入空氣法校正（補償）系統(tǒng)。此外，還有定流量化油器校正（補償）和可變喉管校正（補償）法。12/14/202322圖5-17為滲入空氣法校正的主供油系統(tǒng)。它在簡單化油器的基礎(chǔ)上，在主量孔1后的主油井3中插入了通空氣的泡沫管6,泡沫管上部有空氣量孔5限制空氣的流人，中下部有幾排與主油井相通的泡沫孔2。校正的原理是:當(dāng)化油器開始工作時，主噴口4處存在壓差，使油井中液面上升，油井里充滿燃油，而泡沫管中的液面下降，同時空氣自量孔5也進(jìn)人空氣室，同簡單化油器一樣，最初供油階段是混合氣逐漸變濃。隨著喉管真空度增大，泡沫管中液面繼續(xù)下降至露出第一排泡沫孔，空氣流入主油井3。在油井中與燃油混合，形成泡沫狀燃油從主管噴出，由于空氣滲入受空氣量孔限制，使主量孔處的壓力低于大氣壓力而高于喉管處壓力，降低了主量孔1處的真空度，也就降低了燃油的流速和流量，使混合氣變稀。相當(dāng)于降低了喉管真空度的簡單化油器工作情況，使化油器沿較小斜率的特性工作（圖5-18中曲線1）12/14/202323當(dāng)喉管真空度繼續(xù)增大，泡沫管液面進(jìn)一步下降并依次露出第二排、第三排泡沫管時，由于空氣的不斷滲入，主量孔處的真空度進(jìn)一步減小，使得隨喉管真空度的增大，燃油流量的增長速率小于空氣流量的增長速率，通過泡沫管的逐級作用，實現(xiàn)補償過程。分別得到圖5-18中曲線2、曲線3。采用空氣量孔及泡沫管的滲入空氣法，不僅可達(dá)到化油器校正的目的，而且它是以燃油混合狀態(tài)噴人喉管的，還可以促進(jìn)燃油的噴散與霧化。

通過主供油系的校正，化油器可在部分負(fù)荷情況符合要求。12/14/202324定流量化油器補償法可變喉管補償法在摩托車用可變喉管化油器上，都在柱塞上加裝一個帶錐度的油針，其錐部插入噴管中。圖6-26油針上升與主噴管出油口環(huán)形面積變化。

對主供油系統(tǒng)進(jìn)行反校正。12/14/202325（二）滿負(fù)荷加濃與怠速加濃

1、滿負(fù)荷加濃

發(fā)動機全負(fù)荷運行時，為獲得最大功率，化油器需要提供濃的功率混合氣，通常需要另設(shè)加濃系統(tǒng)，保證必要時加濃混合氣，為了滿足要求，在主量孔之后引入旁路加濃燃油，并通過主量孔一起噴入喉管，加濃量由加濃閥行程及加濃量孔控制。12/14/202326加濃裝置有兩類，一類是機械加濃裝置，它靠節(jié)氣門開度位置控制加濃裝置起作用。不論發(fā)動機在什么轉(zhuǎn)速下工作，均在接近滿負(fù)荷時才開始加濃，其開始作用點約在節(jié)氣門全開前10%左右。另一類是真空加濃裝置，它是當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速下降或節(jié)氣門開度加大，使進(jìn)氣管真空度減至某值后，開始實現(xiàn)加濃。圖5-19為節(jié)氣門開度、轉(zhuǎn)速與進(jìn)氣管真空度的關(guān)系，圖中示出了兩類加濃裝置起作用的時間。12/14/2023272.怠速加濃發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn)時，節(jié)氣門開度很小，節(jié)氣門之后的真空度很大，因此，設(shè)置在節(jié)氣門之后的怠速油孔可保證在怠速和小負(fù)荷時獲得所需的濃混合氣（圖5-20）12/14/202328為了保證怠速油系供油延長到節(jié)氣門較大的開度，使之與主油系更好地銜接，在怠速油孔之上還設(shè)有過度孔（圖5-21）在主供油系上設(shè)置加濃裝置和怠速油系以后，化油器便可按理想供油特性在穩(wěn)態(tài)工況下工作。12/14/202329（三）變工況下化油器的校正

當(dāng)發(fā)動機處于變工況（加速、減速、起動）下工作時，由于節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速的不斷變化，使化油器進(jìn)氣管壓力及溫度、進(jìn)氣管中燃料的汽化條件、混合氣數(shù)量及成分都會引起劇烈的變化，為保證發(fā)動機變工況下正常工作，化油器供給的混合氣成分應(yīng)能適應(yīng)這種變化。12/14/2023301.加速過程加速時，節(jié)氣門突然開大，油量增加滯后于空氣量增加，加之進(jìn)氣管真空度降低，燃料汽化條件變差，使混合氣成分瞬時變稀，發(fā)動機扭矩上升滯后，各點扭矩值較穩(wěn)定工況下降很多，如圖5-22所示，這將造成發(fā)動機動力性下降，可能會出現(xiàn)缺火與放炮。12/14/202331為此，設(shè)置加速泵向喉管額外供應(yīng)適量的加速油量。當(dāng)節(jié)氣門緩開時，加速泵下的燃油經(jīng)進(jìn)油閥返回浮子室，不起加濃作用（圖5-23）。12/14/2023322.起動過程起動時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速極低，流經(jīng)喉管的氣流速度較低，在主噴口處油不易吸出，加之進(jìn)氣管溫度較低，即使吸出油，油蒸氣蒸發(fā)量也很少，使發(fā)動機難以起動。為此，設(shè)置起動系統(tǒng)，供給更多的汽油使總的混合氣成分大大加濃，保證汽油機在低溫下著火。圖5-24所示為常用阻風(fēng)門裝置。

阻風(fēng)門設(shè)置在喉管之前，當(dāng)阻風(fēng)門關(guān)閉后，化油器的喉管，混合室均處于高真空度之下，使主油系、怠速油系、加速油系都可能供油，以滿足起動需要的混合氣濃度。12/14/202333四、化油器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對發(fā)動機性能的影響喉管直徑Dn主量孔尺寸油針錐度及粗細(xì)主噴嘴主空氣量孔柱塞切角高度主噴套舌12/14/202334五、汽油噴射系統(tǒng)理想供油特性

汽油噴射系統(tǒng)與化油器混合氣形成方式不同。其進(jìn)入氣缸的混合氣成分既取決于吸入空氣量，又取決于噴油泵噴射的燃料量，電子控制的汽油噴射系統(tǒng)以發(fā)動機轉(zhuǎn)速和空氣量為依據(jù)。由電子控制器接受轉(zhuǎn)速、空氣流量、節(jié)氣門開度、機器熱狀態(tài)及排氣含氧量等傳感器的信號，經(jīng)處理后將控制信號輸送至噴嘴，通過控制噴嘴啟閉時間長短改變供油量（即控制了混合氣的濃度），使噴油量兼顧到各種變化因素，可以做到隨負(fù)荷變化按理想混合比供油。12/14/202335化油器和電控汽油噴射在混合氣形成方式的優(yōu)缺點的比較

1）汽油噴射系統(tǒng)用電腦控制，通電時間計算準(zhǔn)確，并在油量計量中進(jìn)行包括空氣流量、轉(zhuǎn)速在內(nèi)的多因素修正，提高了油量計量與控制的精度。2）供油系統(tǒng)采用正壓力輸送及噴射，霧化質(zhì)量好，改善了燃燒過程，有利于提高整機經(jīng)濟(jì)性。3）電控技術(shù)的應(yīng)用有利于改養(yǎng)瞬態(tài)響應(yīng)性能，實現(xiàn)反饋控制，這對改善整機加速性能及排放性能都是有利的。4）采用多點順序噴射，改善了各缸分配的均勻性，避免燃油在進(jìn)氣管中沉積。5）取消了化油器喉管，提高了充氣效率，有利于改善整機動力性。12/14/202336（七）汽油機的燃燒室

一、燃燒室設(shè)計原則

汽油機燃燒室的設(shè)計對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟(jì)性、工作穩(wěn)定性及排放特性有很大影響，為此，燃燒室的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求。

（一）結(jié)構(gòu)盡量緊湊

用燃燒室的面容比—燃燒室表面積與其容積之比來表征燃燒室的緊湊性。面容比小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒可在短時間內(nèi)完成、使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機壓縮比。同時，由于單位體積的表面積較小，相對散熱面積小，熱損失減小，發(fā)動機熱效率高，面容比小，使缸壁激冷區(qū)減小，hc排放量減少。燃燒室面容比大小取決于氣缸直徑與然燒室的形狀，在采用小燃燒室情況下，為減少單位體積的表面積，多用半球形燃燒室。12/14/202337（二）火花塞位置適當(dāng)

火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機的工作性能，為此，確定火花塞位置時，應(yīng)考慮以下幾個方面：

1）應(yīng)使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，如火花塞布置在燃燒室中央。

2）使末端氣體受熱減少，如火花塞布置在排氣門附近。

3）減少各循環(huán)之間的燃燒變動，保證暖機和低速穩(wěn)定性好，如火花塞布置在進(jìn)、排氣門之間，便于利用新鮮混合氣掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃，同時應(yīng)控制氣流的強度，避免吹散火花。

4）確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，火花塞的位置應(yīng)能使從火花塞傳播開的火焰面逐漸擴(kuò)大。12/14/202338（三）燃燒室形狀合理分布

燃燒室的容積分布情況反映了混合氣體的分布情況。與火花塞位置相配合，決定了燃燒的放熱規(guī)律、壓力上升速度及工作穩(wěn)定性等，用不同形狀的燃燒室試驗結(jié)果如圖5-25所示。當(dāng)圓鏈形燃燒室在其底部點火時，燃燒速率先快后慢，楔形燃燒室與此類似，在圓鏈形燃燒室頂部點火時，燃燒速率先慢后快，圓柱形的情況介于兩者之間，浴盆形燃燒室與此類似。

總之，燃燒室的容積分布應(yīng)配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補燃鉸小，具有高的熱效率。12/14/202339（四）具有高的充氣效率進(jìn)氣口、進(jìn)氣道的布置盡量減小進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣充量。燃燒室的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進(jìn)氣門直徑，如果楔形燃燒室可安排直徑較大的進(jìn)氣門，混合氣流經(jīng)處應(yīng)盡量光滑、轉(zhuǎn)彎少，圖5-26為半球形和斜浴盆形燃燒室充量系數(shù)的比較。半球形燃燒室的進(jìn)氣通道彎道少，且燃燒室弓高稍高（斜面積大）利于布置較大面積的進(jìn)排氣門，因此性能好，充量效率高。12/14/202340（五）形成適當(dāng)?shù)奈闪鬟\動燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強度的氣體流動可以加快火焰?zhèn)鞑?增加末端混合氣的冷卻；減少循環(huán)間燃燒變動，擴(kuò)大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣;減少hc排放量，但紊流過強，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使hc排放增多。圖5-27所示為紊流適宜和紊流過強時燃燒壓力變化的比較?？梢姡闪鬟^強時，即使點火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。實踐證明，紊流強度使壓力升高率為196-245(千帕/度）時，發(fā)動機熱效率最高。12/14/202341汽油機產(chǎn)生紊流的方法有進(jìn)氣渦流和擠流兩種。

1進(jìn)氣渦流

進(jìn)氣渦流是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動，由于進(jìn)氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高了燃燒速率，使熱效率提高。圖5-28所示為天津7100轎車用發(fā)動機組織進(jìn)氣渦流的實例。組織進(jìn)氣渦流的同時會使進(jìn)氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負(fù)荷時難以獲得良好的進(jìn)氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進(jìn)氣擠流。12/14/2023422擠流

擠流是當(dāng)活塞接近壓縮行