汽油機燃料供給系的組成和工作原理

PAGE第4頁共8頁授課日期年月日第周課時教學內(nèi)容汽油機燃料供給系的組成和工作原理教學目標掌握汽油機燃料供給系的功用和組成教學重點與難點汽油機燃料供給系的功用和組成教學方法與教具多媒體板書設計第一節(jié)汽油機燃料供給系的組成和工作原理一、汽油機燃料供給系的功用與組成汽油機所用的燃料主要是汽油。汽油在氣缸外必須先噴散成霧狀并蒸發(fā)，按一定的比例與空氣均勻混合，然后進入氣缸燃燒。這種按一定比例混合的汽油與空氣混合物，稱為可燃混合氣?？扇蓟旌蠚庵腥剂虾康亩嗌俜Q為可燃混合氣的濃度。汽油機燃料供給系的作用是：根據(jù)發(fā)動機不同工況的要求，配制一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供人氣缸，并在燃燒作功后，將燃燒產(chǎn)生的廢氣排至大氣中。一般汽油機燃料供給系由下列裝置組成：（1）燃料供給裝置。包括汽油箱、汽油濾清器、汽油泵和油管，用以完成汽油的貯存、輸送及濾清的任務。（2）空氣供給裝置。即空氣濾清器，一些轎車發(fā)動機上還裝有進氣預熱和消聲裝置。（3）可燃混合氣形成裝置。即化油器。（4）可燃混合氣供給和廢氣排出裝置。包括進氣管、排氣管和排氣消聲器。汽油機燃料供給系的基本工作過程為：汽油在汽油泵的泵吸作用下，從汽油箱經(jīng)油管、汽油濾清器、汽油泵將汽油泵火化油器中?？諝鈩t經(jīng)空氣濾清器濾去所含灰塵后，進人化油器。在氣缸吸氣氣流的作用下，汽油從化油器中噴出，與空氣混合開始霧化，經(jīng)進氣管進一步蒸發(fā)，初步形成可燃混合氣，進入各個氣缸。混合氣燃燒后產(chǎn)生的廢氣，經(jīng)排氣管與排氣消聲器被排。為了檢查油箱內(nèi)的汽油量，還裝有汽油油量指示表。如何根據(jù)發(fā)動機工作的要求配制出不同濃度、不同數(shù)量的可燃混合氣。是汽油機燃料供給系所要解決的主要問題，而化油器是其中的關鍵部件。教學后記學生對新技術的求知度很高，以后可以在授課中插入些相關的發(fā)動機新知識，提高學生的課堂積極性。教學過程（新課導入）：隨著社會生產(chǎn)力的不斷提高，高新技術在汽車發(fā)動機上也運用得越來越廣泛。在現(xiàn)有的直列氣缸的基礎上改進成V型氣缸排列的發(fā)動機逐漸成為主流，它的結構和工作循環(huán)更加緊湊和復雜。本次課主要學習的內(nèi)容是曲軸連桿機構的新型結構和檢修特點以及汽油機燃料供給系的組成和工作原理。（講授新課）：第一節(jié)汽油機燃料供給系的組成和工作原理一、汽油機燃料供給系的功用與組成汽油機所用的燃料主要是汽油。汽油在氣缸外必須先噴散成霧狀并蒸發(fā)，按一定的比例與空氣均勻混合，然后進入氣缸燃燒。這種按一定比例混合的汽油與空氣混合物，稱為可燃混合氣?？扇蓟旌蠚庵腥剂虾康亩嗌俜Q為可燃混合氣的濃度。汽油機燃料供給系的作用是：根據(jù)發(fā)動機不同工況的要求，配制一定數(shù)量和濃度的可燃混合氣，供人氣缸，并在燃燒作功后，將燃燒產(chǎn)生的廢氣排至大氣中。一般汽油機燃料供給系由下列裝置組成：（1）燃料供給裝置。包括汽油箱、汽油濾清器、汽油泵和油管，用以完成汽油的貯存、輸送及濾清的任務。（2）空氣供給裝置。即空氣濾清器，一些轎車發(fā)動機上還裝有進氣預熱和消聲裝置。（3）可燃混合氣形成裝置。即化油器。（4）可燃混合氣供給和廢氣排出裝置。包括進氣管、排氣管和排氣消聲器。汽油機燃料供給系的基本工作過程為：汽油在汽油泵的泵吸作用下，從汽油箱經(jīng)油管、濟性。汽油機的正常燃燒過程包括著火和燃燒兩部分。汽油和空氣形成的可燃混合氣必須經(jīng)過著火階段才能進行燃燒。所謂著火，是指混合氣的氧化反應加速、溫度提高，以致引起空間共一位置最終在某個時刻有火焰出現(xiàn)的過程。汽油機采用電火花點火的方式使可燃混合氣著火。在電火花點火之前，進入氣缸的混合氣受到缸壁和殘余廢氣的加熱，被壓縮后其壓力和溫度升高，共產(chǎn)生緩慢的分解和氧化，處于容易著火的狀態(tài)。電火花跳過后，靠其能量，使火花附近的混合氣溫度進一步升高，引起該部分的混合氣電離，形成活化中心，其結果是氧化反應自動加快。當反應進行到一定程度，就會在火花塞電極間原處的混合氣內(nèi)出現(xiàn)明顯發(fā)熱發(fā)光的小區(qū)域，即火焰中心。為了使火花所產(chǎn)生的火焰成日起來，并使火焰?zhèn)鞑グl(fā)展，火花點火放出的熱量必須大于向四周混合氣的散熱量，否則，火焰不能傳播而自行熄滅。電火花點燃均勻混合的可燃混合氣，形成火焰中心后，火焰按一定的速率（一般為30m／S～60m／S）朝整個燃燒室呈球面狀向外傳播，燃燒室內(nèi)有明顯的火焰前鋒向前推進，使未燃混合氣受到壓縮和熱輻射，壓力、溫度急劇上升，當火焰前鋒到達時將其點燃，直到燃燒完畢。這種燃燒稱為正常燃燒過程。為分析燃燒過程進行的情況，通常借助于燃燒過程展開示功圖。圖中實線表示點火后氣缸壓力變化的情況，虛線表示不點火時的情況。根據(jù)壓力變化的特征，可將燃燒過程分為三個階段：（1）看火延遲期（2）急燃期（3）補燃期（1）看火延遲期。從電火花跳火（點1）到火焰中心形成（點2），這段時期稱為著火延遲期。電火花在上止點前θ角(點火提前角)跳火以后，混合氣中并不立即出現(xiàn)火焰，而是經(jīng)過一個連續(xù)的化學反應加速的過程，在某一處混合氣著火，形成火焰中心。著火延遲期與下列因素有關：①燃料本身的分子結構和物理化學性質。燃料的著火溫度及其熱穩(wěn)定性越低，則著火延遲期越短。②壓縮終點混合氣的溫度和壓力。壓縮比越大，點火開始時氣缸內(nèi)壓力、溫度越高，著火延遲期越短。③混合氣成分。試驗表明汽油與空氣的混合氣在α=0．8－0．9時，著火延遲期最短。④氣缸內(nèi)殘余廢氣增多，著火延遲期延長。⑤電火花能量。提高放電功率更能縮短著火延遲期。（2）急燃期。從火焰中心形成（點2）至火焰?zhèn)鞑サ秸麄€燃燒室，氣缸內(nèi)壓力達最大值（點3），這段時期稱為急燃期，也稱火焰?zhèn)鞑テ凇Ｔ诨鹧嬷行男纬珊?，由火焰層（即火焰前鋒）開始層層向四周末燃混合氣傳播，氣缸內(nèi)壓力迅速上升（實線從點2開始脫離純壓縮線上升），不久達到最大值（點3）。這時，火焰擴展到整個燃燒室，絕大部分混合氣燃燒完畢，實現(xiàn)化學能與熱能的轉換，它是燃燒過程的主要階段。（3）補燃期。從最高燃燒壓力（點3）到燃料基本上燃燒完全，稱為補燃期。由于混合氣中燃料與空氣混合不勻，有少部分燃料在急燃期內(nèi)未完全燃燒，以及高溫分解的燃燒產(chǎn)物（HC、CO）重新氧化放熱而形成補燃期。補燃產(chǎn)生在活塞遠離上止點，燃燒室容積已明顯增大的情況下，產(chǎn)生的熱量不能有效地轉變?yōu)闄C械能，還使排氣溫度上升，熱效率下降。因此，應盡量減少補燃。2、油機的不正常燃燒汽油機的不正常燃燒，包括爆震燃燒(簡稱：爆燃)和表面點火。l）爆震燃燒（簡稱：爆燃）汽油機的爆燃是燃燒室內(nèi)末端（相對于火花塞的位置而言）混合氣在火焰前鋒面尚未到達之前產(chǎn)生的自燃現(xiàn)象。氣缸內(nèi)火焰?zhèn)鞑サ倪^程中，處在最后位置上的那部分未燃混合氣，在壓縮終點溫度To的基礎上，進一步受到壓縮和熱輻射的作用，促使先期反應加速進行。如果在火焰前鋒面尚未到達之前，未燃混合氣已達到自燃的條件，則在其內(nèi)部最適宜發(fā)火的部位產(chǎn)生一個或數(shù)個火焰中心，引發(fā)爆炸式的燃燒反應，伴隨著爆燃的發(fā)生，可聽到發(fā)出尖銳的類似金屬的敲擊聲。當僅有輕微爆燃發(fā)生（例如汽車加速行駛和上坡）時，火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?00m／S～100m／S，可縮短燃燒過程，膨脹功得到充分利用，功率和熱效率都有所提高，這是允許的。當發(fā)生劇烈爆燃時，自燃形成的火焰中心傳播速度高達1000m／S以上，使末端混合氣在瞬間燃燒，氣體的容積來不及膨脹，造成燃燒室局部溫度和壓力急劇上升，產(chǎn)生3kHz以上的高頻壓力波，以超音速向周圍傳播，撞擊燃燒室壁而發(fā)出類似金屬的敲擊聲。由于產(chǎn)生高頻壓力波，破壞了燃燒室壁的激冷層（該層起著隔熱膜的作用），導致散熱量增大，冷卻系過熱，各受熱部位的溫度過高，會引起活塞燒結、活塞環(huán)粘著、軸承損壞和氣門燒蝕等。此外，由于局部溫度高達4273k以上，燃燒產(chǎn)物更易分解為CO、H2、O2及游離碳，游離碳因不能再燃燒而隨廢氣排出，形成排氣冒黑煙現(xiàn)象。而CO、H2、O2等在膨脹過程中再燃燒，使補燃增加，排氣溫度上升，發(fā)動機過熱，功率和熱效率均下降，耗油率增加。有實驗表明，嚴重爆燃時發(fā)動機的磨損比正常燃燒時大27倍，這是一種危害較大的燃燒現(xiàn)象。據(jù)以上分析可知，任何促進末端混合氣溫度升高的因素（如增大壓縮比、進氣溫度高等），任何縮短末端混合氣反應時間的因素，或點火過早時，由于上止點附近的壓力升高率增大，使末端混合氣的壓縮壓力上升，都將促使爆燃更容易發(fā)生。因此，發(fā)動機在設計和使用中，都采取各種措施來防止爆燃的發(fā)生。汽油的品質對產(chǎn)生爆燃有很大影響。燃用抗爆性強的汽油可以避免爆燃的產(chǎn)生（如裂化汽油具有較好的抗爆性）；在汽油中加入少量抗爆添加劑（如四乙鉛抗爆劑，但因有毒已禁止使用），可提高汽油的辛烷值，使其抗爆性增強2)表面點火在火花點火式發(fā)動機中，凡是不依靠電火花點火，而是由于熾熱表面（如排氣門頭部、過熱的火花塞絕緣體、電極與熾熱的積炭等）點燃混合氣而引起的不正常燃燒現(xiàn)象，稱為表面點火。它可分為以下兩種：（1）非爆燃性表面點火。產(chǎn)生在正常火花點火之后的稱為后火，產(chǎn)生在正常火花點火之前的稱為早火。①后火。當熾熱點的溫度比較低時，電火花點燃混合氣后，在火焰?zhèn)鞑サ倪^程中，熾熱點點燃其余混合氣，但此時形成的火焰前鋒仍以正常的速度傳播，稱為后火。這種現(xiàn)象可以在發(fā)動機斷火后被發(fā)現(xiàn)，這時發(fā)動機仍像有電火花點火一樣，繼續(xù)運轉，直到熾熱點溫度下降以后，發(fā)動機才停車。后火現(xiàn)象對發(fā)動機影響不大。②早火。當熾熱點溫度比較高時，常常在電火花正常點火之前，熾熱點就點燃混合氣，稱為早火。由于混合氣在進氣及壓縮行程中已長時間受到熾熱表面的加熱，故早火點燃的區(qū)域也比較大，一經(jīng)著火，火焰的傳播速度就較高，壓力升高率也較大，使壓縮行程末期的負功很大，這就導致功率損失和向氣缸壁的散熱增加，又進一步促使熾熱點的溫度升高，更早點燃混合氣。這樣，在單缸汽油機上的早火，往往導致停車。在多缸汽油機上，一個氣缸的早火，雖不致于停車，但由于壓縮行程未期的高溫、高壓往往是引起活塞連桿組機械損傷事故，以及氣門?；鸹ㄈ⒒钊攘慵^熱的原因。非爆燃性的表面點火，一般是在發(fā)動機以高轉速、高負荷長時間運轉之后，火花塞的絕緣體、電極和排氣門高溫所引起的。（2）爆燃性表面點火。它是由燃燒室沉積物引起的多點點燃的早火現(xiàn)象，是一種危害性最大的表面點火現(xiàn)象。表面點火與爆燃是兩種完全不同的不正常燃燒現(xiàn)象。爆燃是在電火花點火之后，混合氣未燃部分的自燃現(xiàn)象；而表面點火則是熾熱物點燃混合氣所致。但兩者之間存在著相互促進的內(nèi)在關系：強烈的爆燃必然增加向氣缸壁的傳熱，促成燃燒室熾熱點的形成，導致表面點火；早火又使氣缸壓力升高率和最高燃燒壓力增大，使未燃混合氣受到較大的壓縮和傳熱，促使爆燃產(chǎn)生。為避免表面點火現(xiàn)象的產(chǎn)生，可采取以下防范措施：避免長時間的小負荷運轉，以及汽車頻繁的減速和加速行駛；在汽油中加磷添加劑，可使沉積物減少，使炭的著火溫度提高；注意清除燃燒室積炭和冷卻水道內(nèi)的水垢，保持燃燒室及排氣門座附近的水道暢通，以確保冷卻效果，使燃燒室壁面溫度不致過高。3、燃混合氣濃度對燃燒過程和發(fā)動機性能的影響可燃混合氣的濃度對燃燒過程以及發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性有很大影響。（1）理論混合氣（α＝l）。它是理論上推算的完全燃燒的混合氣濃度。實際上，由于時間和空間條件的限制，汽油不可能及時與空氣絕對均勻混合，實現(xiàn)完全燃燒。（2）稀混合氣（α＞1）。它可以保證所有的汽油分子獲得足夠的空氣而實現(xiàn)完全燃燒，因而經(jīng)濟性好。故稱為經(jīng)濟混合氣。常用經(jīng)濟混合氣α值多在1．05～1．15范圍內(nèi)。若混合氣過稀(α＞1．15)，因空氣量過多，燃燒速度減慢，熱量損失加大，將導致發(fā)動機過熱、動力性和經(jīng)濟性變差，化油器發(fā)生回火等不正?，F(xiàn)象。當混合氣稀到α＝1．3～1．4時火焰無法傳播，稱為火焰?zhèn)鞑ハ孪蕖＃?）濃混合氣（α＜1＝。由于汽油分子相對較多，混合氣燃燒速度快、壓力大、熱損失小，發(fā)動機輸出功率大，因此稱其為功率混合氣，其α值多在0．85～0．95范圍內(nèi)。功率混合氣中空氣相對較少，不能完全燃燒，因此經(jīng)濟性較差。若混合氣過濃(α＜0．8＝，則燃燒很不完全，產(chǎn)生大量的CO，并在高溫高壓的作用下析出游離的碳，導致發(fā)動機排氣冒黑煙、放炮、燃燒室積炭、動力性和經(jīng)濟性變差、排放污染加劇。當混合氣濃到α＝0．4～0．5時，火焰將無法傳播，發(fā)動機熄火，此值稱為火焰?zhèn)鞑ド舷?。?）中等負荷工況。發(fā)動機負荷在25％～85％之間稱為中等負荷。由于節(jié)氣門開度較大，進入氣缸的混合氣數(shù)量增多，燃燒條件較好。此外，由于發(fā)動機大部分的時間處在中等負荷下工作，為提高發(fā)動機的經(jīng)濟性，應供給較稀的可燃混合氣（α＝0．9～1．1）。（3）大負荷和全負荷工況。發(fā)動機負荷在85％～100％稱為大負荷和全(滿)負荷。此時，為了克服較大的外部阻力，要求發(fā)動機發(fā)出盡可能大的功率。因此，必將節(jié)氣門開大到接近全開或全開，供給質濃量多的可燃混合氣（α＝0．85～0．95）。2、過渡工況對混合氣濃度的要求汽車在運行中常遇到的過渡工況有冷起動、暖機和加速三種。（l）冷起動工況。供給極濃的混合氣（α=0．2～0．6），才能保證進入氣缸內(nèi)的混合氣中有足夠的汽油