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汽车发动机构造知识-第四章 汽油机供给系

第四章 汽油机供给系

 

第一节 汽油机供给系的组成和燃料

一、汽油机供给系的功用

根据发动机不同工况的要求,供给不同数量和浓度的可燃混合气进入气缸;燃烧后的废气经净化处理后排入大气。

二、汽油机供给系的组成

按照燃料供给方式的不同分为化油器式和汽油直接喷射式。以化油器式为例,它包括

燃油供给装置:汽油油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管

空气供给装置:空气滤清器

可燃混合气形成装置:化油器

废气排出装置:排气管道、排气消音器,三元崔化转换器

三、汽油的性质

从地下或海底开采的石油,一般称为原油。原油脏,不能直接作为非常精密的发动机燃料。把石油经过处理,制成各种制品的过程叫炼油。汽油、柴油就是石油的炼制品。

石油的主要成分是碳、氢两种元素(97%~98%),其他还有少量的硫、氧、氮等。石油制品是以多种碳氢化合物的混合物形式出现的,分子式CnHm(烃)。根据烃分子中碳原子数不同,可以构成不同分子量不同沸点的物质。炼制汽油和柴油最简单的方法是利用沸点不同直接分馏,依次得到天然气——汽油——煤油——轻、重柴油——渣油。

 

汽油的工业化生产是采用催化裂化法(用催化剂把大分子烃——小分子烃)

主要性能指标:

蒸发性:汽油容易蒸发的程度。(液体——气体),一般地,蒸发性越高,燃气质量就越好,尤其是低温环境下如果蒸发性好,会对冷起动发动机有利。但是蒸发性也不能过高,因为这样汽油泵及油管中会产生汽油蒸汽泡,阻碍汽油正常流动,使供油量↓,——“气阻”。

国产汽油质量指标规定了汽油的饱和蒸汽压力值。(按夏季、冬季要求不同)

热值:1㎏燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油的热值约为4400kj/kg。

抗爆性:汽油在发动机气缸内燃烧时,避免产生爆燃的能力(抗自燃的能力)

爆燃的后果是发动机过热,功率↓,油耗↑。采用抗爆性好的汽油,可以采用比较高的压缩比。汽油抗爆性的好坏一般用辛烷值表示。辛烷值越高,抗爆性越好。

什么叫汽油的辛烷值?辛烷值可以用对比试验方法确定:在可变压缩比的单缸试验发动机上进行,找一种被测汽油作为燃料,使发动机运转,试验中逐步提高压缩比,直到产生标准强度的爆震燃烧为止。然后在该压缩比下,换用标准燃料作对比试验。直到用标准燃料也产生和原来一样的标准强度的爆震燃烧为止。标准燃料是异辛烷和正庚烷的混合燃料,异辛烷抗爆燃能力很强,规定辛烷值100(平和温顺);正庚烷抗爆燃能力很弱,规定辛烷值为0(暴躁)。这时测标准燃料的异辛烷的百分数,即为被测汽油的辛烷值。比如异辛烷80%,该被测汽油的辛烷值是80。

汽油的号数就是辛烷值数,辛烷值是80,80号汽油。号数越高,抗爆性越好。

 

第二节 可燃混合气成分与汽油机性能的关系

一、 可燃混合气成分

可燃混合气是指空气与燃料的混合物,其成分对发动机的动力性与经济性有很大的影响。

可燃混合气成分的表示方法:

空燃比:可燃混合气中空气和燃料的质量比。

过量空气系数:

 

二、 可燃混合气的浓度对发动机的性能影响

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α>1才有可能完全燃烧。

因为α>1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,ge↑,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。

α>1.11的混合气称为过稀混合气,α<0.88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ge↑。

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。

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,ge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。

 

三、 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α>1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α<1。

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=0.9~1.1

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。

 

第三节 汽油供给装置

功用:贮存、滤清、输送汽油。

组成:汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、油管。

 

一、 油箱

用薄钢板冲压焊接而成,上部有加油管,油面指示表的传感器,出油开关。下部有放油塞,箱内有隔板以加强油箱的强度,并减轻行车时汽油的振荡。油箱是密封的,一般在油箱盖上装有空气蒸汽阀,保持油箱内油压正常。

二、 汽油滤清器

功用是除去汽油中的杂质和水分。由于汽油泵,化油器,喷油器等精密零件,要求供给清洁的汽油,否则会引起故障。汽油滤清器采用的滤清方式有沉淀式和过滤式。

滤蕊有:纸质滤蕊、金属片缝隙式、多孔陶瓷滤蕊。

纸质滤蕊,滤清效果好,成本低,制造和使用方便,故采用最多。

 

三、 汽油泵

功用:将汽油从油箱吸出,经管路和汽油滤清器,然后泵入化油器或者喷油器,保证连续不断地供油。

1、机械式汽油泵

构造:由膜片、进、出油阀、拉杆、摇臂、手摇臂、膜片弹簧、壳体等组成。

工作过程

进油过程:膜片装在上、下体之间,将内体分为上、下两腔,上腔装有进油阀和出油阀。当凸轮轴转动时,偏心轮的凸起部分驱动摇臂→内摇臂→拉杆将膜片向下拉,迫使膜片克服弹簧力而下凹,膜片上腔容积↑,油压↓,进油阀被吸开,出油阀关闭,汽油经过进油器,进油阀进入膜片上腔。

泵油过程:当偏心轮偏心部分转过后,膜片弹簧将膜片向上顶,迫使膜片上凹,使膜片上腔空间↓,油压↑,进油阀关闭,出油阀打开,油泵对外泵油。

手摇臂的作用:在发动机起动前,如果化油器浮子室内无油或储油不足时,就需要利用手摇臂泵油,将手摇臂上下摇动时,可带动半圆轴转动,通过内摇臂使膜片上下移动来实现泵油。

一般汽油泵的最大供油量比发动机最大耗油量大2.5~3.5倍,而在发动机正常工作中,要求化油器浮子室油面高度不变,以保证化油器工作性能稳定,因此,要求汽油泵能根据发动机耗油量自动调节供油量。

调节原理:上腔油压力与膜片弹簧力平衡来调节油压。膜片向下运动受偏心轮控制,位置不能改变,膜片向上运动其位置取决于上方油压。

当上方空间油压↑,在泵油过程中,弹簧推动膜片向上运动一个较小的距离,弹簧力=油压力达到了平衡,因而,使膜片上、下运动,振幅减小,输入油量相应减少。

汽油泵的供油压力取决于膜片弹簧的预紧力,一般油压力为0.027~0.037MPα,供油压力不宜太高,否则会使浮子室油面过高,化油器供油量过多,造成浪费。

 

2、电动式汽油泵

以日本车常采用的漩涡式汽油泵为例

 

 

第四节空气滤清器

由于汽车行驶时,速度快,引起道路两旁,特别是士路上的尘土飞扬,使周围空气中含有灰尘,而灰尘中又含有大量的砂粒,如果被吸入气缸里的话,就会粘附在气缸,活塞和气门座等另件的密封表面,加速它们的磨损,使发动机寿命大大下降。因此,在车用发动机上,必须装上空气滤清器。

空气滤清器的功用就是把空气中的尘土分离出来,保证供给气缸足够量的清洁空气。对空气滤清器的基本要求是滤清能力强,进气阻力小,维护保养周期长,价格低廉。

 

过滤式:它是根据吸附原理,引导气流通过滤芯(如金属网、丝、棉质物质和纸质等),将尘土隔离和粘附在滤芯上,从而使空气得到滤清。

来源:湖北江南江南专用特种汽车有限公司      时间:2009-3-14 20:33:41
 
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