汽油机燃料供给系的组成和工作原理

教学过程（新课导入）：随着社会生产力的不断提高，高新技术在汽车发动机上也运用得越来越广泛。

在现有的直列气缸的基础上改进成V型气缸排列的发动机逐渐成为主流，它的结构和工作循环更加紧凑和复杂。

本次课主要学习的内容是曲轴连杆机构的新型结构和检修特点以及汽油机燃料供给系的组成和工作原理。

（讲授新课）：第一节汽油机燃料供给系的组成和工作原理一、汽油机燃料供给系的功用与组成汽油机所用的燃料主要是汽油。

汽油在气缸外必须先喷散成雾状并蒸发，按一定的比例与空气均匀混合，然后进入气缸燃烧。

这种按一定比例混合的汽油与空气混合物，称为可燃混合气。

可燃混合气中燃料含量的多少称为可燃混合气的浓度。

汽油机燃料供给系的作用是：根据发动机不同工况的要求，配制一定数量和浓度的可燃混合气，供人气缸，并在燃烧作功后，将燃烧产生的废气排至大气中。

一般汽油机燃料供给系由下列装置组成：（1）燃料供给装置。

包括汽油箱、汽油滤清器、汽油泵和油管，用以完成汽油的贮存、输送及滤清的任务。

（2）空气供给装置。

即空气滤清器，一些轿车发动机上还装有进气预热和消声装置。

（3）可燃混合气形成装置。

即化油器。

（4）可燃混合气供给和废气排出装置。

包括进气管、排气管和排气消声器。

汽油机燃料供给系的基本工作过程为：汽油在汽油泵的泵吸作用下，从汽油箱经油管、汽油滤清器、汽油泵将汽油泵火化油器中。

空气则经空气滤清器滤去所含灰尘后，进人化油器。

在气缸吸气气流的作用下，汽油从化油器中喷出，与空气混合开始雾化，经进气管进一步蒸发，初步形成可燃混合气，进入各个气缸。

混合气燃烧后产生的废气，经排气管与排气消声器被排。

为了检查油箱内的汽油量，还装有汽油油量指示表。

如何根据发动机工作的要求配制出不同浓度、不同数量的可燃混合气。

是汽油机燃料供给系所要解决的主要问题，而化油器是其中的关键部件。

二、汽油机可燃混合气的形成汽油机的燃料必须在蒸发为气态后才能与空气均匀混合。

要使混合气能在极短时间内（依发动机转速而定，通常为0．01～0．04s）形成，就应先将燃料要化成极小的油液，使蒸发面积大大增加。

燃料蒸发成气态后，与空气均匀混合形成可燃混合气。

采用化油器式燃料供给系统的汽油机可燃混合气的形成，是从化油器开始的。

1、简单化油器的结构和工作原理简单化油器的结构和可燃混合气的形成过程如图所示。

它由浮于机构、喷管、孔、喉管。

节气门、空气室和混合室等组成。

（1）浮子机构。

它由浮子针阀2和浮子室11组成。

浮子室连同喷管为一壶状容器，贮存来自汽油泵的汽油。

浮子室中装有浮子和针阀，针阀支靠在浮子上，两者可一同随油面起落。

当浮子室油面达到规定高度时，针阀关闭浮子室进油口，汽油不能流入。

浮子下落，针阀重新开启，汽油又流人浮子室，直到外阀上升关闭时为止。

这样可保持油面的规定高度。

浮子室上部有孔与大气相通，使油面的压力与大气压力相等，从而保持一定的液面压力。

（2）喷管和量孔。

喷管4的出油口在喉管5的附近。

喉管口高出浮子宝液面2mm～5mm，这样燃油不会自动流出。

喷管另一端与浮子室相通。

浮子室内装有尺寸精确的量孔10，用来准确限制汽油的流量。

通过量孔的汽油流量大小取决于量孔的直径和量孔前后压力差的大小（液面高度差面⊿h和气压差⊿P）。

（3）喉管。

空气管中截面积沿轴向变化的细腰管，其面积最小处称喉管。

喷管4插人喉管5内，并且喷管口位于喉部附近。

喉管的作用是增加空气的流速，形成真空吸力，使汽油从喷管内喷出，利用空气流速将喷出的汽油吹散雾化。

气体或液体在管道中流动时，若管道截面积愈小，其流速愈大，静压力愈低。

在化油器中，喉管很部截面积最小，因而喉部的空气流速最大，静压力最低。

因喉部压力小于大气压力，故喉部存在着真空度△Ph＝PO－Ph。

浮子室通大气，其压力基本上等于PO。

浮子室内汽油在浮子室和喷管口的压力差△Ph作用下，从浮子室经喷管喷人喉管中，被流过喉管的空气冲散雾化。

（4）空气室和混合室。

喉管内喉部以上为空气室，喉部以下到节气门轴为混合室。

混合室是汽油被空气初步粉碎并与之混合的场所。

（5）节气门。

它通常为一椭圆形的片状阀门，可绕其轴转动一定角度。

节气门通过杆件与驾驶室内的加速踏板相连。

驾驶员将加速踏板踩到底时，节气门转到垂直位置，此时混合气的流动通道截面最大；当驾驶员完全放松加速踏板时，节气门关闭，此时略成倾斜状（与混合室截面夹角约为10°）。

在发动机转速不变时，随节气门开度的增大，进气管中的阻力减小，空气流量和流速增加，因而喉部真空度△ph 增大，汽油喷出量随之增加，从而使发动机功率得以增大。

当节气门开度不变时，发动机转速愈高，则气缸内真空度愈大，喉管中空气流速和真空度也愈高，汽油喷出量也愈多。

2、可燃混合气的形成当发动机工作时，进气行程中活塞由上止点下行，气缸容积增大，压力下降，产生吸力。

进气门开启，气缸中的吸力将空气经空气滤清器吸入化油器。

当空气流经喉管时，由于很管通道狭窄使空气流速加快，压力下降，在浮于室内和喉管口处产生压力差，浮于室中的汽油从量孔喷出。

随即被高速空气流冲散，成为大小不等的雾状颗粒（雾化）.雾化的汽油在混合室中开始与空气混合，经进气管进入气缸形成混合气。

在此期间，汽油与空气不停地进行吸热、蒸发汽化与混合，直至压缩行程接近终了，形成良好的可燃混合气。

为了加速雾状汽油的蒸发，汽油机常将进气管与排气管装在一起，利用排气管的热量对进气管加热。

有的汽油机则安装进气预热塞，利用废气或冷却器中的热水加热。

可燃混合气的浓度常用空燃比（R）和过量空气系数（α）来表示。

空燃比就是混合气中所含空气质量（kg）与燃料质量（kg）的比值，即R=空气质量（kg）/ 燃料质量计(kg)理论上，1kg汽油完全燃烧需要空气14．7kg，即空燃比为14．7。

这种空燃比的混合气称为理论混合气。

若可燃混合气的空燃比小于14．7，则称为浓混合气；若大于14．7，则称为稀混合气。

应当指出，对于不同燃料，其理论空燃比数值是不同的。

过量空气系数是在燃烧过程中，实际供给的空气质量与理论上燃料完全燃烧时所需的空气质量之比，也等于实际空燃比与理论空燃比之比，即α= 燃烧过程中实际供给的空气质量／理论上完全燃烧时所需要的空气质量= 实际空燃比／理论空燃比由上面的定义式可知：无论使用何种燃料，若α= 1的可燃混合气即为理论混合气（又称为标准混合气）；α＜1的为浓混合气；α＞1的则为稀混合气。

在发动机转速不变时，简单化油器所供给可燃混合气浓度随节气门开度变化的规律，称为简单化油器的特性，其特性曲线图中的虚线所示。

在节气门开度很小时，喉部真空度△ph 。

很低，不足以克服喷口与液面间的高度差，没有汽油喷出。

在节气门开度大到一定值后，才开始有汽油流出，但混合气浓度极小，α值很大。

随着节气门进一步开启，空气流量增大，喉部△ph逐渐上升，汽油开始大量喷出。

在节气门小开度范围内，随节气门开度的增加，汽油流量的增长率比空气流量的增长率明显要高，因而可燃混合气由稀变浓，α值迅速下降。

当再继续加大节气门开度直到全开时，这种趋势仍然存在，但由于汽油流量和空气流量的增长率逐渐接近，因而可燃混合气的浓度也逐渐趋于稳定，α值下降趋于平缓。

三、汽油机的燃烧过程汽油机的正常燃烧过程是将燃料的化学能转变为热能的过程，是发动机整个工作循环中的主要过程。

燃烧进行得好坏，关系到能量转换的效率，直接影响发动机的动力性和经济性。

汽油机的正常燃烧过程包括着火和燃烧两部分。

汽油和空气形成的可燃混合气必须经过着火阶段才能进行燃烧。

所谓着火，是指混合气的氧化反应加速、温度提高，以致引起空间共一位置最终在某个时刻有火焰出现的过程。

汽油机采用电火花点火的方式使可燃混合气着火。

在电火花点火之前，进入气缸的混合气受到缸壁和残余废气的加热，被压缩后其压力和温度升高，共产生缓慢的分解和氧化，处于容易着火的状态。

电火花跳过后，靠其能量，使火花附近的混合气温度进一步升高，引起该部分的混合气电离，形成活化中心，其结果是氧化反应自动加快。

当反应进行到一定程度，就会在火花塞电极间原处的混合气内出现明显发热发光的小区域，即火焰中心。

为了使火花所产生的火焰成日起来，并使火焰传播发展，火花点火放出的热量必须大于向四周混合气的散热量，否则，火焰不能传播而自行熄灭。

电火花点燃均匀混合的可燃混合气，形成火焰中心后，火焰按一定的速率（一般为30m ／S～60m／S）朝整个燃烧室呈球面状向外传播，燃烧室内有明显的火焰前锋向前推进，使未燃混合气受到压缩和热辐射，压力、温度急剧上升，当火焰前锋到达时将其点燃，直到燃烧完毕。

这种燃烧称为正常燃烧过程。

为分析燃烧过程进行的情况，通常借助于燃烧过程展开示功图。

图中实线表示点火后气缸压力变化的情况，虚线表示不点火时的情况。

根据压力变化的特征，可将燃烧过程分为三个阶段：（1）看火延迟期（2）急燃期（3）补燃期（1）看火延迟期。

从电火花跳火（点1）到火焰中心形成（点2），这段时期称为着火延迟期。

电火花在上止点前θ角(点火提前角)跳火以后，混合气中并不立即出现火焰，而是经过一个连续的化学反应加速的过程，在某一处混合气着火，形成火焰中心。

着火延迟期与下列因素有关：①燃料本身的分子结构和物理化学性质。

燃料的着火温度及其热稳定性越低，则着火延迟期越短。

②压缩终点混合气的温度和压力。

压缩比越大，点火开始时气缸内压力、温度越高，着火延迟期越短。

③混合气成分。

试验表明汽油与空气的混合气在α= 0．8－0．9时，着火延迟期最短。

④气缸内残余废气增多，着火延迟期延长。

⑤电火花能量。

提高放电功率更能缩短着火延迟期。

（2）急燃期。

从火焰中心形成（点2）至火焰传播到整个燃烧室，气缸内压力达最大值（点3），这段时期称为急燃期，也称火焰传播期。

在火焰中心形成后，由火焰层（即火焰前锋）开始层层向四周末燃混合气传播，气缸内压力迅速上升（实线从点2开始脱离纯压缩线上升），不久达到最大值（点3）。

这时，火焰扩展到整个燃烧室，绝大部分混合气燃烧完毕，实现化学能与热能的转换，它是燃烧过程的主要阶段。

（3）补燃期。

从最高燃烧压力（点3）到燃料基本上燃烧完全，称为补燃期。

由于混合气中燃料与空气混合不匀，有少部分燃料在急燃期内未完全燃烧，以及高温分解的燃烧产物（HC、CO）重新氧化放热而形成补燃期。

补燃产生在活塞远离上止点，燃烧室容积已明显增大的情况下，产生的热量不能有效地转变为机械能，还使排气温度上升，热效率下降。

因此，应尽量减少补燃。

2、油机的不正常燃烧汽油机的不正常燃烧，包括爆震燃烧(简称：爆燃)和表面点火。

l）爆震燃烧（简称：爆燃）汽油机的爆燃是燃烧室内末端（相对于火花塞的位置而言）混合气在火焰前锋面尚未到达之前产生的自燃现象。

气缸内火焰传播的过程中，处在最后位置上的那部分未燃混合气，在压缩终点温度To的基础上，进一步受到压缩和热辐射的作用，促使先期反应加速进行。