化油器工作原理

化油器部分讲课手稿（私人所用）
化油器是摩托车上很重要的一个部件，从目前市场上各家摩托车公司对应国三排放措施以及终端用户的购买力上来看，短时间内所有车型实现电子控制燃油喷射不大现实。

这就意味着化油器仍然有它的历史舞台，并且用精控化油器来实现达标排放，仍然占有很大空间。

从原理上来讲，化油器的故障率是很低的，但它却是我们在日常维修的时候最头疼的问题，往往误判率也比较高的问题就是化油器问题。

很多情况下化油器充当了替罪羊的角色，需要对化油器重新来认识。

一、化油器原理及各部件
1．混合气形成的工作原理：
汽油机所用的燃料是汽油，为了在这么短的时间内（比如6000时，一个行程大约是0.005s）使汽缸中得到均匀的混合气，就必须使汽油在没有输入到汽缸之前，先进行雾化和蒸发，形成极微小的油滴，然后和空气按照一定的比例进行混合。

化油器就是是把燃料（摩托车上指汽油）和经空滤器过滤后的空气进行混合的一个装置，并且它会根据发动机的不同工作状态需求，自动配比出相应的浓度，输出相应的量的混合气。

为了使配出的混合气混合的比较均匀，化油器还必须要具备使燃油雾化的效果。

那么它是怎么达到雾化、浓度配比、相应量的输出这个效果的呢？
我们先做一个简单的实验，把两张A4纸纵向平行放在面前，平行间距10公分左右，然后朝中间部分用力吹气，请问这个时候，两张纸是向两边分开呢还是向中间靠拢？？回答完毕，做实验。

这就说明在通道内如果有流体急速通过，管壁上的压力就会低于外部的的压力。

我们知道化油器的空气管一端连接着空滤器一端连接着发动机的进气口，在进气行程中发动机的活塞有上止点迅速下行，汽缸的容积增大，气缸内的压力小于大气的压力P0,在真空度ΔP0的作用下，空气会经过空气滤清器、化油器空气管进入到汽缸。

大家仔细看化油器的进气通道就会发现，它并不是一个规则的圆筒的通道，而是为了在喷口形成一定的真空度在通道中间做成了细腰管，整个结构设计有个专用名词就是文丘里管，把细腰管叫作喉管，喉管的最窄处称为喉部，喷管口就插在喉部附近这个位置。

从流体力学的知识我们知道，凡是有流体经过管道时，若管道的截面积不同，则流体在流经各截面时流动速度和静压力也是不同的，截面积越小，流速就越大，则这个地方的静压力越小。

对于化油器来说，喉部的通道截面积最小，所以这个地方的空气流速最大，形成的静压力也最小，其他位置（怠速喷口、过渡喷口等）次之。

我们知道化油器中的浮子室燃油油面低于主喷口、怠速喷口的，也就是说如果没有其它外力的话燃油不会自动从喷口流出。

化油器的浮子室顶部有孔通向大气，只要能保证主喷口或者怠速喷口处能产生足够大的真空度，燃油就会喷出。

当发动机在进气行程中，化油器的空气管中喉部的空气流速要大于大气中的空气流速，所以喉部的压力要小于一个大气压P0，即喉部存在着真空度ΔP0，浮子室内有孔通向大气，所以浮子室内的压力大体等于一个大气压P0，这样的话，在浮子室和喷管口的压力差，即喉部真空度的作用下，浮子室内的燃油经过喷管喷到喉部，喉管处的空气流速大约是汽油流速的25倍，这样汽油喷出后会被高速流过的空气流吹散，形成大小不等的雾状颗粒，与空气混合，然后被吸入气缸。

混合气在流向汽缸的过程中，油雾中较小的颗粒，一部分随空气的流动立即蒸发成蒸汽，而一时尚来不及蒸发的部分，则在流经进气管或者在进气行程、压缩行程中陆续蒸发成蒸汽；油雾中较大的颗粒，由于跟不上气流，就可能沉积在进气管管壁上形成油膜，油膜随气流慢慢地流向汽缸，进行挥发。

以上部分论述了：1.燃油为什么要雾化？
2.化油器怎么形成空气流？
3.从结构上分析空气流形成以后，化油器怎么形成混合气？
本部分关键词：喷雾器负压试验、文丘里、发动机吸气带来的负压（略带发动机原理部分）\两种
2.混合气量的控制
二、可燃混合气的成分对发动机的影响
1. 混合气成分表示方法：可燃混合气的成分对于发动机的动力性、经济性和排放都有很大
的影响。

可燃混合气的成分表示方法有两种：
欧美各国及日本用空燃比（空气和燃料的质量比）来表示；理论空燃比
；
中国及苏联用过量空气系数来表示，Φ燃烧1kg燃料实际需要的空气质量
完全燃烧1kg燃料理论需要的空气质量
2.成分对性能的影响：混合气的成分对发动机的性能影响是通过实验来显示的。

试验时，保持发动机的转
速不变，油门全开，这样就可以保证流经化油器的空气量保持一定的值。

此时，只需要改变的量孔的尺寸就可以得到过量空气系数不同的混合气。

分别以不同的过量空气系数Φa（即不同的浓度）的混合气供入发动机，并测出相应的发动机功率和燃油消耗率。

这样就可以分析出混合气成分对发动机性能的影响。

Φ1时（空燃比=14.7:1）：这个时候化油器提供的是理论空燃比的混合气，从理论上来讲空气中
含有的氧气能够刚好完全满足汽油燃烧的需要。

但实际上，由于时间和空间的限制，汽油蒸汽和微粒不可能及时地与空气绝对均匀地混合。

因此，即使Φ1,混合气不可能完全燃烧，要使混合气能够完全燃烧，必须使空气的含量增加，成为稀混合气。

Φa>1时：如图，这款发动机在Φ1.11时（空燃比=16.3:1），燃油消耗率最低，燃油最经济，此混合气称为经济混合气。

这种混合气有富余的氧气，整好使汽油完全燃烧。

试验证明，不同的汽油机相应的燃油消耗率最低值时，混合气的成分不同，大体在Φ（1.05—1.15）.如果混合气过稀（大于经济混合气的配比），虽然混合气中的汽油能够保证完全燃烧，但是由于过稀的混合气燃烧速率降低，很大一部分的混合气的燃烧是发生在活塞向下止点移动，汽缸容积迅速扩大的过程中，这部分混合气燃烧产生的热量转变为机械功的相对较少，而是通过汽缸壁面向外散失的能量增多，使发动机的动力性、经济性都相应变坏。

如果混合气严重过稀，燃烧过程还有可能持续到下一个循环的进气行程，进气门打开以后，残存在燃烧室内的火焰会把进气管内的混合气点燃，造成进气管回火，产生拍击声；另外过稀的混合气，单位体积内汽油含量少，燃烧以后放出的热量少，造成发动机的功率下降。

实际上，当混合气稀到Φ（1.3—1.4）,相应的空燃比在（1921）程度的时候，燃料分子之间的间距将增大到火焰不能传播的程度，此时发动机工作就不稳定，甚至缺火。

此Φa值称为过量空气系数的传播下限。

Φa<1时：从这个图中还可以看出来，在节气门全开，发动机转速一定的情况下，该发动机在过量空气系数为Φ0.88（空燃比=13）时输出的功率最大，此混合气称为功率混合气，对于不同的汽油发动机来说，混合气的过量空气系数Φ0.85-0.95（空燃比=12.5-14）的混合气中，汽油分子相对比较多，混合气的燃烧速度相对较快，热损失小。

如果其他的条件相同，用这种成分的混合气的汽油机所输出的功率将是最大的。

但是因为这个时候的空气含量不足，必将造成一部分汽油的不完全燃烧，因而发动机的经济性较差。

如果混合气过浓，比如Φa<功率混合气的系数0.88，这个时候混合气比较浓，燃烧速度也比较低，燃烧很不完全，汽缸中将产生大量的一氧化碳甚至还有游离的碳粒，造成汽缸盖、活塞顶、气门和火花塞积碳，排气管冒黑烟，污染严重。

废气中的一氧化碳还有可能再排气管中被高温燃气点燃，发生排气管“放炮”现象。

另外由于燃烧速度低，有效功率将减小，燃油消耗率将增高。

当混合气浓到Φ0.4-0.5(空燃比=5.88-7.35)左右时，混合气中严重缺氧，也将使火焰不能传播。

此混合气称为过量空气系数的火焰传播上限。

以上分析建立在了一定的特性条件下，但是反应出了事物的普遍规律。

对于结构一定的化油器，对应于发动机的某一种特定的工况，只有一种过量空气系数的混合气提供，设置的这个浓度的混合气成分到底是照顾发动机功率的要求，还是照顾发动机经济性的要求，是要根据发动机的不同工况要求来定的。

同样也存在着过量空气系数的火焰传播上限（能够燃烧的混合气浓度上限）、功率混合气、理论混合气、经济混合气、过量空气系数的火焰传播下限（能够燃烧的混合气浓度下限）等等。

三、发动机的各种工况对混合气成分的要求
1.稳定工况对混合气成分的要求
发动机的稳定工况是指发动机已经完成预热，进入正常的工作状态，并且在一定的时间内没有转速和负荷的突然变化。

稳定工况按照节气门开度的大小可以分为怠速和小负荷、中负荷、大负荷和全负荷三个工况。

（1）怠速和小负荷。

怠速是指发动机对外没有功率输出，此时燃料燃烧以后所做的功用来满足克服发动机内部的阻力，使发动机保持在最低稳定转速下运转。

这个时候，节气门的开度
几乎为零，接近关闭的位置。

发动机工作时，吸入的混合气的量极少，喉管的真空度很小，从主喷口喷出来的油也是几乎没有，空气比较多。

不但吸入到汽缸内的混合气量少而且，燃油雾化蒸发也不良。

此外，由于此时发动机一直在运转，节气门几乎关闭没有空气进入，吸气过程造成进气管产生负压，如果当进气门开启时，汽缸内的废气的压力大于了进气管的压力，废气就会膨胀进入到进气管，和新鲜的混合气混合后再进入到汽缸，因此吸入到汽缸中的混合气中废气含量比较大，再加上燃烧室内的残余废气致使废气的比例增大。

为了保证这种品质不佳并且被废气稀释过的混合气能够燃烧，保证发动机的怠速运转，必须提供较浓的混合气。

此时过量空气系数在0.6-0.8左右（空燃比在9-12）。

实际的化油器什么机构实现？进气门略开大，转入小负荷工况时，新鲜混合气的品质逐渐改善，废气对混合气的稀释作用也在减弱。

（2）中负荷工况：摩托车发动机大部分时间在中等负荷工况下运转，这个时候，节气门有足够的开度，废气的稀释作用可以忽略不计，这个时候燃油的经济性要求是主要的，化油器应该供给相应于燃油消耗率最小的Φa的混合气。

（3）大负荷和全负荷工况：当摩托车需要克服比较大的阻力时（比如上坡或者比较艰难的路上），需要供给发动机更大的功率，这个时候节气门全开，发动机在全负荷下工作，化油器供给相应于最大功率的浓的混合气（Φ0.85-0.95），在到达全负荷之前的大负荷范围内，化油器供给的混合气应该从满足经济性为主转化到满足动力性为主。

2. 过渡工况对混合气成分的要求
摩托车发动机的过渡工况可以分为冷启动、暖机、加速等三种。

（1）冷启动。

发动机在外力下启动时，发动机的转速非常低，化油器中空气的流动速度非常低，不能使汽油良好的雾化，其大部分将呈现较大的油粒状态，尤其是在环境温度比较低的状
态下起动，这种油粒附在进气管璧上，不能随着空气流动，造成混合气过稀，以致无法燃烧。

因此要求化油器供给过量的汽油，以保证进入汽缸中的混合气中有足够的汽油蒸汽，使发动机顺利起动。

结构上怎么实现的？
（2）暖机。

冷启动后，发动机开始持续运转，发动机温度逐渐上升（暖机）直到正常值，发动机进行稳定的怠速运转为止。

随着温度的不断升高，化油器提供的混合气应该从起动时的很浓的状态，浓度逐渐减小到稳定怠速时所要求的值。

（3）加速。

发动机的加速时指节气门开度突然增大的过程，以期获得较大的功率。

但是这个时候液体燃料的惯性远远大于空气的惯性，其燃料流量的增长远低于空气流量的增长，反而使混合气过稀。

而且在节气门急开的时候，进气量突然增大，进气管内压力骤然升高，冷空气来不及预热，使进气管内温度降低。

这种条件不利于混合气中燃油的蒸发，反而使得燃油的蒸发量减少，如果没有额外的燃油添加进去，混合气会变稀。

这不但达不到摩托车加速的目的，反而有可能使得摩托车熄火。

为了改善发动机的加速性能，在摩托车突然加速时，化油器应该提供额外的燃油，以便及时将混合气加浓到足够的浓度。

综上所述，在小负荷和中负荷工况下，随着负荷的增加，要求化油器供给有较浓逐渐变稀的混合气，并逐渐接近最低燃油消耗率曲线。

当进入到大负荷工况直到全负荷工况范围内，又要求化油器提供的混合气由稀到浓，最后加浓到保证发动机发出最大功率，有靠近最低油耗曲线转到靠近最大功率曲线。

四、化油器的各个系统
1.主供油系统：
（1）实际化油器的构造部件：主量孔、泡沫管、主喷口、柱塞、油针
主空气量孔、主空气通道
（2）该系统主要工作区间：保证发动机从小负荷到中负荷时，化油器过供给的混合气随着节气
门开度的加大由浓变稀，并在中负荷下接近最经济的成分（空燃比变化：）；而从中负荷到全负荷时，化油器供给的混合气随着节气门开度的加大由稀变浓，并在全负荷下混合气的成分达到功率混合气，以保证发动机发出最大的功率。

（3）设置了柱塞、油针以后，柱塞上移使空气通道顺畅了，空气流量增加了，同时柱塞上移带动了油针上移，油针和主喷管配合形成的环形喷孔横截面积由小变大，喷油量也随着增大。

柱塞下移，空气流量减少，喉口负压降低，同时油针下降使环形喷口截面积由大变小，喷油量也随着减小。

这样，只要柱塞上下移动，就可以改变空气的流量和主喷口的喷油量。

只要油针的尺寸、形状设计的合适，就可以得到所需混合气的浓度。

保证随着发动机的工况工况变化，配比出合适浓度的混合气。

但是主系统中，只依靠主量孔、主喷口、油针和柱塞控制（如上图“机械节制图”），当柱塞固定不动时就形成了一个简单化油器（节气门全开、发动机转速一定），随着主喷口负压的增大，喷油量增加，造成混合气变浓，发动机功率增大，进而导致发动机转速上升，容易导致摩托车超速。

为了解决上面提到的问题，在喷管上加开一个通气管，在管上设置控制空气流量的量孔，这就是我们常说的主空气量孔。

主空气量孔在简单化油器上是没有的。

简单化油器的主量孔的喷油量取决于浮子室和主喷口的压力差Δ0,因而随着节气门开度的增大，混合气变浓。

设置了主空气量孔以后，汽油在被吸入主喷口之前，引入了少量空气，适当地降低吸油真空度，同时抑制了汽油流量的增长率，从而改变混合气的浓度。

因为简单化油器的主量孔的喷油量取决于浮子室和主喷口的压力差Δ0,当通过主空气量孔进入
到喷管（这个时候可以叫作“泡沫管”了）空气以后，这些空气因为在通气管中流动时受到阻力会损失压力，所以到了泡沫管的空气压力<P0，但是这个>,由于这个主空气量孔的空气的进入，使得浮子室和主喷口的压力差要小于Δ，可以认为这个时候主量孔的喷油量多少由ΔP0来决定，这样就起到了弱化的作用，使得主量孔的喷油量比没有设置主空气量孔时相对减少，混合气相对变稀。

理论和实践证明，这种设置可以让负荷大小和混合气的浓度建立一一对应的关系，从而自动调整发动机的转速，使摩托车不超速。

另外，这部分引入的空气还将使汽油起到“泡沫化”的作用，从主空气量孔引入的空气在泡沫管中会渗透到吸出的汽油中，使汽油变成含有很多小的气泡的油流，这种泡沫化了的汽油比纯汽油更轻，更容易被吸入喉管，这样更有利于小负荷工况下的供油。

同时，泡沫化了的汽油在喷出喉管以后，更容易被高速的空气流吹散。

总之，泡沫化的汽油更有利于获得较好的雾化效果和低负荷性能。

2. 怠速系统
前提：对混合气成分的要求：
（1）功用：保证发动机在怠速和很小负荷的时候供给很浓的混合气。

（2）结构组成：怠速量孔（多数是和泡沫管一体）、怠速喷口、怠速空气量孔、怠速空气通道、怠速调节限位螺钉。

（3）原理: 在怠速状态下，发动机的转速很低，并且节气门和柱塞阀几乎是关闭的，喉管附近真空度很低，柱塞阀在弹簧力的作用下下落到最低的位置，油针插入喷孔很深，喷孔近于关闭，以至于根本不能将汽油从主喷管吸出。

但是节气门或者柱塞阀后面的真空度却很高，可以利用这个条件，另外设怠速油道，喷口就在节气门或者柱塞阀后面，这样就解决了上述矛盾。

怠速系统主要有并联式怠速系统和独立式怠速系统。

和主供油系统的原理差不多，发动机怠速时，怠速喷口处的真空度Δ0,在这个真空度的作用下，浮子室的汽油经过怠速量孔、怠速油道，与从怠速空气量孔来的空气混合形成泡沫状的油液，自怠速喷口喷出。

喷出的泡沫状的汽油，受到高速流过节气门边缘的空气流的冲击，再次雾化。

因为有极少量的空气从怠速空气量孔引入，所以怠速油道中的真空度ΔP0,变小于节气门后面的真空度Δ，实际上决定怠速量孔喷油量的是怠速油道的真空度Δ。

实际上引入少量空气是必要的，因为节气门后方的真空度太大，而怠速时需要的混合气的量却很少。

3.过渡系统：
在怠速喷口的不远处，设置有怠速过渡喷孔。

一般过渡系统和怠速系统除了喷口的设置位置和喷口的数量不同，它们的油路和气路共用一套系统。

过渡系统主要是解决使发动机能够从怠速工况圆滑地过渡到小负荷工况，而不至于节气门开大混合气突然过稀，甚至供油中断，导致发动机熄火现象。

在专业课书籍上，一般不会单独介绍过渡系统，因为在设计的时候过渡系统其实就是和怠速系统是一个系统。

怠速系统（含过渡系统）的工作过程可以分为四个阶段来说明：（参考下图）
①低怠速时，节气门开度很小，主喷孔和怠速喷孔处真空度很低，主喷孔环形面积极小，因
此这个时候主供油系统和怠速过渡喷口（此时怠速喷口和怠速过渡喷口中间隔着近乎关闭
的节气门）都不喷油。

②节气门开度稍大，过渡喷口3和怠速喷口4都会处于真空区域（图5-13），二者都在工作，
同时喷油，用来满足较高转速的怠速工况。

这个时候虽然喉管处的真空度稍微有所提高，主喷管中油面上升，喷管中环形面积有所增大，但是还不能将燃油从主喷管中吸出。

③节气门进一步开大，怠速喷口和怠速过渡喷口处的真空度下降，出油量随之减少。

这个时
候主供油系统开始工作，但是出油量极少。

这样可以保证发动机小负荷工况下的需求。

④节气门开度增大到相应于发动机进入中等负荷工况时，怠速喷口、怠速过渡喷口处真空度
降低到使怠速系统停止供油的程度，而这个时候主喷口处的真空度已经增高，主供油系统正常工作。

4.起动加浓系统：（手动式起动加浓、电控起动加浓）
起动系统的作用是在发动机在冷态下起动，发动机的转速很低的情况下，化油器能供给过量的汽油，形成极浓的混合气（相当于0.2-0.6,空燃比=3-9），使进入汽缸中的混合气有足够的浓度，以保证发动机顺利起动（注意：实际供入汽缸内的混合气没有那么浓，由于冷态时雾化不好，会有粗大的油粒在进气行程中暂留在进气管壁上，这个实际值没有超过火焰传播上限）。

起动系统大体有三种不同的形式：阻风门式起动系统、柱塞式起动系统、按钮式起动系统
以前的时候大多数用阻风门式起动系统，现在我们铃木的产品用的是柱塞式起动系统（以欧Ⅱ110车型用的化油器为例），但是有时候很多人还是习惯把这个起动加浓叫作风门。

以110为例讲述图5-16的启动加浓系统。

在启动油道上装有起动柱塞（加浓手柄控制起落），并且在浮子室油底壳上有专门的加浓时所用油路开口，油道的开口附近专设起动量孔以控制最大的油量。

在摩托车冷启动时，柱塞的位置最低，柱塞下部喉口附近真空度很低，但是柱塞后部真空度却很大，利用这个条件，在柱塞的前面开一条与起动油道和起动加浓喷口相通的启动空气道，在启动空气道和启动油道交接处设有起动混合室，其中起动柱塞把起动空气道、起动油道、起动喷口隔开，起到开关的作用。

需要起动加浓时，起动柱塞提起，空气就会经过起动空气道进入起动混合室；汽油就会经过起动量孔、起动泡沫管、起动油道进入起动混合室，进一步与空气混合形成浓的可燃混合气流入进气管。

启动时怠速系统在起作用。

天气比较冷的时候，有时候在没有开加浓时能够打着火，但是稍加油门就熄火，无法正常起步。

这个时候必须开加浓系统。

这个系统的实物结构照片：（110的启动加浓系统，另附文件）另外，启动加浓还有电加热式电加热式起动加浓装置：
5.惯性加浓系统：摩托车的高速行驶时，如果突然回油门，有时候就会出现熄火的现象。

6.加速泵（急加速油门急开时）：骑摩托车的过程中，为了在短时间内让摩托车的速度得到提升，驾驶员往往急开油门，节气门迅速从开度很小到最大开度。

节气门开度比较小时，负荷比较低，化油器供给的混合气的量相对比较少，能够满足小负荷状态的要求；由于燃油的惯性要比空气的惯性大很多，所以节气门开度迅速将加大的时候，空气流速就会迅速增大，大量的空气往前冲，虽然空气的流速增大会让喉口的负压增大，但是负压的增大是建立在空气流速已经增大以后，存在滞后性，短时间内，喉口负压没有来得及改变，所以燃油喷射量还是保持原来的状态，这样的话混合气就会严重过稀，不但达不到增速的目的，还有可能会造成发动机熄火。

为了解决这个问题，在化油器上另开一个油道，采用了加速泵系统，在节气门急开的同时，额外的提供纯汽油。

它起作用仅仅是在急加速的时候，靠加速泵柱塞的压力，把油喷出；如果加速时节气门变化速率不是很高，比较缓慢，也起不到加速泵的作用，燃油会通过通道慢慢回流到浮子室。

另外，如果摩托车不采用加速泵系统，也能够很顺利的像高速过渡，化油器也就完全没有必要采用这个结构。

惯性加浓、加速泵系统、节气门位置传感器这些结构的设计并不是必须的，只要化油器本身的设计可以到达使用的要求，完全不必采用。

也并不是每一个化油器都是五脏俱全的，随着实际的使用，不断的更改。

附图片（加速泵系统）：
五、化油器的日常保养（下篇介绍）
六、化油器的常见故障（下篇介绍）。