教学课件：第五章-传统汽油机供给系.ppt

导 入,和人比较：需空气、蛋白质、糖、等，内燃机同样需要空气、燃料等因燃料不同、科技发展阶段不同所以供给系有较大区别：故分为汽油机燃料供给系（传统式和现代式）和柴油机燃料供给系（传统和现代）总供给系的特点：篇幅最大、内容最多、时间最长、难点最多本章重点：汽油机对供给系的要求、化油器的构造与原理、汽油机的燃烧过程等本章难点：化油器的辅助装置、各种工况下的空燃比化油器的演化和历史功绩,5-1 概述,一、基本概念：1、可燃混合气 2、可燃混合气的成分（组分）3、空燃比R=A/F（描述组分的指标之一）Rt=14.77 RRt15,称过浓 R Rt15,称过稀 4、过量空气系数a（描述组分的指标之二）a=实际空气量/理论应进空气量,a 1,称过稀 a 1,称过浓 a R/15二、传统汽油供给系的功用 燃油系统的功用是根据发动机各种运转工况的需要，向发动机供给不同性质的一定数量的、清洁的、雾化良好的汽油，以便与一定数量的空气混合形成可燃混合气，并将燃烧后的废气排入大气。同时，燃油系统还需要储存相当数量的汽油，以保证汽车有一定的续驶里程。,功用,各种工况和性能要求,三、汽油机对供给系的基本要求1、适质：含杂、含水、含重金属，雾化2、适量：理论，实际按前述工况要求3、适控：根据工况变化，实现对混合气比较自如的控制，而且要求控制过程反应灵敏，工况之间过度圆滑柔和、无冲击（见下表）,四、理想供给系特性曲线（最佳化油器特性曲线,五、传统汽油机供给系统的基本组成,普桑供给系,5-2 简单化油器,一、功用二、基本构造,三、基本工作原理1、基本原理（链接汽车构造3动画）2、影响汽缸真空度P1和侯管真空度P2的主要因素（1）、当n保持不变时，TO，P1，P2；节气门开度增大，整个进气管内进气阻力减小，流过化油器喉部的气体流速增加，喉部真空度增大，吸出的汽油流量和流经喉部的空气流量均增加，发动机功率增大。反之亦然。（2）、当TO保持不变时，n，P1，P2；发动机转速愈高，流过化油器喉部的气体流速愈高，喉部真空度愈大，气缸真空度也越大。反之亦然。,P1,P2,四、简单化油器特性1、定义：发动机转速一定时，简单化油器所供给的可燃混合气成分随节气门开度亦即喉部真空度（P2）而变化的关系，称为简单化油器的特性曲线。,当节气门开度一定时，发动机转速的变化引起的化油器喉部真空度化，相对于发动机转速一定时，节气门开度的变化引起的化油器喉部真空度的变化要小的多，因此，决定化油器喉部真空度的变化的影响因素一般只讨论节气门开度变化的影响。2、特性曲线3、说明：、发动机怠速时，节气门开度最小，TO小，进气阻力损失很大，P1 即进气管内真空度很大，但节气门前的化油器喉部真空度很小，根本吸不出汽油来，因此化油器供给的仅是空气，过量空气系数。、随着节气门开度的增大，混合气浓度逐渐变浓，、当浓度达到一定值时，二者增加率趋于一致并基本保持稳定稳定。4、与理想化油器的对比分析（1）、起动时（2）、怠素速时（3）、中负荷时（4）、大负荷时（5）、加速时,简单化油器与理想化油器对比分析,5-3 化油器的主供装置和辅供装置,导入：、简单化油器不能适应和满足发动机各种工 况的要求、混合气成分对汽油机工作影响很大、必须对简单化油器进行改造和性能完善，才能一、空燃比对汽油机工作性能的影响1、Pe=f(R)及ge=f(R)曲线（1）实验条件：、n一定；To一定；改变主量孔直径使R变化（2）实验结果曲线：图中，1为ge=f(R)曲线；2为Pe=f(R)曲线,、由于时间（燃烧速度有限）和空间（不可能气缸内绝对混合均匀）的限制，理论混合气不可能完全燃烧。要想达到完全燃烧，必须是稀混合气。从图中可以看出，R=16.5左右（=1.1左右），燃料消耗率最低，此时混合气称为经济混合气；、从图中可以看出，R=13.5(=0.88)左右时，发动机输出功率最大，此时，混合气称为功率混合气。燃烧速度最快，一则热效率最高，二则单位体积可燃混合气燃烧时放出的热量最大，因而功率最高。过浓混合气由于燃烧速度反而下降，输出功率降低，而且，由于燃烧不完全，燃料经济性恶化，严重者，由于气缸中产生大量的CO和游离的碳粒，造成排气门、火花塞裙部、活塞顶、气缸盖底部积碳，排气管冒黑烟，废气中的CO还可能在排气管中被高温废气点燃，发生排气管“放炮”现象。,（3）曲线说明：,、因此，若重点考虑功率发挥问题，则 若重点考虑省油经济问题，则2、R值的控制和选择（1）、最理想的情况是，具有最小的ge和最大的Pe，但一是二者不可能同时出现，二是各工况需有不同的功率，所以最普通的情况，即：大多数工况是是不用发挥最大功率，而是追求经济燃油消耗，即偏重考虑ge，此时一般 取R=16.5 17.5左右，此刻Pe 也不算太小（2）、R值过大过小均会影响Pe和 ge,（3）、着火上限：当混合气加浓到R6时，由于燃烧过程中严重缺氧，将使火焰无法传播，此R值称为火焰传播上限；（4）、着火下限：经济混合气成分一般在R=16.5 17.5（a=1.051.15）之间，过稀的混合气虽然可使燃料完全燃烧，但燃烧速度慢，后燃现象严重，一则有效膨胀比降低，二则散热损失增加，导致循环热效率降低，发动机燃油经济性恶化，严重者会引起进气管内回火现象（化油器回火）。当混合气过稀到 R 21时（a1.4）时，燃料分子之间的距离将增大到火焰不能传播的程度，此R值称为火焰传播下限。因此，混合气成分 R必须在火焰传播界限内（R=621），否则，发动机运转不稳定，直至熄火。,二、化油器的主供装置 1、定义：指在汽油机的主要工作区段内化油器的供油装置 主要工作区段从小负荷末段到大负荷前段之间的工作区间2、简单化油器中段特性曲线矫正方案泡管油井法（1）、作用：保证发动机由小负荷到中负荷时，化油器供给的混合气成分由浓逐渐变稀，直至经济混合气成分，并保持到中大负荷状态。,中段,（2）、结构：主量孔出口端与主喷管入口端串联一只泡沫空气管，上有一个很小的空气量孔。,（3）、原理：采用空气节制法，即降低主量孔出口处的真空度，抑制汽油流量随节气门开大的增长速率。发动机不工作时，浮子室油面、空气管内油面、主喷管内油面三者相等。发动机工作时，空气管内油面下降，对应一定节气门开度空气管内油面有一定的高度；当节气门开度很小时，空气管内油面没有降到使主喷管入口露出，来自空气量孔2的空气流速很慢，空气管内压力基本与外界相等，此时化油器仍是简单化油器，决定主量孔流量的压差是：,其工作过程链接汽车构造3动画,P2=P0-P2当节气门开度开大到使空气管内油面降到使主喷管入口露出时，来自空气管内空气量孔的空气进入主喷管，与汽油混合成泡末状混合油液喷出，由于节流损失，空气管内压力小于 P0，但大于 P2，决定主量孔流量的压差 是：Pk=Pk-P2（Pk 为气井压力），从而抑制汽油流量随节气门开大的增长速率，使混合气成分逐渐变稀。（原理见汽车C04-34动画）,P2,当节气门达到一定开度时，Pk与P2的增速趋于平衡，此后变稀程度越来越小，直至基本保持在某一水平。,（4）、校正曲线R=f(To),（5）、该结构方案特点分析、经过实验可选择合适的主量孔和空 气量孔，以满足R=f(To)中负荷区段 的要求、该方案结构简单，成本低廉，工作 可靠，使用广泛、该方案可增加汽油的分散雾化程度思考：主供油装置只是解决一部分问题，如何完成其它工作区段内的要求？,二、怠速系统（怠速加浓装置）,1、功用：将简单化油器特性曲线中怠速和小负荷区段校正为接近理想值2、结构：,结构组成：怠速装置由怠速喷孔3、怠速过渡喷孔5、怠速油道7、怠速空气量孔6、怠速油量调整螺钉4、节气门最小开度限止螺钉2组成。,3、设想：简单化油器因怠速时节气门近于全闭，发动机转速低，节气门前的喉管处真空度很低，主喷管吸不出汽油来。但节气门后面的真空度却很高（约为0.040.06MPa），故可另设怠速油道（与主喷管并联），其喷孔设在节气门后。为限制怠速喷孔处过高的真空度（虹吸现象），需在怠速油道中怠速空气量孔6。4、原理（链接汽车构造3动画）节气门处于最小开度时，怠速喷孔3恰好在节气门后方附近，汽油自主量孔-怠速油道-与来自空气量孔的空气混合成泡末状混合油液-再次与节气门前过渡喷孔5进入的空气混合，进一步泡末化-怠速喷孔3吸出-被节气门边缘流入的高速气流冲击、雾化，并在节气门后的混合室内混合成可燃混合气。,5、思考：（1）、怠速空气量孔的作用？（2）、怠速的原则？（3）、怠速时燃油雾化质量如何？（4）、为何设置过度喷孔？,6、怠速的调整（见下图）（1）、调整原则：在不熄火的前提下，尽量减轻排放污染（最小烟度）（2）、调整方法：先适度旋进油门限速螺钉，启动发动机，先将怠速螺钉拧到底，再旋出油门限速螺钉直至将要熄火；再旋出怠速螺钉到最高怠速，再旋出限制螺钉到即将熄火直至到最低、稳定、无烟怠速（3）、注意：节气门最小开度的调整应使怠速喷孔在节气门后方、怠速过渡喷孔在节气门之前。,三、加浓系统（省油器大负荷加浓装置）,1、目的：校正简单化油器在大负荷区段（To80-85%）内的特性2、思考为何叫做省油器？3、机械式加浓装置（1）、结构组成：加浓量孔1与主量孔2并联，加浓阀3上有推杆4，与拉杆5固连为一体，拉杆又通过摇臂6与节气门轴相连。,（2）、原理：机械式加浓装置起作用时刻仅与节气门开度有关，当节气门开大到80%85%时，推杆下移，推开加浓阀，于是，额外汽油经过加浓量孔与来自主量孔的汽油一起从主喷孔喷出，混合气得到加浓。,链接汽车构造3动画,四、加速系统（加速加浓装置）,导入：现象原因1、功用：当节气门急速开大时将一定数量的多余汽油一次喷入喉管，维持一定浓度的混合气成分，以满足汽车加速的需要。2、结构：1-油门拉杆，2-柱塞，3-柱塞杆，4-柱塞弹簧，5-出油阀，6-通气孔，7-加速喷孔，8、9、10-加速联动杆,3、原理：、节气门开度减小或缓慢开大时，进油阀11在自身重力作用下，关闭不严，进油或泵腔内的汽油流回浮子室，出油阀5在重力作用下保持关闭；、当缓慢加油时，活塞随其下降较慢；使加速泵油腔内压力较小，不能将进油阀完全关闭，活塞下腔的油通过进油阀流回；当节气门急剧开大时，泵腔内油压迅速增大，进油阀关闭，出油阀打开，泵腔内的汽油便自加速量孔7喷出。,链接汽车构造3动画,4、注意事项：（1）、弹簧4的作用有二：一是延长加速装置喷油时间，使节气门停止运动后还能喷油一段时间；二是缓冲作用，以免节气门踩得过急时损坏驱动机件。（2）、通气孔6的作用：通气道6连着浮子室上方，它的作用是降低加速油道中的真空度，防止发动机转速升高后加速喷管处真空度增大，可能吸开出油阀而使加速装置不适时地喷油。,五、起动系统（起动加浓装置）,1、作用：是保证冷起动时化油器供给极浓的混合气成分2、结构：阻风门，起动喷孔，,3、原理（链接汽车构造3动画）起动时发动机转速极低，虽然喉管处真空度很低，但如在喉管前的进气室内设置一阻风门，起动时让其关闭，则在阻风门后的喉管处造成很大的真空度，使主供油系统和怠速系统都参与工作，化油器供给极浓的混合气。由于起动时发动机克服静止的阻力损失较大，因此，起动时的节气门开度较怠速时的开度略大。4、注意：（1）、为防止起动后期混合气成分因发动机转速升高而过浓熄火，在阻风门上设置自动阀2，如喉管处真空度过高，阻风门前后的压力差克服弹簧3的预紧力而使自动阀2开启。（2）、起动完毕，发动机转入自行运转，暖机使发动机水温正常后应将节气门关小到怠速位置，同时将阻风门开度逐渐加大，两者动作要协调好，否则极易熄火。（3）、用按压浮子法冷起动时，防止“淹嘴子”,暖机后立刻打开阻风门,5-4 化油器的构造,一、化油器分类1、按喉管处空气流动方向分为上吸式、下吸式、平吸式三种。,汽车发动机用下吸式，原因是进气阻力小，化油器安装在进气管上方，便于调整；摩托车发动机因座垫在上方，一般采用平吸式；上吸式因进气阻力大、不易着火、低速响应差等遭淘汰。,汽车单腔上吸式化油器,2、按重叠的喉管数目分为单喉管式、多重喉管式。设置多重喉管的目的是为了解决高低速时气缸内充气量与汽油雾化质量之间的矛盾。若喉管粗，则高速时可保证足够的充气量，但低速时汽油雾化质量差；喉管细则低速时汽油雾化质量好了，但高速时气缸内的充气量严重不足。,因此，将两个或三个直径不同的喉管按上小下大的次序重叠套置组合。主喷管位于最小的喉管中，可保证汽油的良好雾化质量，有利于提高燃料经济性；大喉管与小喉管之间的环形通道则保证了气缸内有足够的充气量，以满足高速动力性的要求。喉管数目愈多，化油器与发动机的匹配愈复杂。,3、按其空气管腔数目分为单腔式、双腔并动式、和双腔（或四腔）分动式三种（1）双腔并动式：两个同样的单腔化油器的并联，壳体合铸成一个整体，使用一套浮子室、起动系统、加速系统和加浓系统，但两个管腔各有一套相同的主供油系统、怠速系统和节气门，两个节气门装在同一根轴上，同时开闭。双腔并动式化油器是为了解决气缸数较多（四缸以上）的高速汽油机容易产生的各缸吸入混合气数量和浓度不一致的问题（使用单腔化油器和单一进气管时，化油器到各缸距离相差较大，很难保证自化油器到各缸的进气管阻力和温度情况近于一致；缸数一多，不可避免发生同时有几个气缸进行吸气，即所谓进气重叠现象）。为解决这一问题，采用双腔并动式化油器与双式进气管，分别向半数气缸供气，如六缸发动机，不是相继点火的1、2、3缸为一组，其余三缸为另一组，分别由一个腔和一个进气管供气。这样，避免了进气重叠现象和提高了充气效率，使发动机功率有所增加,双腔式化油器,四腔式化油器,（2）双腔分动式：两个结构和作用不同的管腔，分别叫主腔和副腔。其中，副腔仅在负荷及转速高达一定程度时才起作用。目的是解决转速范围宽广的高、低速之间发动机动力性和燃料经济性之间的矛盾。在中小负荷及较低转速下只有主腔单独工作（副腔节气门未开），因此，主腔喉管直径较细，以利于汽油雾化；当负荷及转速高达一定程度时，副腔节气门才开始开启，与主腔一道工作，因而保证了发动机高速时的功率要求。CA7220、奥迪100型、桑塔纳、捷达、日本系列86年以前的化油器式轿车发动机等。主腔因一直参与工作，因此应具有所有供油系统，副腔则只设有主供油系统和怠速系统。副腔节气门虽然比主腔节气门开得晚，但全负荷时应与主腔节气门同时开到最大，因此，两腔节气门的动作协调一般用一套杠杆联动机构来保证。与之配用的进气管只能是单式的。（3）四腔分动式：实际上是两个同样的双腔分动式化油器的组合。其中，两个主腔和两个副腔各自并动。四腔化油器具有双腔分动和双腔并动的优点。一汽红旗CA7560高级轿车的8V100型发动机即采用四腔分动的241型化油器。,二、化油器的结构,三、化油器的操纵结构,5-5 供油装置,汽油供给装置由汽油箱1、汽油滤清器2与3、汽油泵4及油管组成。其作用是储存、滤清和输送燃油。,一、汽油箱,带锁油箱盖,二、汽油滤清器,红旗,欧宝,日产,汽油滤清器,一次性汽油滤芯,三、膜片式汽油泵,四、电动式汽油泵,电动涡轮汽油泵,5-6 汽油机的燃烧过程,导入：、油料的燃烧过程属于高等内燃机学的重点内容、燃烧过程是一种激烈的又具有一定规律的化学、物理过程、燃烧过程既与R有关，又与汽油性能、雾化质量有关、燃烧过程直接影响燃烧速度时间、缸内压力变化、燃烧温度、燃烧柔和度从而全面影响热效率、功率、排放、经济性、噪音等、研究方法很多（奥拓循环、等容循环、等压循环等），我们按示功图展开法中的压力变化情况进行研究。,一、汽油机的正常燃烧过程注意：1、速燃期内又叫明显燃烧期或显燃期 2、描述速燃期内燃烧速度的指标是单位曲轴转角的汽缸内压力升高的速度，即：p/=(p3-p2)/(3-2)3、思考柴油机的燃烧过程和汽油机是否相同？,正常燃烧过程,正常燃烧过程,二、汽油机的非正常燃烧过程：,定义：,爆燃的后果：,（5）破坏火花塞绝缘（6）形成抓粘磨损或粘缸,爆燃的原因：由于缸内压力过大（积碳严重、速度过高、发动机过热等），导致混合气末端热辐射式同时点火，形成数个火焰中心，造成爆炸式燃烧。当Vt=100-300m/s时为轻度爆燃 当Vt=300-800m/s时为中度爆燃 当Vt=800-1500m/s时为重度爆燃,2、表面点火（1）、定义：凡是不靠电火花点火而由燃烧室炽热表面（如过热的火花塞绝缘体和电极、排气门、炽热的积炭等）点燃混合气而引起的不正常燃挠现象，称为表面点火。根据被炽热表面点火的火焰是否始终以正常速度进（2）、类型、早火（前燃）：高温炽热表面在火花塞跳火前点燃混合气的现象称为早火。发生早火时，炽热表面温度较高。由于混合气使进气和压缩 行程中长期受到炽热表面加热，点燃的区域比较大，一经着火，势必使火馅传播速度较高，压力升 高率过大。常使最高压力点出现在上止点之前，压缩功过大，发动机运转不平稳并发生沉闷的 敲击声。同时，早燃的发生使散热损失增加，传给冷却水的热量增多，容易使发动机过热，有效 功率下降。甚至在压缩过程末期的高温高压下会引起机件损坏,、后火（滞燃）：火花塞跳火点燃混合气后，在托火焰传播过程中，由于炽热表面使火焰前锋未扫过区域的混合气被点燃，但形成的火焰前锋仍以正常的火焰传播速度向未燃气体推进，称为后火。这种现象可在 发动机断火后发现，发动机仍象 有电火花点火一样，继续运转，直到炽热点温度下降到不能点燃混 合气为止，发动机才停止转动。、激爆：发动机低速低负荷（水平路上，汽车行驶速度低于20公里/小时）运转时，燃烧室表面极易 形成热性很差的沉积物。它使高压缩比汽油机的表面温度更高。此外，沉积物颗粒被高温火焰 包围，使其急剧氧化而白炽化，将混合气点燃。在发动机加速时，气流吹起已着火的碳粒，使混 合气产生多火点燃的着火现象，致使混合气剧烈燃烧，压力升高率和最高燃烧压力急剧增加。,试验证明，产生激爆时压力升高率比正常值高5倍，最高燃烧压力比正常值高l50%，气缸内的高温、高压又促使爆燃的产生，发出强烈的震音，危害极大。注意爆燃与工作粗暴的区别：爆燃发生在明显燃烧期末期，由末端混合气同时燃烧所致；而工作粗暴发生在明显燃烧器初期，由于爆发压力P/增长过快所致。,三、影响汽油机燃烧过程的主要因素1、燃料的性质（辛烷值、挥发性等）2、混合气空燃比（主要影响火焰传播速度，如右图，当时最适于火焰传播）,3、点火提前角,4、发动机转速,5、外界负荷,6、压缩比：,t,Pe,爆燃倾向7、汽缸直径：D,火焰传播路程，表面点 火倾向，爆燃倾向 8、燃烧室形状（专题介绍）9、缸盖和活塞的材料：散热性能好，倾向10、环境温度：11、进气状况：,5-7关于汽油,导入：、碳原子数在C5-C11之间的石油二次裂解产品、只介绍对汽油机来讲，汽油应具备的性能一、汽油的主要性能 1、气化性（挥发性、蒸发性）（1）、定义（2）、评价指标 DD%（10%DD,50%DD,90%DD）2、抗爆性（1）、定义:（2）、评价指标 ON(octane number)异辛烷 C8H18与正庚烷C7H5的体积比比值 RON和MON，（RON+MON）/2=e e被称为抗暴指数，尤其是对其非常敏感。,3、热值Hq(一般Hq=44000KJ/kg)4、汽油的安定性5、腐蚀性6、机械杂质7、化学杂质8、水分9、酸度,二、汽油的分类 1、按RON：60、70、85 2、按MON分：90、93、97 说明：三种质量级别优质品、一级品、合格品三、汽油的选用：厂家要求，速度，环境温度，负 荷，车况四、使用汽油注意事项:1、安全2、注意气阻3、绝对禁止与煤油混用4、选用无重金属汽油,