汽油机供给系Word文件下载.docx

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汽油的裂化法有热裂化、催化裂化等，目前使用较多的是催化裂化法。

催化裂化汽油是在催化剂的作用下使石油中的大分子烃受热裂化为小分子烃并改变其分子结构而得。

利用催化裂化法可以从石油中获得更多的优质汽油。

汽油的使用性能指标主要是蒸发性、热值和抗爆性。

它们对发动机性能有很大的影响。

在发动机中，气油只有先从液态蒸发成蒸气，并于一定比例的空气混和成为可燃混和气后，才能在气缸中燃烧。

对于高速发动机，形成可燃混和气过程的时间很短，一般只有百分之几秒，因此，汽油蒸发性的好坏，即容易蒸发的程度，对于所形成的混合汽质量有很大影响。

1.汽油的蒸发性

汽油的蒸发性可通过燃料的蒸馏试验来测定。

将汽油加热，分别测定蒸发出10%、50%、90%馏分时的温度及终馏温度（分别称为10%馏出温度、50%馏出温度、90%馏出温度及干点）。

10%馏出温度与汽油机冷态起动性能有关。

此温度低，表明汽油中所含的轻质部分低温时容易蒸发，在冷起动时就有可能是较多的汽油蒸发与空气混和形成可燃混和气，发动机就比较容易起动。

50%馏出温度表明汽油中的中间馏分蒸发性能的好坏。

此温度低，汽油中间馏分就易于蒸发，从而汽油机的预热时间短，使暖机性能、加速性能和工作稳定性都比较好。

90%馏出温度与干点用来判定汽油中难以蒸发的重质成分的含量。

此温度越低，表明汽油种重馏分含量越少，越有利于可燃混和汽均匀分配到各气缸，同时也可使汽油的燃烧更为完全。

因为重馏分汽油不易蒸发，往往来不及燃烧，而可能漏到曲轴箱内使发动机的机油稀释，润滑恶化。

这一点在冬季使用时尤为明显。

汽油机工作时，其汽油供给管路可能受热升温。

当温度升高到使汽油蒸气压达到饱和值，即等于管路系统压力时，气油泵和管路中将产生大量汽油蒸气泡，妨碍液态汽油畅流，使汽油流量减少到不足以维持发动机正常运转，导致发动机失速（转速突然下降）。

发动机的这种故障成为气阻。

发动机所用的汽油蒸发性越强，则越易发生气阻。

因此，在国产汽油质量指标（表4-1）中，规定了夏季与冬季要求不同的饱和蒸气压力。

此外，蒸发性过强的汽油还可能在从化油器喉管喷出后立即吸热蒸发，导致化油器中温度过低而结冰。

2.燃料的热值

燃料的热值是指燃料完全燃烧后所产生的热量。

汽油的热值约为44000KJ/kg。

3.汽油的抗爆性

汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸中燃烧时，避免产生爆燃的能力，亦即抗自燃能力,是汽油的一项主要性能指标。

第一章中已经提及，爆燃是汽油机的一种异常燃烧现象，它会引起发动机过热、排气冒烟、油耗增大、功率下降等不良后果。

发动机选用抗爆性较好的汽油，就可能采用较高的压缩比而不至于发生爆燃。

汽油抗爆性的好坏程度一般用辛烷值表示。

辛烷值越高，抗爆性越好。

汽油的辛烷值常用对比试验的方法来测定。

在一台专用的可变压缩比的单缸试验发动机上，先用被测汽油作为燃料，使发动机在一定的条件下运转。

试验中逐步提高试验发动机的压缩比，直至试验发动机产生标准强度的爆燃为止。

然后，在该压缩比下，换用由一定比例的异辛烷（一种抗爆燃能力很强的碳氢化合物，规定其辛烷值为100）和正庚烷（一种抗爆燃能力极弱的碳氢化合物，规定其辛烷值为0）混合而成的标准燃料，使发动机在相同的条件下运转，改变标准燃料中异辛烷和正庚烷的比例，直到单缸试验机也产生前述的标准强度的爆燃时为止。

这样最后一种标准燃料中异辛烷含量的体积百分数及为被测汽油的辛烷值。

例如，用被测汽油和用异辛烷含量为70%的标准燃料的试验结果相同，即可认为该种汽油的辛烷值为70。

国产汽油的辛烷值可以从其代号中的数字看出。

例如，代号为RQ-85的汽油，其辛烷值不小于85。

为了提高汽油的抗爆性，有时在汽由中加进少量的抗爆剂——四乙铅[]。

但四乙铅燃烧后易生成固体的氧化铅，沉积在活塞、燃烧室、气门和火花塞上，从而引起气门漏气、火花塞电极短路等现象而破坏发动机的正常工作，故向汽油中添加的四乙铅中还混合有一种称为“携出剂”的物质（如溴乙烷等），使铅变成挥发性的盐类，随废气排出。

这种四乙铅与携出剂的混合物成为乙基液。

四乙铅有毒，故加入四乙铅的汽油常染成红色，以便识别，防止使用中毒。

应该指出，当汽油的压缩比一定时，所用汽油的品质对于爆燃的发生起着决定性的影响，因此，选择汽油的主要依据就是发动机的压缩比。

一般压缩比高的汽油机应采用辛烷值高的汽油。

加入四乙铅的汽油燃烧后，在发动机排气中含有大量的铅化雾粉尘，而排出的铅化雾有常使排气的催化反应器处理装置加速失效。

近年来，各国都重视排气净化，一般控制汽油机的压缩比不超过10。

为了避免排气中的铅粉尘，在汽车上应当使用无铅汽油，我国已经决定在2000年前后，全部推广使用无铅汽油。

第二节简单化油器与可燃混合气的形成

液体燃料必须在蒸发为气态后才能与空气均匀混合。

要使混合气能在很短时间（约为0.01-0.02s）内形成，必须先将燃料喷雾成极微小的油滴，使蒸发面积大大增加，并且利用进气系统吸入的空气流的动能来实现汽油的雾化与蒸发。

图4-2表示简单化油器的构造原理和可燃混合气形成的过程。

图中属于化油器的部分是：

带有浮子结构（由浮子3和针阀2组成）和量孔8的浮子室9、喷管4、喉管5以及节气门6。

浮子室9连同喷管4实际上是一个壶状的容器，其中贮存着自汽油泵输送来的汽油。

由于喷管口高于浮子室中的油面约2-5mm，汽油不可能自动流出。

浮子室顶部有孔通大气，故若在喷管口处造成足够大的真空度，即可将室中的汽油吸出喷油管。

为了在喷管口处形成吸油所需的真空度，空气管的中段做成通道截面积沿轴向变化的细腰管，称为喉管，其最窄处称为喉部，喷管4即插入喉管5内，并使喷管口位于喉部附近。

空气管的两端分别与空气滤清器1和发动机进气支管7相连。

在进气行程中，进气门11开启，活塞由上止点下行，气缸容积增大，缸内压力

小于大气压力

，在真空度

的作用下，空气便经空气滤清器1、化油器空气管及进气管7向气缸流动。

从流体力学得知，凡流体（气体或液体）在管道中流动时，若管道各处截面积不同，则流体流经各处的流动速度和静压力也是不同的。

截面积越小之处，其流速越大，而静压力则越低。

由图可见，喉管5的喉部截面积最小，因而喉部的空气流速最大，静压力最低，且小于大气压力

，即喉部存在着真空度

。

浮子室因有孔通大气，故浮子室内的压力基本上等于大气压力

于是，在浮子室内和喷管口出（即喉部）的压力差，即喉部真空度

的作用下，汽油自浮子室经喷管4喷入喉管处。

喉管处的空气流速大约等于汽油流速的25倍，因此由喷管喷出的油流即被高速的空气流冲散，成为大小不等的雾状颗粒（即所谓雾化），再与空气混合，经进气支管7被分配到各个气缸。

油雾中的较小油粒，在随空气流动的过程中，一部分立即蒸发成蒸气，而一时尚来不及蒸发的部分则在流经进气管时或在进气行程和压缩行程中在气缸内陆续蒸发。

油雾中较大的颗粒跟不上气流，便沉积在进气管上而形成油膜。

油膜被混合气流带动缓慢的流向气缸，然后在缸内受热蒸发。

为加速汽油的蒸发，通常利用废气的余热对吸入气缸前的可燃混合气进行适当的预热。

图中所示的进气预热套管10即为此种装置，其中箭头表示废气在套管内流动的方向。

由于汽车行驶情况不断变化，所需的发动机功率也应作相应的变化。

在汽车行驶过程中，改变发动机功率时通过改变供入的可燃混合气的数量来实现的。

为此，化油器设有节气门6。

节气门通常是一个椭圆形的片状阀门，可以绕其短轴转动一定角度。

节气门与驾驶室内的加速度踏板用一系列杆件相连接。

驾驶员将加速踏板踩到最低位置，节气门6即转到图中所示的垂直位置，此时混合气的通道截面机减至最小。

在发动机转速不变时，节气门开度越大，则整个进气管道阻力越小，空气管内的流量和流速越大，从而喉部的空气流速、流量和真空度便越大。

喉部真空度

增大，就使得流出喷管的汽油流量也随之增加，因而加大了发动机功率。

应当指出，对于结构一定的化油器，影响喷管出油量的主要因素是喉部真空度

，而影响喉部真空度的因素除节气门开度外，还有发动机转速。

当节气门开度一定时，发动机转速越高，则气缸内真空度越大，喉管中的空气流速和真空度也就越高。

为了保证可燃混合气的浓度复合预定数值，有必要精确的控制空气流量和汽油流量。

在气缸内真空度一定时，空气流量决定于喉部的形状和尺寸。

在喉部真空度一定式（设浮子室中气压和油面高度不变），汽油流量决定于浮子室底部出油孔8的形状和尺寸。

这种用以控制流量的小孔称为量孔，对其尺寸精度的要求很高。

量孔一般不在浮子室上直接钻出，而是开在一个特制的铜塞或铜管上，在装入浮子室。

若换装不同尺寸的量孔，即可获得不同的出油量，使化油器能使用于其它的发动机。

同样道理，喉管5也是单独制成，再镶嵌在空气管中的。

量孔尺寸确定后，出油量便只取决于量孔两端的压力差。

量孔每一端的压力都包括油压（与油面高度成正比）和油面上的气压两部分。

当浮子室9内和喷管4内的油面高度都不变时，如前所述，出油量只取决于喉管真空度

但汽油泵向浮子式输入油量和浮子室输出油量总是不平衡的，这将使浮子室中油面高度变化不定，因而即使喉管真空度保持不变，量孔两端的压力差也会因两端的油压差的变化而变化，从而使油流量发生变化。

这样势必使得精确控制出油量实际上成为不可能，故必须设法保持浮子室中油面高度基本稳定。

为此，浮子室中装有由浮子3和针阀2构成的浮子机构。

针阀2支靠在浮子3上，二者可一同随油面起落。

当浮子室油面达规定高度时，浮子正好将针阀压紧在浮子室进油口的阀座上，汽油便不能继续流入浮子室。

随着汽油的消耗，浮子室油面下降，针阀重又开启，汽油又充入浮子室，直到针阀上升关闭时为止。

浮子机构的这种自动调节作用保证了浮子室油面高度的基本稳定。

如上所述，通过改变节气门的开度，可以改变可燃混合气供入气缸的数量，但节气门开度的变化还会引起可燃混合气浓度的变化。

当发动机转速一定，节气门开度逐步增大时，流经喉管的空气流量和流速也逐步增加，因而喉管真空度也随之而逐步增大，结果是汽油流量与空气流量也一同增加。

试验证明，在节气门小开度的范围内，随着节气门开度的加大，汽油流量的增长率比空气流量的增长率较大，因而可燃混合气明显地逐渐由稀变浓。

在继续加大节气门开度，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。

在转速不变时，简单化油器所供给的可燃混合气浓度随节气门开度（或喉部真空度

）变化的规律，称为简单化油器的特性，其图像如图4-3所示。

其中纵坐标是表征可燃混合气浓度的无量纲系数--过量空气系数

值越大，表示可燃混合气浓度越小（详见第三节）。

前面已提到，当节气门开度一定时，发动机转速的变化也引起喉管真空度的变化，从而引起可燃混合气浓度的变化。

但这种变化相对由节气门开度引起的变化是极微小的。

第三节可燃混合气成分与汽油机性能的关系

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、经济性与排放性等都有很大的影响。

对于混合气成分，欧美各国及日本一般都直接以其中所含空气与燃料的质量比--空燃比来表示。

理论上，1Kg汽油完全燃烧需要空气14.7Kg，故对于汽油机而言，空燃比为14.7Kg的可燃混合气可称为理论混合气。

若可燃混合气的空燃比小于14.7Kg，则意味着其中汽油含量有余（亦即空气含量不足），可称之为浓混合气。

同理，空燃比大于14.7Kg的可燃混合气则可称为稀混合气，应当指出，对于不同的燃料，其理论空燃比数值是不同的。

在我国除用空燃比表示混合气成分外，还常用过量空气系数表示混合气的浓稀程度，常用符号

表示。

由上面的定义表达式可知：

无论使用何种燃料，凡过量空气系数

=1的可燃混合奇迹为理论混合气;

<

1的为浓混合气；

>

1的则为稀混合气。

一、可燃混合气成分对发动机性能的影响

可燃混合气的成分对发动机性能的影响是通过试验显示的。

在发动机转速一定和节气门全开条件下，流经化油器的空气量即为一定值。

此时通过改变汽油量孔的尺寸以改变供油量，即可得到过量空气系数

不同（即浓度不同）的可燃混合气。

分别以不同值得可燃混合气供入发动机，并测出相应的发动机功率核燃料消耗率。

试验结果表明，发动机功率核燃料消耗率

都是随着过量空气系数

而变化的。

图4-4为某汽油机在转速不变和节气门全开条件下试验所得

和

随

值而变化的关系。

图中纵坐标为

的相对值（%）。

在功率坐标上，以使用各种浓度的混合气所得到的各个不同的功率值重的最大值为100%；

而在燃油消耗率坐标上，则以各个燃油消耗率中最小值为100%。

理论上，对于

=1的理论混合气而言，所含空气之中的氧正好足以使其中全部燃料完全燃烧。

但实际上，由于时间和空间条件的限制，汽油油粒和蒸气不可能及时地与空气绝对均匀的混合。

因此，即使

=1，汽油也不可能完全燃烧。

要使混合气中的汽油都能完全燃烧，混合气必须是

〉1的稀混合气。

从图4-4所示的实例中可以看出，该发动机在

=1.11时，燃油消耗率最低，即经济性最好。

此混合气称为经济混合气。

这就说明在这种混合气中，有适量富余的空气，正好能使汽油完全燃烧。

经验表明，对于不同的汽油即，相应与最低燃油消耗率的混合气成分一般在

=1.05～1.15的范围内。

如果混合气过稀（

1.05～1.15）虽然混合气中的汽油可以保证完全燃烧，但是，由于过稀的混合气燃烧速度低，在燃烧过程中，有很大一部分混合气的燃烧是在活塞向下止点移动时，燃烧空间容积很快增大的情况下进行的，这部分混合气燃烧放出的热量中转变为机械功的相对较少，而通过气缸壁面传给冷却水而散失的热量却相对增多，使汽油机的动力性和经济性都相应变坏。

在混合气严重过稀的情况下，燃烧过程甚至可能拖延到下一个循环的进气过程开始以后，此时残存在气缸中的火焰将通过开启着的进气门，将进气管中的混合气点燃，造成进气管回火；

加之过稀的混合气燃烧时，单位容积的混合气所能放出的热量也较少，使汽油机输出的功率下降。

因此，不能对发动机供给这种过稀的混合气。

实际上，当混合气稀到

＝1.3～1.4时，燃料分子之间的距离将增大到使混合气的火焰不能传播的程度，以致发动机不能正常运转，甚至缺火停转。

此

值称为过量空气系数的火焰传播下限。

从图4-4中还可看出，在节气门全开而转速保持一定的情况下，该发动机在

=0.88时，输出的功率最大。

此混合气称为功率混合气。

对不同的汽油机来说，一般在过量空气系数

=0.85～0.95的混合气中，汽油分子相对较多，混合气燃烧速度高，热损失小，如果其它条件相同，用这种成分的混合气工作的汽油机所输出的功率是最大的。

但是，这种混合气中空气含量不足，必将有一部分汽油不可能完全燃烧，因而发动机的经济性较差。

混合气过浓，例如图4-4中过量空气系数

0.88时，由于燃烧很不完全，气缸中将产生大量的一氧化碳甚至是还有游离的碳粒，造成气缸盖、活塞顶、气门和火花塞积炭，排气管冒黑烟，排气污染严重。

废气中的一氧化碳还可能在排气管中被高温废气引燃，发生排气管“放炮”现象。

此外，由于这种混合气的燃烧速度较低，有效功率也将减小，燃油消耗率则将增高。

当混合起加浓到

=0.4～0.5左右时，由于燃烧过程中严重缺氧，也将使火焰不能传播。

值称为过量空气系数的火焰传播上限。

以上对相应于图4-4所示的试验结果所作的分析，可简要的总结于表4-2中。

由以上分析可知，为了保证发动机可靠地稳定运转，汽油机正常工作时，其使用混合气成分

应在0.8～1.2范围内调节。

一般在节气门全开条件下，所用可燃混合气的

=0.85～0.95时，发动机可得到较大的功率。

当

＝1.05～1.15，发动机可以得到较好的燃油经济性。

将节气门置于各种不同开度时，重复上述试验便可发现，节气门开度越小（发动机负荷越小），则相应与最大功率的

值也越小。

表示这些变化规律的图线即为图4-5中的虚曲线1。

同样，在各种不同的节气门开度下（发动机在各种不同的负荷下），都存在着一个燃油消耗率最小的

值，但其数值也是随发动机负荷的减小而降低的，如图4-5中的虚曲线2所示。

曲线2说明，最经济的可燃混合气并不总是稀的。

在小负荷范围内，混合气也要变的较浓方能保证发动机工作最经济。

实际上，对于一定的发动机，相应与一定的工况，化油器只能供应一定

值得可燃混合气，该

值究竟应照顾功率的要求，还是照顾经济性的要求，或者二者适当兼顾，这就要根据汽车及其发动机的各种工况进行具体分析。

二、汽车发动机各种工况对可燃混合气成分的要求

由于汽车在使用中的实际装载质量不是定值，路面性质及道路坡度也是多样化的，路上的车流和人流情况又十分复杂，这就使得汽车的行驶速度和牵引力经常需要作大幅度的变化。

因此，作为汽车动力的汽油机的工况（负荷和转速），不可能如同用作固定动力的汽油机那样稳定，而是要经常在最大可能的范围内变化。

例如，汽车在起步前或在红灯信号下短时间停车时，发动机应作怠速运转，此时负荷为令（节气门开度最小），转速最低；

在汽车满载爬陡坡时，节气门应全开（全负荷），但转速并非最高；

在一般道路上行驶时，行驶阻力不大，节气门只需部分开启，即发动机在中等负荷下工作，车速和发动机转速也不一定很高；

有时在好路上高速行驶，发动机就有可能是全负荷，转速又达到最大值。

总之,汽车用汽油即工作的特点是:

1）工况变化范围很大，负荷可从0变到100%，转速可从最低稳定转速变到最高转速，而且有时工况变化非常迅速。

2）在汽车行驶的大部分时间内，发动机是在中等负荷下工作的。

轿车发动机负荷经常是40%-60%，而货车则为70%-80%。

车用汽油机各种使用工况对混合气的使用要求各不相同，现分述如下。

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，转入正常运转，且在一定时间内没有转速或负荷的突然变化。

稳定工况又可按负荷划分为怠速和小负荷、中等负荷和全负荷三个范围。

（1）怠速和小负荷工况怠速一般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做的功，只是用以克服发动机内部的阻力，使发动机保持最低转速稳定运转。

汽油机怠速转速一般为400~800r/min。

怠速工况时，节气门处于接近关闭位置，吸入气缸的可燃混合气不仅数量极少，且其中的汽油雾化蒸发也不良，此时混合气的燃烧不完全，怠速工况排出的HC和CO很多。

此外，由于进气管中的真空度很高，如果当进气门开启时气缸内的压力仍高于进气管压力，废气就可能膨胀而冲入进气管，而后又随着新鲜混合气一气被吸入气缸，因而吸入气缸中的气体废气含量较大。

为保证这种品质不良而且被废气稀释过的混合气能正常燃烧，化油器提供的混合气必须较浓，即

应为0.6~0.8。

当节气门略开而转入小负荷工况时，新鲜混合气的品质逐渐改善，废气对混合气的稀释作用也逐渐减弱，因而混合气浓度可以减小至

=0.7~0.9。

这一负荷范围内的理想的混合气成分变化规律如图4-5中曲线3的相应区段。

为了减少怠速排气中的有害成分，已采用较高的怠速转速。

（2）中等负荷工况车用发动机在大部分工作时间内处于中等负荷状态。

在此情况下，节气门有足够的开度，废气稀释的影响可以忽略不计。

此时，燃油经济性要求是首要的，化油器应供给接近相应于燃油消耗率最小的

=1.0~1.15的混合气，如图4-5中曲线在中等负荷范围内的一段。

这样，功率损失不多，节油的效果却很明显。

（3）大负荷和全负荷当汽车需要克服较大的阻力（例如上坡或在艰难的道路上行驶时）而要求发动机能发出尽可能大的功率时，驾驶员往往将加速踏板踩到底，使节气门全开，发动机在全负荷下工作。

这时，要求化油器能供给相应于最大功率的浓混合气（

=0.85~0.95）。

在达到全负荷之前的大负荷范围内，化油器所供给的混合气应从以满足经济性要求为主转到以满足动力性要求为主。

即在大负荷范围内，理想的混合气成分变化曲线（图4-5）应从接近曲线2逐渐转向曲线1，最后到达曲线1的全负荷点。

2.过渡工况对混合气成分的要求

汽车在运行中主要的过渡工况有冷起动、暖机、加速即急减速等几种。

（1）冷起动发动机起动时转速极低（只有100r/min左右），因此化油器中的空气流速非常低，不能使汽油得到良好的雾化，其大部分将呈较大的油粒状态，特别是在冷起动时，这种油粒附在进气管壁上，不能及时随气流进入气缸内，从而使气缸内混合气过稀，以至无法燃烧。

为此，要求化油器供给极浓的混合气（

=0.4~0.6），以保证进入气缸内的混合其中有足够的气油蒸气，使发动机得以顺利起动。

（2）暖机冷起动后，发动机各气缸开始自动运转，发动机温度逐渐上升（暖机），直到接近正常值，发动机能稳定的进行怠速运转为止。

在此暖机过程中，化油器供出的混和气的过量空气系数值应当随着温度的升高，从起动时的极小值逐渐加大到稳定怠速运转所要求的数值为止。

（3）加速发动机的加速是指负荷突然增加的过程。

当加速使，驾驶员猛踩加速踏板，使节气门开度突然加大，以期发动机功率迅速增大。

这时，通过化油器的空气流量瞬时随之增加，但是，液体燃料的惯性远大于空气的惯性，其燃料流量的增长比空气要慢的多，致使混和气暂时过稀。

而且，在节气门急开时，近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。

这种条件当然不利于汽油蒸发，致使燃料的蒸发量相对减少。

因此，除非有额外的燃料添加进去，否则将会出现瞬时混和气过稀的现象。

这不仅达不到使发动机加速的目的，而且还可能发生发动机熄火现象。

为了改善汽车发动机的加速性能，化油器应能在节气门突然大开时，额外添加供油量，以便及时使混和气加浓到足够的程度。

（4）急减速当汽车急减速时，驾驶员急速抬起加速踏板，节气门迅速关闭。

这是由于进气管真空度激增而沿近气管壁面流动的油膜迅速蒸发，使混和气变浓，燃烧恶化，排气中HC的含量迅速增加。

因此，当汽车急减速时，化油器中的节气门缓冲器可以减缓节气门关闭的速度和限制节气门开度，从而避免混和气过浓。

综上所述，车用发动机在正常运转时，在小负荷和中负荷工况下，要求化油器能随着负荷的增