汽油机燃料供给系的组成和工作原理

1、汽油机燃料供给系的组成和工 作原理授课日期年 月曰第周课时教学内容汽油机燃料供给系的组成和工作原理教学目标掌握汽油机燃料供给系的功用和组成教学重点与难点汽油机燃料供给系的功用和组成教学方法 与教具多媒体板书设计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

2、缸，并 在燃烧作功后，将燃烧产生的废气排至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，汽油从化进气管进一步蒸发，初步形成可燃混合

3、 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l=j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。教学生对新技术的求知度很高，以后可以在授课中插学入些相关的发动机新知识，提高学生的课堂积极性。后记教 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

4、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 可燃混合气的浓度。I三燃混合气。可燃混合气中燃料含量的多少称为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。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

5、汽油的贮存、 输送及滤清的任务。=1（2）空气供给装置。即空气滤清器， 些轿车发动机上还装有进气预热和消声装置。=1（3）可燃混合气形成装置。即化油器。=1（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

6、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=1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. 010. 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

7、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。l=Jwl=Jw（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2mm5mm， 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

8、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ZP）。（3）喉管。空气管中截面积沿轴向变化的细=1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=POPh。浮子室通 大气，其压力基本上等于PO。

9、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。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=1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）。l=J=1l=Jw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

10、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=1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

11、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l=J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（a）来表示。1=1w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&=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1

12、4. 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。I=jw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l=Ja =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a = 1的可燃混合气即为理论混合气（又称为 标准混合气）；aV1的为浓混合气；a 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

13、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l=j=1=1I=Jl=j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，a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，a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，a值下降趋于平缓。三、汽油机的燃烧过程l=Jw汽油机的正常燃烧过程是将燃

14、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。11I三在电火花点火之前，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

15、 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/ S60m/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，

16、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。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：III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。III压缩终点混合气的温度和压力。压缩比 越大，点火开始

17、时气缸内压力、温度越高，着 火延迟期越短。混合气成分。试验表明汽油与空气的混 合气在a = 0. 8-0. 9时，着火延迟期最短。=1气缸内残余废气增多，着火延迟期延长。l=J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。=J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

18、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。Illl=J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。1）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

19、的过 程中，处在最后位置上的那部分未燃混合气，Ill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。如 果在火焰前锋面尚未到达之前，未燃混合气已 达到自燃的条件，则在其内部最适宜发火的部 位产生一个或数个火焰中心，引发爆炸式的燃 烧反应，伴随着爆燃的发生，可听到发出尖锐 的类似金属的敲击声。当仅有轻微爆燃发生（例如汽车加速行驶 和上坡）时，火焰传播速度为100m/S100m /S,可缩短燃烧过程，膨胀功得到充分利用， 功率和热效率都有所提高，这是允许的。当发生剧烈爆燃时，自燃形成的火焰中心 传播速度高达1000m / S以上，使末端混合气 在瞬间燃烧，气体的容

20、积来不及膨胀，造成燃 烧室局部温度和压力急剧上升，产生3kHz以上 的高频压力波，以超音速向周围传播，撞击燃 烧室壁而发出类似金属的敲击声。由于产生高 频压力波，破坏了燃烧室壁的激冷层（该层起 着隔热膜的作用），导致散热量增大，冷却系过 热，各受热部位的温度过高，会引起活塞烧结、 活塞环粘着、轴承损坏和气门烧蚀等。此外， 由于局部温度高达4273k以上，燃烧产物更易 分解为CO、H2、O2及游离碳，游离碳因不能 再燃烧而随废气排出，形成排气冒黑烟现象。而CO、H2、O2等在膨胀过程中再燃烧，使补 燃增加，排气温度上升，发动机过热，功率和 热效率均下降，耗油率增加。有实验表明，严 重爆燃时发动机

21、的磨损比正常燃烧时大27倍， 这是一种危害较大的燃烧现象。据以上分析可知，任何促进末端混合气温 度升高的因素（如增大压缩比、进气温度高等）， 任何缩短末端混合气反应时间的因素，或点火 过早时，由于上止点附近的压力升高率增大， 使末端混合气的压缩压力上升，都将促使爆燃 更容易发生。因此，发动机在设计和使用中， 都采取各种措施来防止爆燃的发生。汽油的品质对产生爆燃有很大影响。燃用抗 爆性强的汽油可以避免爆燃的产生（如裂化汽油具有较好的抗爆性）；在汽油中加入少量抗爆 添加剂（如四乙铅抗爆剂，但因有毒已禁止使 用），可提高汽油的辛烷值，使其抗爆性增强 2）表面点火在火花点火式发动机中，凡是不依靠电火

22、花点火，而是由于炽热表面（如排气门头部、 过热的火花塞绝缘体、电极与炽热的积炭等） 点燃混合气而引起的不正常燃烧现象，称为表 面点火。它可分为以下两种:（1）非爆燃性表面点火。产生在正常火花点火之后的称为后火，产 生在正常火花点火之前的称为早火。后火。当炽热点的温度比较低时，电火 花点燃混合气后，在火焰传播的过程中，炽热 点点燃其余混合气，但此时形成的火焰前锋仍 以正常的速度传播，称为后火。这种现象可以 在发动机断火后被发现，这时发动机仍像有电 火花点火一样，继续运转，直到炽热点温度下降以后，发动机才停车。后火现象对发动机影响不大。早火。当炽热点温度比较高时，常常在III电火花正常点火之前，炽

23、热点就点燃混合气， 称为早火。由于混合气在进气及压缩行程中已 长时间受到炽热表面的加热，故早火点燃的区 域也比较大，一经着火，火焰的传播速度就较高，压力升高率也较大，使压缩行程末期的负 功很大，这就导致功率损失和向气缸壁的散热 点燃混合气。这样，在单缸汽油机上的早火， 往往导致停车。在多缸汽油机上，一个气缸的 早火，虽不致于停车，但由于压缩行程未期的 高温、高压往往是引起活塞连杆组机械损伤事 故，以及气门。火花塞、活塞等零件过热的原 因。增加，又进一步促使炽热点的温度升高，更早=1非爆燃性的表面点火，一般是在发动机以 高转速、高负荷长时间运转之后，火花塞的绝 缘体、电极和排气门高温所引起的。爆

24、燃性表面点火。它是由燃烧室沉积物引起的多点点燃的早 火现象，是一种危害性最大的表面点火现象。表面点火与爆燃是两种完全不同的不正常 燃烧现象。爆燃是在电火花点火之后，混合气 未燃部分的自燃现象；而表面点火则是炽热物 点燃混合气所致。但两者之间存在着相互促进 的内在关系：强烈的爆燃必然增加向气缸壁的传热，促成燃烧室炽热点的形成，导致表面点 火；早火又使气缸压力升高率和最高燃烧压力 促使爆燃产生。增大，使未燃混合气受到较大的压缩和传热，=1为避免表面点火现象的产生，可采取以下防 范措施：避免长时间的小负荷运转，以及汽车 频繁的减速和加速行驶；在汽油中加磷添加剂， 可使沉积物减少，使炭的着火温度提高；

25、注意 清除燃烧室积炭和冷却水道内的水垢，保持燃 烧室及排气门座附近的水道畅通，以确保冷却 效果，使燃烧室壁面温度不致过高。3、燃混合气浓度对燃烧过程和发动机性能的影 响可燃混合气的浓度对燃烧过程以及发动机 的动力性和经济性有很大影响。（1）理论混合气（a=l）。它是理论上推算的完全燃烧的混合气浓度。实际上，由于时 间和空间条件的限制，汽油不可能及时与空气 绝对均匀混合，实现完全燃烧。（2）稀混合气（a1）。它可以保证所有 的汽油分子获得足够的空气而实现完全燃烧， 因而经济性好。故称为经济混合气。常用经济 混合气a值多在1. 051. 15范围内。若混 合气过稀（a 1. 15）,因空气量过多，

26、燃烧速 度减慢，热量损失加大，将导致发动机过热、 动力性和经济性变差，化油器发生回火等不正 常现象。当混合气稀到a= 1. 31. 4时火 焰无法传播，称为火焰传播下限。（3）浓混合气（aV1=。由于汽油分子相 对较多，混合气燃烧速度快、压力大、热损失III小，发动机输出功率大，因此称其为功率混合 气，其a值多在0. 850. 95范围内。功率混 合气中空气相对较少，不能完全燃烧，因此经 济性较差。若混合气过浓(a 0. 8=，则燃 烧很不完全，产生大量的CO,并在高温高压的 作用下析出游离的碳，导致发动机排气冒黑烟、 放炮、燃烧室积炭、动力性和经济性变差、排 放污染加剧。当混合气浓到a= 0. 40. 5 时，火焰将无法传播，发动机熄火，此值称为 火焰传播上限。=i(2)中等负荷工况。发动机负荷在25% 85%之间称为中等负荷。由于节气门开度较大， 进入气缸的混合气数量增多，燃烧条件较好。 此外，由于发动机大部分的时间处在中等负荷 下工作