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发动机供给系


发动机供给系的任务是:根据发动机不同工况的要求,配制出一定数量和浓度的可燃混合气,供入气缸,使之在临近压缩终了时,点火燃烧而膨胀做功。最后,供给系还应将燃烧产物--废气排至大气中。

该发动机的供给系由下列装置组成:

燃油供给装置,包括汽油箱、汽油泵、汽油滤清器、输油管、回油管等,用以完成汽油的储存、输送、清洁及油路中油汽分离任务;

空气供给装置,包括空气滤清器、进气预热系统及PCV(曲轴箱强制通风)装置;

可燃混合气形成装置,即化油器;

可燃混合气供给及废气排出装置,包括进气管、排气管和排气消声器。

汽油油路如图5-100所示。在汽油泵4的作用下,汽油由汽油箱2沿输油管3经汽油泵4进入汽油滤清器5,汽油滤清器5有过滤及油汽分离作用,过滤后的汽油进入化油器6,而汽油蒸汽及汽油泵4多供的汽油则沿回油管7流回汽油箱2。

汽油在化油器中实现雾化、蒸发、与空气混合形成可燃混合气,并在进气管中进一步与空气混合,可燃混合气经进气歧管分配到各个气缸进行燃烧。燃烧生成的废气经排气管和排气消声器被排到大气中。[TOP]

一、简单化油器

(一)简单化油器的结构及工作原理

化油器是供给系中最重要的装置,简单的化油器结构如图5-101所示。浮子室13连同主喷管15实际上是一壶状容器,内储有由汽油泵输送来的汽油14。为防止汽油自动流出,主喷口4比浮子室中油平面稍高。

发动机进气冲程时,空气透过空气滤清器芯21,由进气口2进入化油器,并流经小喉管5、大喉管6,沿进气管8流入气缸。由于小喉管5在气流通道中断面积较小,空气流经小喉管时流速较高,小喉管处的压力便低于大气压,即具有一定的真空度,而浮子室13与大气相通,在压差的作用下,浮子室中的汽油14经主喷管15从主喷口4喷出,并与空气相混合,形成可燃混合气。喷出的汽油量可由主量孔12加以控制。为使喷油量在小喉管真空度一定时保持稳定,浮子室中汽油面的高度由针阀17控制而保持一定。

由于汽车行驶中情况不断变化,要求发动机发出的功率应作相应变化,这由改变进入气缸的可燃混合气的数量来实现。为此,化油器设有节气门口11,其开度由驾驶室内的加速踏板控制。加速踏板被踩下时,节气门开度增大,进入气缸的可燃混合气增多,发动机发出的功率增大;反之,发动机发出的功率减小。

(二)简单化油器的特性

可燃混合气的浓度对发动机的动力性与经济性有很大的影响,其指标可用过量空气系数α来表示。

α=燃烧lkg燃料所实际供给的空气质量/完全燃烧lkg燃料所需的空气质量


过量空气系数α=1的可燃混合气即为理论混合气,α<1的混合气为浓混合气;α>1的混合气为稀混合气。

简单化油器所配制的混合气的浓度是随节气门的开度变化而变化的,变化的规律称为简单化油器的特性。由实验测定的特性曲线如图5-102中曲线1所示。由该曲线可看出,节气门开度越小,混合气α值越大,随节气门开度增大,α值减小,并保持在1.0左右。

(三)发动机各工况下对混合气浓度的要求

车用发动机的工况(负荷和转速)经常是在很大范围内变化的,负荷率可以从零(怠速)变到百分之百(汽车爬坡、超车),转速可以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。但在大部分时间内,发动机在中等负荷下工作。

发动机在不同的工况下对混合气浓度的要求是各不相同的。

1.稳定工况下对混合气浓度的要求

稳定工况是指发动机正常运转,且在一定时间内负荷和转速没有突然变化。稳定工况可按负荷的大小分为怠速和小负荷、中等负荷、大负荷和全负荷等三个范围。

1)怠速和小负荷工况

怠速时发动机空转,发动机所作的功仅用于克服空转时的内部阻力,节气门开度最小(接近全关),进入气缸的新鲜混合气数量很少,上一循环留在气缸中的残余废气量相对增多,废气对新鲜混合气的稀释作用强。同时,在进气通道中,气流速度慢,汽油的雾化、蒸发不良。由于以上两个原因,要求供给较浓混合气,其α值应为0.6-0.8左右(见图5-102中曲线2)。

小负荷时,节气门开度略大,进入气缸的新鲜混合气量增加,残余废气的稀释作用弱,要求供给浓混合气,其α值应为0.7-0.9左右(见图5-102中曲线2)。

2)中等负荷工况

车用发动机大部分工作时间处于中等负荷工况。此时,节气门有足够的开度,残余废气的稀释作用可以略去不计,而发动机的经济性是首要的,要求供给经济混合气,其α值应为1.l左右(见图5-102中曲线2)。

3)大负荷和全负荷工况

当汽车需要克服较大的行驶阻力(如上坡或在艰难道路上行驶)时,驾驶员将加速踏板踩到底,使节气门全开。在该工况下,发动机的动力性是首要的,要求供给能发出最大功率的功率混合气,其α值应为0.9左右(见图5-102中曲线2)。

2.过渡工况下对混合气浓度的要求发动机的过渡工况主要是冷起动、暖机及加速等三种工况。

1)冷起动

发动机在冷态下以外力起动为冷起动。此时,发动机转速极低(只有100r/min左右),化油器中空气流速非常慢,汽油得不到良好的雾化,大部分呈较大的油粒状态。且进气管中气流温度低,不利于汽油的蒸发,使油粒附在进气管壁上,不能及时随气流进入气缸,导致缸内混合气过稀,以至无法点燃。为顺利起动要求供给极浓的混合气,其α值为0.2-0.6左右,以保证进入气缸的混合气有足以点燃的浓度。

2)暖机

冷机起动后,发动机各缸依次点火而自动继续运转,发动机温度逐渐上升,直到接近正常值,发动机能稳定怠速运转为止,这一过程,称为暖机。在暖机中,供给的混合气α值应随发动机温度升高,从起动时的极小值逐渐过渡到稳定怠速时所需的数值。

3)加速

驾驶员猛然踩下加速踏板,节气门开度突然加大,使发动机在很短时间内由较低转速变化到较高转速,这一过程即为加速。节气门开度突然加大时,通过化油器的空气流量随之及时增加,而液态汽油的惯性远大于空气的惯性,汽油流量的增加要比空气流量的增加慢得多,导致混合气暂时过稀。而且由于进气管内压力骤然升高(进气量突然加大)、温度降低(冷空气来不及预热),不利于汽油的蒸发,也会使混合气暂时过稀。这不仅达不到发动机加速的目的,反而还可能导致发动机熄火。为改善发动机的加速性能,在节气门突然开大时化油器能额外供油。

将简单化油器特性与发动机在不同工况下对混合气浓度的要求相比较,见图5-102,可以看出:简单化油器在怠速和小负荷工况下以及大负荷和全负荷工况下供油不足,而在中等负荷下供油过多。因此简单化油器不能直接在现代车用发动机上使用。

为满足需要,现代车用发动机上的化油器,便在简单化油器上的基础上,增设一系列能自动调配混合气浓度的装置,如怠速系统、加浓系统、起动系统、加速系统等,此外还配有一些辅助装置,使化油器性能日趋完善。[TOP]

二、卡(Carter)YFA化油器

该发动机装用一卡特(Carter)YFA型单腔、三喉管、下吸式化油器,其组成如图5-103所示,按工作特点可将其分为主供油系统、加浓系统、加速系统、怠速系统、起动系统等供油系统及辅助装置两部分。

(一)供油系统

1.主供油系统

主供油系的功用在于发动机处于中等负荷时供给经济混合气。该化油器的主供油系统如图5-104所示,其中的主量孔3、主喷管16、主喷口15与浮子室从结构上可看作为一简单化油器。如前述,简单化油器在中等负荷时供油过多。为减少供油量,该化油器主供油系统采用通常使用的降低主喷管16中真空度的方案,即在主喷管16上加开一通气管,管上装有控制渗入空气流量的空气量孔14。化油器工作时,空气从空气量孔14渗入主喷管中,从而降低了主喷管中的真空度,使主喷口15的喷油量减少。同时,渗入的空气使主喷管中的汽油泡沫化,有利于汽油喷出时的雾化、蒸发。

2.加浓系统

如前述,简单化油器在大负荷和全负荷时供油不足。为解决这一问题,该化油器设置了加浓系统,以便在大负荷和全负荷时供给浓混合气。

加浓作用的原理如图5-105所示。在主量孔3中插一下端为变截面的计量针6(图5-105a),当计量针6上升时,主量孔3的过油截面增大,主喷管15中汽油的流量相应增加,从而起到加浓作用(图5-105b)。

而计量针6的上升受节气门开度及进气管真空度的双重控制,前者为机械加浓系统,后者为真空加浓系统。

1)机械加浓系统

机械加浓系统在图5-104中示出。提升杆12与计量针臂10的右端滑套在加速泵杆8上,三者可相对运动。发动机在节气门开度一定下工作时,提升杆12位置一定,进气管真空度也一定。进气管真空度通过真空通道1传到加速泵膜片4下方,并吸动膜片4下移。膜片4与加速泵杆联为一体,从而带动加速泵杆下移,通过加速泵缓冲弹簧9,将计量针臂10紧压在提升杆12上。由于提升杆12此时位置一定,固定在计量针臂10左端的计量针6位置也就一定。当节气门开度增大时,转动的节气轴通过连结杆(图5-103中的18)推动提升杆12向上运动,将压在提升杆上的计量针臂10抬高,计量针6随之升高,从而起到加浓作用。当节气门开度减少时,提升杆12向下运动,压在提升杆上的计量针臂10及计量针6随之下降,化油器又供给经济混合气。由上述可知,机械加浓系统能否起作用仅取决于节气门开度。


在车辆行驶中,如节气门开度不变行驶阻力增大时,车速及发动机转速将下降。此时,如能使混合气自动加浓,发动机便可在不增大节气门开度的情况下增大功率,保持车速稳定。这可减少驾驶员的操作动作,对减轻驾驶员的疲劳有利。然而机械加浓系统没有这种功能。为解决这一问题,该化油器还设有真空加浓系统。

2)真空加浓系统

该化油器的真空加浓系统在图5-104中示出。如前述,在传到加速泵膜片4下方的进气管真空度的作用下,将计量针臂10紧压在提升杆12上。与此同时,真空加浓弹簧7受到压缩。在节气门开度一定(提升杆位置一定)而车辆行驶阻力增加使发动机转速下降时,进气管真空度减小,加速泵膜片4下方的真空度随之减小,在真空加浓弹簧7的作用下,加速泵杆8升离提升杆12,带动计量针臂10、计量针6上升,从而起到加浓作用,使发动机功率增大。当节气门开度较小而发动机转速较低时,进气管真空度相应较低,真空加浓系统有可能参与工作。但实际上由于发动机负荷小而没有加浓的必要。因此,在节气门的后方开有真补偿孔17,使膜片4下方在此工况下也能保持较高的真空度,避免了真空加浓系统在小负荷低转速下参与工作。

3.加速系统

发动机处于加速工况时,需额外供油,这由加速系统完成。该化油器的加速系统如图5-106所示。当驾驶员将加速踏板猛然踩下时,提升杆12急速向上运动,并带动加速泵杆8及与其相联的加速泵膜片一道急速向上运动,将加速泵室中的汽油压入加速油道,经加速喷口22喷出。在加速喷口22处设有通气孔21以渗入空气,使喷出的汽油泡沫化。为避免由于喉管真空度将汽油从加速喷口吸出,在加速油道中设有重块20及单向球阀23,只有在,加速泵参与工作使加速油道中的油具有一定的压力时,油才能顶开球阀23从喷口22喷出。当驾驶员松开加速踏板后,节气门开度减小,提升杆12向下运动,加速泵膜片4下方的真空度将膜片4吸下,使其回到原来位置。

为避免加速系统中的零件,特别是加速泵膜片4因加速泵工作时动作过猛而损坏,在加速泵泵杆8与提升杆12之间设一缓冲弹簧9。当提升杆12急速上升时,缓冲弹簧可缓和加速泵杆8的动作,从而保护加速系统中各零件免遭损坏。

4.怠速系统

怠速系统的功用是发动机处于怠速和小负荷时供给很浓的混合气。

怠速时,发动机保持在最低稳定转速下运转,节气门接近全关,流经喉管的空气流速很小,喉管处的真空度很低,不可能将汽油从主喷口吸出,故需另设怠速系统。

该化油器的怠速系统如图5-107所示。

由于怠速时节气门接近全关,故节气门后方的真空度很高。怠速喷口30开在节气门后,并通过怠速油道与主喷管16相通。在节气门后真空度的作用下,主喷管16中的油自取油管底部进入取油管,经第一怠速量孔25(位于取油管上部),沿怠速油道,并与从第一怠速空气量孔28渗入的空气混合(汽油第一次泡沫化),再经第二怠速量孔27(或称节油量孔),并进一步与从第二空气量孔26渗入的空气混合(汽油第二次泡沫化),最后从怠速喷口30喷出。汽油经两次泡沫化,有利于喷出后的雾化、蒸发,以便怠速采用较稀的混合气。怠速供油量可通过怠速燃油调整螺钉24来调整(化油器出厂时此螺钉已调好,使用中不得随意调整)。过渡孔29的作用在于,当节气门开度稍大发动机以比较快的转速怠速时(该化油器设有快怠速装置,详见后),也能利用节气门后方的高真空度来从过渡孔29喷油。当发动机在高速大负荷下工作时,怠速油井(直接与主喷管16相连的怠速油道)中油面可能降得很低。如在这工况下转入怠速,怠速油井中的油面往往不能及时回升,如无取油管,怠速油道中将无油,导致短时间混合气过稀。现取油管底部深淹于油井中,可保证及时供油。

5.起动系统

为供给起动时所需的极浓混合气,该化油器采用常见的阻风门结构,即在喉管前设一阻风门13(图5-104)。冷起动时关闭阻风门,空气从阻风门上的进气孔进入化油器,在阻风门13后面形成极大的真空度。在此真空度作用下,汽油分别从主喷口15、怠速喷口30、过渡孔29喷出,形成起动时所需的极浓的混合气。

(二)辅助装置

为改善性能,该化油器除上述供油系统外,还设有自动阻风门、快怠速、节气门定位器等装置。

1.自动阻风门装置

发动机冷起动时,节气门开度较大,阻风门呈关闭状态。起动后,阻风门应缓缓打开,同时节气门逐渐关闭到怠速位置(接近全关),以实现所供的混合气α值由冷起动时的极小值过渡到怠速时所需的数值,使发动机进入怠速运转。

在有的化油器上,阻风门的开闭由驾驶员用阻风门拉索控制。由于用人工控制,起动后难以适时打开阻风门。如打开过早,混合气突然变稀,发动机不能顺利起动;如打开过晚,怠速时混合气过浓,导致怠速不稳甚至熄火、排出的污染物增多。为避免上述问题出现,同时简化驾驶员的操作,该化油器装有自动阻风门装置,以实现阻风门的自动开闭,其中包括电加热驱动器(图5-103的5)及真空驱动器(图5-103中的1)等两个装置

l)自动阻风门电加热驱动器

自动阻风门电加热驱动器结构如图5-108所示,其工作原理如图5-109所示。

图5-109中,双金属螺旋弹簧4的中心端固定在外壳5上,另一端通过阻风门摇臂3与阻风门轴2相联。双金属螺旋弹簧在环境温度下为卷紧状态,使阻风门关闭。发动机工作时,利用电加热元件(图5-108中的4)对双金属螺旋弹簧4加热,当它受热温度升高后,因变形不均匀而放松,从而带动阻风门摇臂3向下转动,打开阻风门1。

图5-109中,双金属螺旋弹簧4的中心端固定在外壳5上,另一端通过阻风门摇臂3与阻风门轴2相联。双金属螺旋弹簧在环境温度下为卷紧状态,使阻风门关闭。发动机工作时,利用电加热元件(图5-108中的4)对双金属螺旋弹簧4加热,当它受热温度升高后,因变形不均匀而放松,从而带动阻风门摇臂3向下转动,打开阻风门1。

电加热元件(图5-108中的4)由PTC材料(正温度系数陶瓷材料,详见进气歧管加热器部分)制成,有电流通过它时,它便发出热量。由于双金属螺旋弹簧的温升有一个过程,通电后约三分钟阻风门开始打开,约五分钟阻风门逐渐完全打开。随阻风门的打开,所供混合气的α值从起动时的极小值逐渐过渡到正常怠速时所需的数值。进入正常工作后,由于PTC材料具有温度“锁定”的特性,即电加热元件的工作温度处于恒定,故双金螺旋弹簧的工作温度保持一定,使阻风门保持全开。关闭点火开关使发动机熄火后,电加热元件的加热电路被切断,电加热元件停止工作,双金属螺旋弹簧的温度随发动机温度的下降而下降,它便逐渐卷紧,带动阻风门逐渐关闭。因此,发动机热起动时,阻风门部分关闭(这时汽油易蒸发,不需要供给象冷机起动那样浓的混合气。而冷起动时发动机处于环境温度下,阻风门则完全关闭。PTC电加热元件的加热电路除与点火开关串接外,还串接一油压开关。这是因为在发动机不能顺利冷起动时,仅依靠点火开关控制加热电路,就可能出现点火开关接通后发动机尚未起动而阻风门已打开的现象,这样发动机将更难以起动。串接油压开关后,油压开关受发动机润滑系中主油道油压的控制。只有在发动机起动后进入怠速运行、主油道中的润滑油油压达89.2kPa以上时,油压开关才能闭合,加热电路才能接通。

2)自动阻风门真空驱动器

如前述,自动阻风门电加热驱动器的加热电路要在发动机起动后进入怠速运转才接通。如仅有电加热驱动器,在冷起动时阻风门完全关闭,空气仅由阻风门上的进气孔进入化油器,易造成起动时混合气过浓。为解决这一问题,该化油器还有自动阻风门真空驱动器(图5-103中的1),在电加热驱动器起作用之前,由它将阻风门打开一定的开度,以避免起动时混合气过浓。

真空驱动器的工作原理如图5-110所示。在一金属盒中有一膜片3,膜片3左边密封,并用真空管1与进气管相通,膜片3右边通大气,膜片3用拉杆4与阻风门摇臂5相联。当发动机起动时,进气管真空度传到膜片3左边,吸动膜片3向左运动,从而带动拉杆4、阻风门摇臂5,使阻风门6打开一定的开度。发动机熄火后,进气管中的真空度消失,在弹簧2的作用下,阻风门回到关闭位置。真空驱动器的这种结构又称为膜盒。

在以上两种驱动器中,只要电加热驱动器进入工作状态,它对阻风门的开闭就起决定性的作用。

2.快怠速装置  [TOP]


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