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图2-4化油器全负荷状态时节气门全开
2.6 冷起动系统
由于摩托车发动机在温度比较低的环境中起动时,需要比较浓的混合气才能保证可靠的起动及起动后的暖机稳定性。化油器为了适应这一要求都设置了冷起动装置。阻风式冷起动系统由阻风门、阻风门轴、摇臂、扭簧组成,并根据整车总布置设置拉线支架、手动支架等。在冷起动时,先关闭阻风门,然后起动发动机,发动机的转动使进气管内形成一定真空度。由于阻风门的关闭,化油器低速油系和高速油系出油口处的真空度都很高,使两个油系同时供油(不关阻风门时的起动只有低速油系供油)。所以,此时的混合气比较浓。一般在冷起动时提起油门一定开度有利于可靠起动。阻风式冷起动系统还设置了阻风门自动回位机构,当混合室内的真空度过大时,阻风门自动打开一定的开度,防止混合气过浓而呛熄发动机。
柱塞式化油器的油门是控制柱塞的开启高度,而节气门式化油器的油门是控制节气门的开启角度。真空柱塞式化油器可以防止发生车撞现象,但这种化油器因为零件的控制精度及匹配调整不能达到理想状态而恶化经常性。化油器的设计完全是出于满足发动机和整车的需求。它不是标准件,而是根据发动机的排量、配气、点火、进气、排气等进行详细的匹配,属于发动机和整车开发的核心技术,所以必须在主机厂的密切配合下才能完成比较理想的化油器设计。
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3 混合气体对发动机工作的影响
3.1
化油器混合气的形成
汽油机所用的燃料是汽油,为了在这么短的时间内(比如6000r/m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。
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。 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Pa小于大气的压力P0,在真空度ΔPa= P0-Pa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。
化油器的进气通道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。流体在流经各截面时截面积越小,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。
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Ph要小于一个大气压P0,即喉部存在着真空度Δph= P0-Ph,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。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。
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3.2 发动机的调整特性
在一定工况下,发动机的功率与油耗随工作混合气变化的特性称为调整特性。 工况一定是指发动机的转速和负荷不变。也包括外界条件以及冷却水温、油温不变在内。
大量试验表明,虽发动机各不相同,燃料和运转情况数值不同,但调整特性规律是相似的。如图3-1,表示定节气门开度调节特性的情况。发动机在用R=12(燃空比0.0831)的浓度时功率便有下降的趋势。相应的耗油率再过浓范围内急剧上升。发动机在R=1.67(燃空比0.06)的稀浓度混合气时有最低的耗油率。当继续减稀时,由于功率急剧下降,油耗率也上升。而如混合气再继续加浓或减稀发动机开始出现连续循环不均,随后是间歇失火,最后当混合气加浓减稀至一定界限时,发动机熄火。达到了起火界限。
图3-1混合比对于指示马力及指示耗油率的影响
3.3 发动机工况对混合气成分的要求
发动机工况包括一系列因素,而对化油器来说,其中主要的和化油器必须作出反应的是速度和负荷。包括发动机负荷保持不变转速改变,发动机转速不变,负荷改变,以及发动机转速负荷同时发生改变。 3.3.1 当发动机半负荷时
最大功率时的混合比在各转速时接近相同,也就是说此时发动机要求的功率混合气成
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分不受转速影响。
各转速下热效率随混合气成分变化的曲线,如图3-2所示,最大热效率是混合比也接近相同。
图3-2半负荷不同转速时功率随混合比的变化
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。
3.3.2 发动机10%负荷及全负荷时
发动机要求最大功率和最大热效率的混合气成分,不随转速变化规律是相同的。如图3-3所示:
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图3-3 10%负荷不同转速热效率随混合比变化曲线
结论:当负荷(功率百分数或进气管真空度)不变时,与发动机最大功率和最大热效率相当的混合气成分为一定值,不随转速变化而变化。
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(Φa=0.85-0.95),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。 3.3.3 发动机转速不变时
发动机随功率混合气成分变化的曲线。当负荷改变时,最大功率相当的混合气成分在大部分区域内保持不变,只在小负荷时有些加浓的趋向。最大热效率相当的混合气成分随负荷减小而逐渐加浓。如图3-4所示:
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