第一節(jié) 化油器的功能和缺點

圖1-1所示為化油器的基本原理。化油器的喉管截面狹小，所以喉管處流速提高，壓力下降，形成真空度（負(fù)壓），將浮子室中的燃油通過主量孔吸入喉管，使之在氣流中霧化、汽化、擴(kuò)散并與空氣混合。

圖1-1 化油器原理圖

1—喉管 2—節(jié)氣門 3—主量孔 4—浮子室 5—油面 6—浮子

實際的化油器要復(fù)雜得多。在提供燃油的同時，化油器還對燃油進(jìn)行定量，以適應(yīng)發(fā)動機(jī)在冷起動、暖機(jī)、怠速、部分負(fù)荷、加速、倒拖及全負(fù)荷等各種不同工況下對空氣/燃油混合比的各種特殊要求。概括起來，化油器的功能可以分成兩個方面。一方面，對燃油進(jìn)行加工，即令其霧化、汽化、擴(kuò)散并與空氣混合；另一方面，化油器還控制燃油定量，即控制空氣/燃油混合比（簡稱空燃比）。當(dāng)空燃比為14.7時，混合氣完全燃燒后空氣與燃油均無過剩，故將14.7定為汽油的理論當(dāng)量空燃比，并定義λ為過量空氣系數(shù)。

它表征混合氣完全燃燒后空氣過剩的程度。λ＞1，則空氣過剩，稱為稀混合氣；λ＜1，則空氣不足，稱為濃混合氣?；推髂茈S工況變化調(diào)整λ，以滿足對混合氣的要求。

一、燃油霧化程度受空氣密度的影響

化油器可看作一個按速度型霧化器原理工作的霧化裝置，它主要依靠燃油和它周圍氣流之間的相對速度將燃油粉碎、霧化。對于汽油這種粘度很小的液體，可以利用下式計算氣流中形成的油滴的最大半徑。

式中，a為汽油/空氣界面的表面張力系數(shù)（N/m）；ω₀為汽油滴對于空氣流的相對速度（m/s）；ρ_A為空氣密度（kg/m³）。

在其他條件不變的情況下，空氣密度的降低將使氣流中形成的油滴尺寸增大，即霧化情況惡化。所以車用汽油機(jī)在高原行駛時或航空汽油機(jī)在高空飛行時，由于空氣稀薄，霧化會受到影響。

二、空燃比受空氣密度的影響

在發(fā)動機(jī)部分負(fù)荷下，化油器生成的混合氣空燃比與空氣密度的平方根成反比。所以，在航空發(fā)動機(jī)上，隨著飛行高度的增加，混合氣會變濃。汽車在高原或在盛夏高溫季節(jié)行駛時也會出現(xiàn)同樣的問題。

三、多缸機(jī)混合氣分配不均勻

通常所說的各缸混合氣分配不均勻，應(yīng)有三種含義：

①各缸混合氣總量不一致。

②各缸混合氣濃度不一致。

③各缸混合氣中燃料組分不一致。

各缸混合氣總量的不一致不是化油器造成的。各缸混合氣濃度不一致和燃料組分不一致的問題卻與化油器有關(guān)。在混合氣從化油器流往氣缸的過程中伴隨著下列過程。

1）燃油滴被空氣流加速，使兩者之間的相對速度ω₀迅速減小，油滴的最大半徑值迅速增大，油滴呈合并趨勢，見式（1-1）。

2）由于流道的彎曲和氣缸的交替吸氣，流道中各點速度的大小和方向都不一樣，而且隨著時間的推移而急劇變化。已經(jīng)汽化的燃油和較細(xì)的油霧，比之霧化較差的油滴更快地加速和減速。于是，進(jìn)氣歧管中各處混合氣趨于不均勻。

3）已經(jīng)汽化的燃油會凝結(jié)在進(jìn)氣歧管壁上。

4）較大的油滴會逐漸滯留在進(jìn)氣歧管壁上，特別是當(dāng)管壁粗糙、有毛刺，或從流體力學(xué)角度來看設(shè)計不當(dāng)時，情況更為嚴(yán)重。例如氣流急轉(zhuǎn)彎時混合氣中的油滴就可能因離心慣性力而被甩出，落在管壁上，與凝結(jié)的燃油一起形成燃油膜，積聚成小股燃油流，在氣流的帶動下流往氣缸。這些油流只流入其中的一個或幾個氣缸，引起各缸混合氣濃度不一致。

5）在流往氣缸的過程中，油流中的易揮發(fā)組分可能比難揮發(fā)組分更多地汽化。所以流入氣缸的燃油流中難揮發(fā)組分濃度較高，造成各缸混合氣燃油組分不一致。

由于各缸混合氣不均勻，化油器只能使多缸機(jī)中的一個或少數(shù)幾個缸達(dá)到最佳空燃比，因而使整機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和排放等惡化。

四、負(fù)荷變動造成附加的燃油耗和排放惡化

化油器發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣歧管壁上有燃油膜積聚。進(jìn)氣歧管的壓力高，則燃油不易蒸發(fā)，油膜增厚。發(fā)動機(jī)負(fù)荷增大、節(jié)氣門開度增大時，正是這種情況。此時由于進(jìn)氣歧管的壓力升高，混合氣中一部分燃油進(jìn)入油膜，使混合氣變稀。這一方面影響了發(fā)動機(jī)對變工況快速響應(yīng)的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在發(fā)動機(jī)負(fù)荷減小、節(jié)氣門開度減小時，因為進(jìn)氣歧管的壓力降低而迅速蒸發(fā)，給進(jìn)入氣缸的混合氣增添了額外的燃油，使原本應(yīng)當(dāng)減少的燃油量反而增多，混合氣過濃，燃燒不完全，既增大了油耗，又惡化了排放。

五、體積效率較低

化油器發(fā)動機(jī)由于兩種原因使得體積效率降低。首先是因為喉管使流動損失增加，降低了吸氣流量。其次是因為化油器發(fā)動機(jī)中為了避免在進(jìn)氣歧管管壁上生成油膜而往往將進(jìn)氣歧管與排氣歧管置于同側(cè)，使排氣歧管加熱進(jìn)氣歧管。但這樣一來降低了吸入氣缸的充量的密度，進(jìn)而降低體積效率。

六、化油器結(jié)冰

化油器在工作過程中有兩個原因會造成降溫。一是燃油蒸發(fā)時吸收汽化潛熱；二是喉管中流速升高，壓力和溫度下降。主要原因是前者。

燃油汽化速率主要取決于所處位置的壓力和氣流速度。凡是壓力低、氣流速度高的地方，只要有足夠的燃油，便會因汽化而形成大的溫降。怠速時，喉管中流速不大，而且沒有燃油在此處汽化，所以喉管處溫降不大；但節(jié)氣門和怠速油道出口處壓力低、流速較大，且有燃油流出供汽化，所以溫降很大，可比化油器之前降溫13℃。隨著節(jié)氣門逐步開大，怠速油道出口處的壓力增大，氣流速度和燃油流量都減小，因而溫降也減小；相反，此時喉管中的氣流速度和燃油流量都增大，所以溫降也增大，可比化油器之前降溫14～18℃?；推鹘Y(jié)冰使得混合氣過濃、油耗增加、排放惡化、加速困難、運行不穩(wěn)、功率下降、怠速熄火，特別是加載到中速半負(fù)荷后回到怠速時更易熄火。

七、發(fā)動機(jī)倒拖影響排放和油耗

當(dāng)?shù)雇?，即點火關(guān)閉、離合器接合、變速器掛上前進(jìn)擋，汽車因慣性而帶動發(fā)動機(jī)繼續(xù)運轉(zhuǎn)，借此對汽車實施制動作用時，如不采取專門措施，則化油器依舊將燃油送入氣缸。這些燃油不經(jīng)燃燒便從發(fā)動機(jī)排出，既增加油耗，又污染環(huán)境。

化油器的這些不足之處是在實踐中逐漸被人們所認(rèn)識的。最早對化油器感到不滿，試圖革除之并大規(guī)模試驗汽油噴射的是美國空軍。當(dāng)時航空發(fā)動機(jī)都是化油器式汽油機(jī)，在作特技飛行時表現(xiàn)出有缺陷，并因化油器結(jié)冰或起火而引起飛行事故。于是，人們開始用噴油器噴射汽油代替化油器來生成混合氣，這就是汽油噴射。