化油器(carburetor)是內燃機供油的重要裝置之一,主要依靠進氣道內的負壓(真空度)來進行工作,作用是將一定比例的汽油與空氣混合后輸送到引擎燃燒室進行燃燒,提供發動機所需的動力。化油器對發動機的重要作用可以稱之為發動機的“心臟”,其構成包括燃油室、阻風門、怠速量孔、主量孔、空氣節流喉管和加速泵等部分,核心功能裝置包含起動裝置、怠速裝置、中等負荷裝置、全負荷裝置及加速裝置。相比于其他燃料噴射系統,化油器的制造和維護成本相對較低,尤其適用于較舊的內燃機。
化油器在正常狀態下,能根據發動機的不同工作狀態需求,自動配比相應的混合氣濃度,并輸出相應等量的混合氣,為使混合氣混合均勻,還具備使燃油霧化的效果,以供發動機的正常燃燒運行。
化油器按照結構和工作原理主要可以分為柱塞式化油器、等真空膜片式化油器和電控式化油器。化油器在摩托車、船外機、汽油發電機等設備上使用非常廣泛。不過,隨著技術的發展,很多現代的燃油系統已經不再使用化油器,而是采用電子噴油系統來控制燃油噴射,提高燃油效率和排放控制。
發展歷史
1826年,美國的塞繆爾·莫雷(Samuel Morey)開發了一種帶有化油器的無壓縮氣體或蒸汽發動機。
1866年,德國工程師齊格弗里德·馬庫斯 (Siegfried Marcus)獲得了化油器的發明專利,實現了燃料與空氣結合成可燃混合氣,隨后又發明了電磁點火機構,讓混合氣可以燃燒,為內燃機研發出電磁點火裝置打下基礎。隨后的1875年,馬庫斯生產了一輛由第一臺使用化油器的汽油發動機提供動力的汽車(以及第一臺磁電機點火系統)。
汽車工業剛剛起步時,最初使用的是蒸汽引擎。隨著汽車的迅速發展,內燃機逐漸成為主流,1892年,由美國人杜里埃(Duryea)發明的化油器也開始被廣泛應用于汽車和其他機器中。
1893年弗雷德里克·威廉·蘭開斯特(Frederick William Lanchester )一位來自德英國伯明翰的工程師首度將化油器安裝在汽車上,使用化油器的車在1900年完成了1000英里的行程,是汽車工程上的一大突破。
20世紀50年代開始,集成電路的出現使電子技術能在發動機上得到應用,電子控制汽油噴射技術從此誕生,它開始被應用在轎車發動機上,由于其突出的性能以及環保型,化油器也被逐步替代。
1980年代,燃油噴射(燃料 Injection)在汽車發動機上開始被廣泛使用,化油器系統在汽車工程上便逐漸被淘汰。
進入21世紀后,很多國家已經明令禁止銷售化油器轎車,出臺這一規定的原因是化油器類汽車難以達到機動車污染物排放標準,通過這一規定,強制汽車生產廠淘汰化油器發動機,全面換裝電噴發動機。
工作原理
簡單化油器的工作原理是利用伯努利原理中的氣體流動得越快,它的靜態壓力便越低,而動態壓力則越高,也就是進氣道內的負壓越大來進行工作的, 節流閥(由油門控制)不是直接控制燃油的流量,而是控制在引擎運轉時被吸入的空氣流量。而吸入空氣的速度便產生一個壓力,利用這個壓力來控制燃油進入引擎的多少。
化油器中的噴油咀通過一個細小的噴孔將液體燃料噴射進入噴油喉管。根據伯努利原理,當液體燃料從噴孔中噴射出來時,由于速度增加導致壓力降低。這種壓力降低會造成周圍流體(空氣)的吸引,從而形成負壓區域。在這個負壓區域中,空氣會被吸入噴孔并與噴出的液體燃料混合。
隨著噴油咀和噴油喉管的結構設計和噴孔的大小不同,液體燃料的速度和噴射效果也會有所差異。通過利用伯努利原理,調節噴油咀的結構或噴孔的大小,以控制液體燃料的噴射速度和噴霧效果,從而實現對燃料供應量的精確控制和調節。
主要結構
化油器主要由上、中、下三部分組成。上部分包括進氣口和浮子室,浮子室是一個矩形容器,用來存放來自汽油泵的汽油,其中的浮子通過浮面高度來控制進油量。中部分包括喉管、量孔和噴管,喉管呈蜂腰狀,兩頭大中間小,其中間咽喉處的截面積最小,形成壓力差,使汽油通過噴管霧化成混合氣。下部分包括節氣門,它的開度決定了喉管處的真空度,影響混合氣的比例成份。
通用特點
化油器主要依靠進氣道內的負壓(真空度)來進行工作,作用是將一定比例的汽油與空氣混合后輸送到引擎燃燒室進行燃燒。相比于其他燃料噴射系統,化油器的制造和維護成本相對較低,尤其適用于較舊的內燃機,化油器適用于各種氣候條件和環境,可以根據不同的工作負載和工作條件下發動機的需要,調整燃料的供應。
分類
結構型式
柱塞式化油器
柱塞式化油器的柱塞閥及其上面閥針的上下運動控制進氣量與出油量,也就控制了可燃混合氣的量與濃度,從而控制了發動機轉速。通過轉動油門把手,由油門鋼絲拉線帶動柱塞閥實現上升運動:松開油門把手,柱塞閥在上方彈簧的壓力下自動下降回位。
由于化油器進氣通道中只有柱塞節氣閥,不存在節氣門,結構簡單,成本較低,加上氣體流動阻力少,所以當柱塞節氣閥式化油器與等真空膜片式化油器的柱塞閥開度相同時,使用柱塞節氣閥式化油器的發動機的功率就高一些。
等真空膜片式化油器
等真空膜片式化油器的柱塞閥固定在真空膜片上,膜片下方空腔與進氣室相通,腔內壓力接近大氣壓力;膜片上方空腔與喉管相通,其壓力為喉管處壓力。當喉管處出現真空時,膜片上方空腔內壓力低于下方空腔內壓力,膜片帶動柱塞閥上升,壓縮彈簧,上升至相應的平衡位置。當喉管處真空度減小時,彈簧推動柱塞下降而回位。因此,當喉管處的真空度不同時,喉口的流通截面積也不同。等真空膜片式化油器在不同負荷狀態下的基本工作原理與柱塞節氣閥式化油器基本相同。
等真空膜片式化油器主要優點是能改善車輛的突然加速的性能。即當車輛從低速狀態突然加速時可迅速供給發動機較濃的并且混合較均勻的可燃混合氣,使得車輛能夠無停頓地、從息速或低速迅速加速至中、高速。
工作原理
電控化油器
電控化油器主要由以下部件構成:電控化油器、ECU、氧傳感器、溫度傳感器、炭罐調節閥等部件構成。所謂空燃比是指空氣質量與燃油質量之比,科學家認為1公斤汽油完全燃燒約需14.7公斤空氣,即空燃比為14.7:1,這種空燃比的混合氣稱為標準混合氣,又稱為理論混合氣。空燃比大于標準混合氣的稱為稀混合氣,小于標準混合氣的稱為濃混合氣。電控化油器基于傳統化油器工作特性之上,其ECU過氧傳感器的閉環反饋,以理論空燃比為調整目標,通過占空比進一步調整A/F,實現對A/F的實時調整,從而把實時的A/F值控制在理想的一個理論空燃比區域,形成AFR的濃稀震蕩波,使三元觸媒不斷進行氧化和還原反應,提高轉化效率。
氣動式化油器
氣動式化油器利用活塞的上下運動產生的負壓,通過真空吸入燃料,形成燃料空氣混合物。這種化油器適用于兩沖程發動機,如摩托車、小汽車等。
機械式化油器
機械式化油器利用機械裝置驅動噴油系統供給燃料。一般情況下,機械式化油器與發動機的轉速和負荷變化相關,通過連桿機構、斜盤等控制噴油量,以適應不同工作條件下的工作。
應用領域
小排量摩托車
化油器在小排量摩托車上的應用有電子化油器控制、進氣管二次空氣補償電子控制、排氣管二次空氣補償電子控制三種。其中氧傳感器是系統根本的反饋控制信號。
化油器式汽油機
化油器式汽油機包括燃油室、阻風門、怠速量孔、主量孔、空氣節流喉管和加速泵等部分。燃油室中存儲著汽油,阻風門可以根據空氣流量調整汽油的混合比例;怠速量孔和主量孔控制汽油流量,加速泵則能在車輛需要加速時快速提高燃油的流量。
農業機械
在農業機械領域,化油器常被用于驅動內燃機,如割灌機、園藝機械,它們使用較小的內燃機供電,化油器將汽油和空氣混合后送入內燃機燃燒室,從而帶動切割刀、發電機等部件進行正常工作。
爐灶加熱器
在一些家庭壁爐和爐灶中,化油器被用于將液化石油氣(LPG)或天然氣轉化為可燃氣體,燃燒供熱。
發展趨勢
高效化
能源資源的日益緊缺,化油器需要提高能源利用效率,減少能源浪費。發展趨勢是采用高效的燃燒技術,如預混燃燒、多級燃燒等,以提高燃料的利用率。
環保性
隨著社會環保意識的提高,對于化油器的排放性能越來越嚴格的要求,因此化油器需要完善其排放處理裝置,實現更加環保的燃燒。
智能化
人工智慧、大數據等領域的不斷發展,化油器也將向智能化方向發展,通過計算機輔助設計和智能化控制,增加化油器的性能和效率。
多樣化
隨著對可再生能源的需求增加,化油器的發展趨勢是適應不同類型的燃料,如生物質燃料、液化石油氣(LPG)、天然氣等。有助于減少對傳統化石燃料的依賴,減少碳排放和環境污染。
小型化
人們對便攜性和小型電源的需求增加,越來越多的化油器將朝著便攜化和小型化的方向發展。便于人們在戶外活動、緊急情況或臨時供電場合使用。
主要廠家
化油器的主要制造商有日本的三國Mikuni、京濱KEIHIN、泰凱TK等。
參考資料 >
談汽車化油器的使用及對發動機性能的影響.中國知網.2023-06-26
化油器和電噴在摩托車發動機中的供油方式對比.中國知網.2023-06-26
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3美元收購平山泰凱50%股權 建車B擬推進化油器技術研發.證券時報網.2023-06-26