第一节 化油器的功能和缺点

图1-1所示为化油器的基本原理。化油器的喉管截面狭小，所以喉管处流速提高，压力下降，形成真空度（负压），将浮子室中的燃油通过主量孔吸入喉管，使之在气流中雾化、汽化、扩散并与空气混合。

图1-1 化油器原理图

1—喉管 2—节气门 3—主量孔 4—浮子室 5—油面 6—浮子

实际的化油器要复杂得多。在提供燃油的同时，化油器还对燃油进行定量，以适应发动机在冷起动、暖机、怠速、部分负荷、加速、倒拖及全负荷等各种不同工况下对空气/燃油混合比的各种特殊要求。概括起来，化油器的功能可以分成两个方面。一方面，对燃油进行加工，即令其雾化、汽化、扩散并与空气混合；另一方面，化油器还控制燃油定量，即控制空气/燃油混合比（简称空燃比）。当空燃比为14.7时，混合气完全燃烧后空气与燃油均无过剩，故将14.7定为汽油的理论当量空燃比，并定义λ为过量空气系数。

它表征混合气完全燃烧后空气过剩的程度。λ＞1，则空气过剩，称为稀混合气；λ＜1，则空气不足，称为浓混合气。化油器能随工况变化调整λ，以满足对混合气的要求。

一、燃油雾化程度受空气密度的影响

化油器可看作一个按速度型雾化器原理工作的雾化装置，它主要依靠燃油和它周围气流之间的相对速度将燃油粉碎、雾化。对于汽油这种粘度很小的液体，可以利用下式计算气流中形成的油滴的最大半径。

式中，a为汽油/空气界面的表面张力系数（N/m）；ω₀为汽油滴对于空气流的相对速度（m/s）；ρ_A为空气密度（kg/m³）。

在其他条件不变的情况下，空气密度的降低将使气流中形成的油滴尺寸增大，即雾化情况恶化。所以车用汽油机在高原行驶时或航空汽油机在高空飞行时，由于空气稀薄，雾化会受到影响。

二、空燃比受空气密度的影响

在发动机部分负荷下，化油器生成的混合气空燃比与空气密度的平方根成反比。所以，在航空发动机上，随着飞行高度的增加，混合气会变浓。汽车在高原或在盛夏高温季节行驶时也会出现同样的问题。

三、多缸机混合气分配不均匀

通常所说的各缸混合气分配不均匀，应有三种含义：

①各缸混合气总量不一致。

②各缸混合气浓度不一致。

③各缸混合气中燃料组分不一致。

各缸混合气总量的不一致不是化油器造成的。各缸混合气浓度不一致和燃料组分不一致的问题却与化油器有关。在混合气从化油器流往气缸的过程中伴随着下列过程。

1）燃油滴被空气流加速，使两者之间的相对速度ω₀迅速减小，油滴的最大半径值迅速增大，油滴呈合并趋势，见式（1-1）。

2）由于流道的弯曲和气缸的交替吸气，流道中各点速度的大小和方向都不一样，而且随着时间的推移而急剧变化。已经汽化的燃油和较细的油雾，比之雾化较差的油滴更快地加速和减速。于是，进气歧管中各处混合气趋于不均匀。

3）已经汽化的燃油会凝结在进气歧管壁上。

4）较大的油滴会逐渐滞留在进气歧管壁上，特别是当管壁粗糙、有毛刺，或从流体力学角度来看设计不当时，情况更为严重。例如气流急转弯时混合气中的油滴就可能因离心惯性力而被甩出，落在管壁上，与凝结的燃油一起形成燃油膜，积聚成小股燃油流，在气流的带动下流往气缸。这些油流只流入其中的一个或几个气缸，引起各缸混合气浓度不一致。

5）在流往气缸的过程中，油流中的易挥发组分可能比难挥发组分更多地汽化。所以流入气缸的燃油流中难挥发组分浓度较高，造成各缸混合气燃油组分不一致。

由于各缸混合气不均匀，化油器只能使多缸机中的一个或少数几个缸达到最佳空燃比，因而使整机的动力性、经济性和排放等恶化。

四、负荷变动造成附加的燃油耗和排放恶化

化油器发动机的进气歧管壁上有燃油膜积聚。进气歧管的压力高，则燃油不易蒸发，油膜增厚。发动机负荷增大、节气门开度增大时，正是这种情况。此时由于进气歧管的压力升高，混合气中一部分燃油进入油膜，使混合气变稀。这一方面影响了发动机对变工况快速响应的能力，另一方面使油膜增厚。增厚的油膜在发动机负荷减小、节气门开度减小时，因为进气歧管的压力降低而迅速蒸发，给进入气缸的混合气增添了额外的燃油，使原本应当减少的燃油量反而增多，混合气过浓，燃烧不完全，既增大了油耗，又恶化了排放。

五、体积效率较低

化油器发动机由于两种原因使得体积效率降低。首先是因为喉管使流动损失增加，降低了吸气流量。其次是因为化油器发动机中为了避免在进气歧管管壁上生成油膜而往往将进气歧管与排气歧管置于同侧，使排气歧管加热进气歧管。但这样一来降低了吸入气缸的充量的密度，进而降低体积效率。

六、化油器结冰

化油器在工作过程中有两个原因会造成降温。一是燃油蒸发时吸收汽化潜热；二是喉管中流速升高，压力和温度下降。主要原因是前者。

燃油汽化速率主要取决于所处位置的压力和气流速度。凡是压力低、气流速度高的地方，只要有足够的燃油，便会因汽化而形成大的温降。怠速时，喉管中流速不大，而且没有燃油在此处汽化，所以喉管处温降不大；但节气门和怠速油道出口处压力低、流速较大，且有燃油流出供汽化，所以温降很大，可比化油器之前降温13℃。随着节气门逐步开大，怠速油道出口处的压力增大，气流速度和燃油流量都减小，因而温降也减小；相反，此时喉管中的气流速度和燃油流量都增大，所以温降也增大，可比化油器之前降温14～18℃。化油器结冰使得混合气过浓、油耗增加、排放恶化、加速困难、运行不稳、功率下降、怠速熄火，特别是加载到中速半负荷后回到怠速时更易熄火。

七、发动机倒拖影响排放和油耗

当倒拖，即点火关闭、离合器接合、变速器挂上前进挡，汽车因惯性而带动发动机继续运转，借此对汽车实施制动作用时，如不采取专门措施，则化油器依旧将燃油送入气缸。这些燃油不经燃烧便从发动机排出，既增加油耗，又污染环境。

化油器的这些不足之处是在实践中逐渐被人们所认识的。最早对化油器感到不满，试图革除之并大规模试验汽油喷射的是美国空军。当时航空发动机都是化油器式汽油机，在作特技飞行时表现出有缺陷，并因化油器结冰或起火而引起飞行事故。于是，人们开始用喷油器喷射汽油代替化油器来生成混合气，这就是汽油喷射。