168f汽油机进排气系统设计及供油系统匹配

JIANGSUUNIVERSITY本科毕业论文168F汽油机进排气系统设计及供油系统匹配TheDesignofIntakeandExhaustSystemandtheMatchingofFuelDeliverySystemfor168FGasolineEngine学院名称：汽车与交通工程学院专业班级：动力（机械）0802姓名学号：指导教师姓名：指导教师职称：教授2012年6月第一章引言1.1概述目前，发动机的发展趋势是高动力输出、低排放、良好的燃油经济性及高可靠性。本毕业设计所选样机168F通用小型汽油机（如图1-1），广泛应用在草坪机械、水泵、电力机组等设备上。通用小型汽油机的动力性、经济性、排放性能和可靠性与进气、供油及油气量匹配有很大关系，目前小型汽油机充气效率普遍较低，提供进气量并保证油气比例匹配合理优化综合性能是研究的主要目标。本次毕业设计的主要内容是在168F通用小型汽油机的基础上优化设计进气系统，优化空气滤清器结构、设计大直径喉口化油器，增加进气量。核心思路是：加大化油器喉口直径，分析供油规律变化和发动机性能变化。图1-1168F汽油机1.2168F汽油机主要参数表1-1168F汽油机主要结构参数发动机型号168汽油机型式四冲程、风冷、顶置气门起动方式手拉式缸径×行程/㎜×㎜68×54总排量/ml196压缩比8.5：1标定功率及转速/kW/r·min-14.0/36001.3国内外通用小型汽油机的发展近况1.3.1国内的发展情况世界上通用小型汽油机的生产以北美、日本、西欧为最大，以草坪修剪机、植保机械和其他农田作业机械等为最多，工业用居其次，年产量为4000万台以上，美国每年销售这类发动机在2000万～2500万台，通用小型汽油机在欧、美等国家已广泛进入家庭，市场潜力非常大。2003年，我国出口通用小型汽油机比2002年增加2.2倍，其中欧、美市场约占总出口量的57%；出口产品中发电机组和园林机械最多，园林机械主要出口欧、美国家，发电机组主要出口东南亚、中东地区。加入世贸组织后，我国的机械制造加工业具有独特的优势，国外公司特别是美国和日本处于经济效益的考虑，向我国转移生产场地，利用我国廉价劳动力为本国赚取更大利益。而对我国来说，通过引进国外先进技术和管理模式，促进了我国通用小型汽油机技术发展，同时扩大了出口，拉动了国内通用小型汽油机生产。2004年，通用小汽油机行业中有多家生产企业通过了美国EPA认证，2004年下半年到2005年上半年，国内已有23家企业89个系列发动机取得了美国EPA环保认证证书，为产品出口欧美市场取得了通行证，这说明我国小汽油机产品质量水平已得到较大提高，正在逐步向国际水平靠拢。1.3.2国内与国外技术水平上的差距目前，我国现生产的通用小型汽油机绝大多数是参照国外产品开发设计的，技术上只相当于20世纪80年代的水平，产品性能普遍低于国外同类产品。随着这几年我国通用小型汽油机行业引进国外先进技术、先进工艺、先进设备，通用小型汽油机的技术水平、产品质量在逐年提高，已形成了较完整的生产体系，拥现出了一批有较高知名度的企业，尤其是中小排量发动机水平提高较快，工艺设备已基本接近国外发达国家水平，产品生产基本上能满足国内配套需求，但国产发动机的技术指标与日本等发达国家先进水平相比仍处于中等水平，其差距主要在以下几个方面。a)体积功率：体积功率是衡量发动机动力性能的一个重要指标，国内除个别合资企业和新引进的技术品种外，大多数企业产品都处于中等水平，随着产品出口量的逐年增加，产品性能也有明显的提高，与国外的差距正在逐步缩小。b)压缩比与活塞平均速度：压缩比与活塞平均速度是衡量发动机强化程度的重要参考指标，除个别机型外，我国通用小型汽油机的强化程度略低于日本和欧洲水平。c)平均有效压力：平均有效压力是发动机工作过程和结构优化水平的集中反映，和前2个指标一样，我国通用小型汽油机的平均有效压力比国外先进水平要低一些，其中二冲程发动机更差一些。d)节能与净化指标：由于能源问题日趋激化，环保呼声与日俱增，这就要求通用小型汽油机在保证产品性能及节约能源的同时最大限度地降低排放量。目前，国外对通用小型汽油机已制定了严格的排放标准要求，而我国在这方面才刚刚开始。e)产品性能和可靠性差：尽管我国现有的小排量通用小型汽油机性能指标与国外同类产品相差不多，但产品一致性和可靠性较差，与发达国家相比存在着较大差距，主要是一些企业设计能力差，加工工艺不完善，原材料质量不稳定，特别是检测手段不齐全，操作人员素质不高，质量监督管理不到位等原因造成。f)产品外观质量有待提高：虽然近几年来我国通用小型汽油机的外观质量都有了不同程度的改善和提高，但总体上外观质量还难与日本、欧洲等发达国家媲美。g)目前，我国生产的通用小型汽油机还不能达到很多国家在质量、安全、排放、电磁干扰、振动、噪声等方面的质量标准要求，这对通用小型汽油机产品出口带来很大制约。1.4研究方法1.4.1进、排气系统的试验研究方法目前，稳流试验方法仍广泛地应用于内燃机气道研究中。稳流试验方法包括等压差法、等体积流量法，模拟气缸轴向流速法和非稳定流动的逐点模拟法等.（a）等压差法在保持气道压降不变的情况下，模拟内燃机进气过程，从上止点到下止点(或从下止点到上止点)每隔一定的气门升程，测定孔板前后的压差⊿H和风速仪转速nD(或涡流动量矩力矩M),测量结果经计算机处理为无因次量。若气道试验压降⊿p在250-700mmH20内选取，则对无因次参数影响不大。（b）等流量法以通过模拟气缸的体积流量等于通过内燃机气缸的体积流量的四倍作为模拟条件，以气道的压力降如和风速仪转速(或涡流动量矩M)为评价参数。由于模拟气缸中气体密度在试验时事先不知道，试验时难于操纵和调节，因此往往略去气缸到孔板流量计这段管路的压降，忽略密度差异，用通过孔板流量计的体积流量作为气缸模拟流量来控制。（c）模拟气缸轴向流速法以活塞平均速度作为模拟条件，以风速仪转速。〔或涡流动量矩力矩M)和气道阻力压降⊿p作为评价气道性能的参数。该方法与等气缸体积流量法一致。因为对同一气缸来说，体积流量相等时，气流在气缸内的轴向流速也必相等。所以气道压降也必然受到大气条件的影响。若是采用无因次涡流比和气缸内外体积重率比作为评价参数将更加合适，重率比在某种意义上表征了流量系数。试验是在不同气门升程下改变气体流量进行测量的。（d）非稳定流动的逐点模拟法该方法是以活塞从上止点到下止点的进气过程内，按一定曲轴转角间隔确定一组模拟点，根据相应气门升程和活塞瞬时速度进行稳流模拟，可以近似地测取内燃机进气终点气缸内涡流比和流量系数。当内燃机转速改变时，相应模拟点的活塞速度也随之变化，则可以测到相应转速下的涡流比和流量系数，从而能画出流量系数和涡流比随转速变化的曲线。但是，试验及数据处理相当复杂，加之模拟方法本身也是一种近似方法，脱离不了模拟试验台结构对数据的影响，因此应用不多。本次毕业设计主要选用的进气系统的试验方法是等压差法。通过稳流试验台的试验，验证设计猜想，进行进气系统的优化设计。1.4.2供油系统的试验研究方法供油系统的试验研究方法主要是化油器匹配。本文选用的化油器为168F汽油机原装的P19、P19-1和P23化油器。主量孔型号主要为66#、69#、70#、73#、75#、77#、78#。通过运用DEWE800燃烧分析仪，电涡流测功机（9.6kW），OTC公司生产的STARGAS898型五气分析仪测得发动机的动力性、经济性和排放性各项指标，选择最优化油器与主量孔。通过进、排气系统和供油系统的匹配试验的同时，还要参考168F进、排气系统与供油系统图纸，完成优化后的进、排气系统与供油系统图纸绘制。1.5设计目的通过完成168F汽油机进、排气系统设计及供油系统匹配，掌握一般的设计方法和思路，培养CAD绘图能力、查询文献能力及独立思考能力，最终达到一个内燃机工程设计人员所必备的基本能力要求。1.6预期结果和意义进行优化后的进、排气系统和供油系统能使得整机的动力性、经济性和排放性各项指标都能得到较明显的提升。通过设计优化168F汽油机的进、排气系统和供油系统，可以学习到一般的设计方法、思路和流程，锻炼知识的联通、整合能力，培养独立思考能力等，从而初步达到一个工程设计人员必备的能力。1.7工作任务1）完成3万英文字符的专业论文翻译。要求翻译正确、通畅，特别是专业术语要规范；2）完成不少于3000汉字的调研报告。要求通过大量参考文献的阅读，对所做内容的背景意义，所使用的研究、设计方法有深入的理解，据此可以选择合适的研究、设计方法，制定研究、设计计划；3）试验研究影响168F汽油机进气量的主要因素，如空气滤清器试验和优化设计、化油器喉口直径优化试验及与供油量孔匹配，重点是合理确定改变喉口直径对供油规律的变化；4）绘制所设计空气滤清器总成部件、化油器总成及零件、试验所需装置的的AutoCAD工程图纸；要求工程图纸符合绘图规范，图面整洁、能达到工程应用的要求；5）撰写毕业设计论文，包括试验研究的分析报告。第二章进、排气系统的优化2.1空气滤清器2.1.1空气滤清器的作用发动机在工作过程中要吸进大量的空气，如果空气不经过滤清，空气中悬浮的尘埃被吸入气缸中，就会加速活塞组及气缸的磨损。较大的颗粒进入活塞与气缸之间，会造成严重的“拉缸”现象，这在干燥多沙的工作环境中尤为严重。空气滤清器装在化油器或进气管的前方，起到滤除空气中灰尘、砂粒的作用，保证气缸中进入足量、清洁的空气。2.1.2空气滤清器的结构空气滤清器的主要组成部分是滤芯和机壳，其中滤芯是主要的过滤部分，承担着气体的过滤工作，而机壳是为滤芯提供必要保护的外部结构（如图2-1）。如果在使用过程中，长时间不给维护保养，空气滤清器的滤芯就会粘满空气中的灰尘，这不但使过滤能力下降，而且还会妨碍空气的流通，导致混合气过浓而使发动机工作不正常。图2-1空气滤清器2.1.3空气滤清器对进气量的影响空气滤清器的状态和结构会对进气量造成一定的影响。一般情况下，当干式滤芯浸入油液或水分时，滤清阻力就会急剧增大，而从进气口进入的空气量是一定的，随着滤清阻力的增大，进入发动机进气道的空气量就将相应的减少，导致进气量不足的情况出现。同时，当滤清器的结构设计的不合理时，气流不能顺畅的流通，也会导致进气阻力变大，进气量不足的情况出现。2.2空气滤清器的优化方案本次所选用的188F通用小型汽油机空气滤清器的进气孔直径为4×φ14mm，进气孔长为76mm。若增大进气孔直径，从进气孔进入空气滤清器的空气量就会增加，而滤清阻力是不变的，因此，进入发动机进气道的空气量也会相应增加，使得发动机的进气量充足，性能得以提高。因此空气滤清器的优化主要是增加进气孔直径，增加进入空气滤清器的空气质量，以达到增加进气量提高发动机性能和降低排放的目的。2.3进、排气道的优化方案2.3.1进气道的优化原进气道的水平方向向垂直方向过渡的最小截面处存在着截面积太小，而且几乎为直角，没有圆弧过渡，导致截流系数相当大的问题，使流通截面的突然变化引起“收缩断面”，使气体流动的阻力增大。所以我们要使气道的过渡处尽量平滑，使得气道的截面面积变化规律最大程度上与合理的变化规律相符合。我们通过将进气道的水平方向向垂直方向过渡处打磨成圆角，增加最小截面处面积来优化。经过优化处理前后的进气道剖面图如下：a.优化前的进气道剖面图b.优化前的进气道剖面图图2-2优化前后进气道对比图2.3.2排气道的优化原排气道的水平方向向垂直方向过渡的最小截面处也存在着截面积太小，而且几乎为直角，没有圆弧过渡，导致截流系数相当大的问题，使流通截面的突然变化引起“收缩断面”，使气体流动的阻力增大。其次排气道的水平方向锥度过大，也不利于排气。所以我们要使气道的过渡处尽量平滑，使得气道的截面面积变化规律最大程度上与合理的变化规律相符合。我们也通过将排气道的水平方向向垂直方向过渡处打磨成圆角，增加最小截面处面积来优化。相对进气道，我们还适当加大了排气道出口处的截面积，并将水平进气道的锥度减小，加大其流通系数。我们用锉刀、砂纸将排气道打磨成我们需要的形状。经过优化处理前后的排气道剖面图如下：b.优化后的排气道剖面图a.优化b.优化后的排气道剖面图a.优化前的排气道剖面图图2-3优化前后排气道对比图2.4试验仪器图2-4是智能型气道试验台的总体布置图。气道试验台用叶片风速仪测量涡流转速，只要定期对叶片风速仪的轴承保养维护即可，方便可行。试验中，可用涡流动量矩仪来测量涡流动量矩，然后用公式将涡流动量矩换算为当量叶片转速即可进行计算分析。气门升程、压差、温度、流量、涡流转速等信号可用二次仪表直接数字显示，人工读数记录分析，也可经A/D转换由计算机测量分析。用计算机采样分析可直接打印出试验记录和计算结果，并给出涡流比、流通系数随无因次气门升程的变化曲线，最后计算出Ricado、FEV、AVL涡流比和平均流量系数。考虑到内燃机气缸直径变化较大，所以使用大、小流量计分别测量大、小缸径内燃机的进气流量，罗茨泵采用两级消声器来降低气体噪声。气道试验台还有工作平台、气缸盖压紧装置、气门升程调节装置和气缸盖对中装置等，只要一次装夹即可。换气缸盖时，只要更换模拟缸套。叶片轴承座可取出，使更换叶片更容易。1.气门升程传感器2.气门3.气缸盖4.模拟气缸5.叶片6.磁电式传感器7.压力传感器8.涡流动量矩仪安装接口9.稳压桶10.温度传器11.大流量计阀门12.大流量计13.小流量计14.小流量计阀门15.智能转速表16.气门升程显示仪表17.压力显示仪表18.温度显示仪表19.大流量显示仪表20.小流量显示仪表21.稳压桶22.A/D接线盒23.计算机24.打印机25.旁通阀26.泵27.流量调节阀图2-4智能型气道稳流试验台示意图2.5试验方法2.5.1空气滤清器试验将空气滤清器安装在气道稳流试验台上，按图2-4连接好试验仪器，分别进行如下两组试验：方案一：在空气滤清器进气孔直径一定的情况下，通过测量不同的进气孔长度下的体积流量，找出进气孔长度对进气量的影响。方案二：在空气滤清器进气孔长度一定的情况下，通过改变进气孔的直径，测量出不同的进气孔直径时的体积流量，找出进气孔直径对进气量的影响。通过两组试验，选择一个最佳的空气滤清器进气孔长度和进气孔直径。2.5.2进、排气道试验将气缸盖安装在气道稳流试验台上，按图2-4连接好试验仪器，分别进行如下两组试验：方案一：用优化前气缸盖，测量其进、排气道流通系数。方案二：用优化后气缸盖，测量其进、排气道流通系数。2.6试验结果及分析2.6.1空气滤清器试验结果分析空气滤清器气道试验方案一的结果如图2-5所示：图2-5方案一由图可知，进气孔长度对进气量的影响并不大。经查阅相关资料可以得知，进气孔的设置是为了降低进气噪声，对进气量的影响并不大。空气滤清器气道试验方案二的结果如图2-6所示：图2-6方案二由图可知，开孔后的体积流量有所增加，这是因为进气孔面积增加，从进气孔进入空气滤清器的空气体积便有所增加。当开孔由11mm增加至12.8mm时，体积流量又有所增加，原因同上。由此可知，当进气孔的直径变大以后，进入空气滤清器的空气量便有所增加，而滤清器的流阻值是一定的，因此发动机的进气量也会有所增加，发动机的动力性会得到一定的提高。2.6.2进、排气道试验结果分析对比方案一及方案二的试验数据，我们可以得到图2-7、图2-8：图2-7优化前后的进气道流通系数图2-8优化前后的排气道流通系数由图2-7、图2-8可知，优化后的进、排气道流通系数有了较明显的提高。因为优化后的进、排气道水平方向向垂直方向过渡处变成了圆角，气道的过渡处相对平滑，最小截面处面积有所增加，使得气道的截面面积变化规律最大程度上与合理的变化规律相符合。因此气体流动的阻力相比优化前的进、排气道有所降低，优化后的进、排气道流通系数有了较明显的提高。第三章供油系统的优化3.1化油器3.1.1化油器的作用化油器的主要作用是燃料汽化的准备以及使燃料和空气按某种比例混合，以使发动机正常运转。如果没有足够的燃料与空气混合，那么发动机将在“贫油”状态下运转，这将使发动机停止运转，也可能会损坏发动机。如果有过量的燃料与空气混合，发动机将在“富油”状态下运转，这也将使发动机停止运转（化油器溢油），或者运转时产生大量的烟，甚至出现恶劣的运转状况（发动机停转），同时还会增加发动机的燃油消耗量。3.1.2化油器的构造及工作原理化油器的主要构造化油器由上中下三部分组成，上部分有进气口和浮子室，中间部分有喉口、量孔和喷管，下部分有节气门等。在化油器进气口还接有空气滤清器，因为空气中含有尘粒，为了防止因此引起的气缸和活塞的不正常磨损和早期磨损，空气一般先经过过滤灰尘和杂质的空气滤清器进入化油器。而燃料则为了除去其中的杂质和水分，就要先经过燃料滤清器后再由燃料泵输入化油器的浮子室。浮子室是一个矩形容器，存储着来自汽油泵的汽油，容器里面有一只浮子利用浮面（油面）高度控制着进油量。中部的喷管一头进油口与浮子室的量孔相通，另一头出油口在喉口的咽喉处。（如图3-1）空气滤清器2.针阀3.浮子4.喷管5.喉口6.节气门7.进气管8.量孔9.浮子室10.进气预热套管11.进气门图3-1化油器工作原理示意图喉口呈蜂腰状，两头大中间小，其中间咽喉处的截面积最小。当发动机起动时活塞下行产生吸力，吸入的气流经过咽喉处时速度最大，静压力却最低，故喉口压力小于大气压力，也就是说喉口咽喉处与浮子室之间产生了压力差，即有了人们常说的真空度，压力差愈大真空度愈大。汽油在真空度的作用下从喷管出油口喷出，因为喉口咽喉处的空气流速是汽油流速的25倍，因此喷管喷出的油流即被高速的空气流冲散，形成大小不等的雾状颗粒，即雾化。初步雾化的油粒与空气混合成混合气，经节气门、进气管道和进气门进入气缸的燃烧室。在这里，节气门的开度大小和发动机的转速决定了喉口处的真空度，而节气门的开度变化直接影响着混合气的比例成份，这些都是影响发动机运行的重要原因。168F汽油机的化油器的节气门属于转动式节气门。转动式节气门，是在化油器喉口与进气管之间，设置一绕轴旋转的圆盘形的节气门，改变进气道的流通面积。升降式节气门其构造为一桶形式板形节气门，在喉口处作上下运动，改变喉口处的通道面积。量孔（1）主量孔系统量孔是化油器中校准燃料和空气流量的部件。在主油系中的燃料量孔为主量孔，空气量孔则称为主空气量孔、泡沫管改正孔等，如图3-2所示。1.主量孔2.泡沫孔3.主油井4.主喷孔5.空气量孔6.泡沫管图3-2主供油装置工作示意图主量孔的作用是配给主要的燃油量，空气补偿量孔是在发动机转速增加时，它作为补偿量孔和混合管一起向燃油中补加较多的空气，用增加空气流量的方法防止混合气变浓。（2）怠速系统在怠速系统中的燃料量孔称为怠速量孔、控制量孔、低速量孔等，空气量孔则称为怠速空气量孔、控制空气量孔、控制泡沫孔等，如图3-3所示。1.怠速喷孔2.怠速调节螺钉3.过渡孔4.空气量孔5.怠速油道6.怠速量孔图3-3怠速装置工作示意图当节气门近于全闭时，喉口内的真空度则急剧下降，以致燃油停止通过主量孔流出。可是发动机仍需在怠速下继续运转，因此必须要有第二套量孔系统。这套系统有一个出口位于节气门的下方，它通常被称作为“怠速系统”。该系统必须以准确的比例向发动机供给空气和燃油。这一点通过下述两条途径来实现：一方面，通过怠速燃油量孔和怠速空气量孔，并利用混合气调整螺钉控制其混合气的剂量：另一方面是调节节气门的位置，用以控制流过节气门间隙的空气量，以便调整怠速转速。（3）旁通系统所谓“旁通孔”或“过渡孔”，是指设在节气门旁边，将混合室与一个供油道接通起来的孔，当节气门打开时，它便要掠过此孔。在图3-3中，节气门上方有一个旁通孔的示意图。当节气门开度很小时，空气流经此孔进入怠速系统。当节气门逐渐打开时，先是空气停止从旁通孔流入，混合气供给量增加。当节气门进一步开大时，则混合气就通过旁通孔流出，这样，混合气的供给量再度增加，直至节气门开大到由主供油系统独自承担供油任务为止。此时，怠速混合气道中的流动方向通常就反过来了。3.1.3化油器结构参数对发动机性能的影响（1）喉口直径大的喉口直径具有较小的阻力，从而使发动机充气增加，特别是发动机高速下的充气量增加，输出功率增大。然而，大喉口也使发动机低速功率降低。同时由于大喉口使燃料雾化不良，经济性要差。因此，喉口尺寸的选择十分重要，要考虑很多因素后才能决定。如:动力性、经济性、稳定性、加速性、用途、驾驶技术、爱好、习惯等等，并且还必须通过试验最后确定。（2）主量孔尺寸主量孔的大小直接影响发动机的最大功率和油耗。主量孔大，混合气浓，过量空气系数小，功率增大。主量孔小，混合气稀，过量空气系数大，燃油经济性好。因此，要根据设计发动机的目的、用途等选择主量孔尺寸，然后进行燃料调整试验，以确定最佳尺寸。若用发动机台架试验的方法，则应在外特性上选择主量孔。对于一般用途的小型汽油机，应选择功率大、油耗低的主量孔。（3）针阀锥度及粗细在柱塞节气门式化油器中，节气门开度为1/4～3/4之间的过量空气系数是由针阀和针阀座的配合来控制的。针阀和针阀座配合尺寸选择是否恰当，对发动机部分负荷性能有较大的影响。当针阀直径和锥度变化时，部分负荷时的过量空气系数变化较大，而大负荷时则影响较小。针阀选取的原则是:中小负荷时应按最经济混合气选取。针阀位置的变化直接改变了针阀与主喷嘴之间环形出油断面的大小。针阀位置高，环形出油面积增大，混合气变浓，过量空气系数变小，反之则混合气变稀，过量空气系数变大。另外，针阀位置主要影响中小负荷过量空气系数，且高速比低速时影响大。针阀在最高位置，且高速小负荷时，混合气明显过浓。（4）主喷嘴主喷嘴尺寸的改变同样改变了主喷嘴与针阀配合的环形出油断面的大小。孔径增大，混合气变浓，反之变稀。油孔对中小负荷的影响较大，大负荷时影响较小。另外，应保证从主喷嘴的出油量随负荷增加而增加，以校正主油系的过量空气系数。（5）主空气量孔主供油系空气量孔主要起补偿作用，即随节气门上升，混合气逐渐变稀。其次，从空气量孔进入的空气与从主喷嘴出来的燃油混合而成泡沫状油气混合液，有利于雾化及混合。在节气门全开不同转速时，空气量孔阻力不同，高速时，空气制动效果加强，混合气变稀。大的空气量孔使空气补偿作用增强，混合气变稀较多。综上所述，主供油系中，可变喉口和空气量孔的补偿作用是：当节气门上升时，混合气变稀，针阀则应使混合气加浓，总的保证在正常工作时，主供油系供给发动机各工况下过量空气系数最佳。因此，必须掌握喉口、空气量孔、针阀等对过量空气系数的影响，并精确加以配调。本文陈述的主要是喉口与主量孔对发动机性能的影响。3.2化油器的优化方案本次毕业设计对168F化油器的优化方案主要分为以下三种：方案一：选用原机化油器P19，分别匹配66、69、70、73、75、77型号的主量孔。（P19化油器的喉口直径为φ15.5mm）方案二：选用P19-1化油器，分别匹配66、70、73、75、77、78型号的主量孔。（P19-1化油器的喉口直径为φ16.5mm）方案三：选用P23化油器，分别匹配66、69、70、73、75、77型号的主量孔。（P23化油器的喉口直径为φ19mm）3.3试验样机及试验条件图3-4台架试验示意图本次试验主要测量仪器有DEWE800燃烧分析仪，电涡流测功机（9.6kW），OTC公司生产的STARGAS898型五气分析仪。连接示意图如图3-4。通过改变168F汽油机化油器的喉口直径、主量孔参数开展研究工作。试验按美国EPA排放法规中的B试验循环工况(欧盟排放法规中的G2试验循环)进行，见表2，表中同时给出了现行排放法规的限值，法规要求小型汽油机寿命期内(用规定的耐久劣化试验考核)都必须保持整机排放不大于限值。表3-1B试验循环的工况点组成和排放权重转速额定转速怠速工况点（i）123456负荷/(%)100755025100计算权重/(%)920293075整机排放物COHC+NOXNOX（欧盟）限值/（g/（kW·h））≤610≤16.1≤103.4试验结果及分析图3-5、图3-6是168F汽油机分别选用原机P19化油器和P19-1化油器通过改变主量孔尺寸，在标定工况下，过量空气系数Φa与主量孔尺寸的关系。图3-5P19化油器100%负荷时过量空气系数Φa与主量孔型号的关系图3-6P19-1化油器100%负荷时Φa与主量孔型号的关系从图可以看出，随着主量孔型号的增大（即主量孔尺寸的增大），过量空气系数Φa减小。原因是汽油机的进气量是一定的，混合气的浓度是通过改变喷油量来控制的。而喷油量的多少是由主量孔的直径来决定的。随着主量孔直径的增加，喷油量便有所增加，而进气量是一定的，混合气变浓。因此过量空气系数Φa便随着主量孔直径的增加而降低。选用P23化油器时，168F汽油机不能正常起动。原因是P23化油器的喉口直径为φ19mm。当气流流过喉口时，在喉口截面产生的负压较小，主喷嘴与浮子室油面的压差不足以将燃料顺利喷入气缸，因此无法起动。介于此种情况，本文对P23化油器的试验不再赘述。图3-7、图3-8是168F汽油机分别选用P19化油器和P19-1化油器通过改变主量孔尺寸，Φa分别在0.7～0.88、0.69～0.88之间变化，在标定转速节气门全开时，功率和油耗随过量空气系数的变化关系。图3-7P19化油器过量空气系数与功率及油耗的关系(节气门全开)图3-8P19-1化油器过量空气系数与功率及油耗的关系(节气门全开)从图可以看出，选用P19化油器时，当过量空气系数在0.8左右发动机功率达到最大值，为4.52kW。选用P19-1化油器时，当过量空气系数在0.82左右发动机功率达到最大值，为4.61kW。为进一步验证结果的正确性，我们进行了不同过量空气系数Φa的汽油机示功图测量，图3-9、图3-10是测得的结果。选用P19化油器时，当Φa为0.8，气缸峰值压力最大，指示功率也最大，说明此时燃烧速度最快，混合气过浓或过稀，燃烧速度都下降，气缸压力降低使做功能力下降，发动机功率减小。选用P19-1化油器时，当Φa为0.82，气缸峰值压力最大，指示功率也最大，说明此时燃烧速度最快，混合气过浓或过稀，燃烧速度都下降，气缸压力降低使做功能力下降，发动机功率减小。图3-9P19化油器不同过量空气系数时的示功图图3-10P19-1化油器不同过量空气系数时的示功图图3-11是用五气分析仪对改变供油量孔来改变选用P19化油器的168F汽油机标定工况Φa后排放值的测试结果，过量空气系数由五气分析仪直接给出。从图中可以看出，随着Φa增加，发动机燃烧时氧气量较多，燃烧充分，CO生成量降低，燃油消耗率下降；HC排放降低，主要是气缸内相对空气量增大使燃烧更充分的结果，NOx随Φa的增加而增加，是因为混合气中氧浓度较低，富氧条件不成立，限制了NOx的生成，随着氧浓度的增加NOx排放量增加。图3-11168F汽油机选用P19化油器100%负荷时Φa与排放、b的关系按欧盟和美国EPA排放法规考核工况，图3-12与图3-13分别给出了部分负荷工况运转时Φa与尾气排放值和燃油消耗率的变化。在部分负荷工况HC，CO排放值及b随Φa的变化趋势与标定全负荷工况是相同的，但数值都增大了，相同Φa不同负荷时HC，CO排放及b值增大恶化较多；试验范围内NOx、排放值随Φa增大而增加，变化趋势与标定全负荷工况是相同的，NOx排放值随负荷减小而明显下降。图3-12168F汽油机选用P19化油器50%负荷时Φa与排放、b的关系随负荷减小节气门开度变小，汽油机进气过程气缸压力变低，进气量减少，气缸内上一循环残余废气量基本不变，与大负荷进气量多相比，小负荷时废气稀释了新鲜空气，使燃烧速度减慢，HC,CO生成量增加，b值增高;另外比较图3-11～图3-13我们发现NOx生成量从100×10-6～600×10-6到40×10-6～80×10-6变化，原因是在低负荷区域气缸压力下降，燃烧温度不高，废气稀释了新鲜空气，使燃烧速度减慢，NOx的生成量小。结合上述变化规律，按照美国EPA和欧盟对通用小型汽油机排放法规中测试工况及每工况排放值的计算权重要求，得出在50%部分负荷及以下工况，主要需控制汽油机的HC排放值，这需要适当增大过量空气系数，而大负荷工况需减小过量空气系数，从而限制NOx生成量。图3-13168F汽油机选用P19化油器25%负荷时Φa与排放、b的关系图3-14～图3-16分别是用五气分析仪对改变供油量孔来改变选用P19-1化油器的168F汽油机标定工况、50%负荷、25%负荷Φa后排放值的测试结果，其总体趋势和选用P19化油器时是相似的，不再做详细论述。图3-14168F汽油机选用P19-1化油器100%负荷时Φa与排放、b的关系图3-15168F汽油机选用P19-1化油器50%负荷时Φa与排放、b的关系图3-16168F汽油机选用P19-1化油器25%负荷时Φa与排放、b的关系为了比较不同喉口直径的化油器对排放的影响。在P19、P19-1化油器上分别选用70#和73#主量孔，通过比较不同负荷下的各项排放指标，从而找出不同喉口直径对发动机排放的影响。选用70#主量孔装P19化油器排放值见表3-2、表3-3表3-2100%负荷时排放数值化油器型号五气分析仪测量值CO/%HC/10-6NOx/10-6P195.7111730P19-13.894760表3-350%负荷时排放数值化油器型号五气分析仪测量值CO/%HC/10-6NOx/10-6P194.5119372P19-13.494504选用73#主量孔装P19化油器排放值见表3-4、表3-5表3-4100%负荷时排放数值化油器型号五气分析仪测量值CO/%HC/10-6NOx/10-6P1910.4148125P19-15.8122515表3-550%负荷时排放数值化油器型号五气分析仪测量值CO/%HC/10-6NOx/10-6P199.417279P19-15.4134241从表3-2、表3-3、表3-4、表3-5可以看出：与装P19化油器相比，装P19-1化油器在主量孔型号相同时，CO和HC排放都有所降低，但NOx排放增加。这是由于化油器喉口直径加大后，进气量增加，混合气中氧含量增加，燃烧更充分，缸内最高温度升高，使得CO、HC排放降低，NOx排放量增加。由于不同的运行工况对汽油机工作的稳定性、动力性、燃油经济性和排放性能的要求侧重点不同，遵循上述HC，NOx，CO排放物的变化规律，对通用小型汽油机不同排放测试工况混合气浓度的要求也有所不同，考虑汽油机的燃油经济性、标定负荷时的动力性及中小负荷时的工作稳定性要求，可以得出理想混合气浓度变化规律。图3-17和图3-18分别给出了选用P19和P19-1化油器时不同方案的过量空气系数变化。图3-17168F汽油机选用P19化油器不同主量孔化油器特性图3-17168F汽油机选用P19-1化油器不同主量孔化油器特性动力性优、排放值低的168F四冲程通用汽油机理想化油器特性，按测试循环工况，在标定工况点考虑汽油机最大功率要求，选用P19化油器时，Φa在0.8～0.84为宜，NOx浓度控制在200～600×10-6,CO浓度在7%左右。选用P19-1化油器时，Φa在0.8～0.84为宜，NOx浓度控制在300～600×10-6,CO浓度在7%左右。168F汽油机部分负荷工况，随着负荷的减小，Φa应略有增大，以利于减少HC排放量，且NOx生成量在小负荷时生成量少，此外，中小负荷工况计算排放的加权系数增大，HC增加必然使整机排放值增加；另一方而需考虑小负荷工况汽油机的工作稳定性，Φa也不能太大，太稀的混合气浓度会造成汽油机游车，以Φa不超过0.85为佳，在保证汽油机工作稳定的前提下，部分负荷尽可能采用稀混合气，可明显减少汽油机HC排放量，汽油机的燃油消耗率也较低。为实现上述化油器理性供油特性，标定工况点Φa的大小在汽油机进气系统确定的情况下由化油器主量孔大小决定，汽油机混合气浓度特性的变化趋势可由化油器体节气门后的怠速过渡量孔及主供油系统泡沫管尺寸及空气量孔尺寸调整改变。综上所述，当168F通用汽油机选用P19-1化油器，主量孔型号为70#时，Φa=0.82，此时的动力性最好，最大有效功率可以达到4.61kW，同时经济性、排放性也较好。第四章结论1）试验结果表明:通用小型汽油机气缸盖进排气道由于压铸工艺限制及产品设计的缺陷，流通能力较差，使小型汽油机性能恶化。优化空气滤清器、气缸盖等进排气系统零部件质量，特别是按内燃机流动特性进行气缸盖气道优化设计，能提高通用小型汽油机的气道性能和整机产品质量。经优化后的进气系统的流通系数可以提高35%。2）进、排气系统的优化是通过增加空气滤清器进气孔直径，按内燃机流动特性优化进、排气道结构，减小空气阻力，增加进气量，提高动力性。供油系统的优化主要是通过喉口直径和主供油量孔参数的优化组合。经优化后的168F通用汽油机功率可由原机的4.0kW提升至4.6kW。3）当168F通用汽油机选用P19-1化油器，主量孔型号为70#时，Φa=0.82，此时的动力性最好，最大有效功率可以达到4.61kW，同时经济性、排放性也较好。致谢历时将近四个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。本文是在导师刘胜吉教授和王建老师的悉心指导下完成的。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我产生深远的影响。不仅让我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，而且还让我明白了许多为人处世的道理。本文从选题、调研报告到论文完成，其中每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。所以在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢！感谢我的学长陈玉炜，同学刘伟、孙健等，他们给予我论文很大的帮助。共同的求学道路上我们互相帮助，结成了深厚的友谊，让我无论从学习上还是生活上都收获巨大。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢所有关心和帮助过我的人。由于本人学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献[1]刘胜吉,方宝成,王建.影响四冲程通用小型汽油机排放因素的试验与分析[J].农机化研究,2007(3):115～118[2]刘胜吉,施万里,王建.过量空气系数对四冲程通用小型汽油机排放的影响[J].小型内燃机与摩托车,200635(5):41～44[3]刘胜吉,王建,方宝成.满足欧美排放法规的通用小型汽油机供油系统优化匹配[J].小型内燃机与摩托车,2008,37(1):79～82[4]张振东,王玉顺,刘志远.基于进气量调节的汽油机过量空气系数控制研究[J].中国内燃机学会第七届学术年会论文集,2007:339～342[5]成大先.机械设计手册.[M].北京:化工工业出版社.2002[6]周龙保,刘巽俊,高宗英.内燃机学.[M].北京:机械工业出版社.1999[7]顾宏中.内燃机中的气体流动及其数值分析.[M].北京:国防工业出版社.1985[8]刘胜吉,尹必峰.内燃机检验与试验技术.[M].江苏大学出版社.2005.8[9]木村隆一.化油器的构造和调整.[M].人民交通出版社.1983[10]A.皮尔堡.汽车发动机化油器.[M].人民交通出版社.1982[11]鱼住顺藏等.汽车化油器的结构和特性.[M].人民交通出版社.1987目录TOC\o"1-3"\u第一章项目概要 11.1项目背景 11.2项目建设内容与工期 21.3投资估算和资金筹措 31.3.1投资估算