化油器(Carburetor)是汽車、機車裡發動機中的一個供油裝置,其作用是利用發動機工作產生的真空負壓將一定比例的汽油與空氣混合,之後將混合氣供給發動機的燃燒室。一公斤汽油完全燃燒需要大約15公斤的空氣,所以油和氣混合很重要。化油器吸進空氣的通道中間是一個較窄的喉部,加速引擎吸進的空氣,產生文氏管效應將細管中的燃油吸出、霧化、和空氣相混合,汽車的化油器通常包括燃油室、阻風門、怠速量孔、主量孔、空氣節流喉管和加速泵等部分。
雖然化油器的構造簡單耐用、成本低廉,不過其供油精準度已經無法滿足現今嚴苛的環保法規,所以在近十幾年已發展国家汽车市场的新車上,已經看不見化油器了。但是在发展中国家(如印度)的廉价的新车上,还非常的普遍。
同样化油器但在高端的摩托车上也被燃料噴射裝置技术取代,但基于体积、技术、成本等问题,在中、低價的摩托车,以及各种各样的通用机械上还将长期使用。
目前化油器的應用很廣泛,包括:摩托車、船外機、汽油發電機、水泵、割灌機、綠籬機、掃雪機、油鋸、園林拖拉機、高壓清洗機、動力噴霧機、空氣體壓縮機、打夯機、手提挖坑機、旋耕機等。
化油器行业知名厂家有:日本的三国Mikuni、京滨Keihin、泰凯TK和美国的华博罗Walbro等。
歷史
在1893年Frederick W. Lanchester一位伯明罕的工程師首度將化油器安裝在汽車上。
而在1896年Frederick與他哥哥造了第一台以汽油當燃料單缸5hp、鏈條傳動的汽車,不過由於這台車的表現以及動力實在差強人意,所以他們在隔年又重造了配備上一具雙缸水平對臥引擎加上新設計化油器的汽車。這台使用化油器的車在1900年完成了1000英里的行程,是汽車工程上的一大突破。
在過去1980年代中期,工程師們發現燃油噴射(Fuel Injection)具有更多的優點後,化油器系統在汽車工程上便逐漸被淘汰,在美國最後一台配備化油器的車則是福特汽車在1991年推出5.8升的Ford Crown Victoria Police Interceptor。不過因為價格便宜和早期噴射在油門反應上的問題,大多數的機車則還是繼續使用化油器。
在2005後,由於環保法規更為嚴格,越來越多的機車開始使用燃油噴射。但是可以在一些小型引擎(如汽油發電機或割草機等)及一些古早或較特殊像一些房車賽的汽車上發現化油器的蹤跡。
原理
化油器是利用伯努利定律:氣體流動得越快,它的靜態壓力便越低,而動態壓力則越高。
而節流閥(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寡。
較早期的引擎多是使用上吸式化油器(updraft carburetor),氣體在化油器中流動方向為由下到上。這種化油器不會讓過多的油滴進入歧管,所以好處就是不會發生「溢油」(flooded engine,引擎內油氣太濃使車不易發動),且這種化油器在紙質空濾發明前還有一大優點,就是可以利用設置在化油器下的油浴空濾來過濾要進入引擎的空氣。
到了1930年代晚期,美國汽車以下吸式化油器(downdraft carburetors)為主流。而在歐洲,因為相較於下吸式,側吸式化油器(sidedraft carburetors)有較好的空間配置能力和SU(Skinners Union:為一主要製造側吸式化油器的公司)型化油器的發展,所以以側吸式為大宗。而現在還是有一些小型的螺旋槳飛機還是使用上吸式化油器。
運作
化油器可以分為固定文氏管(Fixed-venturi)和可變文氏管(Variable-venturi)兩種
文氏管(venturi)是運用白努力原理和連續方程式的裝置。當一管路的截面積縮小時,此時管路內的流體為了滿足連續方程式,所以流速會上升而壓力則會因為白努力原理而下降。
而固定文氏管在化油器的文氏管部分,因為壓力下降所以會將燃料吸到氣流中,這種構造可以在美國和一些日本汽車所使用的下吸式化油器上發現。
可變文氏管則是利用滑塊和滑塊上的油針,來控制文氏管的管路面積和汽油噴嘴的開閉。
而可變文氏管又主要可分為兩種。一種是負壓式,油門控制的是化油器上的一個節流閥然後利用一個真空系統來控制滑塊和油針。另一種則是直拉式,直接使用油門控制滑塊這種化油器主要是使用在一些小型的機車和越野摩托車上。
而可變文氏管化油器通常會配備上加速泵來改善油門突然大開而吸不到汽油的缺點。所以簡而言之化油器的主要工作就是:
- 決定進入引擎的空氣量。
- 同時決定應該噴入多少汽油到氣流中。
- 將兩者均勻混合。
不過這些工作在空氣和汽油是理想氣體時看起來很簡單。不過實際上由於空氣阻力、黏滯力、慣性等等的影響,所以在引擎高低不同轉速時需要考量到大量複雜的問題。
且化油器還需要在不同的環境溫度、壓力、引擎轉速、負載、冷車啟動、熱車啟動、加速等等的情況下提供適當的混合比。所以為了滿足以上這些條件,現在的化油器大部分構造都非常複雜。
構造
化油器主要就是由一根通到引擎的管子所構成。這根管子的內部是文氏管的形狀,在文氏管較細的部分會有汽油的噴嘴,所以當氣流通過文氏管壓力下降時就會將汽油吸到氣流中在文氏管的一端有著蝶形閥或稱節流閥,長的樣子就是一片可以旋轉的圓形片狀物,可以控制氣流流量,而氣流的流量就決定了進入引擎油氣的多寡,從而控制引擎的出力和速度。
- 在節流閥後會有一個額外的噴油口,當油門稍微開啟時便會從這個噴油口吸出汽油,以補償節流閥開啟時所造成的真空度降低,改善混合比不穩定的情況。
- 主油路(Main open-throttle circuit)
- 當節流閥開度更大時,由於歧管內的真空度下降導致怠速和off-怠速系統的流量減少,所以這時候就是化油器內文氏管構造發生作用的時候了,如之前所說當氣流經過文氏管細的部分時,由於壓力的下降,便從噴嘴中吸出汽油。
- 由於汽油在液態時慣性比空氣還要大,所以在油門突然開啟時,氣流增大的速度遠大於汽油的速度導致混合比突然下降(lean),以致於要加速時引擎轉速卻下降的情況。為了避免這種情況,工程師們使用的方法就是為化油器加上一個小小的泵浦,由連桿受到節流閥的控制。當油門開啟時便會用泵浦將汽油直接噴入氣流中,以補償混合比的濃度。
- 由於在冷車時,汽油的氣化效果不好,容易在歧管壁上凝結,導致油氣太稀發車不易。為了供應更濃的油氣,阻風門是最普遍使用的一種方式。他是在文氏管前的一個裝置,用來限制空氣流過文氏管的流量,讓化油器內的真空度上升,使更多的油氣從主油路被吸到氣流中。另一種比較新式的方法則是另外開一個油道,阻風門拉起時油道供油。增加油氣濃度達到冷啟動目標,總而言之兩種方法都是將冷車時的油氣變濃,因為在車到達工作溫度前,需要較濃的混合比來啟動和暖車。
- 為了供應穩定的油氣,化油器上還有一個叫做浮筒室的裝置,浮筒室內裝著準備被各油路使用的汽油而室內壓力約等於大氣壓力。而室內的汽油量則受到浮筒和一個針閥的控制。當汽油不足時,浮筒下降針閥開啟,汽油便會補充至浮筒再度將針閥關閉為止。
汽車的零件與附件
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| 車身 |
結構 |
大樑、副樑(Subframe)、保險桿、底盤、撞擊緩衝區(Crumple zone)、擋泥板(Fender)、葉子板(Fender skirts)、水箱罩(Grille)、引擎蓋(Hood)、引擎蓋進氣口(Hood scoop)、車柱(Pillar)、尾翼
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| 隔間 |
行李廂(Trunk)、引擎蓋(Hood)
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| 車門 |
蝴蝶車門、鷗翼車門、鍘刀車門、雙門對開車門
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| 玻璃 |
天窗、遮陽板(Sun visor)、擋風玻璃、雨刷、擋風玻璃清潔液
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| 後視鏡 |
後視鏡、電動後視鏡(Power mirrors)
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| 其他 |
保險桿貼紙(Bumper sticker)、引擎蓋標誌(Hood ornament)
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| 外部設備 |
車燈 |
大燈(Head lamp)、霧燈(Fog lamp)、方向燈、尾燈(Taillight)、日間行車燈(Daytime running lamp)
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| 其他 |
氣體放電式電燈、大燈水平自動調整組(Auto Leveling)、故障指示燈(Malfunction Indicator Lamp;MIL)、車距传感器(Distance sensor)、停車传感器(Park sensor)
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| 引擎 |
進氣 |
進氣口(Air intake)、空氣濾清器、節氣門(Throttle)、歧管(Manifold)、歧管真空(Manifold vacuum)、流量感知器(Mass flow sensor)、增壓(Boost)、增压式進氣(Ram-air intake)、短增压式進氣(Short ram air intake)、自然進氣引擎(Naturally-aspirated engine)、電子節气門控制(Electronic Throttle Control;ETC)、可變汽門正時
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| 燃料 |
燃油濾清器(Fuel Filter)、增壓控制(Boost controller)、洩壓閥(Blow off valve)、蝶閥(Butterfly valve)、化油器、離心式機械增壓器(Centrifugal-type supercharger)、渦卷式機械增壓器(Scroll-type supercharger)、電子控制元件(Electronic Control Unit;ECU)、发动机控制器、燃油噴射、燃油泵浦(Fuel pump)、油箱(Fuel tank)、機械增壓器、渦輪增壓器、汽油直接噴射、柴油直接噴射(Diesel Direct Injection;DDI)、渦輪增壓直接噴射(Turbocharged Direct Injection;TDI)、可變幾何渦輪增壓(Variable Geometry Turbocharger;VGT)、渦輪性能自動控制(Automatic Performance Control;APC)、雙渦輪(Twin-turbo)
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| 排氣 |
排氣管(Exhaust pipe)、消音器、催化转换器、含氧感測器(Oxygen sensor)
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| 冷卻 |
空氣冷卻(Air cooling)、防凍劑、水箱(Radiator)、自動調溫器、中央冷卻器(Intercooler)、乙二醇(Ethylene glycol)
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| 起動 |
起動(Starter)、火星塞、點火線圈(Ignition coil)、電池、铅酸蓄电池、燃料电池、分電盤(Distributor)、白金接點(Breaker points)、點火順序(Firing order)、火星塞點火(Spark-ignition)、電子安定器(Electrical ballast)
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| 其他 |
平衡軸(Balance shaft)、加熱器(Block heater)、曲軸、曲軸箱(Crank Case)、曲軸箱蓋(Crankcase Cover)、汽門、汽門座(Valve Seat)、汽門導管(Valve Guide)、凸輪、凸輪軸、活塞連桿(Connecting rod)、燃燒室(Combustion chamber)、曲軸銷(Crank pin)、引擎爆震、壓縮比、曲軸感知器(Crank sensor)、气缸、汽缸體(Cylinder Block)、汽缸蓋、汽缸套(Cylinder Sleeve)、汽缸墊片(Cylinder gasket)、汽缸蓋墊片(Cylinder Head gasket)、墊片(Gasket)、機油濾清器(Oil filter)、稀薄燃燒、汽門挺桿式(Over Head Valve;OHV)、頂上凸輪軸式、頂上雙凸輪軸式、活塞、活塞環(Piston ring)、活塞銷(Piston Pin)、搖臂(Rocker arm)、旁道閥(Bypass Valve)、機油、油泥(Oil sludge)、合成油(Synthetic oil)、礦物油、全合成油(Full-Synthetic Oil)、挺桿(Tappet)、正時皮帶(Timing belt)、正時記號(Timing mark)、積極式曲軸箱通風(Positive Crankcase Ventilation;PCV)、汽油蒸發器控制(Evaporative Emission Control;舊稱EEC;現稱EVAP)、排氣再循環(Exhaust Gas Recirculation;EGR)
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| 內部設備 |
儀表 |
油錶(Fuel gauge)、時速錶(Speedometer)、轉速錶(Tachometer)、里程錶(Odometer)、全球定位系統、抬頭顯示器
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| 控制 |
方向盤、排擋桿(Gear stick)、手煞車(Hand brake)、節汽門(Throttle)
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| 防盜 |
鎖、鑰匙、喇叭
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| 座位 |
扶手(Armrest)、長型座椅(Bench seat)、桶型座椅(Bucket seat)、兒童安全座椅
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| 安全 |
安全气囊、座位安全带、兒童安全鎖(Child safety lock)
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| 其他 |
空氣調節、汽車音響(Car audio)、太阳能天窗(solar window)、汽车防盗装置(antithief)、車用電話(Car phone)、中控台(Center console)、儀表板、置物箱(Glove compartment)、電動窗(Power window)、點煙器
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| 傳動 |
車輪 |
車輪蓋(Hubcap)、鋼絲輪圈(Steel wheels)、合金輪圈(Alloy wheels)、鋁合金輪圈(Aluminium alloy wheel)、鎂合金輪圈(Magnesium alloy wheel)
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| 輪胎 |
輻射層輪胎(Radial-ply Tire)、斜紋層輪胎(Bias-ply Tire)、斜向交織層輪胎(Bias Belted Tire)、防爆輪胎(Run-flat tire)、光頭輪胎(Slick tire)、胎壓偵測系統(Tire Pressure Monitoring System;TPMS)、内胎(Inner Tube)、雪胎、雪链
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| 变速器 |
变速器、自动变速器、手動變速器、手自排變速箱、半自動變速箱、離合器、萬向接頭、差速器、傳動軸(Driveshaft)、排擋桿(Gear stick)、扭力轉換器(Torque converter)、太陽齒輪(Sun Gear)、行星齒輪、環形齒輪(Ring Gear)、鎖定差速器(Locking differential)、限滑差速器(Limited Slip Differential;LSD)、無段自動變速箱、變速箱控制單元(Transmission Control Unit;TCU)
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| 轉向 |
阿克曼轉向幾何、防鎖死煞車系統、牽引力控制系統(Traction Control System;TCS)、外傾角、後傾角、內傾角、前束角(Toe angle)、轉向前展(Toe-out on Turn)、扭力轉向(Torque steering)、轉向過度、轉向不足、齒條齒輪式(Rack and pinion)、循環滾珠式(Recirclulating Ball and Nut)、動力方向盤
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| 懸吊 |
輪軸、彈簧、圈狀彈簧(Coil spring)、片狀彈簧(Leaf spring)、雙A臂懸吊系統、电子稳定程序(Active Stability Control;ASC)、獨立懸吊系統、液壓懸吊系統(hydrolastic suspension)、麥花臣懸吊系統(MacPherson suspension)、多連桿懸吊系統(Multi-link suspension)、半拖曳懸吊系統(Semi-trailing arm suspension)、扭力軸懸吊系統(Torsion beam suspension)、大王銷(Kingpin)、橫拉桿(Panhard rod)、減震筒(Shock absorber)、防傾桿(Stabilizer bar)、差速器、拖曳臂(Trailing arm)、非彈簧負荷重量(Unsprung weight)
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| 刹车 |
防鎖死煞車系統、电子制动力分配系统、煞车力道輔助系統(Brake Assist System;BAS)、碟式煞车、鼓式煞车、液壓煞车(Hydraulic Brake)、空氣煞车(Air Brake)、動力煞车(Power Brake)、引擎煞车(Engine Brake)、行車煞车(Service Brake)、驻車煞车(Parking Brakes)、緊急煞车(Emergency Brake)、手煞车(Hand Brake)、煞车片、煞车油(Brake Fluid)
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| 配件與百貨 |
外部裝飾 |
警示桿、裝飾天線、貼紙、防撞條、side mouldings、 |
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| 內部裝飾 |
眼鏡夾(glassess holder)、零錢夾(coin holder)、指南球(compass)、杯架(drink holder)、手機架(phone holder)、面紙套(tissue holder)、化妝鏡、駕駛座遮陽板、駕駛座收納、萬用袋、車用地墊(Mats)、避光墊、窗簾、靜電貼、前座遮陽擋、椅墊、椅套、寵物用椅套、護腰枕、頭枕、手套箱
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| 電裝品 |
水溫錶、油溫錶、電壓錶、點菸器、抬頭顯示器(HUD)、行車紀錄器、事故資料紀錄器、車用吸塵器、車用多孔電源插頭、車用電源變壓器、 |
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