《可调自控式强制怠速省油器》的构造\原理及安全经济作用
发布时间:2015-03-31 11:04:44
《可调自控式强制怠速省油器》的构造、
原理及安全经济作用
傅炯生
一、“下玻不得熄火滑行”的目的及《可调自控式强制怠速省油器》的作用原理及安全经济作用
傅炯生
目前,我国汽车保有量有三佰七十万辆,公路里程有九十多万公里。由于我国地形复杂,山区丘陵和比较崎岖的高原占全国面积的三分之二。所以,大部份公路都是坡陡、弯多、路面狭,不仅燃料消耗高,而且造成变速频繁,操作紧张,影响汽车运输安全。
在汽车运行的实际工作中,有些驾驶员为了节约燃料,爱惜动力,往往忽视交通安全,下坡熄火滑行或陡坡脱档滑行,有时因此造成重大事故。为了保证行车安全,交通管理规则上有一条明确规定:“下坡不得熄火滑行”。这就形成了上坡耗油,下坡赔油的安全节约矛盾。
为什么“下坡不得熄火滑行?”它的主要目的有三条:⑴以保证足够的制动气压;⑵利用发动机本身牵引阻力控制车速;⑶以备制动失灵时抢档降速。可见,“下坡不得熄火滑行”完全是以安全为唯一目的的。
但是,当汽车下坡时的惯性力大于或等于所需车速牵引力时,此时发动机随车速运转的含义除上述三条作用外没有其它实际经济价值,运转中的燃料消耗纯属是赔衬式的浪费。而且,由于受发动机强制怠速“过强真空度”的影响,汽油耗量高达正常怠速的2-3倍,从气缸壁吸入燃烧室的机油也大大增加。
《可调自控式强制怠速省油器》是利用强制怠速“过强真空度”打开省油器气门,引入空气来填补气缸真空容积,达到消除“过强真空度”影响,控制化油器强制怠速供油,减少机油吸入气缸的一种节油装置。它即节约“下坡不得熄火滑行”的这部分燃料消耗和各种工况下的强制怠速耗油,又不失“下坡不得熄火滑行”的三条内含目的。同时,汽车在减速运行中,当进气管真空度高于怠速期强度时还能产生二次雾化和空气节油作用。不但给汽车运行造就了一个机动灵活的节油工况,而且减少了污染,减少了操作,延长了部分零件的使用寿命,增加了汽车行驶的安全性。
二、发动机与驱动轮的“O”点平衡转速关系
《可调自控式强制怠速省油器》是以发动机强制怠速“过强真空度”为工作条件的。何谓强制怠速?就是节气门开度在已调定的怠速位置,而发动机在底盘的驱动下转速却超过了这一开度所应有的空转特性转速,就为强制怠速。强制怠速除增减档会瞬间出现外,主要在汽车运行中频繁出现。为了掌握省油器的工作特性,我们先对发动机、驱动轮、惯性车速三者关系作一分析:
我们知道,当发动机曲轴旋转一圈时这并不意味着驱动车辆也能转动一圈,到底能转动多少,这要根据减速比和变速比来确定。当离合器无空滑现象时,曲轴每旋转一圈,驱动轮的转动圈数则可按下列式求取:

式中:x表示发动机曲轴转动一圈时驱动轮转动的圈数;
e表示变带比;
t表示减速比;
以CA-10B型解放车曲轴转动一圈为例,则各档位的驱动轮转动圈数如下:
档位 | 曲轴转动圈数 | 变速比 | 减速比 | 驱动轮转动圈数 |
一档 | 1 | 6.24 | 7.63 | 0.021 |
二楼 | 1 | 3.32 | 7.63 | 0.039 |
三档 | 1 | 1.90 | 7.63 | 0.069 |
四档 | 1 | 1.00 | 7.63 | 0.131 |
五档 | 1 | 0.81 | 7.63 | 0.162 |

式中:y表示“O”点平衡车速(公里/小时)
r表示驱动轮周长(公尺)
n表示发动机每分种转速(转/分)
假定一辆解放车的发动机,经调定后它的稳定怠速n为400转/分,驱动轮周长r为3.20公尺,当用四档作惯性行驶传动比x为0.131时,则发动机这一转速的“O”点平衡车速y应是:

也就是说:这辆车使用四档,惯性车速在10.061公里/小时时发动机的怠速不受驱动轮转速的影响,驱动轮与发动机各自都在作无主动相对平衡运转。但是,当惯性车速快于10.061公里/小时时,驱动轮便处于主动地位,发动机即进入到强制怠速。
这种强制怠速工况,汽车在山区运行时约占40%,即使在平原地区运行也约占15%左右,所以,我国公路的地理条件很适应使用《可调自控式强制怠速省油器》。
三、可调自控式强制怠速省油器
1、构造
《可调自控式强制怠速省油器》(见图),由“活动式真空鼓”、“可调可控怠速螺钉”及“回油管”组成。
“活动式真空鼓”油:1-省油器座;2-真空室;3-气门座;4-密封垫;5-气门;6-气门弹簧;7-调整螺母;8-止限螺母;9-气门肖;10-滤网;11-滤网套等组成。
“可调自控怠速螺钉”由:12-针套;13-针头;14-针头弹簧;15、针头调整螺平;16、针头肖;17、针套弹簧;18-滤网;19-滤网罩等组成。
其结构情况是:真空室2约上翘45度左右固装在省油器座1上,以免喉管下来的油盛积在真空室内(以后定形生产时省油器座1可不要,真空室2可直接铸造在化油器下座上)。省油器座1装在化油器下座与进气管之间,孔径尺寸与化油器下座孔相同,上下有垫子,以防连接处漏气。当气门座3与真空室2旋合,气门5封闭了气门座3的中间孔时,便组成了活动式真空鼓。真空鼓前面:下通进气管,上通化油器受节气门的控制,大气则通过滤网罩的19滤网18及气门座3的进气孔到气门座3的中间孔,待气门5打开时即进入气缸。为避免真空室2与气门座3连接处漏气,在真空室2的内壁台阶平面上安放了密封垫4。气门弹簧6的前面顶在气门座3的内壁台阶平面上,后面顶着调整螺母7,因调整螺平7的凸耳被气门座3后内端滑动槽卡住不能转动,只有在旋动气门5时调整螺母7才能在汽门5螺纹的作用下向前压缩弹簧6或向后放松弹簧6,以调整弹簧6张力的大小。为使弹簧6在压缩时不与气门座3接触磨擦产生阻力影响弹性,故将弹簧6的外形尺寸设计成宝塔形。调整螺母7与气门座3的内径孔要求紧密配合滑动自如,使气门5能平行规律地在一平面运动与气门座3吻合密封。为限制气门5因真空吸力过大前冲过多影响进气量和气门弹簧6的弹性灵敏度。故以滤网罩为档碍,在气门脚上装设了控制气门5升程的止限螺母8。为便于装折,故在气门座3的后端平行锉方。装配滤网罩时应在内后端注入适量黄油,利用发动机本身的温度使黄油溶化产生润滑作用,以减少调整螺母7的磨损及滑动阻力。
“可调自控怠速螺钉”装设在原怠速调整螺钉孔位置,外形尺寸与原怠速螺钉相同。施动针套12可调整怠速。控制怠速则要靠针头的开启来完成,因针头13的针头颈坐落在针套12的针套嘴上,针头弹簧14的前端顶在针套12的内壁台阶平面上,后端顶着针头调整螺母15,因调整螺母15的凸耳被针套12后内端滑动槽卡住不能转动,只有在旋动针头13时,调整螺母15才能在针头脚螺纹的作用下向前压缩或向后放松弹簧14,以调整其张力的大小。为使弹簧14在压缩时不与针套12接触磨擦产生阻力,影响弹性,故将弹簧14的外形尺寸设计成宝塔形。调整螺母15与针套12的后端内径孔要求紧密配合滑动自如,使针头13与针套12吻合密封,以此构成一个可分离的密封件。为使已调定的调整螺母位置和已调定的针套位置不变及怠速螺孔丝纹间不泄气,滤清进入怠速孔的空气,特在针套12的后段内径壁上相对开设了两条滑动槽及装设了针套弹簧17、滤网18和滤网罩19。针套后端平等锉方,以方便装折,调整螺母15经常滴些机油以产生润滑作用。
为避免截断怠速油道供油后因进油压力过高而引起的浮子室溢油,故将化油器的油平面螺丝改成两通接头,将超过浮子室油平面的油引流到汽油箱内,形成回路,以防止汽车下坡时“呛油”。
2、基本工作原理
我们知道,现行汽油机的功率改变是通过供入气缸内可燃比例的混合气数量来实现的。影响供油量的主要因素是喉部真空度,而影响喉部真空度的因素除节气门开度外还有发动机的转速,当节气门开度一定时,发动机转速愈高,则气缸内真空度愈大,喉管中的空气流速和真空度也就愈高。
实践证明,发动机在大中小负荷时,转速虽然随节气门的开度增大而提高了,但节气门后面的真空度却随着节气门的开度增大而减弱,以至都小于怠速。当解放车发动机转速在700-2400转/分,节气门开度仍在怠速位置不变作强制怠速运转时,进气管真空度约在500-630毫米贡柱,比正常怠速真空度约提高140-270毫米贡柱,这部分“过强真空度”就是引起强制怠速汽油耗量加倍,机油消耗大大增多的主要原因。
因此,我们根据怠速与强制怠速这一真空差的变化特性,选定已调定的最低稳定怠速真空吸力为省油器气门弹簧的工作张力点来控制气门关闭,这既保证了发动机在各种工况下的正常工作,又能利用“过强真空度”吸开省油器气门放空气进气缸,使节气门下部的“过强真空度”下降,以减除“过强真空度”所引起的怠速过量供油。同时冲减了对曲轴箱的吸力影响,也就大大地减少了从气缸壁吸窜到燃烧室的机油耗量。
但是,这还不能达到控制怠速供油,真空度既然能把省油器气门吸开,同时也就保有从怠速油道吸下油来的吸力。为了控制强制怠速供油,我们装设了“可调可控怠速螺钉”,将针头弹簧的工作张力点也选定在已调定的怠速期真空吸力这一点上,利用“过强真空度”的吸力克服针头弹簧的工作张力,将针头吸向前堵住喷口,同时使怠速油道接通大气以破坏其真空度,利用空气制动怠速供油。这既达到了制止气化器强制怠速供油,又能在发动机转速下降到“O”点“过强真空度”消除时及时地恢复怠速供油。而这种变换关系,当发动机转速超过“O”点时完全取决于节气门的开度,只要节气门一回归怠速位置,真空吸力就会吸开气门放空气进气缸,同时克服针头弹簧的工作张力,把针头吸向前堵住喷口,接通大气,停止怠速供油。
目前,国内有二十余种怠速节油器,尽管其结构和控制装置有所不同,但基本工作原因都是一样,方法有两种:
一是“封闭式”,如切断怠速油道、堵住主油道。这类怠速节油器,虽然控制住了怠速耗油,但采用的节油手段是“堵”,这就造成气缸里的充气系数下降,真空度增强,强大的真空吸力会加倍地把曲轴箱里的机油倒抽到“燃烧室”,使机油耗量大大增多(烧机油的车辆更明显),不仅加剧了发动机的磨损,而且这种未燃烧的机油废气排出机外对空气污染更于严重。
二是“泄气式”,即破坏怠速油道真空度,利用空气制动怠速供油。这类怠速节油器,虽然可以制动正常怠速耗油,但不一定就可以制动强制怠速供油,因为怠速油道的断面积是按设计要求固定了的,在怠速油道中间新开泄气孔,一般都小于怠速油道断面积,若不考虑其它影响,这一新开泄气孔的有限作用可用下列式表示:

也就是说,发动机约在有限作用转速(单位面积排量)内可控制怠速耗油,超过这一转速,怠速将不能控制。
总之,使用上述两类怠速节油器,虽然能收到一定的节油效果,但因不能消除“过强真空度”的影响,其节油效果也就受到限制,且构造复杂,作用单一,增加了驾驶员的操作,成本高,影响其适用性。而《可调自控式强制怠速省油器》,在“活动式真空鼓”和“可调自控怠速螺钉”的相互作用下,克服了这一缺陷,其节油效果也就较为理想。
节约强制怠速耗油,这只是“省油器”的作用之一。另外,“省油器”还有二次雾化,空气节油作用。我们知道,省油器气门弹簧和针头弹簧的工作张力,虽然克服了怠速真空吸力而处于关闭,以保持怠速期混合气的正常供给,但关闭的紧密度受到两种特定条件的限制,既要保证混合气的浓度,控制进气,又要在强制怠速时能及时打开气门放空气进气缸。这就使气门弹簧和针头弹簧的工作张力处于这两种工况的“临界”之间。当汽车处于高速,根据车速惯性和道路情况需作减速(而不是强制怠速)行驶时,由于车速快,惯性大,发动机转速高,真空吸力强,喉管出油多,以至用缩小节气门的开度来控制进油量以适应这一速度的动力要求。当发动机的转速大于节气门这一开度所应有的空转特性转速,造成进气管真空吸力大于“临界”强度时,气门和针头即打开放进空气。因此时的节气门开度在怠速位置以上,所以在省油器进空气的同时化油器主供油系也同时供油,在进气管汇合再作一次搅混雾化。这不仅增强了雾化,降低了混合比浓度,而且避开了喉管阻力,额外地补充了一部分空气,也就提高了发动机的耗油功率比。形成强制怠速时进空气来填补真空容积,减少机油上窜到燃烧室,控制怠速供油;加速时则停止进空气,以保证混合气的浓度和原有工况特性,使发动机的加速性、动力性不受影响;而在高速行驶突转减速行驶,当进气管真空吸力大于“临界”强度时,则依据省油器气门、针头内外的真空落差来合理增进空气产生二次雾化和空气节油作用,这就构成了一个十分机动灵尖的节油工况。
3、调整使用方法
省油器的调整是在发动机运转中进行的。调整前先旋动气门肖9,使气门弹簧6达到一定的予紧力。再旋动针头肖16,使针头弹簧17也有适当张力后就可起动发动机进行调整。
首先观察一下“可调自控怠速螺钉”和“真空鼓”连接部位有无漏气现象,如没有,就按怠速调整方法旋转针套12,调出发动机的最低稳定怠速,要尽可能把怠速调低,因为置位于节气门下方的省油器是以强制怠速真空度为工作条件的,怠速越低,“O”点平衡车速也就越低,气门、针头的开启时间就可提早延长些,以发挥省油器的最佳效果。
怠速调好后,就逐步扭动气门肖9,将调整螺母7向后旋转,使气门弹簧6的张力接近不能克制气门关闭的弹性位置,然后再返旋一点气门肖,使气门关闭紧密度若高于调整后针头关闭紧密度。“真空鼓”调好后,再扭动针头肖16,将调整螺母15向后旋松,使针头弹簧14的弹性张力也接近不能克制针头封闭针套孔的弹性位置。在不影响加速性和维持有怠速的前提下,应尽量调小针头弹簧的工作张力。如因弹簧弹性过弱,影响气门,针头升程,可在弹簧与调整螺母之间加垫子调整。
省油器调整好后应再作一次适用检查:当提高发动机转速,节气门一回归怠速位置,气门座进气孔和针套进气孔都应有进气反映(气门座进气孔进气时间比针套进气孔进气时间若后些),发动机应立即熄火。当惯性转速降到怠速时,发动机又能自动着火。只要怠速转速恢复平稳,既说明省油器调整适合。然后接上“回油管”,就可使用。
省油器的使用方法很简单,只要调整得当,对驾驶员的操作技术几乎没有什么要求。当汽车下坡,利用惯性车速通过障碍地段,会车、拐弯等,不需脱档、不踩离合器踏板、不关点火开关,只要一抬油门踏板,省油器就会自动放空气进气缸,同时截止断怠速供油,发动机随贯性车速运转。当惯性车速下降到“O”点平衡车速焊,省油器的气门和针头在弹簧的作用下即复归关闭,终止进气。发动机即自动着火,恢复怠速和原有工作特性。
四、实用效果
通过在同车、同路、同载量、使用同一只化油器(只要换下座),用同样操作方法测试对比,装用《可调自控式强制怠速省油器》对加速性、动力性、增减抢档、气压制动、充电冷缩等没有任何影响,其路试情况如下:
1、不熄火,不脱档,不踩离合器踏板,利用惯性下坡,作实功率行驶:
耗油比较表(一)
车型车号:CA-15型 化油器型号:231型 怠速小时耗油:1.8公斤
装置情况 | 使用档位 | 坡长 | 下坡时间 | 车速(公里/小时) | 耗油量 | 小时耗油量 | 加装省油器 | |
节约气油 | 节油率 | |||||||
原车 | 5 | 3公里 | 7分24秒 | 24.331 | 0.525公斤 | 4.258 | 0.3公斤 | 57.1% |
加装省油器 | 5 | 3公里 | 8分40秒 | 20.77 | 0.225公斤 | 1.558 | ||
原车 | 5 | 3公里 | 4分38秒 | 38.86 | 0.45公斤 | 5.829 | 0.35公斤 | 77.7% |
加装省油器 | 5 | 3公里 | 4分45秒 | 37.88 | 0.1 公斤 | 1.263 |
2、按平时的习惯操作方法作上坡行驶:
耗油比较表(二)
车型车号:CA-15型 化油器型号:231型 怠速小时耗油:1.8公斤
装置情况 | 使用档位次数 | 坡长 | 上坡时间 | 车速(公里/小时) | 耗油量 | 小时耗油量 | 耗油及使用情况 | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||||||
原车 | 1 | 4 | 3 | 3公里 | 7分5秒 | 25.42 | 1.05公斤 | 8.9 | 耗油一样,加速性,动力性等无任何影响 | ||
加装省油器 | 1 | 4 | 3 | 3公里 | 6分48秒 | 26.48 | 1.05公斤 | 9.27 |
3、按平时习惯性操作方法在一般道路上行驶:
耗油比较表(三)
车型车号:CA-10B型 化油器型号:231型 怠速小时耗油:1.8公斤
装置情况 | 载量 | 行驶公里 | 行驶时间 | 平均车速 | 强制怠速时间 | 熄火滑行时间 | 汽油耗量 | 机油耗量 | 加装省油器节约 | |
汽油 | 机油 | |||||||||
原车 | 杉木7.998m3 | 384 | 666分 | 34.87 | 111分8秒 | 77.25 | 2.021 | |||
加装省油器 | 杉木8.054m3 | 374 | 683分 | 32.86 | 52分13秒 | 68.3 | 0.798 | 9.0% | 60.0% |
五、结论
《可调自控式强制怠速省油器》,无论在山区、平原、市区均可使用。其节油效果取决于使用中发动机强制怠速工况所占的比例及产生二次雾化的时间,一般道路可节约汽车6~10%,下坡可节约汽车50~80%,节约机油25~60%。它既不影响原化油器的使用性能,又造就了一个机动灵活的节油工况。不但减少了驾驶员的滑行动作,避免了因滑行而引起的传动系与发动机差速交变载荷下的疲劳磨损和冲击,以保持汽车行驶平稳,制动气压充足,灯光明亮,使驾驶员能集中精力注意行车安全。而且消除了强制怠速期的“爆发”(无汽油进缸),减少了强制怠速期的机油过量消耗,这就减弱了曲轴连杆机构外载荷内应力的震动和发动机的磨损及燃烧室中的积炭和排气污染。对操作技术欠佳的驾驶员还有一定的辅助节油作用。这种以空气来填补真空容积,减少“过强真空度”影响,利用“过强真空度”控制强制怠速供油,合理地增进空气产生二次雾化,这比现有的一些怠速省油器更具有独特的优越作用。而且制作简单,造价低廉(使用十天可收回成本),保养调整方便。
建议制造单位,依据这一理论基础,按各类化油器的不同装式尺寸设计,与化油器配套生产,以取得更好地安全经济效益。