[閒聊] 關於化油器

[herejia ()]

簡介
　　內燃機在運轉時需要燃燒汽油和空氣，而在空氣及汽油進入內燃機之前需要先將他們
混合而把他們混合起來的裝置就是化油器。化油器是在1893年由KDonat Banki一位匈牙利
工程師設計出來的。化油器英文為carburator是由法語的carbure轉變而來的，指的就是碳
化物。而在燃料化學中，即為在燃料中利用混入易揮發的碳氫化合物增加碳的含量。


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然料單缸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。在過在1980年代中期，由於工程師們發現燃油噴射(FI)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Ford在1991年推出5.8升的Ford Crown Victoria Police Interceptor。而現在印度的
Tata和南非的VW Citi則還是持續推出使用化油器的汽車。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。但是在2005後，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或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
　　化油器是利用白努力原理：當氣體流動的越快，他的static pressure(靜態壓力)便越
低而dynamic pressure(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flooded engine(溢
油：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。
然後到了1930年代晚期，在美國汽車上下吸式化油器(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
首先先來說明一下文式管(venturi)
                  ＿＿＿＿          ＿＿＿＿
                          ＼＿＿＿／

                  慢    →　　快 　　→　慢
　　　　　　　　　　　　    ＿＿＿
                  ＿＿＿＿／      ＼＿＿＿＿
文氏管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。


                  ＿＿＿＿            ＿＿＿＿
                          ＼∣ 滑 ∣／
                            ∣ 塊 ∣
                            ∣＿＿∣
　　　　　　　　　　　　    ＿▕ ＿　
                  ＿＿＿＿／↗▕   ＼＿＿＿＿
　　　　　　　　　　　　  ／   ↑
                        油嘴   油針　


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：
　1.決定進入引擎的空氣量。
　2.同時決定應該噴入多少汽油要氣流中。
　3.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

                               ＿＿＿＿＿＿＿＿

                                     ╲
                                       ‧ ←節流閥
                                         ╲
                               ＿＿＿＿＿＿＿＿


啟動(Off-idle circuit)
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
部份時，由於壓力的下降，便從噴嘴中吸出汽油。
加速泵補(Accelerator pump)
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。
阻風門(Choke)
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。因
此，在車到達工作溫度前，需要較濃的混合比來啟動和暖車。所以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。
浮筒室(Float chamber)
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。

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→ herejia:http://en.wikipedia.org/wiki/Carburator
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推 imanikki:柏努力是利用流速差產生壓差,而化油器用
→ imanikki:的精確點來講是文氏效應XD
→ imanikki:小補充而已XD  請別誤會
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