汽油機燃燒室的設(shè)計原則

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1、汽油機燃燒室的設(shè)計及發(fā)展 2094021519 李杏梅 農(nóng)機專業(yè) 摘要： 本文介紹了燃燒室的設(shè)計要求，并對每一個設(shè)計原則進行了詳細的論述，提出了幾種新型典型燃燒室如火球高壓縮比燃燒室、美國德士古燃燒系統(tǒng)tccs燃燒室、本田cvcc燃燒系統(tǒng) ，并分析了他們各自的優(yōu)缺點。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動機 燃燒室 壓縮 引言： 對于一輛裝配完成的汽車，燃料在發(fā)動機氣缸中發(fā)出的總熱量其中只有約20%—45%轉(zhuǎn)化為有效功，因此提高燃料利用率對于目前全球資源短缺，油價不斷上漲，資源競爭激烈有很大的緩解作用。而燃燒室作為發(fā)動機的主要部件，改進燃燒室設(shè)計無論是對于提高發(fā)動機動力性，

2、燃油經(jīng)濟性都有很大的幫助。 一、燃燒室設(shè)計原則 汽油機燃燒室的設(shè)計對發(fā)動機動力性、經(jīng)濟性、工作穩(wěn)定性及排 放特性有很大影響，為此，燃燒室的設(shè)計應滿足以下要求。 （一）結(jié)構(gòu)盡量緊湊 用燃燒室的面容比—燃燒室表面積與其容積之比來表征燃燒室的緊湊性。 面容比小，燃燒室結(jié)構(gòu)緊湊，從而使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，燃燒可在短時間內(nèi)完成、使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機壓縮比。同時，由于單位體積的表面積較小，相對散熱面積小，熱損失減小，發(fā)動機熱效率高，面容比小，使缸壁激冷區(qū)減小，HC排放量減少。燃燒室面容比大小取決于氣缸直徑與然燒室的形狀，在采用小燃燒室情況下，為減少單位體積的表面積，多用半球形燃燒室。

3、 （2） 火花塞位置適當 火花塞位置不同，火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x和燃燒速度的變化率也不同，從而影響汽油機的工作性能，為此，確定火花塞位置時，應考慮以下幾個方面： 1）應使火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x短，如火花塞布置在燃燒室中央。 2）使末端氣體受熱減少，如火花塞布置在排氣門附近。 3）減少各循環(huán)之間的燃燒變動，保證暖機和低速穩(wěn)定性好，如火花塞布置在進、排氣門之 間，便于利用新鮮混合氣掃除火花塞周圍的殘余廢氣，使混合氣易于點燃，同時應控制氣流的強度，避免吹散火花。 4）確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，火花塞的位置應能使從火花塞傳播開的火焰面逐漸擴大。 （三）燃燒室形狀合理分布 燃燒室的容積分布情況反映了混合氣

4、體的分布情況。與火花塞位置相配合，決定了燃燒的放熱規(guī)律、火焰燃燒到邊緣可燃混合氣的距離，從而影響發(fā)動機的抗爆性，工作粗暴型，性，經(jīng)濟性，壓力上升速度及工作穩(wěn)定性等。如：當圓鏈形燃燒室在其底部點火時，燃燒速率先快后慢，楔形燃燒室與此類似，在圓鏈形燃燒室頂部點火時，燃燒速率先慢后快，圓柱形的情況介于兩者之間，浴盆形燃燒室與此類似 總之，燃燒室的容積分布應配合火花塞的位置考慮，最有利的分布是使燃燒過程初期壓力升高率較小，發(fā)動機工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補燃鉸小，具有高的熱效率。 （四）具有高的充氣效率 進氣口、進氣道的布置盡量減小進氣阻力，提高進氣充量。燃燒室

5、的形狀應考慮允許有較大的進氣門直徑，如果楔形燃燒室可安排直徑較大的進氣門，混合氣流經(jīng)處應盡量光滑、轉(zhuǎn)彎少，下圖為半球形和斜浴盆形燃燒室充量系數(shù)的比較。 半球形燃燒室的進氣通道彎道少，且燃燒室弓高稍高（斜面積大）利于布置較大面積的進排氣門，因此性能好，充量效率高。 （五）形成適當?shù)奈闪鬟\動 燃燒室內(nèi)形成適當強度的氣體流動可以加快火焰?zhèn)鞑?增加末端混合氣的冷卻；減少循環(huán) 間燃燒變動，擴大混合氣體著火界限，利于燃燒更稀混合氣;減少HC排放量，但紊流過強，向缸壁傳熱損失增加，還可能吹熄火核而失火，反而使Hc排放增多。下圖所示為紊流適宜和紊流過強時燃燒壓力變化的比較。 可見，紊

6、流過強時，即使點火提前角減小，壓力升高率仍較高，使工作粗暴，熱效率降低。實踐證明，紊流強度使壓力升高率為196-245(千帕/度）時，發(fā)動機熱效率最高。 AB汽車網(wǎng) 汽油機產(chǎn)生紊流的方法有進氣渦流和擠流兩種。 1 進氣渦流 進氣渦流是利用進氣口和進氣道的形狀在進氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運動，由于進氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣龋岣吡巳紵俾?，使熱效率提高。下圖所示為天津7100轎車用發(fā)動機組織進氣渦流的實例。 組織進氣渦流的同時會使進氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負荷時難以獲得良好的進 氣渦流。故只依靠進氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進氣擠流。 2 壓縮擠

7、流 擠流是當活塞接近壓縮行程終點時，利用其頂部和缸蓋底面之間的狹小間隙(稱擠氣間 隙）將混合氣擠入主燃燒室內(nèi)而產(chǎn)生，可利用燃燒室形狀來控制渦流的大小和發(fā)生位置以及 在燃燒室內(nèi)擾動的形成及其強度。下圖為擠流式燃燒室。 壓縮擠流的最大速度出現(xiàn)在壓縮行程上止點前，因而加快了速燃期內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?，使燃燒迅速，同時離火花塞最遠的邊緣氣體因受兩個冷表面的影響，容易散熱，對抗爆性有利，但擠氣間隙過小時會增加HC排放量。一般擠氣渦流不會引起充量系數(shù)下降，且可在節(jié)氣門開度小時獲得良好的紊流效果。 近年來，發(fā)展了一種低污染、低油耗、高旋流的燃燒室—火球形燃燒室。 進氣過程形成的旋流在壓縮過程中被壓

8、入排氣門下面的小直徑室內(nèi)，高速旋流加之緊湊的燃燒室允許使用高的壓縮比而不引起表面點火或爆燃。 （六）末端混合氣要適當?shù)睦鋮s 對末端混合氣適當冷卻，可以避免燃燒室局部熱點，降低終燃混合溫度，減少爆燃傾向，同時要注意冷卻強度不可過大，否則會使HC排放量增多。 2、 新型燃燒室 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，全球排放標準的限制和人類對于環(huán)境的要求越來越高，高效節(jié)能、低污染已成為現(xiàn)代汽車的發(fā)展趨勢。綜合考慮發(fā)動機燃油經(jīng)濟性、功率和排放等指標，新型燃燒室在現(xiàn)在汽車中的應用也越來越廣泛。 （1） 、火球高壓縮比燃燒室 燃燒室主要部分位于氣缸蓋凹入的排氣門下方，直徑很小，結(jié)構(gòu)緊湊，有一定的擠氣面，可形成

9、較強的擠氣紊流。同時，進氣門淺凹坑處與主燃燒室有淺槽相通。其優(yōu)點是：可以燃燒非常稀薄的混合氣，空燃比可達26，降低了燃油消耗率。其缺點是，必須用高辛烷值汽油，對積碳敏感，需嚴格控制壓縮比。 火 花 塞 （二）.美國德士古燃燒系統(tǒng)tccs燃燒室。 tccs燃燒室是美國taxaco controlled combustion process中的一種燃燒室。屬于汽油噴射統(tǒng)一式的類型?！　　? 在此系統(tǒng)中吸入氣缸的只是空氣，并且用導氣屏組織強烈的吸氣渦流，在壓縮將近終了時，約上止點前30曲軸轉(zhuǎn)角，通過噴嘴順氣流

10、將燃料噴入氣缸，燃料即隨氣流流動形成混合氣。因為在氣流下方布置著火花塞，此時在火花間隙附近恰好具有較濃的易著火的混合氣。著火后火焰及燃氣隨氣流擴展。點火后噴入的燃料與旋轉(zhuǎn)氣流形成的混合氣遇到火焰立即燃燒。 這種燃燒系統(tǒng)并不一定利用氣缸中全部空氣，小負荷時，燃燒產(chǎn)物擴展的區(qū)域并不大，隨著負荷增加，噴油持續(xù)期延長，燃燒產(chǎn)物區(qū)域也隨之擴展，只是到全負荷時才擴展到整個氣缸。因此它的總空燃比可達100。 優(yōu)點：1）功率可采用變質(zhì)調(diào)節(jié)，因此在部分負荷時，具有較高的經(jīng)濟性。 　　　　　2）對燃料的辛烷值不敏感。多種燃料適應性強。當采用ε=12，即使采用汽油、煤油、柴油等不同燃料也不影響其性能。　　

11、　　　　　　　　　　　　 3）排污降低。 缺點：分層給氣不好時，適應變工況能力差。 即高負荷時會排出碳煙，低負荷時造成混合氣過稀，hc排放量較多。 （三）、本田cvcc燃燒系統(tǒng) 　　這是屬于化油器式供油，具有副室燃燒室的分層燃燒，燃燒室分成主燃室和副燃室，副室內(nèi)裝有輔助進氣門和火花塞，主、副室之間用火焰噴孔連接。 　　主室中進入稀混合氣，副室中進入濃混合氣。這些可以由化油器的結(jié)構(gòu)來保證。由于主、副室之間有火焰孔，通過火焰孔做適當混合，在副室內(nèi)和火焰孔附近形成中間混合氣，這樣混合氣形成分層?！　　　　? 　　當火花塞點火后，副室內(nèi)濃混合氣首先著火，然后火焰從火焰孔噴出，使中間濃度混合氣燃燒，最后使稀混合氣燃燒。 在本田cvcc分層燃燒系統(tǒng)中，主燃燒室中沒有組織渦流，加上采用的是稀薄混合氣，所以燃燒緩慢。在膨脹過程尚有明顯的燃燒。故cvcc系統(tǒng)的經(jīng)濟性不如德士古燃燒系統(tǒng)。但是排氣污染卻大大降低，由于排氣溫度高，所以cvcc排氣管有意做成雙層大容積，起熱反應器作用，進一步氧化排氣中的hc和co。所以排放性能很好。 參考文獻： 【1】馮健璋 汽車發(fā)動機原理與汽車理論 機械工業(yè)出版社； 【2】 燃燒室對均質(zhì)混合氣形成的影響 《農(nóng)業(yè)機械學報》2005年10期