汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)原則

《汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)原則》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)原則（9頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)及發(fā)展 2094021519 李杏梅 農(nóng)機(jī)專業(yè) 摘要： 本文介紹了燃燒室的設(shè)計(jì)要求，并對每一個(gè)設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了詳細(xì)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(diǎn)。 關(guān)鍵詞： 發(fā)動機(jī) 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(jī)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(jià)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(jī)的主要部件，改進(jìn)燃燒室設(shè)計(jì)無論是對于提高發(fā)動機(jī)動力性，

2、燃油經(jīng)濟(jì)性都有很大的幫助。 一、燃燒室設(shè)計(jì)原則 汽油機(jī)燃燒室的設(shè)計(jì)對發(fā)動機(jī)動力性、經(jīng)濟(jì)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(jì)應(yīng)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(shí)間內(nèi)完成、使爆燃傾向減小，還可以提高發(fā)動機(jī)壓縮比。同時(shí)，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(jī)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(dāng) 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(jī)的工作性能，為此，確定火花塞位置時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： 1）應(yīng)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(jī)和低速穩(wěn)定性好，如火花塞布置在進(jìn)、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(diǎn)燃，同時(shí)應(yīng)控制氣流的強(qiáng)度，避免吹散火花。 4）確保發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，火花塞的位置應(yīng)能使從火花塞傳播開的火焰面逐漸擴(kuò)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(jī)的抗爆性，工作粗暴型，性，經(jīng)濟(jì)性，壓力上升速度及工作穩(wěn)定性等。如：當(dāng)圓鏈形燃燒室在其底部點(diǎn)火時(shí)，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(diǎn)火時(shí)，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(yīng)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(jī)工作柔和，中期放熱量最多，以獲得較大的循環(huán)功。后期補(bǔ)燃鉸小，具有高的熱效率。 （四）具有高的充氣效率 進(jìn)氣口、進(jìn)氣道的布置盡量減小進(jìn)氣阻力，提高進(jìn)氣充量。燃燒室

5、的形狀應(yīng)考慮允許有較大的進(jìn)氣門直徑，如果楔形燃燒室可安排直徑較大的進(jìn)氣門，混合氣流經(jīng)處應(yīng)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(jìn)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(jìn)排氣門，因此性能好，充量效率高。 （五）形成適當(dāng)?shù)奈闪鬟\(yùn)動 燃燒室內(nèi)形成適當(dāng)強(qiáng)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(kuò)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(qiáng)，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(qiáng)時(shí)燃燒壓力變化的比較。 可見，紊

6、流過強(qiáng)時(shí)，即使點(diǎn)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(shí)踐證明，紊流強(qiáng)度使壓力升高率為196-245(千帕/度）時(shí)，發(fā)動機(jī)熱效率最高。 AB汽車網(wǎng) 汽油機(jī)產(chǎn)生紊流的方法有進(jìn)氣渦流和擠流兩種。 1 進(jìn)氣渦流 進(jìn)氣渦流是利用進(jìn)氣口和進(jìn)氣道的形狀在進(jìn)氣過程中造成氣流繞氣缸中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由于進(jìn)氣渦流加快了火焰?zhèn)鞑ニ俣?，提高了燃燒速率，使熱效率提高。下圖所示為天津7100轎車用發(fā)動機(jī)組織進(jìn)氣渦流的實(shí)例。 組織進(jìn)氣渦流的同時(shí)會使進(jìn)氣阻力增加，充氣效率下降，在低速低負(fù)荷時(shí)難以獲得良好的進(jìn) 氣渦流。故只依靠進(jìn)氣渦流的燃燒室非常少，通常配合組織進(jìn)氣擠流。 2 壓縮擠

7、流 擠流是當(dāng)活塞接近壓縮行程終點(diǎn)時(shí)，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(qiáng)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(diǎn)前，因而加快了速燃期內(nèi)的火焰?zhèn)鞑?，使燃燒迅速，同時(shí)離火花塞最遠(yuǎn)的邊緣氣體因受兩個(gè)冷表面的影響，容易散熱，對抗爆性有利，但擠氣間隙過小時(shí)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(shí)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(jìn)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(diǎn)火或爆燃。 （六）末端混合氣要適當(dāng)?shù)睦鋮s 對末端混合氣適當(dāng)冷卻，可以避免燃燒室局部熱點(diǎn)，降低終燃混合溫度，減少爆燃傾向，同時(shí)要注意冷卻強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性、功率和排放等指標(biāo)，新型燃燒室在現(xiàn)在汽車中的應(yīng)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(qiáng)的擠氣紊流。同時(shí)，進(jìn)氣門淺凹坑處與主燃燒室有淺槽相通。其優(yōu)點(diǎn)是：可以燃燒非常稀薄的混合氣，空燃比可達(dá)26，降低了燃油消耗率。其缺點(diǎn)是，必須用高辛烷值汽油，對積碳敏感，需嚴(yán)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(dǎo)氣屏組織強(qiáng)烈的吸氣渦流，在壓縮將近終了時(shí)，約上止點(diǎn)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?yàn)樵跉饬飨路讲贾弥鸹ㄈ?，此時(shí)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?xì)怆S氣流擴(kuò)展。點(diǎn)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(fù)荷時(shí)，燃燒產(chǎn)物擴(kuò)展的區(qū)域并不大，隨著負(fù)荷增加，噴油持續(xù)期延長，燃燒產(chǎn)物區(qū)域也隨之?dāng)U展，只是到全負(fù)荷時(shí)才擴(kuò)展到整個(gè)氣缸。因此它的總空燃比可達(dá)100。 優(yōu)點(diǎn)：1）功率可采用變質(zhì)調(diào)節(jié)，因此在部分負(fù)荷時(shí)，具有較高的經(jīng)濟(jì)性。 　　　　　2）對燃料的辛烷值不敏感。多種燃料適應(yīng)性強(qiáng)。當(dāng)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(diǎn)：分層給氣不好時(shí)，適應(yīng)變工況能力差。 即高負(fù)荷時(shí)會排出碳煙，低負(fù)荷時(shí)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(jìn)氣門和火花塞，主、副室之間用火焰噴孔連接。 　　主室中進(jìn)入稀混合氣，副室中進(jìn)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(dāng)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(dāng)火花塞點(diǎn)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(jì)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(yīng)器作用，進(jìn)一步氧化排氣中的hc和co。所以排放性能很好。 參考文獻(xiàn)： 【1】馮健璋 汽車發(fā)動機(jī)原理與汽車?yán)碚? 機(jī)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(jī)械學(xué)報(bào)》2005年10期