汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系

汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系

摘要：本文主要介绍了我学习《汽车拖拉机发动机》这门课目的、意义、体会以及自己所选汽油机燃烧室结构与发动机性能的关系。内燃机的课程我们主要学习了：发动机的循环、热效率，换气过程和充气效率，汽油机、柴油机混合气的形成和燃烧，发动机动力性、经济型的评定，废气涡轮增压，排气污染和控制。

关键词：内燃机；燃烧室；发动机性能

1 学习的目的和意义

1）了解发动机的内部结构，原理

2）掌握发动机效率提高和结构的关系

3）掌握发动机评定的各项指标，合理选用发动机

2 学习体会

老师讲解了发动机的总体结构，分类，各零部件的结构和主要性能。从发动机的动力性、经济性方面出发，依据公式功率正比于气体压力、充气效率、内耗摩擦、燃烧效率、转速，之间的关系，分析发动机的燃烧室结构，气门、火花塞的位置，晚关角、提前角，增压等对发动机性能的提高。我整体上了解了内燃机的结构和相关性能指标关系。内燃机不再是个神秘的东西。我想在以后的生活和学习中我所学习的东西会对我有很大帮助。

3 对燃烧室的要求

汽油机燃烧室一般应注意以下几个原则：1）结构紧凑：面容比(A/V)——燃烧表面积与其容积之比。A/V值小，则燃烧室紧凑，优点是:①火焰传播距离小，不易爆燃，可提高压缩比。②相对散热损失小，热效率高。③熄火面积小，HC排量少。2）有良好的充气性能：充气性能的好坏，主要应考虑进气门、进气道的布置。3）火花塞位置应布置合理在决定火花塞位置时必须考虑:要能利用新鲜混合气充分扫除火花塞周围的残余废气；火花塞尽量布置在使末端混合气受热少的位置。3) 火焰面变化分配合理；确保运转平稳；火焰传播距离应尽可能的短。4）燃烧室形状合理分布:形状首先应满足速燃的要求，一般应将燃烧完90%燃料的燃烧持续期控制60度曲轴转角之内，同时要控制压力升高速度不致过高。5）组织适当的紊流运动气体紊流运动可以①增大火焰速度。②冷却末端混合气区③减少循环间的燃烧变动。④减小熄火厚度，降低HC排量汽油机产生紊流。6）防止爆燃和早燃：应对末端混合气进行适当冷却，燃烧室应避免局部热点和突出物。

图3-1 火花塞位置与辛烷值

4 典型燃烧室

4.1 浴盆形燃烧室

形状像一个椭圆形浴盆。要求气门头部外径与燃烧室壁面之间保持6-8 mm的距离，避免壁面对气流的遮蔽作用，故气门大小受到限制。特点：1）A/V较大，火焰传播距离较长，故压缩比一般不高。2）燃烧时间拖长，平均压力上升速度小，动力性，经济性不高。3）HC排出量多，而NOX较少。4) 但由于它的制造工艺性好，又便于维修。我国6100Q汽油机、桑塔纳轿车JV型汽油机、奥迪100型汽油机等，均采用此种燃烧室。

图4-1 盆型燃烧室

4.2 多球形燃烧室

半球形燃烧室结构紧凑，火花塞布置在燃烧室中央，结构紧凑，A/V值小，火焰行程短，故燃烧速率高，散热少，热效率高。这种燃烧室结构上也允许气门双行排列，进气口直径较大，故充气效率较高，有较大的气门直径和平直圆滑的进气通道，一般采用进气涡流。虽然使配气机构变得较复杂，但有利于排气净化，在轿车发动机上被广泛地应用。

图4-2 球形燃烧室

特点：1)ηυ值高，动力性、经济性好，2) HC排出量少; 3)它一般不组织挤流，紊流较弱，容易在低速、大负荷时引起爆燃。4)由于火花塞附近有较大的容积，使Δp/Δφ大，工作粗暴，噪声较大。5)采用多气门机构。

4.3 缸内直喷燃烧室

采用缸内直喷技术的目的：汽油缸内直喷技术是实现汽油在气缸内分层燃烧的一种特有技术，而汽油分层燃烧又是实现汽油稀薄燃烧的手段。所谓稀薄燃烧就是让发动机运转时的空燃比高于理论空燃比，采用较少的燃油量，使燃油充分燃烧，并将废气中的可燃气体也进行燃烧，将其转化为热能，降低尾气中有毒气体的排放，提高发动机的燃烧效率，达到节省燃油的目的。为使发动机做到稀薄燃烧，实现分层燃烧的技术要求，达到节省燃油降低有害气排放的目的，因此采用了燃油缸内直喷技术。为了做到燃油的稀薄燃烧，供油系统会向气缸内喷入浓度较稀的燃油，在气缸内实际空然比要比理论空然比高，由于单纯利用火花塞放电的能量无法使混合气发火燃烧，而采用分层燃烧技术后，在燃料相对较浓的地方进行点火，利用较浓区域的燃料发火燃烧的能量引燃较稀区域的燃料，降低了点火能量，又实现了稀薄燃烧。

图4-3 缸内喷射

1）燃油顺气流喷入燃烧室。油束外表面的小油粒在喷油后很快蒸发形成可燃混合气。火花塞位于较浓混合气的附近容易着火的位置。

2）空燃比可达100。

3）技术要求高，稳定分层给气不易，适应变工况能力差，目前实用还有一定困难。

4.4 轴向分层燃烧室

首先，由进气管造成强烈的进气涡流；进气过程后期在进气道上的喷油器将燃料喷入缸内；燃料在涡流作用下，沿气缸轴向产生上浓下稀的分层。这种分层一直维持到压缩行程后期，以保证在火花塞附近是较浓的混合气。

图4-4 滚流（纵涡）分层稀燃

在进气过程中形成的绕垂直于气缸轴线方向旋转的有组织的空气旋流，称为滚流，也称为纵涡或横向涡流。滚流在压缩过程中逐渐被压扁，在上止点附近破碎成许多小尺寸的涡流和湍流，可大大改善混合气燃烧过程。

4.5 均质稀混合气的燃烧室

图4-5 三菱纵涡流旋转燃烧

特点：增大过量空气系数，使用稀薄混合气工作，可以提高压缩比，增大绝热指数，保证燃料完全燃烧，所以是提高汽油机经济性，降低排气污染的有效方法。目前采取的主要措施是增强紊流，缩短火焰传播距离，依次多点喷射等，以加速燃烧。

4.6 碗形燃烧室

特点：采用很紧凑的活塞顶凹坑，火焰传播距离短，挤气面积大，紊流强，火花塞位于凹坑内。压缩比 13，油耗低。

图4-6 碗型燃烧室

总结

本文主要介绍了6种燃烧室的结构和它们与发动机性能的影响。它们的最终目的就是为了在防止汽油机爆燃的前提下，增强发动机的动力性和经济性，使工作轻声平稳，排气污染小，同时还要求结构简单，制造方便。通过文章的学习让我更深刻的认识和学习了汽油机燃烧室的内部结构和它们设计的原理及它们结构设计的目的。

参考文献

【1】董敬，庄志，常思勤，等.汽车拖拉机发动机[M].北京;机械工业出版社，2011.6 【2】蒋德明.内燃机原理[M].北京：机械工业出版社,1988.4

【3】亲友方.车辆发动机原理[M].北京：国防工业出版社，1984.5