Video在线视频

同学们好

这节课我们学习

“非直喷式汽油机的燃烧室及其特性”

燃烧室是发动机的心脏

其设计好坏直接影响到

汽油机的充量系数

燃烧放热速率

散热损失

爆燃以及循环波动等

从而影响汽油机的各项性能

这一节我们探讨非直喷式

也就是化油器式和

进气道喷射式汽油机的

燃烧室及其特性

直喷式汽油机的燃烧室

有其特殊性要求

在“缸内直喷汽油机混合气形成”

一节进行详细探讨

常见的非直喷式汽油机燃烧室

形状分类如图所示

大致有浴盆形 楔形

半球形 篷形

L形 盘形

桶形和火球形等

其中图中所示的 (a)～(d)

是最常见的几种燃烧室

(e)为一种早期用过

有代表性的燃烧室

(f)～(h) 虽未得到很多应用

但在设计上很有特点

非直喷式汽油机

由于在进气系统中

就基本形成了预制混合气

因此其燃烧室设计重点

不是保证如何形成均质混合气

而是考虑如何加快火焰传播速度

以减少爆燃

提高等容度以及减少传热损失

从而提高循环热效率

另外

还需要考虑如何提高进气充量

从而增加发动机的动力性

非直喷式汽油机燃烧室

复杂形状主要体现在缸盖顶面上

而活塞顶面形状基本是平的

而柴油机燃烧室的复杂性

表现在活塞顶凹坑形状上

如图所示

非直喷式汽油机燃烧室设计

有以下几条基本原则

(1) 燃烧室结构紧凑

一般以面容比

即燃烧室表面积

与燃烧室容积之比

来表征燃烧室的紧凑性

面容比越小

燃烧持续期也越短

等容度提高

散热损失越小

火焰传播距离越短

不易发生爆燃

壁面淬熄效应减小

HC排放降低

图(e)所示的L形燃烧室

由于采用侧置气门

面容比较大

因而只能在压缩比

小于7的条件下正常工作

否则易发生爆燃

而采用顶置气门的(a)～(d)所示的

各种燃烧室的面容比较小

压缩比普遍达到8～9以上

火球形燃烧室

图所示h的压缩比甚至达到15

(2) 燃烧室几何形状合理

合理的几何形状

有助于得到适宜的

火焰传播速率和放热速率

图所示是燃烧室形状

对放热速率的影响

方案(a)呈现出

前高后缓的放热速率

方案(b)放热速率保持不变

而方案(c)与方案(a)

形状相反

放热速率是前缓后急

合理的几何形状还包括

燃烧室轮廓尽可能圆滑

以避免凸出部位产生局部热点

(3) 火花塞布置合理

火花塞位置会直接影响

火焰传播距离的长短

以及燃烧放热速率

而缩短火焰传播时间

可以有效防止爆燃

图给出了不同火花塞设计位置

对燃料辛烷值要求的变化

在相同压缩比条件下

随着火花塞位置趋于合理

以及采用双火花塞方案

对燃料辛烷值的要求逐步降低

这种通过燃烧室合理设计

降低燃料辛烷值要求的情况

也被称为提高了“机械辛烷值”

确定火花塞位置

一般要考虑以下几点

1) 火花塞至末端混合气距离最短

使得在相同压缩比时

爆燃可能性最小

2) 火花塞应靠近排气门布置

以避免末端混合气处温度过高

而易出现爆燃

3) 保证火花塞周围

有足够的扫气气流

以充分清扫火花塞间隙处的残余废气

保证点火成功

这会使冷起动和低速低负荷时的

工作稳定性好

循环波动率小

动力经济性和HC排放均会改善

(4) 组织合理的气流运动

强度适当的涡流或滚流

可以使油气混合进一步均匀

湍流火焰传播速度要比层流的

高数十甚至上百倍

提高混合气的湍流度

可以明显提高燃烧速度

降低循环波动率

扩大混合气的稀燃界限

减少壁面淬熄层厚度

使HC排放降低

但过强的气流运动

会使散热损失增加

流动阻力增加

着火困难

研究表明

图中火球形燃烧室

图h所示的压缩比虽然达到15

但由于挤流过强

散热损失增大

油耗相比压缩比为10.5的

篷形燃烧室并没有改善

(5) 有足够大的进排气门流通截面

进排气门流通截面的增大

不仅使充量系数提高

还会使泵气损失下降

图所示的各种燃烧室中

两气门布置时

楔形和半球形燃烧室相对来说

容易得到较高的

进排气门流通截面

而且气流也比较顺畅

不拐直角弯

阻力较小

而篷形燃烧室的四气门布置

有最大的进排气流通截面

接下来

我们对几种典型燃烧室的特点

进行分析

(1) 浴盆形燃烧室

浴盆形燃烧室形状

像一个椭圆形浴盆

而在双侧或单侧

如图所示设置挤气面

浴盆形燃烧室的面容比较大

火花塞位置远离燃烧室

火焰传播距离较长

因而压缩比一般不超过7.5

动力性和经济性不高

HC排放多

但是这种燃烧室工作柔和

NOx排放低

由于其制造工艺好

因而在国产车上

曾得到广泛应用

如492Q 6100Q 桑塔纳轿车

JV型汽油机等

均采用浴盆形燃烧室

提高浴盆形燃烧室的挤流强度

可改善发动机性能

如国产6105汽油机

挤气面积比由25%增大到32%后

功率提高了6%

最高燃烧压力的循环波动率

由11.5%下降到7.1%

(2) 楔形燃烧室

如图所示

火花塞在楔形高侧的

进排气门之间

可在火花塞附近形成较强的

扫气气流

低速及低负荷性能稳定

气门倾斜布置

流通截面较大

气道转弯较小

充气特性好

楔形燃烧室的初期放热率高

因而动力性和燃油经济性

好于浴盆形

但由于挤气面积较大

所以HC排放较高

楔形燃烧室曾是车用汽油机

较广泛采用的一种燃烧室

如国产CA-72型轿车发动机

486 491 489等汽油机

均采用此种燃烧室

(3) 半球形燃烧室

半球形燃烧室面容比要小于

浴盆形和楔形燃烧室

基本不组织挤流

由于形状规则

燃烧室可全部机械加工

保证光滑的表面和精确的

形状及容积

其燃烧放热速率和NOx

排放均较高

但HC排放较低

(4) 篷形燃烧室

图是日产公司汽油机的

一种压缩比为10的篷形燃烧室

其形状如圆锥面的帐篷形

最便于四气门布置

这就使火花塞可以布置在

燃烧室中央

篷形燃烧室面容比最小

火焰传播距离最短

由于四气门倾斜布置

进排气口截面积最大

充量系数高

一般不组织挤流

但可充分利用双进气道形成

所需的进气涡流

或者利用进气道上翘的特点

形成滚流

在常用的各种汽油机燃烧室中

动力性 经济性

以及高速适应性都最好

自20世纪90年代后期以来

国际上先进的轿车和轻型车汽油机

大都采用四气门结构

因而篷形燃烧室成为

最常见的汽油机燃烧室

多球形燃烧室与篷形燃烧室相似

燃烧室顶面呈球面状

而且气门及火花塞周围

也各自呈球面状

因此称为多球形燃烧室

多球形燃烧室

有更好的流体力学特性

但设计加工复杂

将浴盆形 楔形 篷形燃烧室

进行对比

如表所示

可以发现

篷形燃烧室的火焰传播距离最短

面容比最小

因此压缩比最高

可达到10以上

热效率也最高

浴盆形燃烧室则与篷形燃烧室相反

楔形燃烧室介于两者之间

在排放特性方面

篷形燃烧室由于燃烧温度高

NOx排放高

但HC排放低

同样

浴盆形燃烧室与篷形燃烧室相反

而楔形燃烧室介于两者之间

从制造工艺角度看

浴盆形燃烧室工艺性最好

楔形次之

而篷形相对要差一些

关于非直喷汽油机燃烧室

及其特性我们就介绍到这里

同学们 再见