一、对燃烧室的要求
燃烧室结构直接影响到发动机充量系数、火焰传播速率及放热率、传热损失及爆震的发生,从而影响发动机的性能。为了使汽油机动力性高、经济性好、工作平稳、噪声小、排气污染小,我们对燃烧室提出了一系列要求。
(1)结构紧凑。面容比F/V(燃烧室表面积与容积之比)常用于表示燃烧室的紧凑性,它与燃烧室形式以及汽油机的主要结构参数有关,侧置气门燃烧室的F/V大,顶置气门燃烧室的F/V要小得多,即使都是顶置气门,不同形状燃烧室的F/V值也是有差别的。
一般来说,F/V大,火焰传播距离长,爆震容易发生,HC排放多(图3.18),相对散热面积大,热损失大。面容比值较小,燃烧室紧凑,具有的优点一是火焰传播距离短,不易爆震,可提高压缩比;二是相对散热损失小,热效率高;三是熄火面积小,HC排放少。
图3.18 几种燃烧室的F/V与HC排放
(2)具有良好的充气性能。应允许有较大的进、排气门流通截面,这样可以提高充量系数,降低泵气损失,燃烧室壁面与气门头部要有足够的间隙,以避免壁面的遮蔽作用。
(3)火花塞位置安排得当。火花塞的位置直接影响火焰传播距离的长短,从而影响抗爆性,也影响火焰面积扩展速率和燃烧速率。不同的火花塞位置对燃料辛烷值要求也不同。
(4)要产生适当的气体流动。在燃烧室内形成适当强度的气体流动有以下优势:一是增加了火焰传播速度;二是扩大了混合气体的着火界限,可以燃烧更稀的混合气;三是降低了循环变动率;四是降低了HC排放。
(5)适当冷却末端混合气。末端混合气要有足够的冷却强度,以降低末端混合气温度,减轻爆震倾向,但又不可使激冷层过大,以免增加HC的排放。
二、燃烧室的类型
1.楔形燃烧室(www.xing528.com)
楔形燃烧室如图3.19所示。其结构较紧凑,火焰传播距离较短,气门倾斜6°~30°,使得气道转弯小。这种燃烧室气门直径较大,所以充气性能较好。楔形燃烧室有一定的挤气面积,并且末端混合气冷却作用较强,故压缩比可达9.5~10.5,这种燃烧室有较好的经济性、动力性。
图3.19 楔形燃烧室
楔形燃烧室的火花塞布置在楔形高处,对着进、排气门之间,有利于新鲜混合气扫除火花塞附近的废气,低速、低负荷性能稳定,但混合气过分集中在火花塞处使得初期燃烧速度大,Δp/Δφ值较高,工作粗暴,NOx排放较多,由于挤气面积内的熄火现象,废气中HC的含量亦较多,故需控制挤气面积。
2.浴盆形燃烧室
浴盆形燃烧室如图3.20所示。这种燃烧室高度是相同的,宽度允许略超出气缸范围来加大气门直径。从气流运动考虑,需要在气门头部外缘与燃烧室壁面之间保持5~6.5mm的距离,这样使气门尺寸所受的限制比楔形大。浴盆形燃烧室的特点是:具有一定的挤气面积,但挤流效果差;火焰传播距离较长,燃烧速度较低,使整个燃烧时间长,经济性、动力性不好;HC排放多,但Δp/Δφ值低,工作柔和,NOx的排放较少,工艺性好。我国6 100Q汽油机、492Q汽油机均采用此种燃烧室。
图3.20 浴盆形燃烧室
3.半球形燃烧室
半球形燃烧室如图3.21所示。这种燃烧室结构紧凑,且由于火花塞位于中间,故火焰传播距离也是最短的,进、排气门倾斜布置,使气门直径较大,气道转弯较小,充气效率高,且对转速变化不敏感,最高转速在6 000r/min以上的车用汽油机几乎都采用此类燃烧室。因此半球形燃烧室有较好的动力性和经济性,由于面容比小,HC排放少。
图3.21 半球形燃烧室
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