如何优化汽油机燃烧室设计？

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：进气门和排气门的面积应尽可能大，以降低空气的流动损失，冷却面积应尽可能小，以减少通过燃烧室壁面的冷却损失，进而提高热效率。④燃烧室内应产生涡流。楔形燃烧室楔形燃烧室因能在压缩过程获得强涡流，所要求的辛烷值低，可以做到高压缩比。图5-12 汽油机燃烧室的形状半球形燃烧室半球形燃烧室表面积小，可以在中间配置火花塞，火焰传播距离也小，被传为燃烧效率最佳。

燃烧室为气缸盖与活塞到达上止点后其顶部包围的空间，其形状会影响发动机的输出功率和热效率。

1.燃烧室设计条件

汽油机为预混合燃烧类型，加快燃烧速度就能获得更佳的发动机性能。为了能获得急速燃烧效果，燃烧室、进气口和进气门等形状设计上多种多样。

汽油机的燃烧室设计为，与火花塞的位置协调缩短火焰传播距离（或燃烧时间），在压缩过程末期活塞与气缸盖之间形成夹缝（挤压区域），在此夹缝中的气体在局部压力上升作用下高速喷出，并在燃烧室内产生强气体湍流。但是，过大的湍流会导致通过燃烧室壁面的过度热传递和产生异常噪声，因此应避免过大湍流的产生。另外，燃烧室内应没有容易升温的凸起部分，以免燃烧室早期点火，并且为了不因废气温度的上升发生爆燃，在设计上应具有废气降温措施。

在进气系统的形状设计上，为了加快燃烧速度以获得急速燃烧效果，采用螺旋形端口设计或屏蔽进气端口设计等，在燃烧室内产生湍流（涡流）。因急速燃烧会在瞬间进行，随发动机高速运行可以获得高输出功率，并能抑制爆燃的发生，所以高压缩比也是可能的。

进气门和排气门的面积应尽可能大，以降低空气的流动损失，冷却面积应尽可能小，以减少通过燃烧室壁面的冷却损失，进而提高热效率。

汽油机在燃烧室的设计上所要考虑的事项有：

①火焰传播距离要短。

②没有容易升温的凸起部。

③有废气降温措施。

④燃烧室内应产生涡流。

⑤进气门和排气门面积要大，以降低气体流动阻力。

⑥冷却面积（或A/V比）要小。

2.燃烧室的种类

目前大部分点燃式发动机主要采用顶置（OHV、OHC、DOHC等）式。顶置式发动机的进气门和排气门都设置在燃烧室上部（气缸盖）。这种结构虽然存在气门机构较复杂的缺点，但燃烧室紧凑，进气门面积大，可以提高充气效率，并提高压缩比，进而获得良好热效率的优点。图5-12所示为燃烧室的形状。

（1）楔形燃烧室楔形燃烧室因能在压缩过程获得强涡流，所要求的辛烷值低，可以做到高压缩比。虽然不能做到大型气门，但在气缸盖倾斜面上配置有进气门和排气门，空气流动良好，火花塞配置较容易。但是因气门倾斜度大，进气歧管和排气歧管门处在气缸盖的相同侧，因此直列式发动机有气门机构配置困难的缺点。气缸内径/行程比较小的短行程V形发动机多采用此类型。

图5-12 汽油机燃烧室的形状

（2）半球形燃烧室半球形燃烧室表面积小，可以在中间配置火花塞，火焰传播距离也小，被传为燃烧效率最佳。尤其是，可以配置大型气门，进气和排气口形状圆滑，可以期待获得高性能。但是，压缩时不能获得涡流，需要高辛烷值燃料。在韩国生产的小型汽油机多采用此类型。

（3）浴槽形燃烧室浴槽形燃烧室有点类似西方浴缸的形状，顶杆和摇臂式OHV（顶置气门）型发动机多采用此类型。此类型具有能获得空气涡流、对辛烷值的要求不高、火花塞配置容易等优点。但因气门大小受到限制，进气、排气系统曲率半径也小，因而不能期待高性能。此类型介于楔形与半球形特性之间。

（4）多球形燃烧室此类型气缸盖的形状有一个以上球形，这是为了获得流动形态较复杂的挤压领域而设计的。燃烧室内部挤压领域（夹缝）越多，在活塞上升期间从夹缝中挤压喷出的空气越多，混合气搅拌就会更加充分，因而可以提高燃烧速度，进而提高燃烧效率。

（5）盆形燃烧室盆形燃烧室仅适用在DOHC（双顶置凸轮轴）类型发动机上，因A/V（燃烧室表面积/燃烧室容积）小，又是平面结构，具有容易制造和挤压领域较多的特性。4个气门结构可比2个气门结构获得更大的气门面积。

如何优化汽油机燃烧室设计？

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