热工基础与发动机原理 作者 刘永峰 第5章.ppt

(4)半球形燃烧室 半球形燃烧室也在气缸盖上，一般配凸出的活塞顶（图5-21）。燃烧室也可全部机械加工，保持光滑表面、精确的形状和容积。最高转速在6000r/min以上的车用汽油机几乎都采用半球形燃烧室。这种燃烧室A/V值小，HC排放低。半球形燃烧室一般不组织挤流，如果要组织挤流，将使活塞头部形状复杂。由于火花塞周围有较大的容积，使燃烧速率和压力升高率大，工作较粗暴。由于最高燃烧温度高， 排放较高，半球形燃烧室气门布置较复杂，多采用双顶置凸轮轴. * (5)其他类型燃烧室 汽油机目前一个重要的研究方向是采用稀然、速燃、层燃技术。采用稀薄混合气可以降低油耗，降低排放和提高压缩比。但采用稀燃会降低火焰传播速度，因此往往需要采用措施组织混合气的快速燃烧。 （1）带湍流罐的燃烧室 在燃烧室中设置小副室，并在喷孔部位配置火化塞（图5-22）与传统型燃烧室的放热效率比较如图5-23 * 图 5-22 图5-23 （2）双火花塞燃烧室 如图5-31所示的半球形燃烧室中，相距D/2对称布置两只火花塞，火焰传播距离缩短1/2左右，从而可推迟点火定时，提高点火时的混合气温度和压力，使着火性能改善，燃烧持续期缩短，提高发动机的性能。 * 5.3.2充量分层和缸内直喷燃烧系统 1.分层燃烧 实现汽油机分层燃烧可分成两大类，即进气道喷射的分层燃烧方式和缸内直喷分层燃烧方式。 （1）进气道喷射的分层燃烧方式 1）轴向分层燃烧系统 使利于火花点火的较浓混合气留在气缸上部靠近火化塞处，气缸下部为稀混合气，形成轴向分层（图 5-25），它可以在空燃比22以下工作，燃油消耗率可比均燃降低12%。 * 2）横向分层燃烧系统 横向分层稀燃系统是利用滚流来实现的，如图5-33所示为四气门横向分层燃烧系统示意图。在一个进气道喷射的汽油生成浓混合气，在滚流的引导下经过设置在气缸中央的火花塞，在其两侧为纯空气，活塞顶做成有利于生成滚流的曲面。此燃烧系统经济性比常规汽油机提高6%~8%， 含量（体积分数）下降8%。 * （2）缸内直喷分层燃烧方式 缸内直喷（GDI）燃烧系统可实现均质混合气燃烧、分层混合气燃烧以及均质混合气压燃燃烧（HCCI）。 缸内直喷分层混合气燃烧主要依靠由火花塞处向外扩展的由浓到稀的混合气，目前实现方法有三种，即借助于燃烧室形状的壁面引导方式，依靠气流运动的气流引导方式和依靠燃油喷雾的喷雾引导方式。 GDI发动机部分负荷时在压缩行程后期喷油，形成分层混合气，空燃比A/F为25~40或更大；高负荷时，在进气早期喷油，形成均质混合气，A/F为20~25。 GDI发动机存在以下问题和困难，需要进一步改善 * 2.典型缸内直喷燃烧系统简介 （1）缸内直喷轴向分层燃烧系统 在这种燃烧系统中，由进气形成较强的进气涡流，燃油是在进气行程的后期通过喷油器直接喷入汽缸，从而在气缸上部形成易于点燃的浓混合气，由上至下形成由浓到稀的分层混合气。研究表明这种分层状态可一直维持到压缩行程的末期。 （2）三菱缸内直喷分层充量燃烧系统 三菱缸内直喷分层充量燃烧系统（图5-27）是采用纵向直进气道在缸内形成强烈的滚流，其滚流旋转方向为顺时针，与通常的缸内滚流方向正好相反，故称之为反向滚流。燃烧室为半球屋顶形，借助于滚流运动在火花塞周围形成浓混合气，火花塞至燃烧室空间形成由浓至稀的混合气分层现象。采用电磁式旋流喷射器，喷雾呈中空伞状，喷雾椎角大以保证充分的空间分布和油束扩散,贯穿距离短以减少燃油碰撞活塞顶面。喷射压力5MPa保证良好的燃油雾化。此燃烧系统在部分负荷时采用分层混合气燃烧以提高燃油经济性，全负荷时采用均质混合气以保证功率输出。 * * （3）丰田缸内直喷分层充量燃烧系统 丰田汽车公司开发的D-4缸内直喷汽油机（图5-28）通过涡流、燃油喷雾和活塞顶面燃烧室凹坑的共同作用形成分层混合气。 * 本章小结 汽油机的燃烧过程分为着火落后期、明显燃烧期、补燃期。为提高发动机动力性、经济性，且工作柔和，希望压力升高率175～250kPa/（°），燃烧最高压力Pzmax出现在上止点后12°～15°曲轴转角内。 增大火焰传播速度（即加强燃烧室内的紊流运动、混合气的过量空气系数0.85～0.95、增加混合气的初始温度）、合理利用燃烧室几何形状及其与火花塞位置的配合、增大未燃混合气密度，均可提高燃烧速度。 汽油机的不正常燃烧包括爆燃和表面点火。爆燃是末端混合气的自燃现象。严重爆燃时会产生尖锐的金属敲击声，使发动机机件过载、烧损、性能指标下降。发动机低速大负荷时容易爆燃。表面点火是混合气被炽热表面点燃的现象。早燃是火花塞点火前的表面点火现象，早燃使发动机性能指标下降，运转粗暴增加。 汽油机混合气形成的方式主要有两类：一类是化油器式，另一类是汽油喷射式。它们在结