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六、燃烧室及燃烧室的几个重要性能
汽油机燃烧室是由活塞顶部及气缸盖上相应的凹形空间围成的。燃烧室的形状对发动机的工作性能影响很大、所以发动机对燃烧室有两点基本要求：一是结构尽可能紧凑、冷却面积小、以减少热量损失及缩短火焰传播距离。燃烧室的紧凑程度用面容比表示（燃烧室表面积与燃烧室的容积之比S/ V）、面容比越小越好。二是混合气在压缩行程接近终了时具有一定的涡流运动、以提高混合气的质量、保证混合气能得到及时和充分的燃烧。燃烧室的技术要求及动态反应过程比较复杂、下面分别对燃烧室的几个重点进行讲述。
（1）理论燃烧室的容积与实际燃烧室容积。燃烧室就是混合气燃烧的空间、理论上来讲、活塞处于上止点位置时、活塞顶部的空间为燃烧室的容积。如图17所示、但是、混合气的燃烧是在一个密封的空间、而这个密封的空间除活塞顶部的空间外、还应包括第一道活塞环槽以上的部位、其原因是活塞头部的尺寸远小于气缸内径、要形成燃烧室密封的空间就必须由活塞的顶部和第一道密封气环来实现。而第一部环槽距离活塞的头部还有一段距离、第一道环槽以上的部位也是属于燃烧室的容积。所以、理论上燃烧室的容积由气缸壁、气缸盖垫、活塞顶部、气缸盖燃烧室组成。
理论上燃烧室的容积与发动机动态工作时燃烧室容积是一个动态变化参数、其原因是混合气燃烧需要一个过程、如果混合气在活塞上止点时才开始燃烧、会导致大部分混合气燃烧时活塞已经转换到做功行程、燃烧后产生的热能量作用在活塞顶部的功只是对活塞下行的一个顺势推力。同时又由于活塞的下移使燃烧室的容积不断变大、造成混合气燃烧速度不但没有加快、反而延长了燃烧时间、造成热量产生不集中和热量产生时错过了最佳做功时期、严重影响发动机的输出动力。为了克服以上现象、要求混合燃烧的初燃期、速燃期正好是活塞到达上止点时的瞬间、而补燃期正好在活塞转换行程瞬间完成、这样混合气燃烧产生的最大热能量出现在活塞到达上止点和转换行程的瞬间、热能量作用在活塞顶部推力大、发动机输出动力高。而混合气的燃烧是依靠火花塞跳火来点燃的、所以要求活塞未到达上止点时火花塞跳火、给混合气留出足够的燃烧时间、使混合气在压缩的过程中继续燃烧。同时、又由于发动机转速不同、活塞在气缸内移动的速度随转速的升高而不断地加快、火花塞跳火时距离活塞到达上止点前的距离不断增大、也就是说发动机转速不同、点火提前的角度不同、参与燃烧混合气的气缸上壁面的尺寸也不同、燃烧室的工作容积也不同。
（2）燃烧室与压缩比。燃烧室的容积越小、压缩比就越大、如图18所示。压缩比表示了混合气被压缩的程度、压缩比越高、混合气被压缩后的温度、密度、压力就越高。在相同进气量的条件下、高压缩比比低压缩比发动机燃烧后产生的转矩和功率大、即热效率高、如图19所示。随着压缩比的提高、发动机的热效率也随之提高一个有限的幅值、如图20所示。所以、在发动机不产生爆燃的前提下、尽可能使燃烧室的容积小一些、这样有利于提高混合气燃烧的质量、从而达到提高发动机热效率而使发动机输出的转矩及功率得到提高。
从图20中可以看出、当发动机为6:1时指示热效率为30%、随着压缩比的不断提高、指示热效率也随之上升一个值。当压缩比达到11:1～13:1时、指示热效率上升的浮值很小。压缩比达到13:1～14:1时、指示热效率不再上升。如果继续提高压缩比、指示热效率不但不能提高、反而下降。目前发动机的压缩比大都在9～10、但指示热效率却很难达到35％～37 %。这主要涉及材料的性能、机加工的精度、机器的内阻、化油器的精确度、以及与空气滤清器滤芯的精确匹配、点火各工况进气角等因素。同时、即使以上条件都达到了、还与装配工艺、机器的冷磨、热磨有着至关重要关系。
（3）燃烧室产生热能量损失。混合气燃烧后产生的热能量实际上只有30％左右转化为有用功、其余的热能量被各种损失所消耗。燃烧室中产生的损失有时间损失、冷却损失、泵气损失、排气损失几个大的方面、如图21所示。
①时间损失：从理论上来讲、混合气在瞬间全部燃烧最为理想、但是、混合气正常燃烧需要燃烧的时间和燃烧的阶段、包括初燃期、速燃期和补燃期三个阶段。混合气燃烧的三个阶段期必须占有一定的时间、而在这一燃烧时间的过程中会产生较大的损失。这一燃烧损失包括两个方面：一是因点火提前角的关系、混合气在活塞没有到达上止点时就开始燃烧、一方面提前燃烧的这部分混合气产生的热量不但没有做功、反而给活塞上行造成一定的阻力、使活塞继续上行时消耗的功增加、即造成热能量损失、同时这部分热能量又产生了负面影响、加大了动力的消耗。二是活塞到达上止点之后（补燃期）的燃烧由于燃烧室容积随着活塞下行而增大、所以燃烧后产生的压力降低、这就是汽油机的时间损失。
②排气损失：做功行程时、活塞还没有到达下止点时、排气门已提前于活塞做功行程结束打开、使正在做功的热能量从排气门处损失掉。发动机进气时、活塞顶有一定的负压值、而这图21发动机燃烧室产生的各种损失一负压值一直要维持到活塞到达下止点的结束、所以、整个进气过程中、一是活塞底部产生正压阻力、二是活塞顶部产生负压阻力、这样便形成了进气损失。
