摘要：氣缸蓋安裝在柴油發(fā)動(dòng)機缸體的上面，主要用于密封氣缸從而形成燃燒室；同時(shí)還起著(zhù)多種作用，如固定氣門(mén)，讓空氣、燃油和廢氣通過(guò)發(fā)動(dòng)機的氣道。由于缸蓋經(jīng)常與高溫高壓燃氣相接觸，因此承受很大的熱負荷和機械負荷。在許多柴油發(fā)電機上，汽缸蓋還包含各個(gè)汽缸或活塞的燃燒室。

一、燃燒過(guò)程

      燃燒是發(fā)動(dòng)機最重要的工作過(guò)程之一，它將混合氣體轉化為高溫高壓氣體，產(chǎn)生巨大的能量。燃燒的主要過(guò)程包括點(diǎn)火、燃燒延遲、火焰傳播和擴散等。

1、點(diǎn)火

      壓縮點(diǎn)火是柴油機的一種點(diǎn)火方式。與汽油相比，柴油發(fā)動(dòng)機使用柴油作為燃料。與汽油相比，柴油的自燃溫度低(約220)，粘度高，不易蒸發(fā)。而且柴油機本身沒(méi)有火花塞，壓縮比比汽油機高。所以柴油機通過(guò)壓縮沖程將混合氣壓縮到燃點(diǎn)，使其自動(dòng)點(diǎn)火。所以這種點(diǎn)火方式叫壓燃。

2、 燃燒延遲

      在點(diǎn)火后，混合氣體不會(huì )立即著(zhù)火。這是因為需要一定時(shí)間使可燃混合物達到著(zhù)火溫度，并形成足夠的反應鏈條。這個(gè)延遲時(shí)間被稱(chēng)為“燃燒延遲”。

3、火焰傳播

      一旦可燃混合物開(kāi)始著(zhù)火，火焰將快速蔓延。在汽油發(fā)動(dòng)機中，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)點(diǎn)火位置周?chē)目扇蓟旌衔镆鸬?；而在柴油發(fā)動(dòng)機中，則是通過(guò)高溫高壓空氣引起的。

4、擴散燃燒

       火焰傳播后，可燃混合物將在整個(gè)氣缸內燃燒。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為“擴散燃燒”。在這個(gè)階段，燃料和空氣分子彼此碰撞，發(fā)生反應，并釋放出大量的能量。

二、氣缸構建部件

1．汽缸蓋的制造

      汽缸蓋可以用鑄鐵或鋁制成。鋁制汽缸蓋可以減輕發(fā)動(dòng)機的重量，但是鋁導熱的速度要比鑄鐵快，而且在受熱時(shí)膨脹率也比鑄鐵大，可能會(huì )導致翹曲。無(wú)論是鋁制件還是鑄鐵件，都是將熾熱的液態(tài)金屬倒進(jìn)砂型芯鑄成的。

      汽缸蓋必須有冷卻液通道，這就是說(shuō)，在澆鑄過(guò)程中也必須使用砂型芯。另外，還必須為進(jìn)氣道和排氣道鑄造通道。汽缸蓋在鑄造出來(lái)后，必須經(jīng)過(guò)機加工，以便安裝進(jìn)氣、排氣歧管、氣門(mén)、火花塞、噴油器等配件，并且能夠使汽缸提供一個(gè)良好的密封。

2．進(jìn)氣道和排氣道

      進(jìn)氣道和排氣道必須鑄造在汽缸蓋內，以使空氣和燃油能夠經(jīng)過(guò)汽缸蓋進(jìn)入燃燒室。如果每個(gè)氣門(mén)都有一個(gè)氣道當然是最理想的，但是因為空間的問(wèn)題，有時(shí)將氣道合并。這些氣道被稱(chēng)做叉形氣道，如圖1所示。能夠使用叉形氣道的原因是因為各個(gè)汽缸在不同的時(shí)間使用這些氣道。

      如圖1所示，汽缸蓋上使用叉形氣道，也就是說(shuō)兩個(gè)汽缸使用同一個(gè)排氣道或進(jìn)氣道。另外，許多發(fā)動(dòng)機使用橫流式氣道（如圖2所示）。橫流式汽缸蓋將進(jìn)氣道和排氣道分別放在缸蓋的兩側，更加有利于進(jìn)氣與排氣。

3．冷卻液通道

      汽缸蓋上鑄造了一些較大的開(kāi)口，以使冷卻液能夠流過(guò)汽缸蓋。冷卻液必須在整個(gè)汽缸蓋內循環(huán)，以帶走過(guò)多的熱量。冷卻液流過(guò)汽缸體內的通道，穿過(guò)汽缸墊進(jìn)入汽缸蓋。然后，冷卻液再流過(guò)冷卻系統的其他零部件，不同的發(fā)動(dòng)機結構有所不同。

      冷卻系統的特點(diǎn)在于氣缸體的橫向冷卻和氣缸蓋內燃燒室的冷卻。在橫向冷卻中，各氣缸的冷卻液從入口流向排出處，可以使三個(gè)氣缸的溫度均勻。氣缸蓋內的冷卻液沿燃燒室集中高速流動(dòng)，更有效地冷卻，降低發(fā)動(dòng)機爆震的可能性。恒溫器和冷卻液循環(huán)恒溫器的作用是通過(guò)控制通過(guò)散熱器的冷卻液流量，調節冷卻系統的冷卻強度，調節發(fā)動(dòng)機溫度。

4．汽油機燃燒室

      燃燒室的形狀影響發(fā)動(dòng)機的工作效率，其工作原理如圖3所示。常用的燃燒室有兩種形式：楔形燃燒室和半球形燃燒室。用于描述燃燒室的有多個(gè)術(shù)語(yǔ)。紊流是指快速運動(dòng)的氣體。氣體在運動(dòng)時(shí)，與燃燒室和活塞充分接觸。紊流使燃燒更好，因為空氣和燃油混合得充分。

（1）楔形燃燒室

      楔形燃燒室如圖4（a）所示?；钊S著(zhù)壓縮沖程向上移動(dòng)，空氣或燃油混合氣被擠到擠壓區。擠壓區使空氣和燃油混合氣在燃燒之前充分混合，這樣有助于提高發(fā)動(dòng)機的燃燒效率?；鸹ㄈ驀娪推靼惭b在合適的位置，以便能夠獲得最佳的燃燒。當火花塞點(diǎn)火時(shí)，平穩而迅速的燃燒從火花塞向四周傳播。楔形燃燒室也稱(chēng)作紊流型燃燒室。在較新的機型上，擠壓區被減小，以降低廢氣排放。

      楔形燃燒室在一定程度上阻礙了空氣和燃油的流動(dòng)，這種阻礙被稱(chēng)作遮蔽。圖4（b）顯示了氣門(mén)離燃燒室的邊緣太近，這樣阻礙了空氣和燃油，從而降低了容積效率。半球形燃燒室沒(méi)有這種阻礙作用。

（2）半球形燃燒室

      半球形（Hemi spherical）燃燒室的名字來(lái)自于其形狀。英語(yǔ)中hemi的意思是“一半”，spherical的意思是圓形，因此，這種燃燒室的形狀就像半圓形，也被稱(chēng)作hemi-head形。氣門(mén)的位置如圖4（a）所示。氣門(mén)分置在汽缸的兩側的燃燒室的一個(gè)獨特的優(yōu)點(diǎn)是可以使用較大的氣門(mén)。這樣增大了能夠進(jìn)入發(fā)動(dòng)機的空氣和燃油量，因此提高了容積效率。

      半球形燃燒室認為是一種非紊流型燃燒室。當空氣和燃油進(jìn)入這種燃燒室時(shí)，產(chǎn)生的紊流很小或者不產(chǎn)生紊流，空氣和燃油混合氣在壓縮沖程被均勻地壓縮。當使用平頭活塞時(shí)，可能會(huì )產(chǎn)生很小的紊流?；鸹ㄈ苯友b在氣門(mén)的中間?；鹧鎻幕鸹ㄈ鶆虻叵蛲鈹U散，使混合氣完全燃燒。

      半球形燃燒室一個(gè)更重要的優(yōu)點(diǎn)是：空氣和燃油能夠很容易地進(jìn)入燃燒室許多高性能發(fā)動(dòng)機上都使用半球形燃燒室，當汽缸中需要大量的空氣和燃油時(shí)更是如此。許多高性能發(fā)動(dòng)機使用凸頂活塞，這種活塞有一個(gè)擠壓區，可以提高紊流，如圖4（b）所示。不同的發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)采用了多種不同的設計。

（3）屋脊式燃燒室

      現在，很多發(fā)動(dòng)機采用每缸四氣門(mén)，兩個(gè)氣門(mén)用于進(jìn)氣，兩個(gè)用于排氣。為了配合這種設計，通常使用屋脊式燃燒室，這是半球形燃燒室的改進(jìn)型，如圖5所示，它看上去像一個(gè)倒置的字母V。采用這種結構，就有了布置進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的空間。另外，這種結構可以產(chǎn)生較好的紊流和較低的排放。

5．柴油機燃燒室

      柴油機燃燒室與汽油機燃燒室不同，其燃燒過(guò)程如圖7所示。柴油的燃燒方式不同，因此燃燒室也不同。柴油發(fā)動(dòng)機的燃燒室有三種形式：開(kāi)式燃燒室、預燃式燃燒室和湍流式燃燒室。

（1）開(kāi)式燃燒室：

      直接將燃燒室放在活塞內。開(kāi)式燃燒室中柴油直接噴射到燃燒室的中心，燃燒室的形狀和擠壓區可以產(chǎn)生紊流，有時(shí)也稱(chēng)這種燃燒室為“ω”形燃燒室。

（2）預燃式燃燒室：

      如圖8（a）所示，過(guò)去在柴油發(fā)動(dòng)機上都有應用，就是一個(gè)小的、輔助的燃燒室，與主燃燒室相連。在做功沖程，燃油被噴入這個(gè)小燃燒室。燃燒從這里開(kāi)始，然后向主燃燒室擴散。預燃室內有很濃的混合，但主燃燒室內的混合氣很稀。綜合效果就是一個(gè)混合氣較稀的發(fā)動(dòng)機，可以產(chǎn)生更好的燃油經(jīng)濟性。

（3）湍流式燃燒室：

      如圖8（b）所示，這種燃燒室可以加快燃燒室內的空氣速度，或增大紊流。燃油噴入時(shí)這種紊亂的氣流可以燃燒得更充分。