第四章-燃料与燃烧化学

第四章燃料与燃烧化学,第一节发动机燃料第二节代用燃料及应用第三节燃烧化学第四节燃烧的基本理论,第一节发动机燃料,发动机的燃料几乎都是由地下石油经现代的提炼技术加工得到的，它是发动机产生动力的来源。由于资源、成本、使用性能的优势，车用发动机以汽油和柴油为基本燃料。,为了保护大气品质和合理利用有限的石油资源，越来越多的人在努力探索发动机的代用燃料,如:1、醇类燃料：甲醇、乙醇；2、气体燃料：液化石油气、天然气、氢气。这对改善地球环境和节省能源都有积极作用。,一、汽油汽油的性能对汽油机的工作有很大影响，因此对它有一定要求。汽油的主要性能有：1）抗爆性；2）蒸发性；3）氧化安定性；4）抗腐蚀性；5）清净性。,1）抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力，用辛烷值表示。辛烷值是代表点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值，在规定条件下的标准发动机试验中通过和标准燃料进行比较来测定。采用和被测定燃料具有相同的抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比来表示。,测定汽油的辛烷值可以采用不同的试验方法，常用的为马达法与研究法。马达法测定辛烷值：测定条件较苛刻，发动机转速为900r/min，进气温度149C。它反映汽车在高速、重负荷条件下行驶的汽油抗爆性。研究法测定辛烷值：测定条件缓和，转速为600r/min，进气为室温。这种辛烷值反映汽车在市区慢速行驶时的汽油抗爆性。马达法辛烷值（MON）低于研究法辛烷值（RON），低约015个单位，两者之间差值称敏感性或敏感度。,一般采用研究法辛烷值来确定汽油的抗爆性。马达法辛烷值=研究法辛烷值*0.8十10如要比较全面表示抗爆性时，同时标出（RON）和（MON）值，也可用抗爆指数来衡量，即抗爆指数（MON+RON)/2。,2）蒸发性指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定。在现代汽油机中，可燃混合气形成的时间很短。因此，汽油蒸发性的好坏，对形成的混合气质量将有很大影响,对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。,A）蒸发性强汽油容易气化，造成的混合均匀的可燃混合气燃烧速度很快，燃烧完全。结果：发动机容易起动；加速及时；各工况间转换灵敏、柔和；能减小机件磨损、降低汽油消耗。,但蒸发性太强：在炎热的夏季以及大气压力较低的高原和高山地区使用时，容易使发动机的供油系统产生“气阻”，甚至发生供油中断。另外在存储和运输过程中的蒸发损失也会增加。,B）蒸发性弱难以形成良好的混合气结果：发动机起动困难、加速缓慢，而且未气化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升。如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上，还会破坏润滑油膜，甚至窜入曲轴箱稀释润滑油，从而使发动机润滑遭破坏，造成机件磨损增大。,汽油的蒸发性用汽油蒸发量为10、50、90和100时所对应的温度来评定，分别称为10馏出温度、50馏出温度、90馏出温度和干点。1、10馏出温度：蒸发出的是低沸点、高饱和蒸气压的轻质成分。常用来评价汽油的起动品质，此温度越低，汽油的起动品质越好。,2、50馏出温度：该温度的高低表明汽油中中间馏分蒸发性的好坏。低，说明汽油的中间馏分容易蒸发，有利于汽油机的加速和由冷的状态很快转入工作状态。,3、90馏出温度：表明汽油中难以蒸发的重质成分含量。此温度高，表明汽油中不易蒸发的重质含量多。这些重质成分在混合气形成过程中很难蒸发，他们附着在进气管和气缸壁上，将增加燃油消耗，稀释气缸壁上的润滑油和加大气缸磨损。,3）氧化安定性汽油抵抗大气或氧气的作用而保持其性质不发生长久性变化的能力称为氧化安定性。它直接影响汽油的储存、运输和在发动机上的应用：氧化安定性不好的汽油，易发生氧化、缩合和聚合反应，生成酸性物质和胶状物质，将导致燃料供应系统堵塞，气门关闭不严，气缸散热不良，增大爆燃倾向。,汽油的化学组成对其氧化安定性影响很大：其中烷烃、环烷烃和芳香烃常温液态条件下氧化安定性好，而稀烃（不饱和烃）则容易氧化，并彼此之间还会发生缩合和聚合反应，所以氧化安定性差。对汽油氧化安定性的评定项目有两个:实际胶质和诱导期。提高氧化安定性的措施：催化重整；加氢精制；添加抗氧防胶剂、金属钝化剂。,4）抗腐蚀性：在汽油的国家标准中,对汽油的腐蚀性有严格的要求。汽油成分中的各种烃类,都是没有腐蚀性的,而引起腐蚀的物质是硫、硫化物、有机酸、水溶性酸、碱等。由于汽油要与各种金属器件接触,如有腐蚀性,就会对储油容器及发动机机件产生腐蚀。汽油防腐性一般用硫含量、铜片腐蚀试验、水溶性酸或碱、酸度、博士试验等指标来评定。,5)清净性汽油喷射式汽车最常发生的问题是在进气系统和喷油器上产生沉淀，其主要原因是汽油中不稳定的化合物，例如不饱和稀烃和二稀烃，以及添加剂带入的低分子量化合物等。为了经常保持进气系统的清洁，充分发挥汽油喷射的优点，可向汽油中加入汽油清净剂。,6)汽油规格各国都根据自己国家的汽车发动机结构特点、使用条件、石油炼制水平来制定本国的汽油规格。我国有两种汽油规格：一种是车用汽油的国家标准，一种是无铅汽油的行业标准。,从2014年1月1日起，开始销售国家标准车用汽油。汽油硫的含量：以前国标准：150PPM；现在国标准：50PPM；下一步推进：10PPM。,根据北京市清洁空气行动计划(20112015年大气污染控制措施)，北京计划在今年实施第五阶段机动车排放标准（“京”燃油标准，与欧洲同阶段标准基本接轨），为保障排放标准顺利实施，需要配套相应的车用油品，油品标准相应升级。与北京第四阶段地方标准相比较，最主要的变化是：硫含量指标限值由50mg/kg降低为10mg/kg，以降低在用车污染物排放；车用汽油的锰含量指标限值由0.006g/L降低为0.002g/L。,北京第五阶段地方标准车用汽油牌号由90号、93号、97号分别调整为89号、92号、95号，根据权威检测机构试验研究，标准89号车用汽油适用于原使用90号车用汽油的车辆继北京实施机动车的京V排放标准后，上海也迎来更为严格的机动车排放标准。“沪V”汽油于2013年9月1日起试行，而“沪V”标准柴油可能将在2014年开始试行。但是否能继续向国内其他城市推广，还得取决于油品质量是否能同步升级。,由美国汽车制造商协会（AAMA）和欧洲汽车制造商协会（ACEA）以及日本汽车制造商协会（JAMA）共同发起包括世界所有主要汽车制造商一起制定了一个世界燃料规范，主要是汽车制造商针对环保要求对汽车燃料提出的基本要求，在这个标准里汽油和柴油按适应环境要求的不同分成三类。,第一类汽油和柴油是针对排放控制没有或极少有要求的场合；第二类汽油和柴油是针对排放控制有严格要求时的场合；第三类汽油和柴油是对排放控制有超前要求时的场合。这个标准的特点是对燃料的组成提出了要求，如稀烃、芳烃和苯，同时对与环境污染有关的元素含量也提出了要求。,二、柴油柴油压燃式发动机（柴油机）轻柴油高速柴油机重柴油中、低速柴油机重油大型低速柴油机汽车用柴油机都是高速机，必须用轻柴油。柴油的物理和化学性能对柴油机的性能和起动以及燃油供给系统的工作和寿命都有影响。,1、自燃性2、雾化和蒸发性3、硫含量4、安定性5、低温流动性,国家标准规定柴油有十多种性能和质量指标，以保证柴油的品质能符合柴油机的工作要求。,1、自燃性柴油的自燃性常用十六烷值来评定。它是与一种标准燃料（正十六烷和甲基萘的混合物）进行比较来加以评定的。如果某种柴油与某种标准燃料的自燃性相同，则该标准燃料的十六烷值即为该柴油的十六烷值。将柴油和标准燃料进行比较的试验方法和仪器设备，由国家标准加以规定。,实践证明：十六烷值过高或过低的柴油，都对柴油机的性能或工作不利。过高：喷入燃烧室的柴油来不及与空气充分混合就着火，使燃油不能得到及时而完全的燃烧，造成排气冒黑烟，经济性降低；过低：则使柴油机工作粗暴，起动也较难。因此柴油的十六烷值通常规定在适中的范围，高速柴油机采用十六烷值为4065。,2、雾化和蒸发性馏程、运动粘度、密度、闪点都是与雾化和蒸发性有关的油品指标。馏程是指一定温度范围内石油产品中可能蒸馏出来的数量和温度的标示。常以汽化10、50及90等百分比燃油量所需温度来表示。是保证柴油在发动机燃烧室里迅速蒸发气化和燃烧的重要指标。,柴油的粘度是柴油重要的物理性能之一，是表示其稀稠程度及流动性的指标。它影响燃油的喷雾质量、过滤性及在油道中的流动性。过高、过低都不好。闪点是指柴油混合气与火焰接触发生闪火的最低温度。闪点越高越安全，国标规定柴油闪点不应低于某一温度。,3、硫含量硫天然存在于原油中，危害：1）柴油中的硫明显增加排气中的微粒物，不利于环保；2）对于装有催化转化器的汽车，硫使转化器的寿命降低；3）燃烧时易生成二氧化硫，遇到气缸内的蒸气或水分形成亚硫酸腐蚀零件，排放到大气中的硫化物极易与水分结合形成酸雨给环境带来危害；4）硫还会增加柴油机的磨损。各国标准中对硫含量提出了严格的要求，甚至是零含量。,4、安定性安定性是指柴油在运输、储存和使用过程中应保持其外观颜色、组成和使用性能不变的能力。影响安定性的因素主要是柴油中的二烯烃、烯烃和环烷芳香烃这些不安定组分。,5、低温流动性柴油失去流动性而开始凝固的温度称为凝点。当柴油温度接近凝点时，喷雾恶化、供油困难，柴油机无法正常工作。我国用于汽车的轻质柴油按凝点分为10号、0号、10号、20号、35号、50号共六个牌号。根据硫含量、安定性和酸度等指标将每一牌号柴油又划分为优等级、一等品和合格品三个档次，各个档次的柴油质量差别较大。,第二节代用燃料及应用,到目前为止，汽车发动机绝大多数还是使用石油制品的液体燃料汽油和柴油，所以汽油、柴油习惯上被称为汽车发动机的常规燃料，而其余则叫做代用燃料。,一、代用燃料分类1、代用燃料按物态区分A）气体代用燃料：压缩天然气、液化石油气等，其它有氢气（H2）、沼气（CH4）、发生炉煤气（CO）、水煤气（COH2）等，此外某些化工产品的气体燃料，如二甲基醚（CH3OCH3）可作柴油机代用燃料。B）液体代用燃料：包括甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H5OH）和某些动、植物油及可燃的化工液体副产品。,2、代用燃料按化学成分区分可分为除汽油、柴油之外的烃燃料CnHm和含氧燃料两类。A）烃燃料CnHm:主要成分是碳和氢。有甲烷（CH4）、天然气、液化石油气、氢气（H2）等。B）含氧燃料：其成分中除C和H外，还含有一定比例的氧。例如甲醇(CH3OH)、乙醇（C2H5OH）以及动、植物油，煤气（CO）都是含氧燃料。,代用燃料能否在汽车上得到应用，受到其理化特性、安全与环保特性、价格、供给等因素的影响。,二、天然气天然气可以在汽车发动机中加以利用的方式有：1、压缩天然气CNG；2、液化天然气LNG；3、吸附天然气ANG；4、水合物（hydrate）：也叫可燃冰、固体瓦斯。以CNG的利用方式采用的最多。天然气储藏量大，且又是一种洁净燃料，至今已分别在汽油机和柴油机上开发了多种利用技术。,1、天然气的性质天然气以甲烷为主要成分，随产地不同，甲烷的含量为8399。由于天然气密度低于汽油，使吸入发动机的新鲜空气质量减少，发动机的输出功率将会降低，只为液体燃料的90左右。天然气的研究法辛烷值为130，十六烷值为零，只能点燃不能压燃。由于常温常压下呈气态，容易与空气混合均匀，为实现稀薄燃烧提供了条件，便于应用稀燃技术改善排放。,2、天然气发动机（1）单燃料天然气发动机专用的天然气发动机通常都具有较高的压缩比，并且多采用燃料喷射系统和特制的天然气汽车用催化转化器。天然气发动机的燃气供给方式通常有混合器式、单点喷射式和多点喷射式三种。单点喷射式是一种较好的折中方案。,（2）双燃料天然气发动机双燃料天然气发动机主要是在现有的汽油机、柴油机的基础上加装CNG供给系统改装而成，以柴油机改装为例，供油系统仅喷入少量柴油，用于引燃天然气和空气的混合气。双燃料天然气发动机与单燃料天然气发动机相比：a）排气的清洁程度还不够理想，气缸和活塞的热负荷会增大，使这些零部件的可靠性、耐久性出现问题；b）必须携带两套燃料系统，因而结构复杂；C）柴油和天然气燃烧的最佳比例控制困难。,（3）两用（可切换）燃料天然气发动机既可以使用天然气也可以使用汽油作为燃料。天然气汽车优点：在排放方面具有明显的优越性，与使用汽油车相比，天然气汽车颗粒物排放几乎为零，NOx、CO和HC的排放也显著降低。,天然气汽车缺点：1、发动机功率下降：功率下降主要原因在于燃料本身的特性和发动机的构造（压缩比）。解决办法：1、采取进气增压措施提高充气系数；2、适当提高发动机压缩比；3、使用专用天然气汽车发动机润滑油。,2、腐蚀与早期磨损：由于天然气中含有微量硫化合物(硫化氢)，引起气缸、气缸壁的腐蚀与磨损，甚至曲轴也出现腐蚀，气门、活塞环和气缸磨损严重使发动机动力下降，使用寿命缩短，汽车大修期缩短（通常要缩短1/3-1/2）。解决办法：1、天然气脱硫；2、采用耐腐蚀材料；3、使用专门的天然气汽车发动机润滑油。,三、液化石油气液化石油气（LPG）分为：油田液化气和炼油厂液化气两种。液化石油气的主要成分：丙烷（C3H8）和丁烷（C4H10）。1、油田液化气：来自各油田，不含稀烃，可直接用作车用燃料。2、炼油厂液化气：主要是催化裂化过程和延迟焦化炼油过程的产物，含有大量丁稀（C4H8）、丙稀（C3H6）以及少量乙烷及异丁稀。,因为稀烃类为不饱和烃，燃烧后结胶，积碳严重，对发动机的火花塞、气门、活塞环等零件损坏较大，不适于直接用作车用燃料。一般稀烃含量要低于6才能用作车用燃料。与天然气发动机一样，可将LPG发动机分为单燃料、两用（可切换）燃料及双燃料（LPG和柴油）三类。,天然气和液化石油气燃料相比具有以下特点：1）天然气的体积低热值和质量低热值略高于汽油，但理论混合气热值比汽油低，液化石油气则介于汽油和天然气之间。2）抗爆性能高。天然气的主要成分是甲烷，甲烷的研究法辛烷值为130。液化石油气的辛烷值也较高，为100110。,3）混合气着火界限宽。天然气与空气混合气有很宽的着火界限，过量空气系数的变化范围为0.6-1.8，可在大范围内改变混合比，提供不同成分的混合气，采用稀薄燃烧技术，可进一步提高发动机的经济性能和改善排放。4）天然气和液化石油气比汽油的着火温度高，传播速度慢，因此需要较高的点火能量。5）天然气和石油液化气比汽油和柴油燃烧更“清洁”。,四、醇类燃料醇类燃料主要是甲醇（CH3OH）和乙醇（C2H5OH),他们都是相对分子质量较小的单质，燃烧产物中基本没有碳烟，NOx的排放浓度也很低，是一种低污染性燃料。但制取代价大、技术不成熟。,1、甲醇（或乙醇）作为发动机燃料需考虑的因素a）化学成分及燃烧产物：醇类燃料含氧、C、H较多，完全燃烧时产生较多的水和较少的CO2。在起动、暖机期间及缸内温度不高时，容易在缸壁上产生冷凝物，促使酸性物质生成及磨损增加。b）沸点及凝点：沸点低，有助于混合气形成，但缺乏高挥发性组分，对起动不利；凝点低，环境温度低时无需担心结冰。c）热值：在理论空燃比下单位质量的醇类燃料混合气的热值与石油混合气热值基本一样。,d）汽化潜热：醇的气化潜热大，混合气形成后温降较大，高气化潜热产生的冷却效应妨碍了在运行温度下的完全汽化，难以形成良好均匀的混合气；压缩终了缸内温度降低，使着火延迟期变长，影响起动性能；但高的气化潜热可降低压缩负功，提高充气效率。e）辛烷值：醇类燃料的辛烷值高，是点燃式内燃机好的代用燃料，可作为提高汽油辛烷值的优良添加剂。f）十六烷值：醇类燃料十六烷值很低，在压燃式内燃机中使用困难。,g）着火极限：醇类燃料的着火上下限都比石油燃料宽，能在稀混合气区工作，有利于排气净化和降低油耗，有利于空燃比控制。h）着火延迟期：由于十六烷值很低，着火性差，着火延迟期长。i）火焰传播速度：醇类燃料的火焰传播速度比汽油高，对其使用十分有利。,2、醇燃料在汽车发动机上的使用甲醇（或乙醇）与汽油的混合燃料称为甲醇（或乙醇）汽油或汽醇。按照醇在燃料中所占的体积分数，甲醇汽油习惯上称为Mx（x为甲醇的体积分数），如M5（指甲醇5）。乙醇汽油习惯上称为Ex（x为乙醇的体积分数），如E10（含乙醇10）等。,点燃式内燃机掺烧醇类燃料，与燃烧纯汽油相比有如下优点：1）提高辛烷值，在无铅汽油中加入醇类燃料，可达到含铅汽油所具备的抗爆能力。2）可扩大混合气着火界限，燃用稀混合气，提高燃油经济性能。3）可提高压缩比，从而提高内燃机的动力性能和经济性能。4）减少燃烧室表面的燃烧沉积物。5）改善排放性能。,3、醇类燃料在应用中的问题1）对金属的腐蚀性：甲醇和乙醇对汽车燃料系统的许多金属都有腐蚀性，醇含量越高，腐蚀性越大。防止醇燃料腐蚀发动机金属的基本途径有两个：1）改变发动机金属材料，使用耐腐蚀的金属制造发动机；2）在燃料中加防腐添加剂。2）对其他材料的影响：发动机燃料系中的许多零部件都是由橡胶、塑料等材料制成的，醇燃料对橡胶、塑料部件都有腐蚀作用。,3）发动机磨损：醇燃料发动机在使用中，气缸和活塞环的磨损加重。原因有三点：a.甲醇或乙醇能够将这些部位的润滑油膜洗掉；b.醇燃烧时会生成有机酸（甲酸或乙酸），能直接腐蚀金属，造成腐蚀磨损；c.进入润滑油中的甲酸和乙酸还能与润滑油中的抗氧防腐剂发生反应而使其失效，从而增大各摩擦部位的腐蚀与磨损。,五、二甲醚二甲醚DME（dimethylether）是重要的化工原料，化学分子式为CH3-O-CH3。它与甲醇乙醇一样是含氧燃料，即分子结构中含有氧原子，含氧燃料燃烧时需要的空气少，易充分燃烧，基本不产生碳烟。,1、二甲醚的性质a）二甲醚是含氧（含氧量为34.8）燃料，容易完全燃烧，在燃烧时不会像柴油那样产生碳烟，即有利于减少燃烧生成的烟度和微粒。同时，还可使用更大的废气再循环（EGR），降低NOx排放。b)二甲醚的十六烷值为5560，一般柴油的只有4055，着火性能优于柴油。在柴油机上燃用二甲醚不需采用助燃措施。c）二甲醚不发生光化学反应，对人体无毒，当体积分数超过10时，才会产生轻微的麻醉作用，因此对环境和人体无害。,d）二甲醚是一种再生燃料，不仅可从石油及天然气中提取合成，而且可从煤、植物、生活垃圾中提取合成。e）二甲醚的低热值只有柴油的64.7，为达到柴油机最佳动力性，必须增大二甲醚循环供应量。f）二甲醚在常温、常压下的饱和蒸汽压为0.5MPa。随着温度的升高，其饱和压力增大，为防止气阻现象发生，燃料供给系的压力远高于柴油机燃料供给系的压力。,2、二甲醚在柴油机上的应用由于二甲醚（DME）的特殊的物化性质（含氧、低沸点、易蒸发混合等），使它具有优良的低污染燃烧特性，因此DME在柴油机上的应用受到了高度重视。DME在柴油机的应用：1）DME和柴油掺烧；2）直接燃用纯液态DME。,3、二甲醚实用化应解决的问题a）二甲醚的沸点低，常温下呈气态，在室温20度、加压到0.53MPa以上可使其液化，这就使供油系统、包括油箱必须密封并保持一定压力，造成供油系统成本增加，且需专门的加油站。b）二甲醚的粘度低，润滑性差，容易造成油泵柱塞和喷油器等精密偶件磨损、卡死和泄漏，难以直接使用柴油机的燃油供给系统。,c）二甲醚的粘度低，通过柱塞间隙的泄漏量大，喷油量难以保证；且DME的压缩性受温度的影响大，当柱塞间隙等处的温度提高后，DME供给量难以满足发动机运转要求。d）二甲醚对金属无腐蚀，其储存使用不需特殊材料，但长时间接触会使橡胶制品老化。e）用共轨（蓄压式）燃油系统代替传统的柱塞泵供油系统。,六、燃料开发由于石油资源的储量有限，因此开发新型车用燃料格外重要。燃料开发包括两个方面：一是获得廉价的、有稳定来源的代用燃料（煤甲醇）；二是“设计”新型燃料（采用多种燃料按一定比例混合成混合燃料，使其综合的理化性能最适合某类发动机）。,第三节燃烧化学,燃烧化学所要涉及的问题：燃料和空气在数量上不同比例关系以及燃烧后的工质组成。本节只研究燃油中主要成分碳和氢与空气中的氧进行化学反应的最终结果，而不研究其中间反应。,一、燃料燃烧的热值（一）燃料的热值（kJ/kg）定义：单位量（固体和液体燃料用1kg，气体用1m3）的燃料完全燃烧时所发出的热量。燃油的热值反映燃料在标准热化学状态和确定热力过程条件下燃烧时能释放的化学能的一个物性参数。热值是燃油的重要指标之一：热值越高，发动机的燃油消耗将减少，热值的单位为kJ/kg。,人们规定，在燃前为标准热化学状态（101.325kPa和298K）条件下，如果反应前后人为控制使系统体积、温度不变，则单位燃料（1kg或1kmol）完全燃烧放出的热量叫做燃料的定容热值；如果反应前后人为控制使系统压力、温度不变，则单位燃料（1kg或1kmol）完全燃烧放出的热量叫做燃料的定压热值。热值有高热值和低热值之分。,（二）混合气热值（kJ/kmol或kJ/m3）当气缸工作容积和进气条件一定时，每循环加给工质的热量Q1取决于单位体积可燃烧混合气的热值Hm，而不仅仅取决于燃油的热值。可燃混合气热值以kJ/kmol或kJ/m3（标准）计。在1kg燃油所形成的可燃混合气M1（kmol）中，燃烧时产生热的只是燃油，热量的数值与燃油的低热值相同，为HukJ。则可燃混合气的热值Hm为Hm=（kJ/kmol）而M1=aLo+式中：a过量空气系数；Lo理论空气量（kmol）；mT燃油分子量。,混合气的热值Hm与混合气的过量空气系数a有关。a越大，混合气越稀，其热值Hm越小，a为1的混合气热值，称为理论混合气热值。一般情况下混合气热值即指理论混合气热值。尽管各种燃料的热值差别很大，但大多数的混合气热值却很接近，因此改用代用燃料时，动力性能一般不会大幅下降。,二、燃油完全燃烧的化学反应发动机所用的汽油或柴油主要由碳、氢、氧组成，其它成分如氮、硫等含量不多，在热计算时不考虑，如以gC、gH、gO分别表示1kg燃油中所含碳、氢、氧的kg数，即质量成分%，则：gC+gH+gO=1汽油的平均质量成分：gC=0.855；gH=0.145；gO=0.000柴油的平均质量成分：gC=0.870；gH=0.126；gO=0.004发动机中，燃油燃烧所需要的氧气来自空气，以体积成分计，空气中氧占21%，氮占79%；以质量成分计，氧占23%，氮占77%。,根据化学反应原理，可以写出：碳燃烧：C+O2CO212（kg）32(kg)44(kg)1(kg)(kg)(kg)gC(kg)(C)+gC(kg)(O2)=gc(kg)(CO2)或12(kg)(C)+1kmol(O2)=1kmol(CO2)1(kg)(kmol)(kmol)gC(kg)(C)+(kmol)(O2)=(kmol)(CO2),根据化学反应原理，可以写出：碳燃烧：C+O2CO212（kg）32(kg)44(kg)1(kg)(kg)(kg)gC(kg)(C)+gC(kg)(O2)=gc(kg)(CO2)或12(kg)(C)+1kmol(O2)=1kmol(CO2)1(kg)(kmol)(kmol)gC(kg)(C)+(kmol)(O2)=(kmol)(CO2),根据化学反应原理，可以写出：碳燃烧：C+O2CO212（kg）32(kg)44(kg)1(kg)(kg)(kg)gC(kg)(C)+gC(kg)(O2)=gc(kg)(CO2)或12(kg)(C)+1kmol(O2)=1kmol(CO2)1(kg)(kmol)(kmol)gC(kg)(C)+(kmol)(O2)=(kmol)(CO2),氢燃烧：H2+O2H2O2（kg）16(kg)18(kg)1(kg)8(kg)9(kg)gH(kg)(H2)+8gH(kg)(O2)=9gH(kg)(H2O)2(kg)(H2)+kmol(O2)=1kmol(H2O)或1(kg)(kmol)(kmol)gH(kg)(H2)+kmol(O2)=kmol(H2O),三、燃油燃烧时所需空气量在1kg燃油中含有gokg或kmol的氧，所以1kg燃油完全燃烧时需要供应的氧为+-（kmol）或gc+8gH-go（kg）1kg燃油完全燃烧理论所需的空气量，即理论空气量Lo为Lo=(+-)（kmol/kg）或（kg/kg）,在0、1个标准大气压下，1千摩尔空气占有的体积为22.4M3。以体积表示的理论空气量为：,分别将汽油，柴油的平均成分代入理论空气量的计算公式中，可得汽油的理论空气量为14.9（kg/kg）,柴油的理论空气量为14.5（kg/kg）。,M3/kg,由于发动机不同情况的需要，实际供给的空气数量往往大于或小于理论空气量。为评定发动机工作过程中实际供给空气的数量，引用过量空气系数这一概念。,四、过量空气系数与空燃比,发动机工作过程中1kg燃油实际供给的空气数量L与理论空气量Lo之比，称为过量空气系数。用符号a表示，即,a=,过量空气系数是发动机工作过程的一个重要参数，当实际空气量等于理论空气量时，则L=Lo，a=1；a1时，表示LLo，为稀混合气。a是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个重要指标，在保证完全燃烧的情况下，应该力求减小a。过量空气系数与发动机类型、混合气形成方法、燃料的种类、工况（负荷与转速）、功率调节的方法等因素有关。,汽油机:在整个运行过程中，可以遇到a小于1和a大于等于1的情况，但由于汽油机可燃混合气的着火界限很窄，其a超过1.25时，发动机工作已不稳定。1)在发动机起动和怠速工况时：由于吸气量少，流速小，发动机温度低，气化条件差，残余废气系数大，废气对可燃混合气的稀释作用明显，因此要求加浓装置提供相当浓的混合气，一般a0.670.84；2)低负荷时：由于残余废气的稀释作用，最经济的a往往小于1；,3）中等负荷时：a1.051.15；4）全负荷时：a）对于固定式汽油机，由于经常在全负荷下或接近全负荷下工作，为了追求良好的经济性和运行的可靠性，应采用经济混合比；b）对于车用汽油机，经常在部分负荷下工作，只有在爬坡和超车时才遇到全负荷工作，此时要求发动机发出全部潜在功率，故此时采用功率混合比a0.850.95。,柴油机:对于柴油机，当转速一定时，进入缸内的空气量基本保持不变，空燃比的大小取决于供油量的多少（质调节）。由于混合气形成不均匀，所以a总是大于1的。在柴油机吸入气缸的空气量一定的情况下，a小就是意味着可以向气缸多喷油，缸内空气的利用程度高，发出的功率大。,柴油机在全负荷时a的一般数值为：高速柴油机a=1.2-1.6增压柴油机a=1.8-2.2应用电控系统后，柴油的燃油经济性一般可提高10左右。各种电子控制喷射系统中，以电控泵喷嘴与电控共轨系统为最有发展前途，均采用高速电磁阀实现时间式控制（还有位移式控制）方案。,除了运用a表示混合气浓度外，还可以应用燃烧时空气量与燃料量的比例即空燃比（其数值即为对1kg燃料实际供给空气量的千克数）来表示：空燃比=设0为燃料完全燃烧时的理论空燃比，则汽油的014.9；应用空燃比比较直观方便，空燃比小于14.9的为浓混合气，空燃比大于14.9的为稀混合气。,第四节燃烧的基本理论,发动机运转性能的优劣很大程度上取决于燃烧过程的完善程度。燃烧过程是一个间断性的、又是在很短暂的时间内完成的过程。就目前所掌握的观察技术，很难对燃烧室中燃烧过程的中间机理作出准确的测量和观察。下面就燃烧过程较为清楚的部分和公认的看法作一些简单的介绍。,一切燃烧过程都由着火和燃烧两个阶段组成。着火阶段是物质燃烧的准备阶段，是着火的物理和化学的准备过程。所谓物理准备过程是燃料经过雾化、受热蒸发并与空气形成可燃混合气等项准备；所谓化学准备过程则包括可燃混合气形成后，在自燃以前发生的焰前氧化过程，氧化反应的速度很低，压力和温度均无明显升高。在此缓慢的氧化过程中，可燃混合气逐渐积累起热量或活化中心，自身加速了反应进行的速度，最后出现火焰使混合物的燃烧转入第二阶段。,使可燃混合物进入燃烧的第二阶段，有两种方法：一种是利用点火系向可燃混合物增加能量，迫使可燃混合物着火燃烧，这种着火方式称之为强迫着火或点燃；另一种是自燃着火，即依靠自身缓慢的化学反应逐渐积累热量或活化中心完成着火的过程，着火后，可燃混合物释放的能量足以使燃烧过程自行继续下去。,发动机的燃烧过程要经历三个基本步骤：1）形成燃油和空气的可燃混合气。2）点燃可燃混合气，或可燃混合气在温度和浓度适当的地区发生自燃，在一处或同时在数处着火。3）火源