第3章发动机燃料与燃烧

第3章发动机燃料与燃烧第一页，共42页。第3章发动机的燃料与燃烧

第二页，共42页。3.1发动机的传统燃料

液体燃料——汽油、柴油、重柴油、醇类和植物油等代用燃料。气体燃料——天然气、液化石油气、氢气、沼气。第三页，共42页。燃料的主要成分主要是由碳、氢两种元素组成，其体积份额之和占总量的97％-98％，

以碳氢化合物CmHn的形式存在

m=0、n=2时，就成为氢气；而当C含量增加、H含量减少时，则成为重质燃料；当n趋于0时，便成为煤.

第四页，共42页。分子结构对烃燃料性能的影响见表3.2不同炼制方法对燃油性质的影响见表3.3国内成品汽油的典型调和方案见表3.4第五页，共42页。碳原子数对燃料性质的影响第六页，共42页。第七页，共42页。分子结构——正庚烷与异辛烷第八页，共42页。分子结构——环己烷第九页，共42页。分子结构——苯第十页，共42页。分子结构——萘第十一页，共42页。不同成分对化学稳定性的影响第十二页，共42页。①抗爆性②蒸发性③抗氧化安定性④清净性GB7930-2000《中国车用汽油的技术要求和试验方法》第十三页，共42页。(二)柴油①自燃性——十六烷值②低温流动性③雾化和蒸发性④粘度⑤闪点GB252-2000《中国轻柴油标准》第十四页，共42页。传统汽油机、柴油机工作模式的差异

1、混合气形成方式的差异

汽油机：在缸外与空气形成预制均匀混合气；

柴油机：缸内高压燃油喷射、与空气雾化混合。2、着火、燃烧模式的差异

汽油机：外源强制点火，在混合气中进行火焰传播燃烧。（预制均匀混合气若进行压燃，由于同时着火，近于爆炸）柴油机：允许压燃

，初期着火燃烧后，进行边喷油、边气化混合的扩散燃烧。

第十五页，共42页。图3-1汽油、柴油机随负荷的变化曲线第十六页，共42页。3.2代用燃料醇类醇类燃料是液体，可沿用传统石油燃料的运输、贮存系统，相关的基础设施建设投入少，发动机的动力性、经济性可接近或超过原有的汽油机或柴油机

天然气（NG）——压缩天然气（CNG）液化天然气（LNG）液化石油气（LPG）第十七页，共42页。3.3燃烧热化学1kg燃料燃烧所需的理论空气量（14.9:1)第十八页，共42页。过量空气系数а第十九页，共42页。过量空气系数а随负荷的变化第二十页，共42页。а>1时完全燃烧产物的数量1、燃烧前混合气数量2、燃烧后产物数量第二十一页，共42页。燃料热值与混合气热值燃料的高热值与低热值混合气热值第二十二页，共42页。3.4燃烧的基础知识燃烧现象包括着火和燃烧两部分可燃混合气在一定的压力、温度、浓度条件下，其氧化反应速度突然加速，以至出现火焰的现象。Oτ1着火阶段，也称滞燃期第二十三页，共42页。预混合燃烧与扩散燃烧预混合燃烧和扩散燃烧是内燃机最基本的两种燃烧方式。导致汽油机和柴油机不同：

1）燃烧特性、2）排放污染物生成及控制机理、3）动力经济性4）噪声振动

第二十四页，共42页。预混合燃烧与扩散燃烧的区别1）预混合燃烧时，燃烧前已均匀混合，燃烧速度主要取决于化学反应速度，即取决于温度和过量空气系数(浓度)；扩散燃烧时，由于燃料与空气边混合边燃烧，因而燃烧速度取决于混合速度。2)扩散燃烧时，要求过量空气系数а≥1．2，并且在总体>6．8(相当于空燃比大于100)的条件下也能稳定燃烧(稀燃)；而预混合燃烧时，а＝0．8—1．2，可燃混合气浓度范围小，难以稀燃。3)扩散燃烧时，混合气浓度和燃烧温度分布极不均匀，易产生局部高温缺氧现象，形成炭烟；而预混合燃烧时，由于混合均匀，一般不产生炭烟。第二十五页，共42页。4)扩散燃烧时，由于有炭烟产生，碳粒的燃烧会发出黄或白色的强烈辐射光，因此称“有焰燃烧”；而预混合燃烧时，无碳粒燃烧问题，火焰呈均匀透明的蓝色，因此也称“无焰燃烧”。5)预混合燃烧由于燃前已形成可燃混合气，有回火的危险；而扩散燃烧一般无此危险第二十六页，共42页。着火理论热着火理论——着火的原因在于热量的积累，当放热速率大于散热速率时才可能着火第二十七页，共42页。热着火理论的着火条件及影响因素1)压力的影响2)过量空气系数的影响3)燃料特性的影响第二十八页，共42页。过量空气系数的影响第二十九页，共42页。链式着火理论直链反应支链反应退化支链反应断链反应第三十页，共42页。烃燃料的链式反应着火第三十一页，共42页。烃燃料的链式反应着火第三十二页，共42页。点火第三十三页，共42页。火花塞放电过程1)击穿阶段2)电弧放电阶段3)辉光放电阶段4)火核形成第三十四页，共42页。在预混气体中的火焰传播层流火焰传播第三十五页，共42页。紊流火焰传播——紊流运动可以大大加速火焰传播速度第三十六页，共42页。油滴的喷雾与燃烧单个静止油滴模型第三十七页，共42页。气流运动对油滴火焰的影响第三十八页，共42页。喷雾燃烧小滴径的液滴群，可以看成是完全类似于预混合气的燃烧，并且没有必要认为存在油滴状态；而大滴径的油滴群，又基本上是以单油滴的扩散燃烧为基础的。实际的喷雾过程，是由若干大大小小的油滴组成，所以实际的喷雾燃烧，必然是上述燃烧形式同时存在并且相互