汽车发动机原理课件：燃料热化学

一、燃料完全燃烧所需的理论空气量组成发动机燃料的主要元素是碳(C)、氢(H)、氧(O)，其他元素含量很少，计算时可略去不计。设1kg燃料中各元素的质量组成为:gC+gH+gO=1式中:gC、gH、gO——1kg燃料的Ｃ、Ｈ、Ｏ的质量。空气中的主要元素是氧(O)和氮(N)，按体积计(即按物质的量计)，O2约占21％，N2约占79％，按质量计，O2约占23％，N2约占77％。燃油中的C、H完全燃烧，其化学反应方程式分别是:按照化学反应的当量关系，可求出1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量，即:或标准状况下以体积表示的理论空气量为:将平均质量成分代入式(3-2)可得:汽油的理论空气量为14.8(kg/kg)，柴油的理论空气量为14.5(kg/kg)。二、过量空气系数ϕa燃油完全燃烧所需的空气量，理论上等于计算得出的理论空气量，实际上，燃烧所提供的空气量并不等于理论空气量，发动机工作过程中，燃烧1kg燃料实际提供的空气量L与理论上所需空气量L0之比，称为过量空气系数ϕa，即:ϕa＝L/L0对于进气道喷射的汽油机，由于燃烧时用的是预先混合好的均匀混合气，过量空气系数只在狭小的范围内变化(ϕa＝0.8~1.2)，当负荷变化时，ϕa略有变化，如图3-3所示。对于柴油机，其负荷是靠质调节的(即混合气浓度调节)，ϕa的变化范围很大，由于混合气形成不均匀，所以ϕa总是大于1的，一般车用高速柴油机，ϕa=

1.2~1.6，增压柴油机，ϕa=1.8~2.2。除了用ϕa表示混合气的浓度以外，也可用燃烧时空气量与燃料量的比例，即空燃比α来表示:对于汽油，理论上完全燃烧时(ϕa=1)的空燃比α=14.8，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)。三、ϕa>1时完全燃烧产物的数量考虑的内燃机燃烧过程的复杂性，为保证燃油的充分燃烧，提高燃烧的热效率，一般情况，供给汽缸的空气量总是大于理论空气量，因此，过量空气系数ϕa>1。１.燃烧前混合气的数量对于汽油机，燃烧前新鲜混合气由空气和燃料蒸气组成，若燃料相对分子质量为ＭrT，则1kg燃料形成的混合气量(kmol/kg燃料)是:对于柴油机是在压缩终点向汽缸内喷入液体状态的燃料，体积不及空气体积的1/10000，可忽略不计，认为燃烧前的工质是空气Ｍ(kmol/kg燃料)，即:２.燃烧后燃烧产物的数量在ϕa>1的情况下，完全燃烧的产物是由CO2、H2O、剩余的O2及未参与反应的N2组成，即根据前面的化学反应方程式，很方便地求出M2(kmol/kg燃料)，即:四、燃烧热值与混合气热值１.燃烧热值燃料的热值指1kg燃料完全燃烧所放出的热量，在高温的燃烧产物中，水以蒸汽状态存在，水的汽化潜热不能利用，待温度降低以后，水的汽化潜热才能释放出来。２.混合气热值当汽缸工作容积和进气条件一定时，每循环加给工质的热量取决于单位体积可燃混合气的热值，而不是决定于燃料的热值。可燃混合气的热值以kJ/kmol或kJ/m3(标准)计，1kg燃料形成可燃混合气的数量为M，它所产生的热量是燃料的低热值hμ，因此，单位数量可燃混合气的热值(kJ/kmol)是:M随过量空气系数ϕa而变化，当ϕa=