发动机的燃料与燃烧解析(课堂PPT)

1、汽车发动机原理,韩同群 北京大学出版社,1,第3章 发动机的燃料与燃烧,2,3.1 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。,3,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.,4,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3.4,5,碳原子数对燃料性质的影响,6,7,分子结构正庚烷与异辛烷,

2、8,分子结构环己烷,9,分子结构苯,10,分子结构萘,11,不同成分对化学稳定性的影响,12,抗爆性 蒸发性 抗氧化安定性 清净性 GB7930-2000中国车用汽油的技术要求和试验方法 ,13,(二)柴油 自燃性十六烷值 低温流动性 雾化和蒸发性 粘度 闪点 GB252-2000中国轻柴油标准,14,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

3、 ，初期着火燃烧后，进行边喷油、边气化混合的扩散燃烧。,15,图3-1 汽油、柴油机随负荷的变化曲线,16,3.2 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）,17,3.3 燃烧热化学,1kg燃料燃烧所需的理论空气量 （14.9:1),18,过量空气系数,19,过量空气系数随负荷的变化,20, 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,21,燃料热值与混合气热值,燃料的高热值与低热

4、值 混合气热值,22,3.4 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。 O1着火阶段，也称滞燃期,23,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,24,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

5、时，要求过量空气系数 12，并且在总体68(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， 0812，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。,25,4) 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,26,着火理论,热着火理论着火的原因在于热量的积累

6、，当放热速率大于散热速率时才可能着火,27,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,28,过量空气系数的影响,29,链式着火理论,直链反应 支链反应 退化支链反应 断链反应,30,烃燃料的链式反应着火,31,烃燃料的链式反应着火,32,点火,33,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,34,在预混气体中的火焰传播,层流火焰传播,35,紊流火焰传播 紊流运动可以大大加速火焰传播速度,36,油滴的喷雾与燃烧,单个静止油滴模型,37,气流运动对油滴火焰的影响,38,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