3发动机原理_颜伏伍_燃料与燃烧

绪论第一章发动机的性能第二章发动机的换气过程第三章燃料与燃烧第四章汽油机混合气的形成和燃烧第五章柴油机混合气的形成和燃烧第六章发动机的特性第八章排气污染与控制第三章燃料与燃烧第一节发动机的燃料发动机传统的燃料是汽油与柴油，它们是石油的炼制品。石油的主要成分是碳、氢两种元素，含量约占97%-98%，其它还有少量的硫、氧、氮等等。石油产品是以多种碳氢化合物的混合物的形式出现的，分子式为CnHm，通常称为烃。利用沸点不同直接进行分馏，依次得到石油气-汽油-煤油-轻、重柴油-渣油C原子数沸点品种相对分子质量理化性质的变化趋势质量挥发性粘度化学安定性自燃性点燃性C1-C4常温石油气16-58轻易小好难易C5-C1150-200℃汽油95-120C11-C19180-300℃煤油100-180C16-C23250-360℃轻、重柴油180-200C23以上360℃以上渣油220-280重难大差易难一、汽油汽油是多种烃类的混合物，没有一定的沸点，它随着温度的上升，按照馏分由轻到重逐次沸腾。汽油馏出温度的范围称为馏程1、蒸发性：馏程曲线（1）10%馏出温度：标志起动性；注意气阻（2）50%馏出温度：标志平均蒸发性，它影响着发动机的暖车时间、加速性以及工作稳定性（3）90%馏出温度：标志着燃料中含有难于挥发的重质成分的数量（3）98%馏出温度：干点，2、辛烷值辛烷值表示汽油抗爆性。汽油的辛烷值高，则抗爆震的能力强。国产汽油是以辛烷值（研究法）来标号的为了提高汽油的辛烷值，常使用抗爆添加剂，它是由四乙铅[Pb(C2H5)4]和溴化乙烷（C2H4Br2）组成的混合物。在汽油中加入少量的乙基液可明显地提高汽油的辛烷值。四乙铅有毒，常限制使用。含有四乙铅的汽油都用加色标明，以引起使用者的注意测定燃料的辛烷值是在专门的试验发动机上进行的。测定时，用容易爆震的正庚烷（辛烷值定为0和抗爆性好的异辛烷（2、2、4三甲基戊烷）（其辛烷值定为100）的混合液与被测定的汽油作比较。当混合液与被测汽油在专用的发动机上的抗爆程度相同时，则混合液中异辛烷含量的体积百分数就是被测定汽油的辛烷值。评定车用汽油的抗爆性，可采用两种试验工况，分别称为马达法与研究法。马达法规定的试验转速及进气温度比研究法高，所以用马达法测定的辛烷值（MON）比研究法辛烷值（ROM）低。美国认为用辛烷值指数[ONI，即（RON＋MON）／2]来表征在各种道路行驶（工作情况）时的抗爆性能更合理，并将汽油按ONI分为85、87、89、91、93、95、97共七个等级。二、柴油按凝点不同分为10号、0号、-10号、-20号、－35号五级，其凝点分别不高于10℃、0℃、－10℃、-20℃和-35℃1.十六烷值十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。十六烷值大，自燃性好，着火延迟时期短，在着火落后时期内，气缸中形成的混合气少，着火后压力升高速度低，工作柔和，冷起动性能亦随之改善测定柴油的十六烷值，是在特殊的单缸试验机上按规定的条件进行。试验时采用由十六烷和α甲基萘混合制成的混合液，十六烷容易自燃，规定它的十六烷值为100，a甲基萘最不容易自燃，其十六烷值定为0。当被测定柴油的自燃性与所配制的混合液的自燃性相同时，则混合液中十六烷的体积百分数就定为该种柴油的十六烷值。国产柴油的十六烷值规定在40-50之间2.馏程:表示柴油的蒸发性，与燃烧完善程度及起动性能有密切关系燃料馏出50%的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸发快，有利于混合气形成。90%和95%溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏分的数量。如果重馏分过多，在高速柴油机中来不及蒸发和形成均匀混合气，燃烧不容易及时和完全。车用高速柴油机使用轻馏分柴油，但馏分太轻也不好，因为轻质燃料容易蒸发，在着火前形成大量油气混合气，一旦着火压力猛增，将使柴油机工作粗暴。3.凝点：指柴油失去流动性而开始凝结的温度，与柴油储存、运送、使用有关4.粘度：是燃料流动性的尺度，是表示燃料内部摩擦力的物理特性。与燃料喷射有密切关系当其它条件相同时，粘度越大，雾化后油滴的平均直径也越大．使燃油和空气混合不均匀，燃烧不及时或不完全，燃油消耗率增加，排气带烟三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响混合气形成上的差异着火上的差异燃烧上的差异汽油机汽油挥发性强，可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，控制混合气的数量便能调节汽油机的功率，是量调节汽油自燃温度较高，适宜外源点火防止自燃，促使其有规律的燃烧，混合气均匀，着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合气展开柴油机柴油蒸发性差，但粘性好，适宜用油泵油嘴向气缸内部喷油，靠调节供油量来调节负荷，吸入的空气量基本不变，是质调节柴油化学安定性差，易自燃，采用压燃的方式柴油喷射及与空气的混合，既短暂又不均匀，常有随喷随烧的现象，燃烧时间延长归纳（汽油、柴油性能差异对发动机的影响）混合气形成上的差异着火上的差异燃烧上的差异汽油机1、外部形成2、均匀混合气3、α较小4、量调节（负荷）1、外源点火2、单火源发火1、以火焰传播方式为主2、接近等容燃烧柴油机1、内部形成2、非均匀混合气3、α较大4、质调节（负荷）1、自行着火2、多火源着火1、以扩散燃烧方式为主2、接近先等容后等压燃烧四、醇类燃料1）醇类燃料的热值低，但醇中含氧量大，所需的理论空气量不到汽油的一半，所以两者的混合气热值都差不多，从而保证发动机动力性能不致降低。由于热值低，酒精汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不过热效率并不比普通汽油低，而且其混合气比汽油混合气还稀。2）醇的汽化潜热是汽油的三倍左右，混合燃料蒸发汽化，可以促使进气温度进一步降低，增加了充气量，提高了功率。但困难的是，在使用中需予以强预热。3）醇具有高的抗爆性能，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，这对提高汽油机的压缩比极为有利。4）醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大，要采取相应的措施。5）在常温下醇难溶于汽油，混合不匀的燃料使发动机运转不稳定。为此，需要加入适量的助溶剂，以利于醇与汽油相互溶解。6）甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的毒性，在储运及使用中要注意安全。五、气体燃料气体燃料可分为天然气（NG）、液化石油气（LPG）及工业生产中的气体燃料。天然气是以自由状态或与石油共生于自然界中的可燃气体，它的主要成分是甲烷。液化石油气是在石油炼制过程中产生的石油气，主要成分是丙烷、丙烯等。天然气用于汽车一般有两种形式：一种是压缩天然气（CNG）。通常以20MPa压缩储存于高压气瓶中；一种是液化天然气（LNG），将天然气以-162℃低温液化储存于隔热的液化气罐中。天然气燃料的优点：l）天然气的主要成分是甲烷，CO排放量少，未燃HC成分引起的光化学反应低，燃料中几乎不含硫的成分，从全球环保的角度看，比电动汽车的SO2排放量要低。2）辛烷值高达130，可采用高压缩比，获得高的热效率。3）燃烧下限宽，稀燃特性忧越，在广泛的运转范围内，可降低NOx生成，进而也可提高热效率。4）由于是气体燃料，低温起动性及低温运转性能良好，进而在暖机过程中，不需要在使用液体燃料时所必要的额外供油，不完全燃烧成分少。5）天然气燃料运用性好，可采用油气双燃料供应方式，也可采用电控混合气或电控天然气喷射方式工作。它适用于轻型车，也适用于柴油车。6）将天然气应用于柴油车，固体微粒的排放率几乎为0，（微粒排放是当今柴油车排放治理中突出的困难），从而达到低公害车的标准。天然气燃料的缺点：1）因为在常温、常压下是气体，储运性能比液体燃料差。一次充气行驶距离短，长途汽车应用有一定困难，但用于城市内车辆是可行的，其实它比一次充电的电动机车的行驶距离要长得多。2）由于储气压一般达20MPa高压，使燃料容器加重。3）由于呈气体状态吸入，使发动机体积效率降低，与液体燃料相比（如汽油），单位体积的混合气热值小，功率下降近10%。第二节燃烧热化学不管燃烧过程多么复杂，在燃烧分析中总需要提供有关燃料、空气及其产物的一些基本数量关系对于已知的燃料，各元素的含量是可以测得的，而空气中氧化氮的比例又是一定的，按照完全燃烧的化学当量关系，很容易求出一些基本量，为发动机经验设计及调试提供依据一、空燃比（美、日、欧）（柴油机：燃空比）理论空燃比：1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量汽油：14.9（14.7）轻柴油：14.5NG：17.4LPG：15.8甲醇：6.52乙醇：9.05二、过量空气系数α（中、苏）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α常用α=0.8-1.2，功率混合气α=0.85-0.95，经济混合气α=1.05-1.15α=0.4，火焰传播上限（排气管放炮）α=1.4，火焰传播下限（进气管回火）三、燃料热值与混合气热值1.燃料热值1kg燃料完全燃烧所放出的热量，称为燃料的热值。在高温的燃烧产物中，水以蒸气状态存在，水的汽化潜热不能利用。在高温下的，则为低热值。待温度降低以后，水的汽化潜热才能释放出来。因此，水凝结以后计入水的汽化潜热的热值，称为高热值；内燃机排气温度较高，水的汽化潜热不能利用，因此应用低热值。2.混合气热值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M1，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M1随过量空气系数α而变，当α=1时，燃料与空气所形成的可燃混合气热值称为理论混合气热值。前三章复习题1、三种理论循环（图形、对应近似机种）；2、循环热效率（定义、影响因素）；3、四行程发动机的实际循环（示功图、循环过程、ε和PZ的范围）；4、指示指标与有效（两类指标的运算、联系）；5、机械效率的定义；6、机械损失的影响因素和测定方法；7、热平衡中热量分配情况；8、四行程换气过程（过程、气门叠开、配气相位图）；9、充气效率（定义、公式、影响因素、配气相位的影响）；10、进气管动态效应；11、二行程发动机工作原理与扫气形式；12、二行程和四行程发动机性能比较；13、十六烷值、凝点、辛烷值；14、汽油、柴油性能差异对发动机的影响；15、常用代用燃料名称；16、空燃比与过量空气系数；