内燃机燃烧学

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汽车发动机原理
第三章
燃烧学基础
3.1.3 代用燃料
• 当点燃式内燃机使用纯醇类燃料时，需进行一系 列设计修改： • a)混合气的形成装臵须与醇类燃料热值较低、所 需的空气量较少相适应； • b)醇类燃料的辛烷值高，应采用高压缩比； • c)选择合适的火花塞和火花塞间隙； • d)采取措施解决冷起动不良，如：辅助喷射；电 加热；火焰起动装臵；热分解燃油；催化分解燃 油；增加点火能量；促使燃油雾化；在燃油中添 加低沸点添加剂等。
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3.1.3 代用燃料
• 二甲醚DME (Dimethyl Ether)是重要的化工原料， 化学分子式为CH3-O-CH3。它与甲醇(CH3OH)和 乙醇(C2H5OH)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。 • 二甲醚的十六烷值为55～60，一般柴油的只有 40～55，二甲醚的着火温度为235 ℃ ，低于柴油 的250℃，着火性能优于柴油。
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第三章
燃烧学基础
3.2.1 1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量 几种主要液体燃料的成分、热值及理论空气量
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第3章
3.1 燃烧学基础 3.2 燃烧热化学
燃烧学基础
▼ ▼ ▼ ▼
3.3 化学反应的热效应
3.4 燃料电池
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3.1.1 汽油
• 现在常用的抗爆添加剂有甲基叔丁基醚(methyl-tbutyl ether，MTBE)、乙基叔丁基醚 (ethyl-t-butyl ether，ETBE )、甲醇、乙醇等。 • 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。 • 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。
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3.1.1 汽油
• 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公 （JAMA）共同发起制定一个世界燃料规范。这 个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，参加该标准制订的成员包括 了世界上所有主要的汽车制造商。
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3.1.2 柴油
• 柴油的自燃性常用十六烷值来评定。柴油的自燃 性是与一种标准燃料进行比较来加以评定的。标 准燃料是正十六烷和α-甲基萘的混合物。 • 硫天然地存在于原油中，柴油中的硫明显地增加 排气中的微粒物。 • 我国用于汽车的轻质柴油按凝点分为10、0、-10、 -20、-35、-50号共6个牌号。如10号柴油，其凝点 不高于10℃。
质量成分kg 名 称 密度 gC 汽油 轻柴油 甲醇 (CH3OH) 乙醇 (C2H5OH) gH gO — 0.00 4 分子 量
低热 值
kJ/kg
理论空气量 kg/k kmol/k m3/kg g g 0.515 0.50 0.223 0.310
0.70~0.7 0.855 0.145 5 0.82~0.8 8 0.78 0.80 0.87 0.126
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3.1.3 代用燃料
丰田公司5S—FNE型天然气发动机的燃料供给系统
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3.1.3 代用燃料
• 天然气和液化石油气燃料特点比较： • a) 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。 • b) 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，液化石油气的研究法辛烷值为 100～110。 • c) 混合气发火界限宽。天然气与空气混合气有很宽 的着火界限，其过量空气系数的变化范围为0.6-1.8， • d) 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。
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3.1.3 代用燃料
• 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 。 • 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。 • 天然气可以用压缩天然气CNG (Compressed Natural Gas)、液化天然气LNG (liquefied Natural Gas)和吸 附天然气技术ANG (Adsorbed Natural Gas)或水合物 (Hydrate)的方式在汽车发动机中加以利用，其中 CNG的利用方式采用的最多。
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3.2 燃烧热化学
• 1 kg燃料完全燃烧所需的理论空气量为
1 gc gH g0 L0 kmol / kg燃料 0.21 12 4 32
1 8 L0 g 8 g g c H 0 kg / kg 燃料 0.23 3
114 170 32 46
44000 14.9 11.54 42500 14.5 11.22 20260 6.46 27200 9.0 5 6.95
0.375 0.125 0.50 0.522 0.130 0.34 8
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3.2.2 化学反应速度
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3.1.3 代用燃料
• 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。 • 燃料分子中的碳原子数少，单位发热量的CO2排 出量比较少，这对减少地球温室效应很有帮助。 • 由于排放物中的未燃HC是甲烷，所以产生光化学 烟雾的可能性小。但排放物中的甲醛含量比汽油、 柴油都要高。
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3.1 发动机的燃料
• 汽油主要由5～11个碳原子的烷烃、环烷烃和烯烃组 成，其沸点都在205℃以下。柴油是沸点170～370℃ 的烃类混合物，通常从原油中分馏出来之后，即可 直接使用。 • 汽油的主要性能有抗爆性、蒸发性、氧化安定性、 抗腐蚀性及清净性等。 • 抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的 能力。
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3.1.3 代用燃料
• 醇类燃料主要是指甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)， 它们都是分子量较小的单质，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。 • 甲醇(或乙醇)与汽油的混合燃料称为甲醇(或乙醇) 汽油或称汽醇。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%)、M10(含甲醇10%)、M85(含甲醇 85%)等，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%)、E20(含乙醇20) %等。
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3.1.4 燃料特性引起的发动机 工作模式上的差异
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燃烧学基础
1. 混合气形成方式的差异 2. 着火、燃烧模式的差异 3. 负荷调节方式的差异
汽油机、柴油机工作模式 的差别，既与燃料特性有 关，也取决于当时科技发 展水平，不是绝对不变。
汽油、柴油机φc随 负荷的变化曲线
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3.1.3 代用燃料
•
混合器式LPG发动机燃料系统图
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3.1.1 汽油
• 马达法辛烷值（MON）是以较高的混合气温度 （一般加热至149℃）和较高的发动机转速（一般 达900r/min）的苛刻条件为其特征的实验室标准 发动机测得的辛烷值。它表示汽油在发动机常用 工况下低速运转时的抗爆能力。 • 研究法辛烷值（RON）是以较低的混合气温度 （一般不加热）和较低的发动机转速（一般在 600r/min ）的中等苛刻条件为其特征的实验室标 准发动机测得的辛烷值。它表示汽油在发动机重 负荷条件下高速运转时的抗爆能力。 • 抗爆指数＝（MON+RON）/2。