内燃机学论文

针对不同燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响摘要：能源危机引起了对车用燃料的燃烧过程的研究，不同燃料的滞燃期对燃烧过程的影响是不同的，针对不同燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响是非常重要的。

文章通过介绍燃料的燃烧过程，滞燃期的划分，滞燃期对燃烧的影响因素以及滞燃期长短的影响因素。

分别阐述汽油，柴油，醇类等燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响。

主要通过不同燃料的燃料分子结构和物化性能的不同，在燃烧滞燃期的时间内，燃料经历了一系列不同的物理-化学变化过程，这些过程的不同导致不同燃料的滞燃期的长短不同。

滞燃期过长，滞燃期内喷入的燃料很多，着火前形成的可燃混合气就多。

这些燃料在急燃期几乎一起燃烧，压力升高比和最高燃烧压力较高，发动机运转粗暴。

滞燃期过短，对混合气形成不利，使内燃机性能恶化。

关键词： 滞燃期 燃烧过程 汽油 柴油 正丁醇 物化特性近年来，能源危机引起了对车用燃料的燃烧过程的研究，内燃机燃烧划分为：滞燃期、急燃期、缓燃期、和后燃期。

不同燃料有不同的点燃方式。

一般分为点燃式和压燃式。

点燃式内燃机的燃烧过程分为：滞燃期（着火阶段）、急燃期和后燃期。

压燃式内燃机的燃烧过程分为：滞燃期、急燃期、缓燃期、和后燃期。

根据不同的燃料物化特性结合不同的内燃机研究滞燃期对燃烧过程的影响。

分析汽油、柴油以及醇类等不同燃料的滞燃期长短对燃烧过程的影响。

1、 燃烧过程1、1点燃式发动机的燃烧过程人为地把点燃式发动机燃烧过程分为三个阶段：1、第Ⅰ阶段：着火阶段2、第Ⅱ阶段：急燃期3、第Ⅲ阶段：后燃期1）第Ⅰ阶段：着火阶段（滞燃期）电火花跳火到形成火焰中心的阶段。

该阶段也称为滞燃期。

这段时间约占整个燃烧时间的15%左右。

一般是按气缸压力开始与压缩压力线相分离的2点作为着火阶段终点。

滞燃期长短的影响因素：1）燃料分子结构和物化性能2）点火时的缸内温度及压力3）过量空气系数（汽油混合气φa=0.8~0.9时最短。

）4）残余废气量增加，滞燃期增加。

ⅠⅡ Ⅲ 压缩线燃烧压力线5）气缸内混合气运动强，滞燃期稍有增加。

6）火花能量大，滞燃期缩短。

2）第Ⅱ阶段：急燃期火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段也称为火焰传播阶段。

压力升高很快，压力升高率dp/dφ=0.2—0.4MPa/℃A。

一般用压力升高率代表发动机工作粗暴的程度、振动和噪声水平。

火焰传播速率高的可燃混合气能促使dp/dφ增加。

火花塞位置、燃烧室型式对压力升高率也有影响。

急燃期终点一般为最高压力点3或最高温度点3’（有时3和3’点重合）3、第Ⅲ阶段：后燃期急燃期终点3至燃料基本上完全燃烧点4为止。

在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。

此外，汽油机燃烧产物中CO2和H2O的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程中温度下降后又部分复合而放出热量，一般也作后燃看待。

着火界限燃烧着火（火焰传播）的条件：点火初期燃烧放出的热量大于向四周混合气的散热量。

着火界限：当可燃混合气过浓或过稀时，均不能点火。

这两个界限的混合气浓度称着火界限。

要使混合气正常燃烧，必须保证混合气浓度在可燃范围内。

各种燃料着火界限的数值不同。

所有影响混合气初期放热速率和散热速率的因素，都会影响着火界限。

1、2压燃式发动机的燃烧过程1）第Ⅰ阶段－滞燃期在压缩过程末期，喷油器阀开启向缸内喷入燃料，到压力急剧升高的时间段。

此段时间内，燃料经历了一系列物理-化学变化过程。

τi=0.7~3ms2123431234123）过多的后燃，使冷却系散热量增大、排气温度增加。

应尽量减少后燃。

滞燃期的影响及被影响因素滞燃期过长，滞燃期内喷入的燃料很多，着火前形成的可燃混合气就多。

这些燃料在急燃期几乎一起燃烧，压力升高比和最高燃烧压力较高，发动机运转粗暴。

滞燃期过短，对混合气形成不利，使柴油机性能恶化。

影响滞燃期的因素：压缩温度和压力：提高，可导致滞燃期减小喷油提前角：存在一滞燃期最短的喷油提前角（5~15℃A）转速：通过压缩温度、压力、空气运动等因素间接作用，转速增加——滞燃期缩短。

燃料性质等。

2、各种燃料的物化特性汽油外观为透明液体，主要成分为C4～C12脂肪烃和环烃类，并含少量芳香烃和硫化物。

按研究法辛烷值分为90号、93号、97号三个牌号。

具有较高的辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发动机的功率，减少燃料消耗量；具有良好的蒸发性和燃烧性，能保证发动机运转平稳、燃烧完全、积炭少；具有较好的安定性，在贮运和使用过程中不易出现早期氧化变质，对发动机部件及储油容器无腐蚀性。

目前市场上所见到的97号、98号汽油产品执行的产品标准均为企业标准。

与GB 17930-1999标准所属产品相比，具有更高的辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发动机的功率，汽油作为有机溶液，还可以作为为萃取剂使用，目前作为萃取剂最广泛的应用为国内大豆油主流生产技术：浸出油技术。

浸出油技术操作方法为将大豆在6号轻汽油中浸泡后再榨取油脂，然后经过一系列加工过后形成大豆食用油。

物化性质：汽油为油品的一大类，是四碳至十二碳复杂烃类的混合物，虽然为无色至淡黄色的易流动液体，但很难溶解于水，易燃，馏程为30℃至205℃，空气中含量为74～123克/立方米时遇火爆炸。

汽油的热值约为44000kJ/kg。

燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。

汽油的密度因季节气候不同会有略微变化，平均如下：90#汽油的平均密度为0.72g/ml；93#汽油的密度为0.725g/ml；97#汽油的密度为0.737g/ml。

重要性能最重要的性能为蒸发性、抗爆性、安定性和腐蚀性。

蒸发性值高的柴油容易起动，燃烧均匀，输出功率大；十六烷值低，则着火慢，工作不稳定，容易发生爆震。

一般用于高速柴油机的轻柴油，其十六烷值以40-55为宜；中、低速柴油机用的重柴油的十六烷值可低到35以下。

柴油十六烷值的高低与其化学组成有关，正构烷烃的十六烷值最高，芳烃的十六烷值最低，异构烷烃和环烷烃居中。

当十六烷值高于50后，再继续提高对缩短柴油的滞燃期作用已不大；相反，当十六烷值高于65时，会由于滞燃期太短，燃料未及与空气均匀混合即着火自燃，以致燃烧不完全，部分烃类热分解而产生游离碳粒，随废气排出，造成发动机冒黑烟及油耗增大，功率下降。

加添加剂可提高柴油的十六烷值，常用的添加剂有硝酸戊酯或已酯。

流动性凝点是评定柴油流动性的重要指标，它表示燃料不经加热而能输送的最低温度。

柴油的凝点是指油品在规定条件下冷却至丧失流动性时的最高温度。

柴油中正构烷烃含量多且沸点高时，凝点也高。

一般选用柴油的凝点低于环境温度3℃～5℃，因此，随季节和地区的变化，需使用不同牌号，即不同凝点的商品柴油。

在实际使用中，柴油在低温下会析出结晶体，晶体长大到一定程度就会堵塞滤网，这时的温度称作冷滤点。

与凝点相比，它更能反映实际使用性能。

对同一油品，一般冷滤点比凝点高1℃ ～3℃。

采用脱蜡的方法，可降低凝点，得到低凝柴油。

CN:33648 UN:1202GB 252-2000 轻柴油质量指标项目 10 号、 5 号、 0 号、-10号、-20号、 -35号、-50号色度，号≤ 3.5 （全部，以下也一样）氧化安定性，总不溶物mg/100mL ≤ 2.5硫含量， % （ m/m ）≤ 0.2酸度， mgKO H/100mL ≤ 71 10% 蒸余物残炭 ,% （ m/m ）≤ 0.3灰分， % （ m/m ）≤ 0.01铜片腐蚀(50 ℃ ,3h) ，级≤ 1水分， % （ v/v ）≤ 痕迹机械杂质无运动粘度（20℃），mm 2 /s 3.0 ～ 8.0 （10、5、0、-10） 2.5 ～ 8.0（-20）1.8 ～ 7.0 （-35、-50）凝点，℃ ≤ 10 5 0 - 10 -20 -35 -50GB 252-2000 轻柴油质量指标项目：10 号、5 号、0 号、 -10号、 -20号、-35号、-50号冷滤点：℃ ≤ 12、 8、 4 、- 5、 -14、 -29、 -44闪点（闭口）：℃ ≥ 55 55 55 55 55 45 45十六烷值≥ 45 45 45 45 45 45 45馏程：50% 回收温度，℃ ≤ 300(全部牌号)90% 回收温度，℃ ≤ 365（全部牌号）95% 回收温度，℃ ≤ 365（全部牌号）密度（20℃ ）, kg/m3 实测（全部牌号）Q/SHR 006-2000 城市车用柴油质量指标10 号、5号、0号、-5号、-10号、-20号色度，号≤ 3.5 （全部牌号，下同）氧化安定性，mg/100mL ≤ 2.5硫含量，%（m/m）≤ 0.05酸度，mgKOH/100mL ≤ 710%蒸余物残炭，%（m/m）≤ 0.3灰分，%（m/m）≤ 0.01铜片腐蚀（50℃，3h），级≤ 1水分，%（v/v）≤ 痕迹机械杂质，无运动粘度（20℃），mm 2 /s 3.0 ～ 8.0 | 2.5 ～ 8.0凝点，℃ ≤ ; 10 5 0 -5 -10 -20冷滤点，℃ ≤ 12 、8 、4、 -1 、-5 、-14闪点（闭口），℃ ≥ 55 （全部牌号）十六烷值≥ 48 （全部牌号）馏程：50%回收温度，℃ ≤ 300（全部牌号）90%回收温度，℃ ≤ 355（全部牌号）95%回收温度，℃ ≤ 365（全部牌号）密度（20 ℃）， kg/m 3 实测LD50 、LC50无资料。

柴油的毒性类似于煤油，但由于添加剂（如硫化酯类）的影响，毒性可能比煤油略大。

主要有麻醉和刺激作用。

未见职业中毒的报道。

毒性健康影响：柴油为高沸点成份，故使用时由于蒸汽所致的毒性机会较小。

柴油的雾滴吸入后可致吸入性肺炎。

皮肤接触柴油可致接触性皮炎。

多见于两手、腕部与前臂。

柴油废气，内燃机燃烧柴油所产生的废气常能严重污染环境。

废气中含有氮分子中含有跟链烃基或苯环侧链上的碳结合的烃基的化合物叫做醇。

其官能团为-OH。

烃分子中一个或几个氢被羟基取代而生成的一类有机化合物。

芳香烃的环上的氢被羟基取代而生成的化合物不属醇类而属酚类。

性质一般醇为无色液体或固体，含碳原子数低于12的一元正碳醇是液体，12或更多的是固体，多元醇（如甘油）是糖浆状物质。

一元醇溶于有机溶剂，三个碳以下的醇溶于水。

低级醇的熔点和沸点比同碳原子数的烃高得多，这是由于醇分子中有氢键存在，发生缔合作用。

饱和醇不能使溴水褪色。

醇化学性质活泼，分子中的碳-氧键和氢-氧皆为极性键。

以羟基为中心可进行氢-氧键断裂和碳-氧键断裂两大类反应。

另外，与羟基相连的碳原子容易被氧化，生成醛、酮或酸。

正丁醇正丁醇除了具有甲醇、乙醇等一般醇类替代燃料的易于汽化、燃烧空燃比范围大、辛烷值高、燃烧温度低等优点，还有其他醇类不可替代的优越性能，表1-1所示正丁醇与其他常见燃料的物理性能比较。