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发动机原理》第三章燃料与燃烧

第三章燃料与燃烧第一节发动机的燃料燃料是发动机产生动力的来源。

可以说，发动机的生存与发展，汽油机与柴油机在结构与性能上的差异，对环境的污染等等，无不与燃料的种类和品质有着密切的关系。

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C n H m ，通常称为烃。

根据烃分子中碳原子数的不同，可构成不同相对分子质量、不同沸点的物质。

炼制汽油与柴油最简便的方法是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（见表3－1）。

在碳氢化合物分子中，碳、氢原子的数目和排列位置对燃料性能影响很大，表3－2为烃分子按化学结构的分类。

表3-2 烃分子化学结构的分类续图3-1为燃料中的不同成分对化学安定性的影响第二节燃料的使用特性一、柴油柴油主要用于各类柴油机中，其中，轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。

我国生产的轻柴油，其规格由GB252-81规定。

轻柴油的牌号接凝点不同分为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℃。

凝点是指柴油失去流动性开始凝结的温度。

选用柴油时，应按最低环境温度高出凝点5℃以上，即-20号柴油适用于最低环境温度为-15℃的场合。

我国轻柴油规格见表3－3。

表3－3 轻柴油标准（GB252一81）注：1. 由含硫0.3%以上的原油制得的轻柴油，含硫量允许不大于0.5%；由含硫0.5%以上的原油制得的轻柴油，其硫含量允许不大于1%。

由高含蜡原油生产得-35号轻柴油，粘度允许为1.8-3.0×10-6m2/s，闪点允许不低于45℃。

2. 由中间基原油生产或混有催化馏分的各种轻柴油十六烷值，允许不小于40。

3. 军用10、0、-10、-20号柴油，闪点不低于65℃。

汽车发动机原理柴油机混合气形成与燃烧课件

柴油机与汽油机的比较
燃料不同
汽油机使用汽油作为燃料，而柴油机使用柴油作为燃料。
燃烧方式不同
汽油机采用点燃式燃烧方式，而柴油机采用压燃式燃烧方式。
应用范围不同
汽油机主要用于小型车辆和家用轿车等领域，而柴油机则主要用于大型车辆和重型机械等领域。
02
柴油机混合气形成原理
混合气的概念与形成过程
混合气的概念
混合气是指柴油机燃烧室内，空气与燃油进行均匀混合所形成的可燃气体。
混合气的形成过程
在柴油机进气过程中，空气通过进气门进入气缸，同时喷油器在压缩行程中将柴油喷入气缸，燃油在高温高压空气中蒸发扩散，并与空气混合形成混合气。
燃油喷射过程与特点
燃油喷射过程
在柴油机压缩行程后期，喷油器定时定量地将柴油喷入气缸，油雾与空气混合形成可燃混合气。
表面处理优化
对燃烧室表面进行耐磨、耐腐蚀处理，如镀铬、喷涂耐高温材料等，以提高燃烧室的使用寿命和稳定性。
温度控制优化
采用高效燃烧室温度控制技术，如冷却水套、热防护等，防止燃烧室过热或局部高温，提高燃烧室的热效率和使用安全性。
提高燃油喷射与混合气形成效率的方法
多阶段燃油喷射根据发动机的转速和负荷，采用多阶段燃油喷射技术，实现燃油的分层喷射和分段燃烧，提高燃油利用率和动力输出。
汽车发动机原理柴油机混合气形成与燃烧课件
01
汽车发动机概述
汽车发动机的类型与特点
汽油机
以汽油为燃料，通过点燃式方式进行燃烧，具有轻便、低噪音、低油耗等优点，但同时也存在排放污染较高的问题。
柴油机
以柴油为燃料，通过压燃式方式进行燃烧，具有高效率、低油耗、低排放等优点，但同时也存在噪音较大、制造成本较高等问题。

汽车发动机原理第四章燃料与燃烧

密度/ kg·m-3
1.4~7.6 42.5~44.4
250 860
1.0~6.0 43.97 297 679
— 38.41
— 880
5.0～13.9 50 — —
2.4～9.5 46.42 — 506
7.3～36.9 4.3～19
20.26
27.20
1101
862
779
725
3.4～18 27.60 410 660
一、着火方式及着火机理
（一）着火机理
(1)热自燃
在着火的准备阶段，混合气进行着氧化过程，放出热量。放热的同时，由于温差的原因，会对周围介质散热。若化学反应所释放出的热量大于所散失的热量，混合气的温度升高，进而促使混合气的反应速率和放热速率增大。这种相互促进，最终导致极快的反应速率而着火。这就是热自燃，或称热爆。
第三节燃烧的基本理论
一切燃烧过程都由着火和燃烧两个阶段组成。着火阶段是物质燃烧的准备阶段，是着火的物理和化学的准备过程。所谓物理准备过程是燃烧经过雾化、受热蒸发并与空气形成可燃混合气等项准备；所谓化学准备过程则包括可燃混合气形成后，在自燃以前发生的焰前氧化过程，氧化反应的速度很低，压力和温度均无明显升高。在此缓慢氧化的过程中，可燃混合气逐渐积累起热量或活化中心，自身加速了反应进行的速度，最后出现火焰使混合物的燃烧转入第二阶段。
《汽车发动机原理》课件
第四章燃料与燃烧
目录
第一节发动机燃料及使用特性第二节燃烧热化学第三节燃烧的基本理论
第一节发动机燃料及使用特性
作为汽车发动机的燃料，应具备资源丰富，保证供应充足，其理化特性适应发动机燃烧及车辆行驶综合性能的要求，并能满足排放法规要求，续驶里程长、储运安全方便等特点。

汽车发动机原理第3章发动机的燃料与燃烧

对于已知的燃料，各元素的含量易于测得，而空气中氧和氮的比例又是固定的，因此，按照完全燃烧的化学反应式，可以求出燃料燃烧的基本关系。
2020/3/19
发动机原理
23
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），其它元素含量很少，计算时可略去不计。
设1kg燃料中各元素的质量组成为：
率，是量调节
防止自燃，促使其有规律的汽油自燃温度较高，燃烧，混合气均匀，着火后，
适宜外源点火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
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
原油的蒸馏（Distillation）
测定柴油的十六烷值，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。
十六烷值 Cetane C16H34
HH
HH
Cetane number
H C C ....... C C H
CN = 100
HH
HH
H
a－甲基萘 a Methylnaphtalene C11H10

发动机原理与汽车理论汽油机的燃料与燃烧课件

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二、汽油机对混合气的要求
（1）怠速工况（2）小负荷工况（3）中等负荷工况（4）大负荷工况和全负荷工况（5）冷起动工况（6）暖机工况（7）加速工况
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三、汽油机混合气的形成
1．汽油机混合气的形成过程（1）单点喷射汽油机混合气的形成过程。（2）多点喷射汽油机混合气的形成过程（3）缸内喷射汽油机混合气的形成过程
一、汽油机的排气污染物二、汽油机排气污染的控制措施
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一、汽油机的排气污染物
1．一氧化碳（CO） 2．碳氢化合物（HC） 3．氮氧化合物（NOX） 4．二氧化碳（CO2） 5．二氧化硫（SO2）
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二、汽油机排气污染的控制措施
二、汽油机的不正常燃烧
1.爆燃： 2.表面点火：
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爆燃
1.爆燃：在某种条件下（如压缩比过高或点火过早），汽油机的燃烧变得不正常（这时火焰传播速度和火焰前锋形状发生急剧的变化），上止点附近的压力急剧波动。 2.爆燃时外部特征： 1）发出金属振音（敲缸）； 2）冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升），汽缸盖温度上升； 3）在轻微爆震时，功率略有增加；强烈爆震时，功率下降，转速下降，发动机有较大的振动。
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三、汽油机混合气的形成
2．汽油机混合气形成过程的控制（1）顺序喷射方式喷油正时控制（图3-2和图3-3 ）（2）分组喷射方式喷油正时控制（图3-4和图3-5）（3）同时喷射方式喷油正时控制（图3-6和图3-7）（4）异步喷油正时控制

汽油机的燃烧幻灯片

• • • • • • • • •
延长T的措施 1采用导热性能好的材料 2优化气缸盖冷却系统设计 3降低压缩比以降低末端混合气的温度和压力 4提高残余废气系数 5避开过量空气系数0.8-1.0的区域 6推迟点火提前角，以减小燃烧压力 7降低进气温度 8提高燃料抗爆性
表面点火 Surface ignition
燃烧需要的三个条件 Three conditions are necessary for combustion
• 1.The presence of combustible mixture. • 2.Some means to initiate mixture. • 3.Stabilization and propagation of flame in chamber chamber. • 1.一定量的可燃混合气。 • 2.点火。 • 3.燃烧室中稳定火焰的形成和传播。
Several Air-Fuel ratios
• • • • • 1.理论空燃比14.7:1 2.功率空燃比12-13:1 3.经济空燃比16:1 4.排放空燃比18:1 5.稀薄燃烧发动机的空燃比大于18:1
稀薄燃烧所需条件
• 1.提高压缩比 • 采用紧凑型燃烧室，将火花塞置于燃烧室中央，缩短点火距离。提高压缩比至13，促使燃烧速度加快，空燃比可达25:1以上，实现分层燃烧。 • 2.高能点火 • 高能点火和宽间隙火花塞有利于火核形成，燃烧速度加快，稀燃极限大。
爆燃的危害 The damage of detonation
• 1.机械、热负荷及散热损失增加。 • 2.动力性、经济性差。 • 3.磨损加剧，油膜被破坏，活塞、缸套和活塞环之间磨损剧烈。 • 4.排气异常，黑烟，燃烧室积炭。

汽车发动机原理第三章燃烧学基础PPT课件

• 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。
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。
丰田公司5S—FNE型天然气发动机的燃料供给系统
3.1.3 代用燃料
•
混合器式LPG发动机燃料系统图
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。
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。
• 抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。
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。

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四、课程的特点、要求、学时分配、考核
特点:本课程理论性较强，无多少实物供参照，课堂上的讲授以理论分析和推导为主。
要求:要求课上集中精力听讲，做好笔记，课下及时复
习。对重点章节要熟练掌握。
学时分配：总学时96
参考书：1.《汽车发动机原理》（第二版）陈培陵主编人民交通出版社 2003
2.《车辆内燃机第原3页理/共4》5页（第一版）秦有方主编北京理工大学出版社 1997
第一章发动机性能
本章要求：
了解：热力系统、工质、功、热量、内能和熵等概念，理想气体和卡诺循环等。
理解：热力学第一和第二定律，Ｐ－Ｖ图和Ｐ－Ｓ图，理想气体的热力过程和发动机的理想循环。
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第一节发动机理论循环
为便于分析内燃机的实际工作过程，将内燃机的某个循环的各个实际过程全部抽象的概括为若干个可逆过程，这样得到的一个闭合循环，称为理想循环。理想化的原则及方法： 1、工质所经历的状态变化为一闭合循环； 2、假设工质是理想气体； 3、组成各循环的过程都是可逆的； 4、假设外界无数高温热源等容或等压向工质加热； 5、假设工质的压缩及膨胀是绝热等熵过程。
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要求掌握：
1、车用发动机的理想循环各是什么； 2、理想循环各由哪些过程组成； 3、影响理想循环热效率的因素； 4、车用发动机理想循环的比较。
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一、三种基本循环
1、实际循环及理想化
实际工作过程：
进气、压缩、燃烧、膨胀、排气
汽油机的理想循环：等容加热循环
低速柴油机的理想循环：等压加热循环
Pi=Wci/Vh (kpa)
2）单位：Wci（J），Vh（L），Pi （kpa）

发动机原理第七章汽油机燃烧过程ppt课件

喷油嘴选择
根据发动机型号和工况，选择适合的喷油嘴可以提高燃油经济性、动力性和排放性能。
03 汽油机燃烧过程的理论分析
汽油机燃烧化学反应机理
汽油机燃烧化学反应机理是汽油机燃烧过程的核心，包括燃料与空气中的氧气发生氧化还原反应，生成二氧化碳、水蒸气和热量等产物。
汽油机燃烧化学反应机理包括预混合燃烧和扩散燃烧两种方式，其中预混合燃烧具有较低的燃油消耗和较低的污染物排放，是现代汽油机燃烧技术的发展方向。
汽油机燃烧温度与压力的影响
汽油机燃烧温度与压力对发动机性能和排放具有重要影响。
燃烧温度过高会导致爆燃和表面点火等不正常燃烧现象，而燃烧压力过高则会导致发动机机械负荷和热负荷增加，影响发动机可靠性和寿命。
汽油机燃烧过程的环境因素
汽油机燃烧过程的环境因素包括进气温度、进气压力、大气湿度等，这些因素对汽油机燃烧过程和性能具有重要影响。
汽油机爆燃与解决方案
爆燃问题
汽油机在燃烧过程中，由于局部高温或混合气过浓等原因，可能导致火焰传播速度过快，引起发动机爆燃。
解Байду номын сангаас方案
采用高压缩比设计，优化燃油喷射和混合气形成过程，控制点火时间和点火能量，以及使用抗爆燃添加剂等措施，以降低爆燃发生的可能性。
汽油机排放物控制与技术
排放物问题
根据发动机工况和负荷，通过调节喷油嘴的喷油量和喷油时间，以实现最佳的燃油经济性和动力性。
喷油嘴的类型与工作特性
总结词
喷油嘴是燃油系统中的关键部件，其类型和工作特性对汽油机的性能和燃油经济性有着重要影响。
喷油嘴类型
根据喷孔数量和喷孔形状，喷油嘴可分为单孔、多孔和可变孔三种类型。

Chapter4 燃料与燃烧化学PPT演示课件

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汽油机吸入的充量应计入燃料蒸汽的摩尔数，故
M1
L0

1 mT
Kmol / kg F
其中mT为汽油的分子量。
1kg燃料完全燃烧时，将生成 gc Kmol / kg F 的
C0.O221和L0，g2燃H 烧Km后ol剩/ k下g 的F氧和的氮H2为O，12L消o 耗 0的.21氧Lo气，为故
建立保护膜。
7、抑制结冰剂
8、化油器清洁剂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
9、提高过滤性添加剂
9
§4-3 燃烧化学
10
1、完全燃烧
考虑一种通用的碳氢化合物，其平均分子组成为CcHhOo,空气可按氧占20.95%，其余为氮。因此，对应于1mol的氧，有3.773mol的氮，于是根据原子数平衡关系式，可以写出碳氢燃料在空气中完全燃烧时的化学反应式：
0.004
以 gH 0.126 代入上式得： O 1
0.0639

1.2 ~ 2.0 O 1.032 ~ 1.053

1.193
gC 3
gH

gO 8

13
据统计：国产汽油中C、H、O三种元素的分数分别
为：0.855、0.145、0。柴油为0.870、0.126、0.004。
代入公式：
对汽油：
l0 14.796 kg / kg L0 0.513kmol / kg
柴油：
l0
14.177 kg / kg
1、抗爆剂：通过添加铅化物和芳香烃以提高辛烷值。
2、着火加速剂：着火性能提高，着火温度降低，反应速度增加。
3、残渣转换剂：除去汽油机燃烧室内的残渣。
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