汽车发动机原理4燃料与燃烧化学

第四章 常用燃料与燃烧化学
二、燃烧化学
1.燃烧的化学反应 • 对于碳氢化合物，当其完全燃烧时，其化
学反应方程式为：
• 不完全燃烧时
二、燃烧化学
2. 空燃比与过量空气系数 （1）空燃比
• 实际上，发动机气缸内的工质，并不是按化学 当量比来混合的。可燃混合气的浓度是按每循 环实际供给的空气量与燃料的比来衡量。
② 50％蒸发温度标志燃油的平均挥发性。50％ 蒸发温度低，可以缩短暖机时间，但过低会 导致化油器结冰。50％蒸发温度高，则汽油 机冷机的过渡特性差。
③ 90％蒸发温度标志燃油中所含重质成分的多 少。90％蒸发温度高，燃油中重质成分多， 在燃烧室内易形成杂质，并稀释润滑油。
（1）汽油的使用性能
2) 抗爆性 • 汽油机爆燃燃烧是一种不正常燃烧现象。
第四章 常用燃料与燃烧化学
一、常用燃料
1.燃料成分——主要是碳氢化合物CmHn
–随着C含量的减少，H含量的增加，燃料 的质量变轻，并呈气态。
–当C含量增加，H含量减少时，则成为重 质燃料，当n近似为零时，便成为煤炭。
1.燃料成分
1.燃料成分
• 燃料中H的质量分数大，燃烧污染低；H的 质量分数小，燃烧污染高。
(2)柴油的使用性能
3. 闪点 表示柴油的蒸发性，同时也能说明柴
油使用的安全性。
– 闪点低，说明柴油中轻质馏分多，蒸发性好。 – 闪点过低则蒸发过快，会造成气缸压力突然
上升，引起柴油机工作粗暴，使用不安全等。
• 柴油闪点的测定采用闭口杯法。
2.燃料的使用性能
3) 燃烧性
燃烧性是指柴油的自燃能力。
量度。其值为相同温度下液体的动力粘度与其密 度之比，以m2／s为单位。 2. 馏程
柴油馏程采用50％蒸发温度、90％蒸发温度 和95％蒸发温度。
• 50％蒸发温度越低，说明柴油轻质馏分多， 蒸发速度越快，柴油机就越易起动。
• 90％蒸发温度和95％蒸发温度越低，说明 柴油中重质馏分少，混合气燃烧完全，不仅 能提高柴油机动力性，减少机械磨损，还能 避免过热，降低油耗。
• 不同的燃料分子组合，确定了燃料的不同 特性。
• 发动机所用的燃料中，主要含有： •烷烃； •烯烃； •炔烃等。
1.燃料成分
① 烷烃烷烃是饱和的链式结构。正烷烃是直链式结构， 异烷烃是分支结构。由于异烷烃分子结构紧凑，其着 火性要比正烷烃差，抗爆性比正烷烃好。异辛烷的抗 爆性最好，定为100％。
• 空燃比是指每循环充入气缸的空气量与燃料量 的质量比值，用a表示，即
二、燃烧化学
(2) 过量空气系数 是指气缸内实际空气量，与喷入缸内
的燃料完全燃烧所需的理论空气量的质量
比，用φat表示，即
第四章 常用燃料与燃烧化学
三、发动机混合气的着火 1．着火现象及着火界限
发动机中HC化合物的着火，均属于 链—热反应。
2.燃料的使用性能
(2)柴ห้องสมุดไป่ตู้的使用性能
1) 低温流动性 柴油的低温流动性，是指柴油在低温条件下
具有一定流动状态的性能。通常在柴油中含有一 部分石蜡，当温度降低时，石蜡结晶析出，使流 体流动阻力增加，甚至失去流动性。
–评定柴油低温流动性的指标是凝点、浊点和冷滤点等。 我国只采用凝点和冷滤点。
–凝点是指油品在规定的试验条件下冷却，将试管倾斜 45°，保持液面不能移动时的最高温度。
② 烯烃是由两个或多个C原子构成，C原子间至少有一个 双键连接，属不饱和结构。烯烃也有异构体，正烯烃 与正烷烃相比，具有更高的抗爆性。常温下稳定性差， 易生成胶质，高温下形成过氧化物的倾向较小。
③ 环烷烃为环形单键相联的碳氢化合物。环烷烃的抗爆 性介于正烷烃和异烷烃之间，形成过氧化物的倾向较 小。
④ 芳香烃以双键相联的环状结构称之为芳香烃。芳香烃 结构紧凑，性能最稳定，不液化气主要由丙烷和丁烷 组成，混合比从50：50～98：2。汽油和柴油由多种成 分构成。
• 我国轻柴油的牌号是按凝点划分的。
(2)柴油的使用性能
2) 雾化和蒸发性 柴油的雾化性和蒸发性，决定了混合气
形成的质量和速度。
• 柴油的雾化性和蒸发性过强，不仅贮存和运 输中蒸发损失大，而且安全性差。
• 评定柴油雾化和蒸发性的主要指标是运动粘 度、馏程、闪点和密度。
(2)柴油的使用性能
1. 运动粘度 表示液体在重力作用下流动时，内摩擦力的
• 评定汽油抗爆性的指标是辛烷值，汽油的 牌号是按辛烷值划分的。
• 汽油的辛烷值，是按不同的体积分数，将 正庚烷(辛烷值为0)和异辛烷(辛烷值为100) 混合，组成标准燃料，其中异辛烷的含量 便是“标准”燃料的辛烷值。
（1）汽油的使用性能
• 测定方法：在专用可变压缩比单缸试验机 上，与待测燃料进行对比试验。当两者具 有相同的抗爆性时，“标准”燃料的辛烷 值就是待测燃料的辛烷值。
– 燃烧性好的柴油，其自燃点低，在滞燃期内， 燃烧室的局部易形成高密度的过氧化物而形 成火焰中心，滞燃期短，气缸压力升高平缓， 工作柔和。
• 评定柴油机燃烧性的指标是十六烷值。 – 十六烷值高的柴油，其自燃性好，柴油机工 作柔和。反之，十六烷值低的柴油，易使柴 油机工作粗暴。
• 十六烷值对柴油机的起动性也有一定影响。
–按发火条件不同，分为： • 高温单级着火 • 低温多级着火
三、发动机混合气的着火
2．发动机燃烧方式
(1)同时爆炸燃烧 均匀混合气在燃烧室内的燃烧前后任一瞬间，燃烧室
内的混合气都是可燃的均匀混合气体，可同时爆炸燃烧。 (2)预混合火焰
• 辛烷值的测定方法分：
–研究法(RON)
–马达法(MON)两种
• 使用不同的测定方法和规范，同一燃料的 辛烷值不同。
（1）汽油的使用性能
• 汽油的抗爆性在很大程度上取决于碳氢燃料 的结构： – 闭链结构比开链结构燃料的抗爆性强； – 不饱和结构比饱和结构燃料的抗爆性强； – 分支结构比直链结构燃料的抗爆性强。
2.燃料的使用性能
（1）汽油的使用性能
1)挥发性
–汽油是由多种碳氢化合物组合而成， 不能象单一化合物那样有一个沸点，
而是一个范围。
–常用馏程来评价汽油的挥发性，即 10％、50％、90％蒸发温度。
（1）汽油的使用性能
① 10％蒸发温度标志燃油的起动性。10％蒸发 温度低，起动性好，但太低了容易引起气阻， 在油箱和化油器中蒸发损失增加。10％蒸发 温度太高，则冷起动困难。