發(fā)動機原理第四章燃料與燃燒化學

1、第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機燃料發(fā)動機燃料第二節(jié)第二節(jié) 代用燃料及其應用代用燃料及其應用第三節(jié)第三節(jié) 燃燒化學燃燒化學第四節(jié)第四節(jié) 燃燒的基本理論燃燒的基本理論第四章第四章 燃料與燃燒化學燃料與燃燒化學燃料是內燃機產(chǎn)生動力的來源，直接影響內燃料是內燃機產(chǎn)生動力的來源，直接影響內燃機的發(fā)展、結構特點以及對環(huán)境的污染。燃機的發(fā)展、結構特點以及對環(huán)境的污染。一、石油中烴的分類及性質一、石油中烴的分類及性質傳統(tǒng)燃料：汽油、柴油傳統(tǒng)燃料：汽油、柴油石油中提煉；石油中提煉；石油：碳氫化合物石油：碳氫化合物 主要成分：主要成分：C，H；少量的；少量的S，O2，N2 分子式：分子式：CnHm烴類烴類代用燃料：代用燃料

2、：CNG、LPG、 DME、 H2、 醇類等醇類等vC1C4：氣態(tài)氣態(tài)石油氣，相對分子質量石油氣，相對分子質量1658；vC5C23：液態(tài)液態(tài)，其中：，其中： C5C11：50200，汽油，汽油， 分子質量分子質量95120； C11C19：180300 ，煤油，分子質量，煤油，分子質量100180； C16C23: 250360， 輕重柴油，分子質量輕重柴油，分子質量180200vC23以上：以上：360 以上，渣油，分子質量以上，渣油，分子質量220280表表4-1 烴分子中碳原子數(shù)對烴性質的影響烴分子中碳原子數(shù)對烴性質的影響C 原子數(shù) 沸點 品種 相對分子量 理化性質變化趨勢 C1C4

3、C5C11 C11C19 C16C23 C23以上 常溫 50200 180300 250360 360 以上 石油氣 汽油 煤油 輕柴油 重油 1658 95120 100180 180200 220280 輕質易揮發(fā)粘度增大化學穩(wěn)定性變好易自燃易點燃 碳、氫原子數(shù)和排列位置對燃料性質影很大：碳、氫原子數(shù)和排列位置對燃料性質影很大：1）烷烴：分子式：）烷烴：分子式：CnH2n+2 ； 化學結構：化學結構： 直鏈特點：飽和開鏈式，含直鏈特點：飽和開鏈式，含C越高結構越不緊湊，越高結構越不緊湊， 常溫下化學性質穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性差，常溫下化學性質穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性差， 高溫易分解，自燃性好高溫易分解

4、，自燃性好柴油的好成分；柴油的好成分；-C-C-C-C-；-C-C-C-C-CC支鏈支鏈(熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定)直鏈直鏈2.分子結構對化學性能的影響2）烯烴：）烯烴： 分子式：分子式：CnH2n ； 化學結構：化學結構：-C=C-; -C=C-C-C- 特點：非飽和開鏈式，自發(fā)火性差，汽油的成分；特點：非飽和開鏈式，自發(fā)火性差，汽油的成分； 常溫下化學穩(wěn)定性差，易氧化膠質；不易儲存常溫下化學穩(wěn)定性差，易氧化膠質；不易儲存3）炔烴：分子式：）炔烴：分子式：CnH2n-2 ； 化學結構：乙炔化學結構：乙炔 C C 特點：非飽和開鏈，熱裂化產(chǎn)物，不存在原油中；特點：非飽和開鏈，熱裂化產(chǎn)物，不存在原油中； 很

5、不穩(wěn)定，常溫下易分解；不易作燃料。很不穩(wěn)定，常溫下易分解；不易作燃料。4）環(huán)烷烴：）環(huán)烷烴： 分子式：分子式：CnH2n; 化學結構：化學結構： 特點：飽和環(huán)狀，不易分裂，熱穩(wěn)定性強，特點：飽和環(huán)狀，不易分裂，熱穩(wěn)定性強， 汽油機的燃料，石油的重要組成部分。汽油機的燃料，石油的重要組成部分。-CC-CC-環(huán)丁環(huán)5）芳香烴：）芳香烴：CnH2n-6； 基本化合物是苯：基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子結構堅固；石油中含量少，分子結構堅固； 熱穩(wěn)定性高，熱穩(wěn)定性高， 高溫下不易破裂；高溫下不易破裂； 汽油的良好的抗爆劑；汽油的良好的抗爆劑； 石油煉制中產(chǎn)生。石油煉制中產(chǎn)生。 其中，其中

6、， -甲基萘：甲基萘：C11H10， 其抗爆性認為其抗爆性認為100%原油的蒸餾原油的蒸餾(Distillation)蒸餾塔蒸餾塔瀝瀝青青潤滑潤滑油油柴油柴油煤油煤油汽汽油油石油石油氣氣原油原油第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機燃料發(fā)動機燃料基本燃料（汽油、柴油）基本燃料（汽油、柴油）代用燃料：醇類燃料（甲醇、乙醇）、氣代用燃料：醇類燃料（甲醇、乙醇）、氣體燃料（液化石油氣、天然氣、氫氣）體燃料（液化石油氣、天然氣、氫氣） 汽油的主要性能有：汽油的主要性能有：抗爆性、抗爆性、蒸發(fā)性蒸發(fā)性、氧化安定性、抗腐蝕性及清潔性。氧化安定性、抗腐蝕性及清潔性。一、汽油一、汽油1.抗爆性抗爆性汽油的抗爆性汽油的抗爆性是指

7、汽油在發(fā)動機氣缸內燃燒是指汽油在發(fā)動機氣缸內燃燒時抵抗爆燃的能力。時抵抗爆燃的能力。 汽油的抗爆性用汽油的抗爆性用來表示。辛烷值越高，來表示。辛烷值越高，其抗爆性越好。其抗爆性越好。 測定汽油的辛烷值測定汽油的辛烷值有不同的試驗方法，常用有不同的試驗方法，常用的為馬達法與研究法。的為馬達法與研究法。 馬達法辛烷值（馬達法辛烷值（MON）是以）是以較高的混合氣溫度較高的混合氣溫度 （一（一般加熱至般加熱至149）和）和較高的發(fā)動機轉速較高的發(fā)動機轉速（一般達（一般達900r/min）的苛刻條件為其特征的實驗室標準發(fā)動）的苛刻條件為其特征的實驗室標準發(fā)動機測得的辛烷值。它表示汽油在發(fā)動機常用工況下

8、機測得的辛烷值。它表示汽油在發(fā)動機常用工況下低速運轉時的抗爆能力。低速運轉時的抗爆能力。 研究法辛烷值（研究法辛烷值（RON）是以）是以較低的混合氣溫度較低的混合氣溫度（一（一 般不加熱）和般不加熱）和較低的發(fā)動機轉速較低的發(fā)動機轉速（一般在）的中等（一般在）的中等苛刻條件為其特征的實驗室標準發(fā)動機測得的辛烷苛刻條件為其特征的實驗室標準發(fā)動機測得的辛烷值。它表示汽油在發(fā)動機重負荷條件下高速運轉時值。它表示汽油在發(fā)動機重負荷條件下高速運轉時的抗爆能力。的抗爆能力。 馬達法辛烷值（馬達法辛烷值（MON）低于低于研究法辛烷值（研究法辛烷值（RON）。）。一般采用研究法辛烷值來確定汽油的抗爆性。如要比

9、一般采用研究法辛烷值來確定汽油的抗爆性。如要比較全面表示抗爆性時，同時標出較全面表示抗爆性時，同時標出RON和和MON值。值。2.2.蒸發(fā)性蒸發(fā)性液態(tài)汽油液態(tài)汽油汽化的難易程度汽化的難易程度稱為汽油的蒸發(fā)性。稱為汽油的蒸發(fā)性。 汽油的蒸發(fā)性越強，越容易汽化，要求汽油必須具汽油的蒸發(fā)性越強，越容易汽化，要求汽油必須具有良好的蒸發(fā)性。但蒸發(fā)性也不能太強，否則易形有良好的蒸發(fā)性。但蒸發(fā)性也不能太強，否則易形成供油系成供油系“氣阻氣阻”，甚至發(fā)生供油中斷現(xiàn)象。，甚至發(fā)生供油中斷現(xiàn)象。 蒸發(fā)性很弱的汽油，難以形成良好的混合氣，這樣蒸發(fā)性很弱的汽油，難以形成良好的混合氣，這樣不僅會造成發(fā)動機起動困難、加速

10、緩慢，而且未氣不僅會造成發(fā)動機起動困難、加速緩慢，而且未氣化的懸浮油粒還會使發(fā)動機工作不穩(wěn)定，油耗上升?；膽腋∮土＿€會使發(fā)動機工作不穩(wěn)定，油耗上升。如果未燃盡的油粒附著在氣缸壁上，還會破壞潤滑如果未燃盡的油粒附著在氣缸壁上，還會破壞潤滑油膜，甚至竄入曲軸箱稀釋潤滑油，從而使發(fā)動機油膜，甚至竄入曲軸箱稀釋潤滑油，從而使發(fā)動機潤滑遭破壞，造成機件磨損增大。潤滑遭破壞，造成機件磨損增大。汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量為汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量為10、50、90和和100時所對應的溫度來評定。時所對應的溫度來評定。 50餾出溫度低，說明汽油的中間餾分容易蒸發(fā)，餾出溫度低，說明汽油的中間餾分容易蒸發(fā)，有利于

11、汽油機的有利于汽油機的加速和由冷的狀態(tài)很快轉入工作狀加速和由冷的狀態(tài)很快轉入工作狀態(tài)態(tài)。 90餾出溫度高，表明汽油中不易蒸發(fā)的餾出溫度高，表明汽油中不易蒸發(fā)的重質含量重質含量多多。汽油中這些重質成分在混合氣形成的過程中很。汽油中這些重質成分在混合氣形成的過程中很難蒸發(fā)，它們附著在進氣管和氣缸壁上，將增加燃難蒸發(fā)，它們附著在進氣管和氣缸壁上，將增加燃油消耗、稀釋氣缸壁上的潤滑油和加大氣缸磨損。油消耗、稀釋氣缸壁上的潤滑油和加大氣缸磨損。 用用10餾出溫度低，汽油的餾出溫度低，汽油的起動品質起動品質越好。越好。3.3.氧化安定性氧化安定性 汽油抵抗大氣或氧氣的作用而保持其性質汽油抵抗大氣或氧氣的作

12、用而保持其性質不發(fā)生長久性變化的能力稱為不發(fā)生長久性變化的能力稱為氧化安定性氧化安定性。 汽油氧化安定性直接影響汽油的儲存、運汽油氧化安定性直接影響汽油的儲存、運輸和在發(fā)動機上的應用。安定性不好的汽輸和在發(fā)動機上的應用。安定性不好的汽油，易發(fā)生氧化、縮合和聚合反應，生成油，易發(fā)生氧化、縮合和聚合反應，生成酸性物質和膠狀物質，將導致燃料供應系酸性物質和膠狀物質，將導致燃料供應系統(tǒng)堵塞，氣門關閉不嚴，氣缸散熱不良，統(tǒng)堵塞，氣門關閉不嚴，氣缸散熱不良，增大爆燃傾向。增大爆燃傾向。4.4.清凈性清凈性 采用噴射式汽油發(fā)動機的汽車最常發(fā)生的采用噴射式汽油發(fā)動機的汽車最常發(fā)生的問題是在進氣系統(tǒng)和噴油器上產(chǎn)

13、生問題是在進氣系統(tǒng)和噴油器上產(chǎn)生沉淀沉淀，其主要原因是汽油中不穩(wěn)定的化合物。為其主要原因是汽油中不穩(wěn)定的化合物。為了經(jīng)常保持進氣系統(tǒng)的清潔，充分發(fā)揮汽了經(jīng)常保持進氣系統(tǒng)的清潔，充分發(fā)揮汽油噴射的優(yōu)點，可向汽油中加入油噴射的優(yōu)點，可向汽油中加入汽油清凈汽油清凈劑劑。一般是聚烯胺和聚醚胺化合物。一般是聚烯胺和聚醚胺化合物。 汽油清凈劑作為機內凈化的手段，在發(fā)達汽油清凈劑作為機內凈化的手段，在發(fā)達國家早已普遍采用。國家早已普遍采用。5.5.汽油規(guī)格汽油規(guī)格 我國目前有兩種規(guī)格，一種是車用汽油的我國目前有兩種規(guī)格，一種是車用汽油的國家標準（國家標準（GB 1793-1999），一種是無鉛），一種是無鉛

14、汽油的行業(yè)標準。汽油的行業(yè)標準。 我國的無鉛車用汽油國家標準見表我國的無鉛車用汽油國家標準見表4-1。二、柴油二、柴油1.自燃性自燃性柴油的自燃性柴油的自燃性: 柴油在沒有外界火源的情況柴油在沒有外界火源的情況下能自行著火的能力。下能自行著火的能力。 柴油的自燃性好，柴油機工作較柔和，在低柴油的自燃性好，柴油機工作較柔和，在低溫時易于起動。溫時易于起動。 十六烷值十六烷值是評定柴油自燃性好壞的指標。是評定柴油自燃性好壞的指標。柴油的十六烷值：柴油的十六烷值：標準燃料是正十六烷和一標準燃料是正十六烷和一甲基萘的混合物。甲基萘的混合物。正十六烷自燃性最好，作為自燃性好的標準，正十六烷自燃性最好，作

15、為自燃性好的標準，其十六烷值定為其十六烷值定為100。一甲基萘最不易自燃，。一甲基萘最不易自燃，作為自燃性差的標準，定其十六烷值為作為自燃性差的標準，定其十六烷值為0。柴油的自燃性通常介于正十六烷與一甲基萘柴油的自燃性通常介于正十六烷與一甲基萘之間。之間。十六烷值過高或過低的柴油，都對柴油機的十六烷值過高或過低的柴油，都對柴油機的性能或工作不利。性能或工作不利。十六烷值越高，著火性越十六烷值越高，著火性越好。十六烷值過高，燃燒不完全。好。十六烷值過高，燃燒不完全。國產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定為國產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定為4065之間，不之間，不必要過分增大。必要過分增大。2.霧化和蒸發(fā)性霧化和蒸發(fā)性餾程

16、、運動黏度、密度、閃點都是與霧化和蒸發(fā)餾程、運動黏度、密度、閃點都是與霧化和蒸發(fā)性有關的油品指標。性有關的油品指標。柴油的蒸發(fā)性影響滯燃期內柴油的蒸發(fā)量及燃燒柴油的蒸發(fā)性影響滯燃期內柴油的蒸發(fā)量及燃燒的完全程度，用的完全程度，用餾程餾程表示。表示。通常以餾出通常以餾出50的溫度來評定。餾程低，說明這的溫度來評定。餾程低，說明這種燃輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣形成，種燃輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣形成，改善了燃燒過程。但是，餾程過低，燃料蒸發(fā)過改善了燃燒過程。但是，餾程過低，燃料蒸發(fā)過快，則在著火延遲期內形成的混合氣量過多，柴快，則在著火延遲期內形成的混合氣量過多，柴油 機 工 作 粗

17、暴 。 車 用 柴 油 機 的 柴 油 餾 程 為油 機 工 作 粗 暴 。 車 用 柴 油 機 的 柴 油 餾 程 為200300。 柴油的粘度決定柴油的流動性。柴油的粘度決定柴油的流動性。粘度粘度流動性流動性物化性好，過低，潤滑性降低；物化性好，過低，潤滑性降低；粘度過濾清困難，噴霧不良，流動阻力增大。粘度過濾清困難，噴霧不良，流動阻力增大。3.硫含量硫含量1）對于裝有催化轉化器的汽車，硫使轉化器的壽）對于裝有催化轉化器的汽車，硫使轉化器的壽命降低；命降低；2）腐蝕零件，危害環(huán)境；）腐蝕零件，危害環(huán)境；3）硫還會增加柴油機的磨損。）硫還會增加柴油機的磨損。4.安定性安定性安定性是指柴油在運

18、輸、儲存和使用過程中應安定性是指柴油在運輸、儲存和使用過程中應保持其外觀顏色、組成和使用性能不變的能力。保持其外觀顏色、組成和使用性能不變的能力。影響安定性的因素有：影響安定性的因素有：柴油中所含的不安定組分（二烯烴、烯烴和環(huán)柴油中所含的不安定組分（二烯烴、烯烴和環(huán)烷芳香烴）烷芳香烴）標準要求，選用輕柴油牌號應遵循以下原則：標準要求，選用輕柴油牌號應遵循以下原則：1）10號輕柴油適用于有預熱設備的柴油機；號輕柴油適用于有預熱設備的柴油機；2）5號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在的最低氣溫在8以以上的地區(qū)；上的地區(qū)；3）0號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為1

19、0%的最低氣溫在的最低氣溫在4以以上的地區(qū)；上的地區(qū)；4）10號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在的最低氣溫在5以上的地區(qū)；以上的地區(qū)；5）20號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在的最低氣溫在14以上的地區(qū)；以上的地區(qū)；6）35號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在的最低氣溫在29以上的地區(qū)；以上的地區(qū)；7） 50號輕柴油適用于風險率為號輕柴油適用于風險率為10%的最低氣溫在的最低氣溫在44以上的地區(qū)；以上的地區(qū)；5.低溫流動性低溫流動性石油會枯竭嗎？石油會枯竭嗎？2015沒有石油內燃機還能轉嗎？沒有石油內燃機還能轉嗎

20、？一次能源一次能源Crude oil 石油石油Natural gas 天然氣天然氣Coal 煤炭煤炭Biomass 生物能源生物能源Nuclear energy 核能核能Solar energy 太陽能太陽能二次能源二次能源(能源載體能源載體)Diesel 柴油柴油Gasoline 汽油汽油LPG 液化石油氣液化石油氣CNG 壓縮天然氣壓縮天然氣Methanol 甲醇甲醇Ethanol 乙醇乙醇RME 菜籽油甲脂（生物柴油）菜籽油甲脂（生物柴油）Hydrogen 氫氣氫氣FossilEnergy化石化石能源能源Alternative Fuels替代燃料替代燃料內燃機將高效、清潔地轉下去！內燃機

21、將高效、清潔地轉下去！CTL/GTL/BTL 合成柴油合成柴油第二節(jié)第二節(jié) 代用燃料及其應用代用燃料及其應用代用燃料代用燃料按按物物態(tài)態(tài)氣體代用燃料：氣體代用燃料：天然氣、液化石油氣、天然氣、液化石油氣、 氫氣、煤氣、沼氣等氫氣、煤氣、沼氣等液體代用燃料：液體代用燃料：甲醇、乙醇、植物油甲醇、乙醇、植物油 燃料等燃料等按化按化學成學成分分烴燃料烴燃料含氧燃料含氧燃料一、代用燃料分類一、代用燃料分類二、天然氣二、天然氣 天然氣主要成分為天然氣主要成分為甲烷甲烷 (容積比可達容積比可達838399以以上上)，另外還包括，另外還包括乙烷乙烷以及以及丙烷丙烷等。等。 ，在用作，在用作點燃式發(fā)點燃式發(fā)動

22、機動機的燃料時，通過適當?shù)募夹g措施，如提高發(fā)動的燃料時，通過適當?shù)募夹g措施，如提高發(fā)動機的壓縮比等，可以接近原發(fā)動機的動力性能。同機的壓縮比等，可以接近原發(fā)動機的動力性能。同時，天然氣又是一種比較潔凈的能源，時，天然氣又是一種比較潔凈的能源，排污低排污低，使，使用比較方便，特別是用比較方便，特別是壓縮壓縮(CNGCompressed Natural Gas)，便于儲存，配合相應的基礎設施，便于儲存，配合相應的基礎設施如加氣站如加氣站的建設，在城市車輛如公共汽車、出的建設，在城市車輛如公共汽車、出租車中具有廣闊的應用前景。租車中具有廣闊的應用前景。n世界世界CNG埋蔵量（埋蔵量（2002年年1月

23、月 単位：兆単位：兆m3) u來源來源: 油田氣體油田氣體 氣田氣體氣田氣體 海底氣體海底氣體海底儲海底儲存狀態(tài)存狀態(tài)油田氣體油田氣體氣田氣體氣田氣體三、液化石油氣三、液化石油氣 液化石油氣液化石油氣(LPG-Liquefied Petroleum Gas）主要成分是主要成分是、，在常溫下加，在常溫下加壓，可以變成液體燃料，其單位容積熱值高壓，可以變成液體燃料，其單位容積熱值高于天然氣，可以作為汽油機的燃料，還可以于天然氣，可以作為汽油機的燃料，還可以獲得較好的排放性能。獲得較好的排放性能。 三、液化石油氣三、液化石油氣天然氣和液化石油燃料相比具有以下特點：天然氣和液化石油燃料相比具有以下特點

24、：1 1）天然氣的體積低熱值和質量低熱值略高于汽油，）天然氣的體積低熱值和質量低熱值略高于汽油，液化石油則介于汽油和天然氣之間；液化石油則介于汽油和天然氣之間；2 2）抗爆性能高；）抗爆性能高；3 3）混合氣著火界限寬；）混合氣著火界限寬；4 4）天然氣和液化石油氣比汽油的著火溫度高，傳）天然氣和液化石油氣比汽油的著火溫度高，傳播速度慢，因此需要較高的點火能量。播速度慢，因此需要較高的點火能量。5 5）天然氣和液化石油氣比汽油和柴油燃燒更）天然氣和液化石油氣比汽油和柴油燃燒更“清清潔潔”。四、醇類燃料四、醇類燃料醇類燃料主要是醇類燃料主要是CH3OH和和C2H5OH。可以從可以從天然氣、煤、生

25、物質天然氣、煤、生物質等原料中提等原料中提??；??；主要是將主要是將含有糖和淀粉的農作物經(jīng)含有糖和淀粉的農作物經(jīng)過發(fā)酵后制得過發(fā)酵后制得。醇類燃料是液體燃料，可以沿用傳統(tǒng)的石油醇類燃料是液體燃料，可以沿用傳統(tǒng)的石油燃料的運輸、貯存系統(tǒng)，相關的基礎設施建燃料的運輸、貯存系統(tǒng)，相關的基礎設施建設投入少，而發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性可以設投入少，而發(fā)動機的動力性與經(jīng)濟性可以接近或超過原有汽油機或柴油機，排氣有害接近或超過原有汽油機或柴油機，排氣有害成分少，是一種很有發(fā)展前景的代用燃料。成分少，是一種很有發(fā)展前景的代用燃料。四、醇類燃料四、醇類燃料1.1.甲醇（或乙醇）作為發(fā)動機燃料須考慮的因素甲醇（或乙醇

26、）作為發(fā)動機燃料須考慮的因素（1 1）化學成分及燃燒產(chǎn)物）化學成分及燃燒產(chǎn)物（2 2）沸點及凝點）沸點及凝點（3 3）熱值）熱值（4 4）汽化潛熱）汽化潛熱（5 5）辛烷值）辛烷值（6 6）十六烷值）十六烷值（7 7）著火極限）著火極限（8 8）著火延遲期）著火延遲期（9 9）火焰?zhèn)鞑ニ俣龋┗鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣?.2.醇類燃料在汽車發(fā)動機上的應用醇類燃料在汽車發(fā)動機上的應用河南，使用車用乙醇汽油河南，使用車用乙醇汽油甲醇（或乙醇）與汽油的混合燃料稱為甲醇（或甲醇（或乙醇）與汽油的混合燃料稱為甲醇（或乙醇）汽油或稱汽醇。乙醇）汽油或稱汽醇。點燃式內燃機摻燒醇類燃料，與燃燒純汽油相比點燃式內燃機摻燒醇類燃

27、料，與燃燒純汽油相比: :1 1）提高辛烷值，在無鉛汽油中加入醇類燃料，可）提高辛烷值，在無鉛汽油中加入醇類燃料，可達到含鉛汽油所具備的抗爆能力；達到含鉛汽油所具備的抗爆能力；2 2）可擴大混合氣著火界限，燃用稀混合氣，提高）可擴大混合氣著火界限，燃用稀混合氣，提高燃油經(jīng)濟性；燃油經(jīng)濟性；3 3）可提高壓縮比，提高動力性和經(jīng)濟性；）可提高壓縮比，提高動力性和經(jīng)濟性；4 4）減少燃燒室表面的燃燒沉積物；）減少燃燒室表面的燃燒沉積物；5 5）改善排放性能。）改善排放性能。3.3.醇類燃料在應用中的主要問題醇類燃料在應用中的主要問題（1 1）對金屬腐蝕性）對金屬腐蝕性防止醇類燃料腐蝕的基本途徑：防止

28、醇類燃料腐蝕的基本途徑：1 1）改變發(fā)動機金屬材料）改變發(fā)動機金屬材料2 2）在燃料中加防腐蝕添加劑（）在燃料中加防腐蝕添加劑（有效的有效的）（2 2）對其他材料的影響（）對其他材料的影響（對橡膠、塑料的腐蝕對橡膠、塑料的腐蝕）（3 3）發(fā)動機磨損）發(fā)動機磨損五、二甲醚五、二甲醚1 1）二甲醚是最簡單的醚類化合物）二甲醚是最簡單的醚類化合物2 2）二甲醚著火性能優(yōu)于柴油）二甲醚著火性能優(yōu)于柴油3 3）無毒）無毒4 4）可再生燃料）可再生燃料5 5）二甲醚的低熱值只有柴油的）二甲醚的低熱值只有柴油的64.7%64.7%6 6）二甲醚在常溫、常壓下的飽和蒸氣壓為）二甲醚在常溫、常壓下的飽和蒸氣壓為

29、0.5MPa0.5MPa1.1.二甲醚的性質二甲醚的性質五、二甲醚五、二甲醚2.2.二甲醚在柴油機上的應用二甲醚在柴油機上的應用 DME DME在柴油機上的應用主要有以在柴油機上的應用主要有以DMEDME和柴油機摻和柴油機摻燒與直接燃用純液態(tài)燒與直接燃用純液態(tài)DMEDME兩種方式。兩種方式。 利用燃油噴射裝置直接向氣缸內噴射液態(tài)利用燃油噴射裝置直接向氣缸內噴射液態(tài)DMEDME，靠發(fā)動機的活塞壓燃著的方式是最常見的靠發(fā)動機的活塞壓燃著的方式是最常見的DMEDME在發(fā)動在發(fā)動機上的應用方法。機上的應用方法。五、二甲醚五、二甲醚3.3.二甲醚實用化應解決的問題二甲醚實用化應解決的問題1 1）供油系統(tǒng)

30、成本高，且需專門的加油站）供油系統(tǒng)成本高，且需專門的加油站2 2）二甲醚的黏度低，潤滑性差，容易造成油泵柱塞）二甲醚的黏度低，潤滑性差，容易造成油泵柱塞和噴油器針閥等精密偶件磨損、卡死和泄露和噴油器針閥等精密偶件磨損、卡死和泄露3 3）噴油量難以保證）噴油量難以保證4 4）長時間接觸會使橡膠制品老化）長時間接觸會使橡膠制品老化5 5）用共軌（蓄壓式）燃油系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱塞泵供）用共軌（蓄壓式）燃油系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱塞泵供油系統(tǒng)油系統(tǒng)六、燃料開發(fā)六、燃料開發(fā)燃料開發(fā)包含兩方面：燃料開發(fā)包含兩方面：1.1.獲得廉價的、有穩(wěn)定來源的代用燃料獲得廉價的、有穩(wěn)定來源的代用燃料2.2.“設計設計”新型燃料新

31、型燃料1 1為什么對壓燃式柴油機是優(yōu)良的燃料，對點燃式汽為什么對壓燃式柴油機是優(yōu)良的燃料，對點燃式汽油機則一般是差劣的燃料？綜合考慮發(fā)動機的動力、油機則一般是差劣的燃料？綜合考慮發(fā)動機的動力、經(jīng)濟性和排放要求，理想的汽油和柴油應由何種結構經(jīng)濟性和排放要求，理想的汽油和柴油應由何種結構和成分的烴燃料組成？和成分的烴燃料組成？ 2 2甲醇的熱值比汽油低得多，為什么混合氣的熱值卻甲醇的熱值比汽油低得多，為什么混合氣的熱值卻與汽油混合氣熱值相差不多？用甲醇替代汽油經(jīng)過合與汽油混合氣熱值相差不多？用甲醇替代汽油經(jīng)過合理匹配后，其輸出功率加大還是減??？為什么？理匹配后，其輸出功率加大還是減?。繛槭裁?？ 作

32、業(yè)第三節(jié)第三節(jié) 燃燒化學燃燒化學一、燃料燃燒的熱值一、燃料燃燒的熱值 單位量的燃料完全燃燒時所發(fā)出的熱量。單位量的燃料完全燃燒時所發(fā)出的熱量。 完全燃燒完全燃燒是指某化合物被所在氧氣全部是指某化合物被所在氧氣全部氧化，其中氧化，其中C生成生成CO2、H生成生成H2O，其它元素，其它元素生成高級氧化物。生成高級氧化物。wrHHou汽油汽油: 44100 kJ/kg : 44100 kJ/kg ；柴油柴油: 42500 kJ/kg : 42500 kJ/kg uHuH 完全燃燒時，生成的水為氣態(tài)時的熱完全燃燒時，生成的水為氣態(tài)時的熱值為值為低位發(fā)熱值低位發(fā)熱值 。 完全燃燒時，生成的水為液態(tài)時的熱

33、完全燃燒時，生成的水為液態(tài)時的熱值為值為高位發(fā)熱值高位發(fā)熱值。 高位熱值比低位熱值高位熱值比低位熱值大大，其差值為水，其差值為水蒸氣的汽化潛熱。蒸氣的汽化潛熱。 uHoH二、燃料完全燃燒的化學反應二、燃料完全燃燒的化學反應1.碳燃燒：碳燃燒：2.氫燃燒：氫燃燒：3.硫燃燒：硫燃燒：4.一氧化碳燃燒：一氧化碳燃燒：5. 碳氫化合物：碳氫化合物：三、燃料燃燒所需的空三、燃料燃燒所需的空 氣量氣量1 kg燃料完全燃燒所需要的空氣量稱燃料完全燃燒所需要的空氣量稱理論空理論空氣量氣量。1 kg燃料中所含燃料中所含 kg 碳，碳， kg 氫氣，氫氣， kg氧氣氧氣汽油汽油: kg/kg ， kg/kg ，

34、 kg/kg 柴油柴油: kg/kg ， kgkg ， kg/kg gCgHgOgC 0855.gH 0145.gO 0gC 087.gH 0126.gO 0004. 汽油的理論空氣量為汽油的理論空氣量為14.9（kg/kg），柴），柴油的理論空氣量為油的理論空氣量為14.5（kg/kg）。）。 四、過量空氣系數(shù)和空燃比四、過量空氣系數(shù)和空燃比1 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) 表示混合氣的濃稀程度。表示混合氣的濃稀程度。 1 1 混合氣稀混合氣稀, ,稀混合氣稀混合氣; ; 1 1 混合氣濃混合氣濃, ,濃混合氣濃混合氣; ; =1 =1 標準標準混合氣混合氣 一般，柴油機一般，柴油機: 1: 1

35、；汽油機；汽油機: 1 : 1 1 1。a0LL燃燒燃料實際供給的空氣量完全燃燒燃料理論上所需要的空氣量11kgkg過量空氣系數(shù)是反映混合氣形成和完善程度及整機性能的一個重過量空氣系數(shù)是反映混合氣形成和完善程度及整機性能的一個重要標志，在保證完全燃燒的前提下，應力求使過量空氣系數(shù)小。要標志，在保證完全燃燒的前提下，應力求使過量空氣系數(shù)小。2 2 空燃比、燃空比空燃比、燃空比 汽油理論上完全燃燒時的空汽油理論上完全燃燒時的空燃燃比約為比約為14.914.9。 應用空燃比直觀方便，其數(shù)值即為每千克燃應用空燃比直觀方便，其數(shù)值即為每千克燃料燃燒時實際供給空氣量的千克數(shù)。料燃燒時實際供給空氣量的千克數(shù)

36、。 14.914.9為濃混合氣，為濃混合氣， 14.914.9的為稀混合氣。的為稀混合氣。1 1一種燃料由下列組分組成：一種燃料由下列組分組成：Hexane(CHexane(C6 6H H1414) ) 40 wt 40 wtOctane(COctane(C8 8H H1818) ) 30 wt 30 wtCyclohexane(CCyclohexane(C6 6H H1212) ) 25 wt 25 wtBenzene(CBenzene(C6 6H H6 6) ) 5 wt 5 wt 如果燃料的空燃比是如果燃料的空燃比是1717，計算燃料的過量空氣系數(shù)。，計算燃料的過量空氣系數(shù)。作業(yè)第四節(jié)第

37、四節(jié) 燃燒的基本理論燃燒的基本理論一切燃燒過程都由一切燃燒過程都由著火著火和和燃燒燃燒兩個階段組成。兩個階段組成。著火階段是物質燃燒的準備階段，是著火前著火階段是物質燃燒的準備階段，是著火前的物理和化學的準備過程。的物理和化學的準備過程。使可燃混合所進入燃燒的第二階段，有兩種使可燃混合所進入燃燒的第二階段，有兩種方法。一是強迫著火或點燃。另一種是自然方法。一是強迫著火或點燃。另一種是自然著火。著火。第四節(jié)第四節(jié) 燃燒的基本理論燃燒的基本理論人類文明的起源、熱能機械的基礎人類文明的起源、熱能機械的基礎 燃燒過程包括：著火、燃燒燃燒過程包括：著火、燃燒著火著火, ,是指可燃混合氣在一定壓力、溫度和

38、是指可燃混合氣在一定壓力、溫度和濃度條件下，其氧化反應突然加速，以至出濃度條件下，其氧化反應突然加速，以至出現(xiàn)火焰的現(xiàn)象?，F(xiàn)火焰的現(xiàn)象。燃燒燃燒, ,是指燃料與氧化劑進行劇烈放熱的氧是指燃料與氧化劑進行劇烈放熱的氧化反應過程?；磻^程。著火階段也稱著火階段也稱滯燃期滯燃期燃燒持續(xù)期燃燒持續(xù)期10-2ms10-2ms、著火過程僅、著火過程僅:0.3-0.03ms:0.3-0.03ms，著火至關重要著火至關重要發(fā)動機內的燃燒過程一般說來，要經(jīng)歷三個發(fā)動機內的燃燒過程一般說來，要經(jīng)歷三個基本步驟：基本步驟：(1)形成燃油與空氣的可燃混合氣；形成燃油與空氣的可燃混合氣；(2)點燃可燃混合氣，或可燃混

39、合氣在混度和點燃可燃混合氣，或可燃混合氣在混度和濃度適當?shù)牡貐^(qū)發(fā)生自燃，在一處或同時在濃度適當?shù)牡貐^(qū)發(fā)生自燃，在一處或同時在數(shù)處著火數(shù)處著火 著火過程著火過程 ； (3)火源擴大到整個可燃混合氣，形成全面燃火源擴大到整個可燃混合氣，形成全面燃燒。燒。一、著火機理：一、著火機理：按化學動力學的觀點，著火機理可分為按化學動力學的觀點，著火機理可分為熱自熱自燃燃機理和機理和鏈鎖自燃鏈鎖自燃機理兩類。機理兩類。(一一)熱自燃熱自燃在著火的準備階段，混合氣進行著氧化過程，放出在著火的準備階段，混合氣進行著氧化過程，放出熱量。放熱的同時，由于溫差的原因，會對周圍介質熱量。放熱的同時，由于溫差的原因，會對周

40、圍介質散熱。若化學反應所釋放出的熱量大于所散失的熱量，散熱。若化學反應所釋放出的熱量大于所散失的熱量，混合氣的溫度升高，進而促使混合氣的反應速率和混合氣的溫度升高，進而促使混合氣的反應速率和放熱速率增大。這種相互促進，最終導致極快的反放熱速率增大。這種相互促進，最終導致極快的反應速率而著火。這就是應速率而著火。這就是熱自燃熱自燃，或稱，或稱熱爆熱爆。燃燒反應時：燃燒反應時：放熱速率放熱速率 dq1/dt = C1 exp（-E/RT） 即即 dq1/dt 與與T成成指數(shù)指數(shù)關系關系散熱速率散熱速率 dq2/dt = AF（T-T0） 即即 dq2/dt 與與T成成線性線性關系關系熱著火理論熱著

41、火理論著火的原因在于熱著火的原因在于熱量的積累，當量的積累，當放熱率放熱率散熱率散熱率時，時，著火可能。著火可能。 不能著火臨界條件切于肯定著火212121321qqTqqqqC影響著火的因素臨界著火溫度臨界著火溫度Tc受下列因素影響：受下列因素影響：（1）壓力壓力 Pc， Tc （碰撞概率）（碰撞概率）（2）燃料理化特性燃料理化特性自燃溫度自燃溫度影響著火的因素（續(xù)）（3）a a a a = 1 = 1 時，時， T Tc c最低；最低； 對于某一對于某一T Tcici，存在，存在濃限濃限和和稀限稀限； 對于所有對于所有T Tc c，存在，存在貧油極限貧油極限和和富油極限富油極限；熱著火理論

42、并不能解釋所熱著火理論并不能解釋所有著火現(xiàn)象，如低溫時的有著火現(xiàn)象，如低溫時的著火現(xiàn)象、熱以外的其他著火現(xiàn)象、熱以外的其他能量也能激發(fā)著火、多分能量也能激發(fā)著火、多分子同時碰撞的概率（庚烷子同時碰撞的概率（庚烷例）等。例）等。 C7H16 + 11O2 7CO2 + 8H2O(二二)鏈鎖反應鏈鎖反應 所謂鏈鎖反應是這樣的化學反應，其中一所謂鏈鎖反應是這樣的化學反應，其中一個活化作用能引起很多基本反應，即反應鏈。個活化作用能引起很多基本反應，即反應鏈。整個反應過程分為：整個反應過程分為： 引導反應引導反應(鎖的引發(fā)鎖的引發(fā))一反應鏈一反應鏈(鏈的繼續(xù)反鏈的繼續(xù)反應或鏈的傳遞應或鏈的傳遞)一斷鏈反

43、應一斷鏈反應(鏈的中斷即活化中鏈的中斷即活化中心的死亡心的死亡)。二、發(fā)動機混合氣的著火二、發(fā)動機混合氣的著火有有高溫單階段著火高溫單階段著火和和低溫多階段著火低溫多階段著火。汽油機汽油機柴油機柴油機（一）（一） 汽油機高溫單級著火汽油機高溫單級著火1 1 壓縮的是燃料與空氣的混合氣體壓縮的是燃料與空氣的混合氣體, , 在此過程在此過程中中, , 已經(jīng)進行了一些化學反應。已經(jīng)進行了一些化學反應。2 2 火花點火火花點火, , 局部溫度高達局部溫度高達2000020000以上以上, , 該該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基由基, , 迅速反應出現(xiàn)熱

44、火焰迅速反應出現(xiàn)熱火焰, , 瞬間擴大到整瞬間擴大到整個燃燒室內。所以個燃燒室內。所以, , 汽油機著火過程：汽油機著火過程： 壓縮混合氣壓縮混合氣 點火（經(jīng)短暫著火延遲期）點火（經(jīng)短暫著火延遲期） 熱火焰熱火焰 高溫單級點燃高溫單級點燃（二）柴油機低溫多級著火（二）柴油機低溫多級著火1 1、 階段混合階段階段混合階段 在壓縮過程終了時，在壓縮過程終了時，燃料噴入汽缸內形成可燃燃料噴入汽缸內形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始氧化，但高的空氣，開始氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明顯的變化。混縮線沒有明顯的變化?；旌想A段，為著火做準備。

45、合階段，為著火做準備。 t12 階段一階段一階段階段反應反應 燃燒的實質是燃燒的實質是燃料的氧化燃料的氧化反應反應，當反應速度很快時，當反應速度很快時，火焰就會出現(xiàn)。經(jīng)過時間火焰就會出現(xiàn)。經(jīng)過時間后，反應加劇，出現(xiàn)后，反應加劇，出現(xiàn)淡青淡青色火焰色火焰，缸內壓力超過壓，缸內壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反縮壓力。在這一階段，反應生成應生成醛類、過氧化物和醛類、過氧化物和一氧化碳一氧化碳等中間產(chǎn)物。要等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃，求混合氣較濃， = 0.4= 0.40.50.5。釋放化學總能量的。釋放化學總能量的5%10%5%10%。t23 階段二階段二階段階段反應反應 溫度、壓力升高較大，產(chǎn)溫度

46、、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學反應的活性中生許多化學反應的活性中心心CO,O,H,OHCO,O,H,OH，出現(xiàn)，出現(xiàn) 藍火焰藍火焰。時間較短，產(chǎn)生。時間較短，產(chǎn)生高溫，燃燒開始。混合氣高溫，燃燒開始?；旌蠚庀〉枚啵〉枚?， 略小于略小于1 1。t34 時間后時間后三三階段階段反應反應 活性中心劇增，化學反應活性中心劇增，化學反應加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)炸，出現(xiàn)橘黃色熱火焰橘黃色熱火焰?；?。混合氣更稀，合氣更稀， 1 1。 著火著火延遲期延遲期ttt123ttt123三、發(fā)動機的燃燒方式三、發(fā)動機的燃燒方式（一）（一） 同時爆炸燃燒同時爆炸燃燒 取某一部分為系統(tǒng)取某一部分為系統(tǒng), , 著火前后整個系統(tǒng)各個部分的相完全著火前后整個系統(tǒng)各個部分的相完全均勻一致。為均勻一致。為單相系單相系, , 均勻系。均勻系。 柴油機上柴油機上, , 由于混合氣分配不是十分均勻由于混合氣分配不是十分均勻, , 總有某一部分總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近）混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近）, , 取這一部分為系統(tǒng)取這一部分為系統(tǒng), , 則系統(tǒng)內實現(xiàn)的就是同時爆炸燃燒。則系統(tǒng)內實現(xiàn)的就是同時爆炸燃燒。 汽油機上汽油機上, , 由于火焰有傳播速度（雖然很快由于火焰有傳播速度（雖然很快, , 但相對同時但相對同時爆炸燃燒卻很