發(fā)動(dòng)機(jī)原理第三章

1、發(fā)動(dòng)機(jī)原理第三章第1頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-1 燃料組成及特征燃料的主要分類石油類（烴類）：液態(tài)，汽油、（煤油：用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)）、輕柴油、重柴油氣態(tài)，CNG、LNG、LPG含氧燃料：甲醇、乙醇、醚類（二甲基乙醚DME）生物油類：大豆油、菜籽油等，可再生資源，太稠、混合氣形成困難、結(jié)焦。去除甘油后就可以變稀。氫：好處多多，但主要問(wèn)題集中在能量密度（貯存：壓縮法、液化法、吸附法）、零部件的脆化和來(lái)源。第2頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-1 燃料組成及特征石油類燃料特征組成：主要成分：碳、氫，占979

2、8%；少量元素：硫、氧、氮，其中O元素可以降低燃燒過(guò)程微粒物，煙度下降；S可以使N多催化劑中毒，盡量減少。微量元素：K，As，Na，Ca通式：多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，通式可表達(dá)為CnHm，通常稱為烴。碳原子數(shù)對(duì)燃料性能的影響隨C原子數(shù)的增加燃料：依次分為天然氣、液化石油氣、汽油、煤油（航空用）、輕重柴油、渣油（鍋爐用）、瀝青（馬路用）。C 相對(duì)分子量 密度沸點(diǎn)揮發(fā)性 粘度高溫穩(wěn)定性 點(diǎn)燃性 自燃性用于壓燃式燃燒（柴油機(jī)） 第3頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-1 燃料組成及特征 碳原子數(shù)對(duì)燃料性能的影響C原子數(shù)沸點(diǎn)品種分子量理論物質(zhì)的變化趨勢(shì)C1常溫

3、天然氣16 C 分子量 粘度，自燃性 C 分子量 點(diǎn)燃性C2C4常溫液化石油氣1658C5C1150200汽油95120C11C19180300煤油100180C16C23250360輕重柴油180200C23360以上渣油220以上第4頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-1 燃料組成及特征分子結(jié)構(gòu)對(duì)燃料性能影響A烷屬烴CnH2n+2直鏈 （正己烷） 呈飽和的開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，常溫下化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定，在高溫下易氧化，C結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，滯燃期較短，是柴油燃料的良好成分。支鏈（異辛烷） 支鏈?zhǔn)?，結(jié)構(gòu)緊湊，在高溫下不易自燃，適合汽油燃料。B、烯烴CnH2n 非飽和開(kāi)

4、鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，有一個(gè)二價(jià)鍵，它比烷烴難于自行發(fā)火，抗爆性好，但常溫下化學(xué)安定性差，在長(zhǎng)期儲(chǔ)存中易于氧化生成膠質(zhì)（裂解法煉油中存在）。第5頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-1 燃料組成及特征分子結(jié)構(gòu)對(duì)燃料性能影響C、炔烴CnH2n-2 非飽和開(kāi)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，有一個(gè)三價(jià)鏈。炔烴不存在于原油中，系熱裂化生產(chǎn)的中間產(chǎn)物。由于氫不飽和，所以很不穩(wěn)定。在常溫下易分解，儲(chǔ)存中因氧化而結(jié)膠。含炔烴多的產(chǎn)品不宜作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料D、環(huán)烷烴CnH2n 飽和的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，不易分裂，熱穩(wěn)定性和自發(fā)火的溫度均比直鏈烷烴為高。環(huán)烷烴多的燃油適宜作為汽油機(jī)燃料，不適宜作柴油機(jī)燃料，環(huán)烷烴與

5、烷烴都是石油的重要組成部分。E、芳香烴CnH2n-6 基本化合物是苯，所有芳香烴都含有苯基的成分。在石油中含量較少，分子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，熱穩(wěn)定性比環(huán)烷烴高，在高溫下分子不易破裂，化學(xué)安定性較前者為高，是良好的防爆劑。石油煉制中常使產(chǎn)品的芳香烴增多。 -甲基萘是十六烷值為0的標(biāo)準(zhǔn)燃料。第6頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒 3-2 燃料的使用特性 一、汽油的使用性能影響汽油機(jī)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)主要是（蒸發(fā)性（餾程）和抗爆性（辛烷值）等。1、餾程：蒸發(fā)性餾程：用餾出某一百分比燃油質(zhì)量的溫度范圍來(lái)表示。為了評(píng)價(jià)燃料的揮發(fā)性（形成混合氣的難易程度），以10、50和90的

6、餾出溫度作為幾個(gè)有代表意義的點(diǎn)。（1）10餾出溫度(75)標(biāo)志著它的起動(dòng)性。T10 燃料容易冷車起動(dòng)。但T10過(guò)低，在管路中輸送時(shí)受發(fā)動(dòng)機(jī)溫度較高部位的加熱而變成蒸氣，在管路中形成“氣阻”，使發(fā)動(dòng)機(jī)斷火，影響它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。第7頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒 3-2 燃料的使用特性（2）餾出50的溫度 (145) 標(biāo)志著汽油的平均蒸發(fā)性。T50 （從較低負(fù)荷向較高負(fù)荷過(guò)渡時(shí)，能夠及時(shí)供應(yīng)所需的混合氣） 暖車時(shí)間 +加速性改善+工作穩(wěn)定性提高。（3）餾出90的溫度(195)T90標(biāo)志著燃料中難揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量。當(dāng)T90 重質(zhì)成分易揮發(fā)，利于燃燒。當(dāng)T

7、90過(guò)高重質(zhì)成分不易揮發(fā)燃燒而附著在氣缸壁上 形成積碳或流入油底殼稀釋機(jī)油破壞潤(rùn)滑。第8頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒 3-2 燃料的使用特性2辛烷值：辛烷值是表示汽油抗爆性的指標(biāo)。爆震：在汽油機(jī)燃燒中，在火焰前鋒面未傳播到的情況下由于缸內(nèi)溫度（或局部溫度）過(guò)高而引起的末端混合氣自燃（瞬間同時(shí)燃燒），從而引起缸內(nèi)溫度、壓力急劇上升并伴隨特定敲缸聲（壓力波在缸內(nèi)的不斷反射）的不正常燃燒狀態(tài)。 輕微爆震時(shí)由于燃燒迅速定容性提高，熱效率提高、動(dòng)力性提高。爆震過(guò)強(qiáng)時(shí)缸內(nèi)溫度、壓力急劇上升發(fā)動(dòng)機(jī)的熱負(fù)荷、機(jī)械負(fù)荷增加，潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)破壞從而引起可預(yù)見(jiàn)的重大

8、破壞?，F(xiàn)代汽油機(jī)中增設(shè)爆震傳感器，使發(fā)動(dòng)機(jī)在臨界爆震狀態(tài)燃燒。第9頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒辛烷值測(cè)定方法：在特殊的單缸試驗(yàn)機(jī)（CFR）上按規(guī)定的條件進(jìn)行。利用兩種標(biāo)準(zhǔn)燃料：異辛烷(2,2,4三甲基戊烷，C8H18)，辛烷值為100；正庚烷 (C7H16)，辛烷值為0。按不同比例（體積）混合可得不同辛烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料，（其辛烷值即為異辛烷的體積百分?jǐn)?shù)）。在特定工況下調(diào)整壓縮比使被測(cè)燃料發(fā)生臨界爆震。找出與被測(cè)燃油相同具有抗爆性的標(biāo)準(zhǔn)燃料，則標(biāo)準(zhǔn)燃料的辛烷值即為被測(cè)定汽油的辛烷值。實(shí)驗(yàn)方法不同：馬達(dá)法試驗(yàn)值（MON）n=900r/min、進(jìn)氣加熱（條

9、件苛刻），研究法試驗(yàn)值（RON）n=600r/min、進(jìn)氣不加熱。MON1時(shí)完全燃燒產(chǎn)物的數(shù)量1、1kg燃料燃燒前混合氣的數(shù)量M1汽油機(jī)： （kmol/kg燃料）式中：Mrt為燃料的分子質(zhì)量柴油機(jī)：液態(tài)燃料的體積不及空氣的1/10000，即為純空氣 （kmol/kg燃料）燃燒后產(chǎn)物的質(zhì)量M2：（由O2、N2、CO2、H2O構(gòu)成，分別求出各自的mol量）并將 L0代入即可得到則理論分子變更系數(shù) （表征做工能力的強(qiáng)弱，相當(dāng)于增加工質(zhì)的量，在不完全燃燒時(shí)理論分子變更系數(shù)更大，pme更大）汽油機(jī)： 柴油機(jī)：第16頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒3-3 燃燒熱化

10、學(xué)四、燃料熱值與混合氣熱值1、燃料熱值：1kg燃料完全燃燒所放出的熱量，稱為燃料的熱值。高熱值：包括水蒸汽凝結(jié)后放出的汽化潛熱；低熱值：不包括水蒸汽凝結(jié)后放出的汽化潛熱。2、混合氣熱值：?jiǎn)挝粩?shù)量的可燃混合氣燃燒所產(chǎn)生的熱量。 kJ/kmol； kJ/kg； kJ/m3理論混合氣熱值：?jiǎn)挝焕碚摶旌蠚馑懦龅臒崃堪l(fā)動(dòng)機(jī)中每循環(huán)放熱量取決于混合氣熱值（單位體積），而非燃料低熱值如汽油、甲醇低熱值差很多44000kJ/kg和27000kJ/kg，而理論混合氣熱值相差不大3748.99kg/m3和3630.52/m3。所以燒E10時(shí)合理增加噴油量在發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)不變的情況下動(dòng)力性相差不大。作業(yè)：E10的理論

11、混合氣熱值（10乙醇、90汽油），kJ/kg、kJ/m3、kJ/mol。 第17頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒 3.4燃燒初步 一切燃燒過(guò)程都分為兩個(gè)階段 著火 自燃：自發(fā)燃燒 點(diǎn)燃：強(qiáng)制點(diǎn)火 油滴（膜）蒸發(fā)與噴霧燃燒 燃燒 預(yù)混合燃燒中的火焰?zhèn)鞑ビ偷握舭l(fā)、噴霧燃燒（柴油機(jī)）均為不均勻混合氣，存在濃度梯度擴(kuò)散型燃燒造成碳煙的產(chǎn)生冒煙第18頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒 3.4燃燒初步 一切燃燒過(guò)程都分為兩個(gè)階段 著火 自燃：自發(fā)燃燒 點(diǎn)燃：強(qiáng)制點(diǎn)火 油滴（膜）蒸發(fā)與噴霧燃燒 燃燒 預(yù)混合燃燒中的火焰?zhèn)鞑ビ偷?/p>

12、蒸發(fā)、噴霧燃燒（柴油機(jī)）均為不均勻混合氣，存在濃度梯度擴(kuò)散型燃燒造成碳煙的產(chǎn)生冒煙第19頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒一、著火階段（發(fā)生明顯光、火焰效應(yīng)前的準(zhǔn)備階段）自燃：目前有兩種理論：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（烴類的氧化反應(yīng)）組成：鏈引發(fā)、鏈傳播、鏈中斷鏈引發(fā)：烴類受激（電火花、高溫氣流）產(chǎn)生自由基（或原子）活性中心促進(jìn)新反應(yīng)進(jìn)行。鏈傳播：自由基與反應(yīng)物作用：進(jìn)一步反應(yīng) 產(chǎn)生新的自由基：1:1：直鏈反應(yīng)（不加速） 1:多：支鏈反應(yīng)（加速、爆炸）鏈中斷：自由基與環(huán)境碰撞失去活性 反應(yīng)物濃度急劇消失，自由基找不到促進(jìn)的對(duì)象，反映終止 氧化反應(yīng)的特征 存在形成、積累活

13、性中心的誘導(dǎo)期，長(zhǎng)度與反應(yīng)物特性、濃度、溫度、容器有關(guān)。第20頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒一、著火階段（發(fā)生明顯光、火焰效應(yīng)前的準(zhǔn)備階段）熱力自燃理論 在T,P適宜的情況下無(wú)外部能量，自身反應(yīng)自動(dòng)加速、自發(fā)著火過(guò)程。 著火條件：在整個(gè)著火過(guò)程中每一時(shí)刻的反應(yīng)放熱速度（與溫度呈指數(shù)關(guān)系） 反應(yīng)物系統(tǒng)向環(huán)境的散熱速度（與溫度呈線性關(guān)系）。 產(chǎn)生熱量積累從而著火。 著火的臨界條件即為反應(yīng)放熱量曲線與散熱量直線相切。 反應(yīng)放熱量為指數(shù)函數(shù)與反應(yīng)物濃度、性質(zhì)，當(dāng)?shù)豑、P，流動(dòng)等相關(guān)環(huán)境散熱為線性函數(shù)： T2為反應(yīng)系統(tǒng)溫度、T0為環(huán)境溫度、K為散熱系數(shù) a）臨

14、界著火 b)由于環(huán)境溫度過(guò)低而不著火 c)散熱系數(shù)過(guò)大而不著火 d)反應(yīng)放熱速率低而不著火 第21頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒一、著火階段（發(fā)生明顯光、火焰效應(yīng)前的準(zhǔn)備階段） 實(shí)際的著火過(guò)程（著火半島）體現(xiàn)出了兩種理論的不同作用區(qū)域：低溫多階段著火具有鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的特點(diǎn)；高溫單階段著火充分表現(xiàn)出了熱力自燃理論的表現(xiàn)形式。 二、火焰?zhèn)鞑ミ^(guò)程火焰前鋒面（以火花塞中心為球面的0.010.5mm厚度的一層反應(yīng)中的混合氣）前方為未燃混合氣、后方為已燃混合氣；極大的溫度、濃度梯度造成傳熱、傳質(zhì)使得火焰向前傳播。在無(wú)紊流或若紊流時(shí)傳播速度較慢、層流傳播；在強(qiáng)紊流時(shí)火

15、焰前鋒面破裂、形成許多小的反應(yīng)團(tuán)、宏觀厚度增加、反應(yīng)面積增加、火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快。三、油膜（滴）蒸發(fā)燃燒機(jī)理復(fù)雜、不講自己看書(shū) 第22頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒四、燃油特性引起的汽油機(jī)、柴油機(jī)燃燒組織和結(jié)構(gòu)的影響柴油蒸發(fā)性差（T95365C）在自然狀態(tài)下依靠環(huán)境加熱和燃油蒸發(fā)很難形成混合氣壓縮上止點(diǎn)噴油利用高溫、高壓促使燃油蒸發(fā)，（由于柴油粘度大、潤(rùn)滑性好）增設(shè)高壓噴油系統(tǒng)（250-1800bar）借助外力霧化，采用進(jìn)氣渦流、擠流等形式加強(qiáng)氣流運(yùn)動(dòng)促進(jìn)混合。柴油機(jī)的混合氣形成需要油、氣、室的三方配合，才能形成分布不均勻的可燃混合氣氧化性好（自燃性強(qiáng)）壓縮點(diǎn)燃（壓縮比18）油膜（滴）擴(kuò)散的不均勻燃燒存在局部缺氧區(qū)域（燃油裂解、脫氫）形成干碳煙（DS）冒煙積聚形成微粒排放（PT）依靠調(diào)整循環(huán)供油量（gb）即可調(diào)整循環(huán)放熱量Q1無(wú)節(jié)氣門、充氣效率變化很小靠調(diào)節(jié)混合氣的品質(zhì)（過(guò)量空氣系數(shù)）調(diào)節(jié)負(fù)荷質(zhì)調(diào)節(jié)。第23頁(yè)，共24頁(yè)，2022年，5月20日，4點(diǎn)12分，星期二第三章 燃料與燃燒四、燃油特性引起的汽油機(jī)、柴油機(jī)