第四章燃烧知识

1、第四章第四章 燃烧的基础知识燃烧的基础知识 本章主要介绍燃烧热化学。 燃油在气缸中燃烧情况极为复杂，但本质上是碳和氢激烈的氧化反应，本节只研究燃油中主要成分和空气中的氧进行化学反应的最终结果，而不是研究其中间反应。 一、燃油完全燃烧的化学反应一、燃油完全燃烧的化学反应 发动机所用的汽油或柴油主要由碳、氢、氧组成，其它成分如氮、硫等含量不多，在热计算时不考虑，如以gC、gH、gO分别表示1kg燃油中所含碳、氢、氧的kg数，即质量成分%，则： gC + gH + gO=1 汽油的平均质量成分： gC = 0.855；gH =0.145； gO=0.000 柴油的平均质量成分： gC =0.870；

2、 gH =0.126； gO =0.004 发动机中，燃油燃烧所需要的氧气来自空气，以体积成分计，空气中氧占21%，氮占79%；以质量成分计，氧占23%，氮占77%。 根据化学反应原理，可以写出：碳燃烧：C + O2 CO212（kg） 32(kg) 44(kg)1(kg) (kg) (kg) gC (kg) (C) + gC(kg) (O2)= gc(kg) (CO2)或12(kg) (C ) + 1kmol(O2) =1kmol(CO2)1(kg) (kmol) (kmol) gC (kg) (C) + (kmol) (O2)= (kmol) (CO2)383113831112112112

3、cg12cg 氢燃烧：H2 + O2 H2O2（kg） 16(kg) 18(kg)1(kg) 8(kg) 9(kg) gH(kg) (H2)+8gH(kg)(H2O)=9 gH(kg)(H2O) 2(kg)(H2) + kmol(O2) =1kmol(H2O)或 1(kg) (kmol) (kmol) gH(kg)(H2) + kmol(O2) = kmol(H2O)21412Hg4Hg4Hg38二、燃油燃烧时所需空气量二、燃油燃烧时所需空气量在1kg燃油中含有gokg或 kmol的氧，所以1kg燃油完全燃烧时需要供应的氧为 + - （ kmol）或 gc+8gH go （kg）1千克燃油完全

4、燃烧理论所需的空气量，即理论空气量Lo为 Lo= ( + - )（kmol/kg） 或 （kg/kg） 在0、1个标准大气压下，1千摩尔空气占有的体积为 22.4m3。以体积表示的理论空气量为： m3/kg 分别将汽油，柴油的平均成分代入理论空气量的计算公式中，可得汽油的理论空气量为14.9（kg/kg）柴油的理论空气量为14.5（kg/kg）。 320g12cg320g21. 0112cg4Hg320g)838(23. 0100gggLHc)32412(21. 04 .2200gggLHc三、过量空气系数与空燃比理论空气量是指理论上使燃油完全燃烧所需要的空气量。在发动机实际循环中，为使燃油完

5、全燃烧，1kg燃油供给空气的数量应该等于理论空气量Lo。但是由于发动机不同情况的需要，实际供给的空气数量往往大于或小于理论空气量。因此为评定发动机工作过程中实际供给空气的数量，引用过量空气系数这一概念。 发动机工作过程中1kg燃油实际供给的空气数量L与理论空气量Lo之比，称为过量空气系数，用符号at表示，即 at= 过量空气系数是发动机工作过程的一个重要参数，当实际空气量等于理论空气量时，则L= Lo, at=1；at1时，表示L1时，表示LLo，为稀混合气。0LL 过量空气系数与发动机类型、混合气形成方法、燃料的种类、工况（负荷与转速）、功率调节的方法等因素有关。柴油机负荷是靠质调节的（即混

6、合气浓度调节），at的变化范围很大。由于混合气形成不均匀，所以at总是大于1的。在柴油机吸入气缸的空气量一定的情况下，at小就是意味着可以向气缸多喷油，缸内空气的利用程度高，发出的功率大。所以at是反映混合气形成和燃烧完善程度及整机性能的一个重要指标，应该力求减小at。柴油机在全负荷时at的一般数值为：高速柴油机 at=1.21.6增压柴油机 at=1.82.2 除了运用at表示混合气浓度外，还可以应用燃烧时空气量与燃料量的比例（空燃比）来表示： 空燃比= 设0为燃料完全燃烧时的理论空燃比，则汽油的015 应用空燃比比较直观方便，其数值即为对1kg燃料实际供给空气量的千克数。空燃比小于15的为

7、浓混合气，空燃比大于15的为稀混合气 。 燃料量空气量四、燃油和可燃混合气体的热值（一）燃油的热值1kg燃油完全燃烧时放出的热量，称为燃油的热值。热值是燃油的重要指标之一，热值越高，发动机的燃油消耗将减少，这对车用发动机是很重要的，热值的单位为kJ/kg。燃油中含有氢，燃烧后生成水。水的状态对热值大小有影响，因而热值就有高热值和低热值之分。在高温的燃烧产物中，水以蒸气状态存在，水的汽化潜热不能利用。待温度降低后，水的汽化潜热才能释放出来。因此，水凝结以后计入水的汽化潜热的热值，称为高热值。生成的水为气态，则热值中不包含水的汽化潜热，为低热值Hu。发动机工作时从气缸中排出的废气温度较高，远远超出水蒸气的凝结温度，水的汽化潜热不能利用，因此，有关计算中使用燃烧的低热值。 （二）混合气热值 当气缸工作容积和进气条件一定时，每循环加给工质的热量Q1取决于单位体积可燃烧混合气的热值Hm，而不仅仅取决于燃油的热值。可燃混合气热值以kJ/kmol或kJ/m3（标准）计。 在1kg燃油所形成的可燃混合气M1（kmol）中，燃烧时产生热的只是燃油，热量的数值与燃油的低热值相同，为HukJ。则可燃混合气的热值Hm为 Hm= （kJ/kmol） 而 M1=atLo+ 式中：at过量空气系数； Lo理论空气量（kmol）； mT燃油分子量。 Tm11MH上式中的at Lo为