发动机原理与汽车理论4课件

第4章燃料与燃烧本章主要内容：常用燃料燃料的燃烧第4章燃料与燃烧本章主要内容：14.1常用燃料燃烧是发动机产生动力的来源。汽车发动机主要燃料是汽油和柴油两种液体燃料。它们均为石油的炼制品。石油主要是C、H两种元素组成的CH化合物的混合物。约占97%~98%以上，其它还有少量的S、O、N等。以分子式CnHm表示。通常称之为烃。石油的炼制直接方法就是分馏的方法。按照沸点的不同，依次得到：天然气、汽油、煤油、轻重柴油、渣油。4.1常用燃料2表4.1烃分子中C原子的影响C原子数沸点℃品种分子量理化性质的变化趋势C1－C4常温石油气16~58C5－C1150~200汽油95~120C11－C19180~300煤油100~180C16－C23250~360轻重柴油180~200C23以上360以上渣油220~280表4.1烃分子中C原子的影响C原子数沸点℃品种分子量理化性3表4.2烃分子化学构造的分类表4.2烃分子化学构造的分类4表4.2烃分子化学构造的分类(续)表4.2烃分子化学构造的分类(续)5表4.2烃分子化学构造的分类(续)表4.2烃分子化学构造的分类(续)6影响发动机性能的关键性指标有：辛烷值和挥发性。其它的重要指标有：燃烧热值、化学稳定性和平安性。1.挥发性汽油的挥发性常用蒸馏曲线相对评定。一般以10%、50%、90%溜出温度作为挥发性的主要指标。⑴10%溜出温度：标志燃油的起动性，温度低，起动性好，但太低易引起气阻和蒸发损耗。发动机原理与汽车理论4课件7⑵50%溜出温度：标志燃油的平均挥发性温度低，暖车时间短，加速性能好。⑶90%溜出温度：标志燃油中难以挥发的重质成分的数量。温度低，重质成分少，挥发性好，有利于燃烧。温度高，重质成风多，使燃烧不充分，油滴附着在气缸壁上，易积炭和冒黑烟。流入曲轴箱会稀释机油，恶化润滑。⑵50%溜出温度：标志燃油的平均挥发性温度低，暖车时间短，82.抗爆性汽油的辛烷值是衡量汽油抗爆性的指标。辛烷值高，汽油的抗爆震能力强。有利于提高发动机的压缩比。汽油的辛烷值是在专门的可变压缩比的试验发动机上进展测定的。2.抗爆性9马达法辛烷值试验条件的转速(900rpm)和温度高于研究法(600rpm)，因此其测定的辛烷值较低。两者之差称为汽油的敏感性或灵敏度。两者之和的一半称为抗爆指数。选用时按照使用手册要求。马达法辛烷值试验条件的转速(900rpm)和温度高于研究法(10车用汽油的性能车用汽油的性能11汽油蒸馏试验装置汽油蒸馏试验装置12测定辛烷值时的试验条件测定辛烷值时的试验条件13柴油的使用性能及选用轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。1.十六烷值十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。与柴油机的工作粗暴性和起动性密切相关。十六烷值高，自燃性好，着火延迟时期短，在着火落后期内，气缸形成的混合气少，着火后压力升高速度低。工作柔和。冷起动性能也随之改善。柴油的使用性能及选用14十六烷值的测定也是在特殊的单缸机上进展的。十六烷易自燃，规定其十六烷值为100，α-甲基苯最不易自燃，其十六烷值为0。炼制方法和添加剂可控制十六烷值。直链烷烃比环烷烃的十六烷值高。2.低温流动性温度低柴油呈浑浊状态，称为浊点。柴油失去流动性的温度称为凝点。我国柴油规格是以凝点为编号的。3.挥发性柴油的挥发性决定混合气形成质量和速度。十六烷值的测定也是在特殊的单缸机上进展的。十六烷易自燃，规定15但柴油挥发性过强，储存和运输损失大，平安性差。评定柴油挥发性的指标有：运动粘度、溜程、闪点和密度。⑴粘度、溜程：柴油的挥发性较汽油差，粘度高，而且变化范围大。粘度低，雾化好，但柱塞、喷油器润滑不好，易磨损、泄漏。柴油的挥发性也用溜程表示：50%、90%、95%。50%溜出温度低，挥发性好，燃料中的轻馏分多。但自燃性变差。90%、95%标志燃油中难以挥发的重质馏分数量。但柴油挥发性过强，储存和运输损失大，平安性差。评定柴油挥发性16温度高，挥发性差，雾化和混合不均匀。温度低，挥发性好，但工作粗暴。⑵闪点闪点高，挥发性好，燃料中的轻质馏分多，蒸发性好，但工作粗暴、不平安。温度高，挥发性差，雾化和混合不均匀。温度低，挥发性好，但工作17轻柴油标准轻柴油标准181.引起混合气形成上的差异与柴油相比，汽油挥发性强(从50℃开场馏出，至200℃左右蒸发完毕)，因而可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，因而控制混合气的数量，便能调节汽油机的功率。而柴油蒸发性差(200℃开场馏出，至350℃完毕)，但粘性比较好．不可能在低温下形成油气混合气，但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，而吸入的空气量根本上是不变的。发动机原理与汽车理论4课件192.引起着火与燃烧上的差异汽油自燃温度较高，但汽油蒸气在外部引火条件下的温度极低，因而不宜压燃但适宜外源点火，为促使有规律的燃烧，应防止其自燃(压缩比不能高)；而且由于混合气均匀，着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合气展开。对于柴油，那么利用其化学安定性差，易自燃的优点，采用压缩自燃的方式；为促进自燃，压缩比不宜过低，柴油的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，因而使燃烧时间延长。2.引起着火与燃烧上的差异204.2燃料的燃烧一公斤燃料完全燃烧所需要的空气量燃料中的C和H经氧化后生成CO2和H2O的，称为完全燃烧。燃油中的主要成分是C、H、O，其它成分数量很少，计算时可略去不计。4.2燃料的燃烧21过量空气系数α汽油机α=0.8~1.2柴油机α=1.2~1.6增压柴油机α=1.8~2.2过量空气系数α22汽油机的α变化范围较小，靠调节混合气量来调节负荷。柴油机的α变化范围较大，靠调节燃料量(质调节)来调节负荷的，空气量根本不变。由于混合气形成不均匀，所以α总是大于1。汽油机的α变化范围较小，靠调节混合气量来调节负荷。23燃烧理论认为：燃烧过程由着火和燃烧两个阶段组成。燃烧是一种放热的氧化反响。可燃混合物(燃料与空气的混合物)在发生明显的光和火焰效应的燃烧之前，都有一个准备阶段，即着火阶段。所谓着火，是指混合气自动地反响加速并产生温升，以致引起空间某一位置或最终在某个时刻有火焰出现的过程。发动机原理与汽车理论4课件24使可燃混合物着火的方法有两种：自燃与点燃，前者是自发的，后者是强制的。1.烃的氧化反映及特点⑴在反响开场，有一段形成与积累活性中心的过程，称为诱导期。当活性中心积累到一定程度，反响速度急剧增加。诱导期是反响物的物性参数，与反响开场的反响物浓度、温度、容器的形状与材料等有关。使可燃混合物着火的方法有两种：自燃与点燃，前者是自发的，后者25烃的反响速度与时间的关系烃的反响速度与时间的关系26⑵即使反响物是处在低温下，只要能激发出活性中心，便能引起链锁反响。即：引起燃烧爆炸的原因并不一定是高温。⑶反响速度是自动加速的。在迅速反响的前阶段，反响速度随温度而急剧增高；随着反响物浓度减少，反响速度便迅速下降。⑷反响气体中参加惰性气体，将降低反映速度，参加某种添加剂后，也可能使反响加速。⑵即使反响物是处在低温下，只要能激发出活性中心，便能引起链272.点燃所谓点燃，是指利用电火花在可燃混合气中产生火焰核心并因而引起火焰传播的过程。在火花点火以后，靠火花提供的能量，不仅使局部混合气温度进一步升高，而且引起了火花附近的混合气电离，形成活性中心，促使化学反响明显加速。随着化学反响范围的扩大以及反响程度加深，出现了明显发热、发光的小区域，这就是火焰核。2.点燃28为了使火花所产生的火焰成长起来，并使火焰确实开场传播，必须对靠着火焰核的未燃局部供给充分的能量，即：火花点火的能量以及反响开场后由化学反响本身所释放出的能量。为使点燃成功，必须让火花塞提供足够的能量大于某个点火的最小能量，而这个点火的最小能量受很多因素影响，如燃料的种类与浓度，空气中氧的浓度，压力及温度，点火处气流的运动状况，电火花的性质，电极的几何形状和距离等等。为了使火花所产生的火焰成长起来，并使火焰确实开场传播，必须对29烃燃料高温单阶段着火烃燃料高温单阶段着火30点火能量与熄火距离点火能量与熄火距离313.自燃所谓自燃，是指具有适当温度、压力的可燃混合气，在没有外部能量引入的情况下，依靠混合气自身的反响自动加速，并自发地引起火焰的过程。⑴着火温度不仅与可燃混合气的物理化学性质有关，而且与环境温度、压力、容器形状及散热情况等有关。即使同一种燃科，因条件不同，着火温度也可能不同。3.自燃32⑵临界的温度与压力明显地影响到着火区域。在低压时，要求很高的着火温度，反之也是一样。⑶存在着一个可燃混合物着火的浓度上限(富油极限)与下限(贫油极限)。随着温度、压力升高，着火的浓度界限有所加宽；但温度、压力上升得再高，着火界限的加宽也是很有限的。另一方面，当温度、压力过低(低于临界值)，那么无论在什么浓度下均不能着火。⑵临界的温度与压力明显地影响到着火区域。在低压时，要求很高33压力和温度对自燃界限的影响压力和温度对自燃界限的影响34自燃温度及临界压力与混合气着火界限的关系自燃温度及临界压力与混合气着火界限的关系35烃燃料低温多阶段着火过程烃燃料低温多阶段着火过程36通过光谱分析发现，烃燃料低温下着火需经历冷焰、蓝焰、热焰三个阶段。在较低温度下，先是自行缓慢氧化，形成过氧化物及乙醛当过氧化物积累到临界浓度，便以爆炸的形式分解出冷焰，冷焰的产物主要成分是甲醛，并释放出少量热量；当甲醛到达临界浓度时，通过甲醛的支链反响便产生蓝焰，随后将原来的碳氢化合物完全氧化。蓝焰持续的时间短，在蓝焰过程中生成的CO与氧结合，最终生成爆炸性的热火焰，并释放出大量热量。通过光谱分析发现，烃燃料低温下着火需经历冷焰、蓝焰、热焰三个37柴油机的自燃具有低温多阶段着火的特点。汽油机属于高温单阶段着火。汽油机中有一种不应有的自燃着火形式(称为爆震)，也是低温多阶段着火的结果。柴油机的自燃具有低温多阶段着火的特点。384.1汽油和柴油的辛烷值和十六烷值的含义是什么？4.2试比较两种空然比表达的特点和含义？作业4.1汽油和柴油的辛烷值和十六烷值的含义是什么？作业39第4章燃料与燃烧本章主要内容：常用燃料燃料的燃烧第4章燃料与燃烧本章主要内容：404.1常用燃料燃烧是发动机产生动力的来源。汽车发动机主要燃料是汽油和柴油两种液体燃料。它们均为石油的炼制品。石油主要是C、H两种元素组成的CH化合物的混合物。约占97%~98%以上，其它还有少量的S、O、N等。以分子式CnHm表示。通常称之为烃。石油的炼制直接方法就是分馏的方法。按照沸点的不同，依次得到：天然气、汽油、煤油、轻重柴油、渣油。4.1常用燃料41表4.1烃分子中C原子的影响C原子数沸点℃品种分子量理化性质的变化趋势C1－C4常温石油气16~58C5－C1150~200汽油95~120C11－C19180~300煤油100~180C16－C23250~360轻重柴油180~200C23以上360以上渣油220~280表4.1烃分子中C原子的影响C原子数沸点℃品种分子量理化性42表4.2烃分子化学构造的分类表4.2烃分子化学构造的分类43表4.2烃分子化学构造的分类(续)表4.2烃分子化学构造的分类(续)44表4.2烃分子化学构造的分类(续)表4.2烃分子化学构造的分类(续)45影响发动机性能的关键性指标有：辛烷值和挥发性。其它的重要指标有：燃烧热值、化学稳定性和平安性。1.挥发性汽油的挥发性常用蒸馏曲线相对评定。一般以10%、50%、90%溜出温度作为挥发性的主要指标。⑴10%溜出温度：标志燃油的起动性，温度低，起动性好，但太低易引起气阻和蒸发损耗。发动机原理与汽车理论4课件46⑵50%溜出温度：标志燃油的平均挥发性温度低，暖车时间短，加速性能好。⑶90%溜出温度：标志燃油中难以挥发的重质成分的数量。温度低，重质成分少，挥发性好，有利于燃烧。温度高，重质成风多，使燃烧不充分，油滴附着在气缸壁上，易积炭和冒黑烟。流入曲轴箱会稀释机油，恶化润滑。⑵50%溜出温度：标志燃油的平均挥发性温度低，暖车时间短，472.抗爆性汽油的辛烷值是衡量汽油抗爆性的指标。辛烷值高，汽油的抗爆震能力强。有利于提高发动机的压缩比。汽油的辛烷值是在专门的可变压缩比的试验发动机上进展测定的。2.抗爆性48马达法辛烷值试验条件的转速(900rpm)和温度高于研究法(600rpm)，因此其测定的辛烷值较低。两者之差称为汽油的敏感性或灵敏度。两者之和的一半称为抗爆指数。选用时按照使用手册要求。马达法辛烷值试验条件的转速(900rpm)和温度高于研究法(49车用汽油的性能车用汽油的性能50汽油蒸馏试验装置汽油蒸馏试验装置51测定辛烷值时的试验条件测定辛烷值时的试验条件52柴油的使用性能及选用轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。1.十六烷值十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。与柴油机的工作粗暴性和起动性密切相关。十六烷值高，自燃性好，着火延迟时期短，在着火落后期内，气缸形成的混合气少，着火后压力升高速度低。工作柔和。冷起动性能也随之改善。柴油的使用性能及选用53十六烷值的测定也是在特殊的单缸机上进展的。十六烷易自燃，规定其十六烷值为100，α-甲基苯最不易自燃，其十六烷值为0。炼制方法和添加剂可控制十六烷值。直链烷烃比环烷烃的十六烷值高。2.低温流动性温度低柴油呈浑浊状态，称为浊点。柴油失去流动性的温度称为凝点。我国柴油规格是以凝点为编号的。3.挥发性柴油的挥发性决定混合气形成质量和速度。十六烷值的测定也是在特殊的单缸机上进展的。十六烷易自燃，规定54但柴油挥发性过强，储存和运输损失大，平安性差。评定柴油挥发性的指标有：运动粘度、溜程、闪点和密度。⑴粘度、溜程：柴油的挥发性较汽油差，粘度高，而且变化范围大。粘度低，雾化好，但柱塞、喷油器润滑不好，易磨损、泄漏。柴油的挥发性也用溜程表示：50%、90%、95%。50%溜出温度低，挥发性好，燃料中的轻馏分多。但自燃性变差。90%、95%标志燃油中难以挥发的重质馏分数量。但柴油挥发性过强，储存和运输损失大，平安性差。评定柴油挥发性55温度高，挥发性差，雾化和混合不均匀。温度低，挥发性好，但工作粗暴。⑵闪点闪点高，挥发性好，燃料中的轻质馏分多，蒸发性好，但工作粗暴、不平安。温度高，挥发性差，雾化和混合不均匀。温度低，挥发性好，但工作56轻柴油标准轻柴油标准571.引起混合气形成上的差异与柴油相比，汽油挥发性强(从50℃开场馏出，至200℃左右蒸发完毕)，因而可能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，因而控制混合气的数量，便能调节汽油机的功率。而柴油蒸发性差(200℃开场馏出，至350℃完毕)，但粘性比较好．不可能在低温下形成油气混合气，但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，而吸入的空气量根本上是不变的。发动机原理与汽车理论4课件582.引起着火与燃烧上的差异汽油自燃温度较高，但汽油蒸气在外部引火条件下的温度极低，因而不宜压燃但适宜外源点火，为促使有规律的燃烧，应防止其自燃(压缩比不能高)；而且由于混合气均匀，着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合气展开。对于柴油，那么利用其化学安定性差，易自燃的优点，采用压缩自燃的方式；为促进自燃，压缩比不宜过低，柴油的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，因而使燃烧时间延长。2.引起着火与燃烧上的差异594.2燃料的燃烧一公斤燃料完全燃烧所需要的空气量燃料中的C和H经氧化后生成CO2和H2O的，称为完全燃烧。燃油中的主要成分是C、H、O，其它成分数量很少，计算时可略去不计。4.2燃料的燃烧60过量空气系数α汽油机α=0.8~1.2柴油机α=1.2~1.6增压柴油机α=1.8~2.2过量空气系数α61汽油机的α变化范围较小，靠调节混合气量来调节负荷。柴油机的α变化范围较大，靠调节燃料量(质调节)来调节负荷的，空气量根本不变。由于混合气形成不均匀，所以α总是大于1。汽油机的α变化范围较小，靠调节混合气量来调节负荷。62燃烧理论认为：燃烧过程由着火和燃烧两个阶段组成。燃烧是一种放热的氧化反响。可燃混合物(燃料与空气的混合物)在发生明显的光和火焰效应的燃烧之前，都有一个准备阶段，即着火阶段。所谓着火，是指混合气自动地反响加速并产生温升，以致引起空间某一位置或最终在某个时刻有火焰出现的过程。发动机原理与汽车理论4课件63使可燃混合物着火的方法有两种：自燃与点燃，前者是自发的，后者是强制的。1.烃的氧化反映及特点⑴在反响开场，有一段形成与积累活性中心的过程，称为诱导期。当活性中心积累到一定程度，反响速度急剧增加。诱导期是反响物的物性参数，与反响开场的反响物浓度、温度、容器的形状与材料等有关。使可燃混合物着火的方法有两种：自燃与点燃，前者是自发的，后者64烃的反响速度与时间的关系烃的反响速度与时间的关系65⑵即使反响物是处在低温下，只要能激发出活性中心，便能引起链锁反响。即：引起燃烧爆炸的原因并不一定是高温。⑶反响速度是自动加速的。在迅速反响的前阶段，反响速度随温度而急剧增高；随着反响物浓度减少，反响速度便迅速下降。⑷反响气体中参加惰性气体，将降低反映速度，参加某种添加剂后，也可能使反响加速。⑵即使反响物是处在低温下，只要能激发出活性中心，便能引起链662.点燃所谓点燃，是指利用电火花在可燃混合气中产生火焰核心并因而引起火焰传播的过程。在火花点火以后，靠火花提供的能量，不仅使局部混合气温度进一步升高，而且引起了火花附近的混合气电离，形成活性中心，促使化学反响明显加速。随着化学反响范围的扩大以及反响程度加深，出现了明显发热、发光的小区域，这就是火焰核。2.点燃67为了使火花所产生的火焰成长起来，并使火焰确实开场传播，必须对靠着火焰核的未燃局部供给充分的能量，即：火花点火的能量以及反响开场后由化学反响本身所释放出的能量。为使点燃成功，必须让火花塞提供足够的能量大于某个点火的最小能量，而这个点火的最小能量受很多因素影响，如燃料的种类与浓度，空气中氧的浓度，压力及温度，点火处气流的运动状况，电火花的性质，电极的几何形状和距离等等。为了使火花所产生的火焰成长起来，并使火焰确实开场传播，必须对68烃燃料高温单阶