发动机原理课件

第4章燃料与燃烧学习目标重点掌握汽油及柴油牌号的划分标准及其如何被选用；过量空气系数与空燃比的概念。理解汽油及柴油的基本性能及其对汽车产生的影响；柴油机低温多级着火和汽油机高温单级着火过程的原因。了解HC化合物燃烧的着火特征；及内燃机的燃烧方式。4.1常用燃料4.1.1燃料成分及使用性能汽车发动机所使用的燃料主要是汽油和柴油两种液体燃料，他们是石油的炼制产品。石油的主要化学元素是碳和氢两种元素，含量占约96%~98%。石油产品即复杂的碳氢化合物的混合物，分子式为CnHm，统称为烃。烃分子中碳原子的数目的不同直接导致了不同相对分子量和不同沸点的物质。在碳氢化合物分子中，碳、氢原子的数目和排列位置对燃料的性能影响很大，燃料中H的质量大，燃烧污染低；H的质量小，燃烧污染高，当m近似为零时，便成为煤炭。烃分子分类烷烃：CnH2n+2烯烃：CnH2n炔烃：CnH2n－2环烷烃：CnH2n芳香烃：CnH2n－6分类

分子式分子结构性质烷烃

CnH2n+21.直链（碳原子为直链排列，又称正构烷烃）HHHHHHHㄧ

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ㄧㄧH—CCCCCCC—Hㄧ

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HHHHHHH正庚烷C7H16饱和结构；随着碳原子数目的增多，生成过氧化物的倾向增加，因此易于着火，爆震，不是点燃式发动机的理想燃料；由于其自发火的滞燃期短，因此是压燃式发动机的理想燃料成分。2.支链（碳原子带有侧链分支，又称异构烷烃）HㄧHH—C—HHHHㄧ

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ㄧH—C—C—C—C—C—Hㄧ

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ㄧHH—C—HHH—C—HH

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HH异辛烷C8H18饱和结构；分子结构紧凑，高温下性能稳定，有较高的抗爆性能，是点燃式发动机理想的燃料成分。分类

分子式分子结构性质烯烃CnH2n乙烯C2H4

已烯C6H12链状结构不饱和烃；具有不饱和双键；高温下形成过氧化物的倾向小；着火性差，因此抗爆性好。是点燃式发动机的理想燃料成分；常温下化学稳定性差，易于生成胶质；多产生于裂化石油。炔烃CnH2n-2乙炔C2H2丁炔C4H6非饱和开链结构；有一个三价链；为热裂化产物；化学稳定性十分差，常温下易氧化，分解形成胶质；不宜作为发动机的燃料成分。分类

分子式分子结构性质环烷烃CnH2n环戊烷C5H10环己烷C6H12饱和的C6H6环状分子结构；较直链烃不易分解；形成过氧化物倾向小；着火性和抗爆性介于正构烷烃和异构烷烃之间，适于作点燃式发动机燃料成分。芳香烃CnH2n-6苯C6H6

α-甲基萘C11H10双键环状不饱和烃；苯是其最基本的成分；分子结构坚固，热稳定性高于脂肪烃和环烷烃，难于产生过氧化物；高温下分子不易破裂，故不易着火，抗爆性能极强，是优异的点燃式发动机燃料成分（防爆剂），但其对臭氧的形成影响较大，燃料中含量应加以限制。4.1.2燃料的使用性能及其选用4.1.2.1汽油的使用性能及选用汽油对发动机性能有重要影响的特性有：挥发性、抗爆性、燃烧热值、化学稳定性和安全性。（1）挥发性汽油的挥发性常用蒸馏曲线相对地评定。在汽油规格中，以10%，50%，90%等馏分的馏出温度作为汽油挥发性的主要指标。10%蒸发温度标志燃油的起动性发动机冷启动时，不仅转速低，燃烧室壁面温度低，燃料的气化条件不好，因此要求一定比例的汽油气化，从而接近最佳的混合比，保证着火启动。一般我们用10%的馏出温度来标志汽车的起动性。10%蒸发温度低，则起动性好，为了保证起动，所必需的发动机的温度也越低。但是太过低了的话，容易引起“气阻”，使发动机断火。影响它的正常运转。50%馏出温度标志汽油的平均挥发性发动机起动后，其温度逐步上升到正常运转温度的时间称为暖车时间。一般以汽油的50%馏出温度标志汽油的平均挥发性。它影响着发动机的暖车时间、加速性以及工作稳定性。若此温度低，则说明这种汽油的平均挥发性好，在较低温度下可以有较多的汽油挥发，容易保证必要的混合气浓度。这样可以缩短暖车时间；其温度越低，则当发动机由较低负荷向较大负荷过渡时，能够及时供给所需浓度的混合气，使发动机的加速性能良好。90%的馏出温度标志着燃料中含有难于挥发的重质成分的数量燃料本身导致燃烧不完全和机油稀释的相对倾向，都与90%馏出温度有关。此温度越低，表明燃料中重质成分少，挥发性好，有利于完全燃烧。如若此温度越高，则燃料中含有较多的重质成分，从而燃烧不充分，附着在气缸壁上，燃烧容易形成积炭或者排气冒烟；凝在气缸壁上的汽油滴还会流入曲轴箱，稀释润滑油，破坏发动机零部件的润滑，加速发动机的磨损。由此可见，90%馏出温度也是一个重要指标。汽油的挥发性总结汽油机的最低起动温度、气阻和蒸发损耗等方面的相对性能可根据10%馏出温度来预测；平均挥发性、暖车时间、加速性以及工作稳定性可根据汽油的50%馏出温度评估；燃料中重质成分的数量、燃烧冒烟、对机油的稀释程度可根据90%的馏出温度来评估。（2）抗爆性爆震燃烧是汽油机的一种不正常燃烧现象。引起爆燃的因素很多。但是在一定的结构和使用工况下，燃料的抗爆性能是最主要的因素。燃料的抗爆性是指燃料对于发动机发生爆燃的抵抗能力。燃料的抗爆性好，有利于提高发动机的压缩比，改善发动机的经济性。汽油的抗爆性指标汽油的抗爆性能取决于其化学组成。对于组成汽油的各种烃来说，烷烃抗爆性最差，烯烃次之，环烷烃较好，芳香烃最好；在同一种烃内比较，轻馏分优于重馏分，异构物优于正构物。因此，我们通过试验，采用与标准燃料比较的办法来确定燃料的抗爆性。评定汽油的抗爆性指标是辛烷值。辛烷值高，则抗爆震能力强。国产汽油就是用研究法辛烷值来标号的，分为90、93和97三个牌号。辛烷值的测定方法标准燃料是由异辛烷和正庚烷按不同容积比例混合配成。两者的密度和沸点相差不多，但抗爆性相差悬殊。异辛烷用作抗爆性优良的标准，其辛烷值定为100。正庚烷作为抗爆性低劣的标准，其辛烷值定为0。将这两种燃料按照不同比例混合，就可以得到不同抗爆等级的标准燃料。标准燃料的辛烷值为其异辛烷的百分数。测定时，先用待测燃料工作，逐渐增加压缩比，直到爆震仪指示出标准的爆燃强度为止。然后，在相同的压缩比下，用不同辛烷值的标准燃料进行对比试验，直到产生相同的爆燃为止。这时所用标准燃料的辛烷值即为所测燃料的辛烷值。爆燃爆燃义是燃趣料在孩发动饰机中陪的自径燃现颜象，相它不五仅与唇燃料号本身柜的化蕉学性所能有暴关，概也要宴受到筐发动娃机结打构和牲运转涛情况莲（燃僚烧室亦设计谈、压万缩比礼、转灶速、码点火款提前止角、胞气门猎定时经、化逝油器秩结构让等）姥的影喘响。进因此浙该将鼓燃料券和发祝动机斜联合输起来引评定希“燃蚀料——发动盏机的字抗爆吴性”绪。同理唱，测抵试辛狡烷值岸的试息验方晕法也锯就不贺是唯屿一的渡，所题得到胖的数拼值也饭不是枣唯一鲁的。蜂通常律采用习的有梁两种协方法奋，马才达法拨（MO蚀N）与蝴研究圾法(R萄OM孟)。由身于研闭究法骨的试缴验转图速及语进气幕温度赖比马盈达法钟低，餐所以觉用马取达法孝测定蓝的辛姑烷值脂（MO级N）比凯研究麦法辛歇烷值页（RO宴M）低砖。两者贩的差笨值反厘映出事燃料皱对发妻动机桑强化颗程度遵的敏师感性将。抗爆族指数因量是预指车坝用汽纸油研创究法驳辛烷驶值及仗马达杠法辛顶烷值左之和证的二欣分之缝一。汽油纽奉的选兆用在选干用时仙，根陶据发捕动机握的压社缩比歪来选腹择其致相应切使用鸽的汽餐油：90号的干汽油壤适用残于压纽奉缩比笛小于9.甲0的发职动机列；93号汽房诚油适碗用于浅压缩寇比9.挪0～10和.0的发研动机蜻；97号汽遗油则俊适用西于压亲缩比叶高于10淡.0发动毒机。4.乎1.帐2.混2柴油伤的使玩用性刺能及堤选用轻柴辱油用橡于高校速柴开油机重柴洁油用伏于中摘、低主速柴并油机柴油魄的使嚷用性哭能及邻选用（1）低鞠温流增动性温度捧降低论时，致柴油暑开始触析出蓄固态环石蜡别而呈互混浊提状态魔的温议度称简为浊馅点。温度笑继续号下降著，柴练油失粱去流醋动性产能的痒温度际称为妥凝点蚕。柴油上达到警浊点仰时，劈燕虽然祝仍具历有流详动性毫，但泰石蜡蝴结晶寒颗粒兰容易谷阻塞趁滤清陶器和膝油路京。从掩流动普性考刑虑，毙希望耗柴油线的凝巧点低却，凝得点与伪浊点络的温译差小岁。选用意柴油挥时，洁一般僚要求控凝点扑比最浪低工熟作温析度低3~幼5℃，浊旧点不薯得高冒出凝眉点7℃。我国性的柴魔油规泡格就睛是以先凝点椅编号锅的。例擦如：坛国产0号柴合油，背它的次凝固节点为0℃，适凑合于挑夏季救使用答。-2通0号柴逗油凝今固点橡为-2帅0℃，适岩合于榴冬季品或寒穷冷地棵区使怖用。柴油畜的使绒用性欣能及愈选用(2低)挥发纱性柴油固的挥半发性单决定绳了混储合气征形成警的质团量和驻速度强。因挂此，叶要求刻柴油芬有较蒙好的霸雾化限和挥横发性练。但厕是，闪如果折雾化采性和真挥发症性过柜强的瓶话，括不仅聚贮存榆和运寒输中情损失晓大，驴而且浮安全指性差痰。评定认柴油严雾化皂性和店挥发鸭性的检主要急指标斜是运东动粘侧度、两馏程烈、闪托点和全密度矿。柴油忽的使办用性菊能及巨选用(3疯)自燃膛性柴油磨机是痕依靠船燃料乔自燃齿发火率而燃葛烧的侦。它睬要求底燃料晋有好灿的自妨燃性袭。一般败十六顽烷值法是评种定柴泽油自喉燃性富好坏肺的指君标。酸它与阵发动朋机的扛粗暴妄及起换动性盖均有丧密切斯关系毙。十六葱烷值孕用柴慈油标扭准样误品（届正十伍六烷榜（10船0）和α-甲基型萘（0）配务成的截混合慎液）醉在标啊准柴心油机晶中进溪行比霸较得艘到。柴油约的使融用性披能及汤选用(3赴)自燃瘦性十六覆烷值甲高的妖柴油许，其伸着火毒延迟搜期短邮，气兔缸中推形成渗的混秃合气埋少，历燃烧券所释伍放的万热量割也少历，发部动机嗓工作既平稳废；同时超冷起盘动性欲亦能蔽随之拴改善排。反火之，闷发动睬机将比工作倡粗暴煌，起惊动性孝能也眼变差咱。但十颜六烷映值过屋高，促柴油衣的低忘温流历动性骂、雾立化与哥蒸发渡性均倦受影庆响，净会使言着火冻延迟戏期太边短，箩在未洪形成螺均匀踪蝶混合漏气、凡空气笛不足复的情希况下姿产生肢早燃经，导灭致发狠动机浑功率参下降逼、油叉耗升塑高及犬排气臭冒黑求烟。因此董，在贴选用忠柴油足时不歉应单均纯地笋追求看高十贺六烷尊值,通常纠要求裳柴油记的十谅六烷粪值应喜在45～60之间庸。柴油漫的分岩类及中选用轻柴恢油按披质量块分为侧优等友品、冈一等印品和桥合格亦品。每个围等级猛柴油烫按凝纱点不短同分工为10号、0号、-1享0号、-2盯0号、-3凝5号、-5接0号六厕种牌排号，划其凝她点分滚别不晌高于10茅℃、0℃、-1停0℃、-2之0℃和-3罢5℃、-5慈0℃。选用砍柴油枝时，秤应按咬最低偷环境解温度缩慧来选贯用。10号轻倦柴油——适合碎于有浴预热胖设备移的高驶速柴谷油机怪上使健用；0号轻后柴油——适合旁于最洋低气倡温在4℃以上钢的地悄区使债用；-1绪0号轻竞柴油——适合黑于最篮低气抹温在-5气℃以上够的地棋区使进用；-2顶0号轻火柴油——适合嫌于最管低气天温在-1隐4℃以上汉的地球区使双用；-3重5号轻崭柴油——适合晚于最集低气粒温在-2双9℃以上劫的地色区使鲜用；-5颈0号轻乘柴油——适合糊于最愤低气匆温在-4绪4℃以上社的地吩区使传用。4.牛2燃料胳的燃椒烧4.背2.呜1燃烧恰化学谷反应发动使机中矮燃料赌的燃巧烧，牲是燃腿料中性的碳蛛、氢杀等元寄素和凑空气艇中的百氧之惑间的双剧烈论氧化兆反应村，并哀伴随踩有发黄光和吨发热涉的现话象。燃料肿中的栗碳和责氢氧匀化以里后分姻别生崇成CO2和H2O的，胃称为玻完全勺燃烧迫。理论休空气廊量就座是指1k真g燃料砍完全阁燃烧客所必俗需的霉最低胞空气竿量。1k注g燃料捐完全剖燃烧忘所需铜的理忧论空姿气量通过也化学扎方程贿式可始求出1k诱g燃料演完全姿燃烧秩所需货的理抚论空来气量kg耐/k辞g燃料4.煮2.难2过量耍空气售系数在发妹动机塌中，企实际娇提供房诚的空逢气量粗往往鞋并不嚼等于中理论奋空气砌量。燃烧1k给g燃料塌实际棚提供辛的空寒气量L与理靠论上汉所需症的空碰气量L0之比病，称通为过卡量空危气系稍数α过量阴空气未系数α与发肯动机设的类警型，吩混合耳气形或成的度方法侧、燃点料的揪种类咳、工书况（候负荷思与转您速）暂。当链负载布变化担时，α略有急变化猫。空燃袍比与α理念枕相似我，也稻有将荐燃烧遭时空揪气量各与燃领料的邮比例搬值是袋用空迷燃比A/敌F表示疼。4.控2.梨3内燃家机混姜合气传的着厕火燃烧头理论网认为洗：一切结燃烧除过程父都是到由着栗火和胀燃烧映本身孕两个雄阶段姐组成址的。着火航阶段蒸是燃激烧的卡准备承阶段捧。在管这一耕阶段压内燃然料受县到混影合气饰中氧愈气的她氧化股作用快，进山行明海显燃昂烧以趋前的结化学肤准备竿。氧乱化反爪应的妇速度党很低冠，气额体的共压力角和温舒度均捧无明哥显的代升高血。缓价慢氧罩化过到程中溜，有佛热产仁生并索逐渐盈积累软起来母，自题身加屋速了烫反应朽进行枣速度宅，最乘后出雕现火功焰，界使过钢程转街入第金二阶哗段，苦即燃乡丰烧。汽油帝机的高温计单阶芳段着嘴火汽油雹机的滴着火简是以扶链锁栗反映按开始饭，热抄发火谨结束趋。由于电电火寨花的海电离闹和高芝温加停热作剥用，蚕自由衰原子糕形成惯了活落性核门心，古开始向链锁馒反映买，皮活性藏核心徒的再织生，四可以息使反夕应自孤动加秤速，幻玉热量凭得以战积累谣，局川部反唐映气培体温正度将腊逐渐馋升高穿。使舒反应铺加速蜡到热魔爆炸边产生慌。因为辆由链己反应勿所引饱起的番起始镰反应艇的自竿动加未速，处到由朝热积件累所隐引起画的自放动加淡温，以划分顽不出症两者弱的界松限，拉故称