发动机内燃机考研专业课

发动机内燃机考研专业课1第一页，共二十三页，编辑于2023年，星期日一、概述燃料是发动机产生动力的来源。发动机的生存与发展，汽油机与柴油机在结构与性能上的差异，对环境的污染等等，与燃料的种类和品质有着密切的关系。

第一节发动机的燃料第二页，共二十三页，编辑于2023年，星期日发动机的常用燃料－汽油和柴油汽油与柴油是石油的炼制品。石油的主要成分是碳、氢两种元素，含量约占97%-98%，其它还有少量的硫、氧、氮等等。石油产品是以多种碳氢化合物的混合物的形式出现的，分子式为CnHm，通常称为烃。根据烃分子中碳原子数的不同，可构成不同相对分子质量、不同沸点的物质。石油气—汽油—煤油—轻、重柴油—渣油。第三页，共二十三页，编辑于2023年，星期日1、柴油轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。轻柴油的牌号按凝点不同分为10号、0号、-10号、-20号、－35号、-50号。凝点是指柴油失去流动性开始凝结的温度。选用柴油时，应按最低环境温度高出凝点5℃以上，即-20号柴油适用于最低环境温度为-15℃的场合。二、常用燃料的使用特性第四页，共二十三页，编辑于2023年，星期日2、轻柴油的性能评价柴油自燃性的指标——十六烷值。与燃烧完善程度及起动性能有密切关系的性质———馏程。与燃料喷射有密切关系的性质——粘度。与柴油储存运送、使用有关的性质——闪点、凝点。与柴油机磨损腐蚀有关的性质—机械杂质、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和碱、残炭等等。第五页，共二十三页，编辑于2023年，星期日（1）十六烷值十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。自燃性好的燃料，着火后压力升高速度低，柴油机工作柔和，冷起动性能改善。测定柴油的十六烷值，是在特殊的单缸试验机上按规定的条件进行。试验时采用由十六烷和α甲基萘混合制成的混合液。增大十六烷值带来燃料分子量加大，使油的蒸发性变差及粘度增加，导致排气冒烟加剧及燃油经济性下降。国产柴油的十六烷值规定在40-50之间，不必要过分增大。第六页，共二十三页，编辑于2023年，星期日（2）馏程馏程表示柴油的蒸发性，用燃油馏出某一百分比的温度范围来表示。燃料馏出50%的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸发快，有利于混合气形成。90%和95%溜出温度标志柴油中所含难于蒸发的重馏分的数量。重馏分过多，燃烧不容易及时和完全；馏分太轻也不好，将使柴油机工作粗暴。第七页，共二十三页，编辑于2023年，星期日（3）粘度粘度是燃料流动性的尺度，是表示燃料内部摩擦力的物理特性。它影响柴油的喷雾质量。粘度越大，雾化后油滴颗粒越大。喷油泵柱塞、喷油器的喷针都是靠燃油润滑，所以柴油应具有一定的粘度。第八页，共二十三页，编辑于2023年，星期日2、汽油国产汽油是以辛烷值来标号的。影响汽油机性能的关键性指标主要是辛烷值和馏程等。（1）辛烷值辛烷值是表示汽油抗爆性的指标。随着压缩比及气缸内气体温度的升高，可能出现一种不正常的自燃现象，称为爆震。汽油按辛烷值指数ONI(（RON＋MON）/2)分为85、87、89、91、93、95、97共七个等级。汽油辛烷值的大小主要决定于汽油的组成情况、炼制方法及添加剂等。汽油抗爆添加剂、含铅问题第九页，共二十三页，编辑于2023年，星期日（2）馏程和蒸气压馏程和蒸气压是评价汽油蒸发性的指标，为了评价燃料的挥发性，以10%、50%和90%的馏出温度作为几个有代表意义的点。馏出10%的温度：标志着起动性高低。溜出50%的温度：标志着汽油的平均蒸发性。它影响着发动机的暖车时间、加速性以及工作稳定性。溜出90%的温度：标志着燃料中含有难于挥发的重质成分的数量。此温度过高，燃烧容易形成积炭；或者稀释机油，影响润滑。第十页，共二十三页，编辑于2023年，星期日3、汽油、柴油性能差异对发动机的影响引起在混合气形成上的差异引起着火与燃烧上的差异•

汽油挥发性强。可在较低温度下在气缸外部形成均匀的混合气，控制混合气的数量调节汽油机的功率。•

柴油蒸发性差，但粘性比较好。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。•

汽油自燃温度较高，但汽油蒸气闪点温度极低。适宜外源点火，而防止其自燃；着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合气展开。•

柴油利用易自燃的优点。采用压缩自燃的方式。柴油的喷射及与空气的混合，短暂又不均匀，常有随喷随烧的现象，因而使燃烧时间延长。第十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期日一、1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量

按照化学反应的当量关系，可求出1kg燃料完全燃烧所需的理论空气量：数值为：汽油14.9kg/kg

柴油14.5kg/kg

第三节燃烧热化学第十二页，共二十三页，编辑于2023年，星期日二、过量空气系数α与空燃比A/F

1、过量空气系数α

燃烧1kg燃料实际提供的空气量与理论上所需空气量之比。汽油机燃烧时是预先混合好的均匀混合气，混合比只在狭小的范围内变化（α=0.8～1.2）。当负荷变化时，α略有变化，见图3-4。柴油机负荷是靠质调节的（即混合气浓度调节），α的变化范围很大。由于混合气形成不均匀，所以α总是大于1的。一般车用高速柴油机，α=1.2～1.6；增压柴油机α=1.8～2.2。第十三页，共二十三页，编辑于2023年，星期日2、空燃比A/F燃烧时空气量与燃料量的比值。对于汽油，化学当量（α=1）的空燃比A/F=14.9。第十四页，共二十三页，编辑于2023年，星期日一、着火过程燃烧是一种放热的氧化反应。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应加速，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。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。第四节燃烧的基本知识第十五页，共二十三页，编辑于2023年，星期日1.自燃自燃，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应自动加速，并自发地引起火焰的过程。着火温度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。存在着一个可燃混合物着火的浓度上限与下限。烃燃料的自燃着火根据环境温度不同，分为高温单阶段着火和低温多阶段着火。第十六页，共二十三页，编辑于2023年，星期日2.点燃点燃，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。为了使点燃成功，必须使火花塞提供的放电能量大于某一个点火的最小能量，而这个点火最小能量受燃料的种类与浓度，空气中氧的浓度、压力及温度等影响。

点火还直接受到混合气浓度的限制，当混合气过稀或过浓，无论点火能量有多大也不能着火，即有一个点燃的浓度界限。

第十七页，共二十三页，编辑于2023年，星期日二、在预混气体中的火焰传播

在局部形成火焰核心之后，其余部分的燃烧过程实质上就是火焰在预混气体中传播的过程。火焰传播速度的大小取决于预混合气体的物理化学性质、热力状态以及气体的流动状况。根据气体流动的状况，可分为层流火焰传播与紊流火焰传播。

第十八页，共二十三页，编辑于2023年，星期日1.层流火焰传播层流火焰面的厚度窄。火焰面上进行着强烈的燃烧化学反应。经过化学反应区以后，预混气体的95％～98％发生了化学变化。层流火焰传播速度很低，约0.4～0.5m/s。火焰传播速度主要取决于预混气体成分。第十九页，共二十三页，编辑于2023年，星期日2.紊流火焰传播紊流运动可以大大加速火焰传播速度，此时vT=20～70m／s。紊流对火焰传播的促进作用是由于：

•

增大了火焰前锋的燃烧表面积。

•

紊流有加强传热与传质的作用。

•

使已燃气体与未然混合物迅速混合，提高了燃烧放热的速率。第二十页，共二十三页，编辑于2023年，星期日三、油滴与喷雾燃烧

油滴与喷雾燃烧是一种非预混的、不均匀的扩散型燃烧。这是由柴油的物理化学性质所决定的。燃料成分在空间的分布很不均匀。燃料的燃烧依然要经过液体燃料的蒸发、与空气的混合、氧化燃烧的过程。5.0kg/m32.5kg/m31.25kg/m30.0kg/m33.75kg/m3第二十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期日1.油滴的蒸发与燃烧在静止环境中油滴蒸发与燃烧的过程。为了加快油