1、燃料與燃燒,學(xué)習(xí)目標(biāo),重點(diǎn)掌握汽油及柴油牌號的劃分標(biāo)準(zhǔn)及其如何被選用；過量空氣系數(shù)與空燃比的概念。 理解汽油及柴油的基本性能及其對汽車產(chǎn)生的影響；柴油機(jī)低溫多級著火和汽油機(jī)高溫單級著火過程的原因。 了解HC化合物燃燒的著火特征；及內(nèi)燃機(jī)的燃燒方式。,1 常用燃料,1.1 燃料成分及使用性能 汽車發(fā)動機(jī)所使用的燃料主要是汽油和柴油兩種液體燃料，他們是石油的煉制產(chǎn)品。石油的主要化學(xué)元素是碳和氫兩種元素，含量占約96%98%。石油產(chǎn)品即復(fù)雜的碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，分子式為CnHm，統(tǒng)稱為烴。 烴分子中碳原子的數(shù)目的不同直接導(dǎo)致了不同相對分子量和不同沸點(diǎn)的物質(zhì)。在碳?xì)浠衔锓肿又?，碳、氫原子的?shù)目和排列

2、位置對燃料的性能影響很大，燃料中H的質(zhì)量大，燃燒污染低；H的質(zhì)量小，燃燒污染高，當(dāng)m近似為零時，便成為煤炭。,烴分子分類,烷烴：CnH2n+2 烯烴：CnH2n 炔烴：CnH2n2 環(huán)烷烴：CnH2n 芳香烴：CnH2n6,1.2 燃料的使用性能及其選用,1.2.1汽油的使用性能及選用 汽油對發(fā)動機(jī)性能有重要影響的特性有：揮發(fā)性、抗爆性、燃燒熱值、化學(xué)穩(wěn)定性和安全性。 （1）揮發(fā)性 汽油的揮發(fā)性常用蒸餾曲線相對地評定。在汽油規(guī)格中，以10%，50%，90%等餾分的餾出溫度作為汽油揮發(fā)性的主要指標(biāo)。,10%蒸發(fā)溫度標(biāo)志燃油的起動性,發(fā)動機(jī)冷啟動時，不僅轉(zhuǎn)速低，燃燒室壁面溫度低，燃料的氣化條件不好

3、，因此要求一定比例的汽油氣化，從而接近最佳的混合比，保證著火啟動。 一般我們用10%的餾出溫度來標(biāo)志汽車的起動性。10%蒸發(fā)溫度低，則起動性好，為了保證起動，所必需的發(fā)動機(jī)的溫度也越低。但是太過低了的話，容易引起“氣阻”，使發(fā)動機(jī)斷火。影響它的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。,50%餾出溫度標(biāo)志汽油的平均揮發(fā)性,發(fā)動機(jī)起動后，其溫度逐步上升到正常運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的時間稱為暖車時間。一般以汽油的50%餾出溫度標(biāo)志汽油的平均揮發(fā)性。 它影響著發(fā)動機(jī)的暖車時間、加速性以及工作穩(wěn)定性。若此溫度低，則說明這種汽油的平均揮發(fā)性好，在較低溫度下可以有較多的汽油揮發(fā)，容易保證必要的混合氣濃度。這樣可以縮短暖車時間；其溫度越低，則當(dāng)發(fā)動機(jī)由

4、較低負(fù)荷向較大負(fù)荷過渡時，能夠及時供給所需濃度的混合氣，使發(fā)動機(jī)的加速性能良好。,90%的餾出溫度標(biāo)志著燃料中含有難于揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量,燃料本身導(dǎo)致燃燒不完全和機(jī)油稀釋的相對傾向，都與90%餾出溫度有關(guān)。 此溫度越低，表明燃料中重質(zhì)成分少，揮發(fā)性好，有利于完全燃燒。 如若此溫度越高，則燃料中含有較多的重質(zhì)成分，從而燃燒不充分，附著在氣缸壁上，燃燒容易形成積炭或者排氣冒煙；凝在氣缸壁上的汽油滴還會流入曲軸箱，稀釋潤滑油，破壞發(fā)動機(jī)零部件的潤滑，加速發(fā)動機(jī)的磨損。 由此可見，90%餾出溫度也是一個重要指標(biāo)。,汽油的揮發(fā)性總結(jié),汽油機(jī)的最低起動溫度、氣阻和蒸發(fā)損耗等方面的相對性能可根據(jù)10%餾出

5、溫度來預(yù)測； 平均揮發(fā)性、暖車時間、加速性以及工作穩(wěn)定性可根據(jù)汽油的50%餾出溫度評估； 燃料中重質(zhì)成分的數(shù)量、燃燒冒煙、對機(jī)油的稀釋程度可根據(jù)90%的餾出溫度來評估。,（2）抗爆性,爆震燃燒是汽油機(jī)的一種不正常燃燒現(xiàn)象。引起爆燃的因素很多。但是在一定的結(jié)構(gòu)和使用工況下，燃料的抗爆性能是最主要的因素。 燃料的抗爆性是指燃料對于發(fā)動機(jī)發(fā)生爆燃的抵抗能力。燃料的抗爆性好，有利于提高發(fā)動機(jī)的壓縮比，改善發(fā)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。,汽油的抗爆性指標(biāo),汽油的抗爆性能取決于其化學(xué)組成。對于組成汽油的各種烴來說，烷烴抗爆性最差，烯烴次之，環(huán)烷烴較好，芳香烴最好；在同一種烴內(nèi)比較，輕餾分優(yōu)于重餾分，異構(gòu)物優(yōu)于正構(gòu)物。因

6、此，我們通過試驗(yàn)，采用與標(biāo)準(zhǔn)燃料比較的辦法來確定燃料的抗爆性。 評定汽油的抗爆性指標(biāo)是辛烷值。辛烷值高，則抗爆震能力強(qiáng)。國產(chǎn)汽油就是用研究法辛烷值來標(biāo)號的，分為90、93和97三個牌號。,辛烷值的測定方法,標(biāo)準(zhǔn)燃料是由異辛烷和正庚烷按不同容積比例混合配成。兩者的密度和沸點(diǎn)相差不多，但抗爆性相差懸殊。異辛烷用作抗爆性優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)，其辛烷值定為100。正庚烷作為抗爆性低劣的標(biāo)準(zhǔn)，其辛烷值定為0。將這兩種燃料按照不同比例混合，就可以得到不同抗爆等級的標(biāo)準(zhǔn)燃料。標(biāo)準(zhǔn)燃料的辛烷值為其異辛烷的百分?jǐn)?shù)。 測定時，先用待測燃料工作，逐漸增加壓縮比，直到爆震儀指示出標(biāo)準(zhǔn)的爆燃強(qiáng)度為止。然后，在相同的壓縮比下，用不

7、同辛烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行對比試驗(yàn)，直到產(chǎn)生相同的爆燃為止。這時所用標(biāo)準(zhǔn)燃料的辛烷值即為所測燃料的辛烷值。,爆燃,爆燃是燃料在發(fā)動機(jī)中的自燃現(xiàn)象，它不僅與燃料本身的化學(xué)性能有關(guān)，也要受到發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)情況（燃燒室設(shè)計、壓縮比、轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火提前角、氣門定時、化油器結(jié)構(gòu)等）的影響。因此該將燃料和發(fā)動機(jī)聯(lián)合起來評定“燃料發(fā)動機(jī)的抗爆性”。 同理，測試辛烷值的試驗(yàn)方法也就不是唯一的，所得到的數(shù)值也不是唯一的。通常采用的有兩種方法，馬達(dá)法（MON）與研究法(ROM)。由于研究法的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣溫度比馬達(dá)法低，所以用馬達(dá)法測定的辛烷值（MON）比研究法辛烷值（ROM）低。 兩者的差值反映出燃料對發(fā)動機(jī)強(qiáng)化程度

8、的敏感性?？贡笖?shù)量是指車用汽油研究法辛烷值及馬達(dá)法辛烷值之和的二分之一。,汽油的選用,在選用時，根據(jù)發(fā)動機(jī)的壓縮比來選擇其相應(yīng)使用的汽油： 90號的汽油適用于壓縮比小于9.0的發(fā)動機(jī)； 93號汽油適用于壓縮比9.010.0的發(fā)動機(jī)； 97號汽油則適用于壓縮比高于10.0發(fā)動機(jī)。,1.2.2 柴油的使用性能及選用,輕柴油（密度相對較輕，質(zhì)量要求較嚴(yán)，十六烷值較高）用于高速柴油機(jī) 重柴油用于中、低速柴油機(jī),柴油的使用性能及選用,（1）低溫流動性 溫度降低時，柴油開始析出固態(tài)石蠟而呈混濁狀態(tài)的溫度稱為濁點(diǎn)。 溫度繼續(xù)下降，柴油失去流動性能的溫度稱為凝點(diǎn)。 柴油達(dá)到濁點(diǎn)時，雖然仍具有流動性，但石蠟結(jié)

9、晶顆粒容易阻塞濾清器和油路。從流動性考慮，希望柴油的凝點(diǎn)低，凝點(diǎn)與濁點(diǎn)的溫差小。 選用柴油時，一般要求凝點(diǎn)比最低工作溫度低35，濁點(diǎn)不得高出凝點(diǎn)7。 我國的柴油規(guī)格就是以凝點(diǎn)編號的。例如：國產(chǎn)0號柴油，它的凝固點(diǎn)為0，適合于夏季使用。-20號柴油凝固點(diǎn)為-20，適合于冬季或寒冷地區(qū)使用。,柴油的使用性能及選用,(2) 揮發(fā)性 柴油的揮發(fā)性決定了混合氣形成的質(zhì)量和速度。因此，要求柴油有較好的霧化和揮發(fā)性。但是，如果霧化性和揮發(fā)性過強(qiáng)的話，不僅貯存和運(yùn)輸中損失大，而且安全性差。 評定柴油霧化性和揮發(fā)性的主要指標(biāo)是運(yùn)動粘度、餾程、閃點(diǎn)和密度。,柴油的使用性能及選用,(3)自燃性 柴油機(jī)是依靠燃料自燃

10、發(fā)火而燃燒的。它要求燃料有好的自燃性。 一般十六烷值是評定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。它與發(fā)動機(jī)的粗暴及起動性均有密切關(guān)系。 十六烷值用柴油標(biāo)準(zhǔn)樣品（正十六烷（100）和-甲基萘（0）配成的混合液）在標(biāo)準(zhǔn)柴油機(jī)中進(jìn)行比較得到。,柴油的使用性能及選用,(3)自燃性 十六烷值高的柴油，其著火延遲期短，氣缸中形成的混合氣少，燃燒所釋放的熱量也少，發(fā)動機(jī)工作平穩(wěn)；同時冷起動性亦能隨之改善。反之，發(fā)動機(jī)將工作粗暴，起動性能也變差。 但十六烷值過高，柴油的低溫流動性、霧化與蒸發(fā)性均受影響，會使著火延遲期太短，在未形成均勻混合氣、空氣不足的情況下產(chǎn)生早燃，導(dǎo)致發(fā)動機(jī)功率下降、油耗升高及排氣冒黑煙。 因此，在選用柴

11、油時不應(yīng)單純地追求高十六烷值,通常要求柴油的十六烷值應(yīng)在4560之間。,柴油的分類及選用,輕柴油按質(zhì)量分為優(yōu)等品、一等品和合格品。 每個等級柴油按凝點(diǎn)不同分為10號、0號、-10號、-20號、-35號、-50號六種牌號，其凝點(diǎn)分別不高于10、0、-10、-20和-35、-50。 選用柴油時，應(yīng)按最低環(huán)境溫度來選用。 10號輕柴油適合于有預(yù)熱設(shè)備的高速柴油機(jī)上使用； 0號輕柴油適合于最低氣溫在4以上的地區(qū)使用； -10號輕柴油適合于最低氣溫在-5以上的地區(qū)使用； -20號輕柴油適合于最低氣溫在-14以上的地區(qū)使用； -35號輕柴油適合于最低氣溫在-29以上的地區(qū)使用； -50號輕柴油適合于最低氣

12、溫在-44以上的地區(qū)使用。,2 燃料的燃燒,2.1 燃燒化學(xué)反應(yīng) 發(fā)動機(jī)中燃料的燃燒，是燃料中的碳、氫等元素和空氣中的氧之間的劇烈氧化反應(yīng)，并伴隨有發(fā)光和發(fā)熱的現(xiàn)象。 燃料中的碳和氫氧化以后分別生成CO2和H2O的，稱為完全燃燒。 理論空氣量就是指1kg燃料完全燃燒所必需的最低空氣量。,1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量,通過化學(xué)方程式可求出1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量 kg/kg燃料,2.2 過量空氣系數(shù),在發(fā)動機(jī)中，實(shí)際提供的空氣量往往并不等于理論空氣量。 燃燒1kg燃料實(shí)際提供的空氣量L與理論上所需的空氣量L0之比，稱為過量空氣系數(shù) 過量空氣系數(shù)與發(fā)動機(jī)的類型，混合氣形成的方法、燃

13、料的種類、工況（負(fù)荷與轉(zhuǎn)速）。當(dāng)負(fù)載變化時， 略有變化。,空燃比,與理念相似，也有將燃燒時空氣量與燃料的比例值是用空燃比A/F表示。,2.3 內(nèi)燃機(jī)混合氣的著火,燃燒理論認(rèn)為：一切燃燒過程都是由著火和燃燒本身兩個階段組成的。 著火階段是燃燒的準(zhǔn)備階段。在這一階段內(nèi)燃料受到混合氣中氧氣的氧化作用，進(jìn)行明顯燃燒以前的化學(xué)準(zhǔn)備。氧化反應(yīng)的速度很低，氣體的壓力和溫度均無明顯的升高。緩慢氧化過程中，有熱產(chǎn)生并逐漸積累起來，自身加速了反應(yīng)進(jìn)行速度，最后出現(xiàn)火焰，使過程轉(zhuǎn)入第二階段，即燃燒。,汽油機(jī)的高溫單階段著火,汽油機(jī)的著火是以鏈鎖反映開始，熱發(fā)火結(jié)束 。 由于電火花的電離和高溫加熱作用，自由原子形成了活性核心，開始鏈鎖反映 ，活性核心的再生，可以使反應(yīng)自動加速，熱量得以積累，局部反映氣體溫度將逐漸升高。使反應(yīng)加速到熱爆炸產(chǎn)生。 因?yàn)橛涉湻磻?yīng)所引起的起始反應(yīng)的自動加速，到由熱積累所引起的自動加溫，劃分不出兩者的界限，故稱為高溫單階段發(fā)火。,汽油機(jī)的高溫單階段著火,熱爆炸僅是形成了火焰核心，只有當(dāng)它本身的反應(yīng)放熱量大于它向周圍混合氣的散熱量時，它才能靠熱傳導(dǎo)和活性粒子的擴(kuò)散向外擴(kuò)散，形成穩(wěn)定的火源，到此才算著火完成。 以后的燃燒是由火焰核心向鄰近的均勻混合氣體進(jìn)行傳播。即火焰由已燃部分向未燃部分逐步推進(jìn)，是燃燒過程持續(xù)和擴(kuò)展。,柴油機(jī)的低溫多階段自燃,在