發(fā)動機課件第四章

1、福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 第四章 內(nèi)燃機的燃料與燃燒 4.1 內(nèi)燃機燃料及其提煉 4.2 傳統(tǒng)燃料的現(xiàn)狀及使用特性 4.3 燃燒熱化學 4.4 燃燒的基本知識 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.1 4.1 內(nèi)燃機燃料及其提煉內(nèi)燃機燃料及其提煉 4.1.1 4.1.1 石油中烴的分

2、類及性質(zhì)石油中烴的分類及性質(zhì) 石油的主要成分：石油的主要成分：C C、H H（97-98%97-98%），其他還有少量的），其他還有少量的S S、 O O、N N等。等。 烴，CnHm 據(jù)組成和結(jié)構的不同分據(jù)組成和結(jié)構的不同分烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴烷烴、烯烴、環(huán)烷烴、芳香烴等，等， C C和和H H的不同構成不同分子量、不同沸點的物質(zhì)，汽油和的不同構成不同分子量、不同沸點的物質(zhì)，汽油和 柴油通過石油蒸餾獲得。柴油通過石油蒸餾獲得。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicl

3、e Engineering 1 1 碳原子數(shù)的影響碳原子數(shù)的影響 C C原子數(shù)原子數(shù)沸點沸點品種品種相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量理化性質(zhì)的變化趨勢理化性質(zhì)的變化趨勢 C C1 1-C-C4 4常溫常溫石油氣石油氣16-5816-58 隨隨C C ，質(zhì)量，質(zhì)量 ，揮，揮 發(fā)性發(fā)性 ，粘度，粘度 ，化，化 學安定性學安定性 ，自燃性，自燃性 ，點燃性，點燃性 C C5 5-C-C11 11 50-20050-200汽油汽油95-12095-120 C C11 11-C -C19 19 180-300180-300煤油煤油100-180100-180 C C16 16-C -C23 23 250-360

4、250-360輕柴油輕柴油180-200180-200 C C23 23以上 以上360360重油重油220-280220-280 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 碳，氫原子數(shù)和排列位置對燃料性質(zhì)影很大：碳，氫原子數(shù)和排列位置對燃料性質(zhì)影很大： 1）烷烴：分子式：）烷烴：分子式：CnH2n+2 ； 化學結(jié)構：化學結(jié)構： 直鏈特點：飽和開鏈式，含直鏈特點：飽和開鏈式，含C越高結(jié)構越不緊湊，越高結(jié)構越不緊湊， 常溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性差，

5、常溫下化學性質(zhì)穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性差， 高溫易分解，自然性好高溫易分解，自然性好柴油的好成分；柴油的好成分； -C-C-C-C-；-C-C-C-C- C C 支鏈支鏈(熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定) 直鏈直鏈 2. 2. 分子的化學結(jié)構對性能的影響分子的化學結(jié)構對性能的影響 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 2）烯烴：）烯烴： 分子式：分子式：CnH2n ； 化學結(jié)構：化學結(jié)構：-C=C-; -C=C-C-C- 特點：非飽和開鏈式，自發(fā)火性差，汽油的成分；特點：

6、非飽和開鏈式，自發(fā)火性差，汽油的成分； 常溫下化學穩(wěn)定性差，易氧化膠質(zhì)；不易儲存常溫下化學穩(wěn)定性差，易氧化膠質(zhì)；不易儲存 3）炔烴：分子式：）炔烴：分子式：CnH2n-2 ；化學結(jié)構：；化學結(jié)構：C C 特點：非飽和開鏈，熱裂化產(chǎn)物，不存在原油中；特點：非飽和開鏈，熱裂化產(chǎn)物，不存在原油中； 很不穩(wěn)定，常溫下易分解；不易作燃料。很不穩(wěn)定，常溫下易分解；不易作燃料。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4）環(huán)烷烴：分子式：）環(huán)烷烴：分子式：CnH

7、2n; 化學結(jié)構：化學結(jié)構： 特點：飽和環(huán)狀，不易分裂，熱穩(wěn)定性強，特點：飽和環(huán)狀，不易分裂，熱穩(wěn)定性強， 汽油機的燃料，石油的重要組成部分。汽油機的燃料，石油的重要組成部分。 -CC- -CC- 環(huán)丁環(huán) 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 5）芳香烴：）芳香烴：CnH2n-6； 基本化合物是苯：基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子結(jié)構堅固；石油中含量少，分子結(jié)構堅固； 熱穩(wěn)定性高，熱穩(wěn)定性高， 高溫下不易破裂；高溫下不易破裂； 汽油

8、的良好的抗爆劑；汽油的良好的抗爆劑； 石油煉制中產(chǎn)生。石油煉制中產(chǎn)生。 其中，其中， -甲基萘：甲基萘：C11H10， 其抗爆性認為其抗爆性認為100% 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.1.2 4.1.2 燃料燃料的提煉方法及對燃料性的提煉方法及對燃料性 能的影響能的影響 從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程：從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程： 直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾；直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾； 不同分餾溫度得

9、到不同成分的燃油不同分餾溫度得到不同成分的燃油 這一部分這一部分燃料油約占原油的燃料油約占原油的25%40% 裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解； 催化重整：使用催化劑進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解； 加氫精制：加氫精制：將蒸餾后的重油等一些高將蒸餾后的重油等一些高 分子成分用不同手段裂解分子成分用不同手段裂解 為分子量較輕的成分。為分子量較輕的成分。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 表 4-3 不同

10、煉制方法對油料性質(zhì)的影響 油 料 直餾法 熱裂法 催化裂化法 汽 油 穩(wěn)定性好，含 90%95%的 烷烴與環(huán)烷烴，芳香烴不超 過 5%9%，不含不飽和鏈 狀烴，其 MON 辛烷值大致 在 5070 含有較多的不飽和烴，儲存 中易產(chǎn)生膠質(zhì)，抗爆性比直 餾汽油好，其 MON 辛烷值 約為 5868 范圍內(nèi) 芳 香 烴 的 體 積 分 數(shù) 約 32%40%， 烷烴為 50%60%， 環(huán)烷烴為 8%10%，品質(zhì)高， 抗爆性好，辛烷值可達 7784， RON 可達 90 以上 柴 油 含有20%30%的芳香烴具 有較高的十六烷值 含有大量不飽和烴，十六烷值較低， 一般用作中低速柴油機燃料 性能較好，可作

11、高品質(zhì)柴油使 用，用于高速柴油機中 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 熱裂解：工藝簡單；熱裂解：工藝簡單； 但燃油的穩(wěn)定性差，辛烷值低。但燃油的穩(wěn)定性差，辛烷值低。 催化重整：使正構烷烴或環(huán)烷烴催化重整：使正構烷烴或環(huán)烷烴異構物烴和異構物烴和 芳香烴；芳香烴； 副產(chǎn)品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。副產(chǎn)品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。 加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳，加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳， 脫氮，脫氧以及脫金屬等作

12、用，滿足油品的更高脫氮，脫氧以及脫金屬等作用，滿足油品的更高 要求。要求。 為獲得高品質(zhì)燃料，常采用加氫精制或催化重整為獲得高品質(zhì)燃料，常采用加氫精制或催化重整 工藝。工藝。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.1.3 4.1.3 代用燃料及其特性代用燃料及其特性 1、氣體燃料、氣體燃料 NG：自由態(tài)或與石油共存的天然氣，主要成分是甲烷：自由態(tài)或與石油共存的天然氣，主要成分是甲烷,CH4; 成為第三大支柱能源。成為第三大支柱能源。 汽車上的

13、應用：汽車上的應用： 壓縮天然氣壓縮天然氣(CNG)，20MPa 存于高壓氣瓶中；存于高壓氣瓶中； 液化天然氣液化天然氣(LNG)，-162低溫液化儲存；低溫液化儲存； 其密度為常態(tài)下氣體密度的其密度為常態(tài)下氣體密度的600倍；倍； 行駛距離長；但成本高。行駛距離長；但成本高。 LPG: 天然石油氣或石油煉制中產(chǎn)生的液化石油氣天然石油氣或石油煉制中產(chǎn)生的液化石油氣 主要成分：丙烷主要成分：丙烷/丙烯丙烯/丁烷丁烷/丁烯及其異構物。丁烯及其異構物。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle Engineering

14、Vehicle Engineering 天然氣燃料的優(yōu)點：天然氣燃料的優(yōu)點： 主要成分是甲烷，主要成分是甲烷，CO、HC排放少，燃料中不含硫的成分排放少，燃料中不含硫的成分 ，SO2排放量低于電動汽車。排放量低于電動汽車。 辛烷值高達辛烷值高達130，可提高壓縮比，可提高壓縮比熱效率熱效率 。 燃燒下限寬，稀燃優(yōu)越，運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)可降低燃燒下限寬，稀燃優(yōu)越，運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)可降低NOx。 氣體燃料，低溫起動及低溫運轉(zhuǎn)性能良好。氣體燃料，低溫起動及低溫運轉(zhuǎn)性能良好。 天然氣燃料的缺點：天然氣燃料的缺點： 氣體燃料，常溫常壓下儲運性能差，能流密度低氣體燃料，常溫常壓下儲運性能差，能流密度低，一次充一次充 氣

15、可行駛距離短。氣可行駛距離短。 儲氣壓達儲氣壓達20MP，燃料容器加重。，燃料容器加重。 因氣態(tài)吸入氣缸，充氣效率降低；單位體積的混合氣熱值因氣態(tài)吸入氣缸，充氣效率降低；單位體積的混合氣熱值 低，功率降低近低，功率降低近10% 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 用于汽車的三種形式：用于汽車的三種形式： CNG以以20MPa壓縮儲存；壓縮儲存； 液化天然氣液化天然氣 LNG -162以下儲存；以下儲存； 吸附天然氣吸附天然氣 ANG吸附材料吸附

16、材料 液化液化天然氣天然氣汽車汽車 LNG 天然氣天然氣汽車汽車 壓縮壓縮天然氣天然氣汽車汽車 CNG 吸附吸附天然氣天然氣汽車汽車 ANG 天然氣天然氣專用專用汽車汽車： 以壓縮天然氣為以壓縮天然氣為單單 一燃料一燃料 以汽油機以汽油機改進型改進型 和柴油機和柴油機改進型改進型 兩用燃料兩用燃料汽車汽車： 兩種兩種燃料燃料哪一種哪一種 多能多能行駛的汽車行駛的汽車 天然氣天然氣/ /汽油、汽油、 LPGLPG 雙雙燃料燃料汽車汽車： 兩種兩種燃料燃料混合使混合使 用用的汽車的汽車 天然氣天然氣+ +柴油柴油 混合動力混合動力汽車汽車： 天然氣天然氣發(fā)動機和發(fā)動機和 電機等電機等組合的汽組合的

17、汽 車車 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 2. 醇類燃料：主要指甲醇和乙醇醇類燃料：主要指甲醇和乙醇 甲醇：從天然氣、煤、生物質(zhì)等原料中提取。甲醇：從天然氣、煤、生物質(zhì)等原料中提取。 乙醇：從含淀粉和糖的農(nóng)作物中制取。乙醇：從含淀粉和糖的農(nóng)作物中制取。 特點：相對汽油特點：相對汽油 熱值低，但醇中含氧量大，所需理論空氣量比汽油少，所熱值低，但醇中含氧量大，所需理論空氣量比汽油少，所 以兩者混合氣熱值相近，保證發(fā)動機動力性能不降低以兩者混合氣

18、熱值相近，保證發(fā)動機動力性能不降低 醇的汽化潛熱為汽油的三倍；燃料蒸發(fā)汽化可促使進氣溫醇的汽化潛熱為汽油的三倍；燃料蒸發(fā)汽化可促使進氣溫 度降低，增加充氣量，但冷起動困難需要預熱。度降低，增加充氣量，但冷起動困難需要預熱。 辛烷值高，抗爆性能好，可提高壓縮比。辛烷值高，抗爆性能好，可提高壓縮比。 沸點低，產(chǎn)生氣阻的傾向大。沸點低，產(chǎn)生氣阻的傾向大。 甲醇對視神經(jīng)有損傷作用，有毒性，儲運及使用中注意安甲醇對視神經(jīng)有損傷作用，有毒性，儲運及使用中注意安 全；甲醇對金屬有一定腐蝕作用，需防腐蝕措施。全；甲醇對金屬有一定腐蝕作用，需防腐蝕措施。 原料來源廣泛， 可再生，有較好 的燃料特性 福州大學福州

19、大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 3. 生物柴油生物柴油 由動物脂肪或植物油通過酯化反應得到的長鏈脂肪酸甲由動物脂肪或植物油通過酯化反應得到的長鏈脂肪酸甲(乙乙)酯酯 組成的新型燃料。具有與柴油相近的性能。組成的新型燃料。具有與柴油相近的性能。 特點：特點： 環(huán)保性優(yōu)良

20、。含環(huán)保性優(yōu)良。含S低，不含芳香烴，保持低，不含芳香烴，保持CO2平衡。平衡。 十六烷值高，燃燒性能好，潤滑性能好。十六烷值高，燃燒性能好，潤滑性能好。 閃點高，可溶解，對土地和水的污染小，可大大減輕意外閃點高，可溶解，對土地和水的污染小，可大大減輕意外 泄漏時對環(huán)境的污染泄漏時對環(huán)境的污染安全性好。安全性好。 可再生。資源不會枯竭?？稍偕ＹY源不會枯竭。 能與石油柴油以任何比例相溶，與柴油混燒或純燒生物柴能與石油柴油以任何比例相溶，與柴油混燒或純燒生物柴 油，可直接應用現(xiàn)有的柴油機及供油系統(tǒng)和加油站系統(tǒng)。油，可直接應用現(xiàn)有的柴油機及供油系統(tǒng)和加油站系統(tǒng)。 光合作用自 然循環(huán) 福州大學福州大學

21、 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 加熱至80 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 燃料使用特性指標燃料使用特性指標與發(fā)動機

22、使用有關的與發(fā)動機使用有關的評價燃油品評價燃油品 質(zhì)質(zhì)的指標。的指標。 反映反映燃燒性能燃燒性能的有關指標，如柴油的十六烷值、汽的有關指標，如柴油的十六烷值、汽 油的辛烷值、燃點、餾程等。油的辛烷值、燃點、餾程等。 反映燃油反映燃油輸送性能輸送性能、流動性能流動性能的有關指標，如粘的有關指標，如粘 度、凝點等。度、凝點等。 和發(fā)動機和發(fā)動機排放性能排放性能的有關指標。如雜質(zhì)、灰分、含的有關指標。如雜質(zhì)、灰分、含 硫量、殘?zhí)康取Ａ蛄?、殘?zhí)康取?4.2 4.2 傳統(tǒng)燃料的現(xiàn)狀及使用特性傳統(tǒng)燃料的現(xiàn)狀及使用特性 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University

23、車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering .1柴油柴油 1 1、十六烷值、十六烷值 評價柴油評價柴油自燃性自燃性的指標，它與柴油機的啟動型和工的指標，它與柴油機的啟動型和工 作粗暴性有密切關系。作粗暴性有密切關系。 輕柴油輕柴油C16-23 重柴油重柴油C23以上 以上 分析十六烷值對發(fā)動機性分析十六烷值對發(fā)動機性 能的影響，什么燃料的十能的影響，什么燃料的十 六烷值高？六烷值高？ 工作柔和工作柔和 改善冷啟動性能改善冷啟動性能 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛

24、工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 按一定比例將十六烷和按一定比例將十六烷和-甲基萘配制成混合燃料，在甲基萘配制成混合燃料，在 試驗機上比較被測柴油與混合燃料燃燒情況。試驗機上比較被測柴油與混合燃料燃燒情況。 混合燃料的自燃性和被測柴油相同時，混合燃料中十混合燃料的自燃性和被測柴油相同時，混合燃料中十 六烷的體積百分數(shù)即所測柴油的十六烷值。六烷的體積百分數(shù)即所測柴油的十六烷值。 國產(chǎn)車用柴油的十六烷值一般規(guī)定在國產(chǎn)車用柴油的十六烷值一般規(guī)定在40-5540-55之間。之間。 測量方法：測量方法： 福州大學福州大學 Fuzhou Uni

25、versityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 十六烷值：與燃料的分子結(jié)構有關；十六烷值：與燃料的分子結(jié)構有關； 可通過原油種類、煉制方法、添加劑來控制可通過原油種類、煉制方法、添加劑來控制; 直鏈烷烴類、分子量、直鏈烷烴類、分子量、C數(shù)增加時十六烷值增加數(shù)增加時十六烷值增加; 所以，十六烷值高，便于起動，著火落后期縮短所以，十六烷值高，便于起動，著火落后期縮短; 但，分子量增加，蒸發(fā)性變差，粘度增加，冒黑煙，經(jīng)濟但，分子量增加，蒸發(fā)性變差，粘度增加，冒黑煙，經(jīng)濟 性惡化。性惡化。 一般，十六

26、烷值：一般，十六烷值：4565，不要過大，不要過大 過大：冒煙過大：冒煙 過?。翰灰字疬^?。翰灰字?十六烷值取決于那些因素？十六烷值越大越好嗎？十六烷值取決于那些因素？十六烷值越大越好嗎？ 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 燃料中不同成分對化學安全性的影響 十六烷值取決于那些因素？十六烷值越大越好嗎？十六烷值取決于那些因素？十六烷值越大越好嗎？ 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工

27、程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 2 2、餾程、餾程 評價柴油評價柴油蒸發(fā)性蒸發(fā)性的指標。的指標。 50% 50% 餾出溫度餾出溫度低，柴油蒸發(fā)性好，輕餾分多，有低，柴油蒸發(fā)性好，輕餾分多，有 利于混合氣形成和著火，冷起動性能好。利于混合氣形成和著火，冷起動性能好。 90% 90% 和和 95% 95% 餾出溫度餾出溫度高，柴油中重餾分多，燃高，柴油中重餾分多，燃 燒容易不完全，易形成積炭，排氣容易冒煙。燒容易不完全，易形成積炭，排氣容易冒煙。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車

28、輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 3 3、粘度、粘度 表示流體內(nèi)部表示流體內(nèi)部摩擦力摩擦力 粘度大粘度大，柴油噴射時，霧化質(zhì)量差，燃燒不，柴油噴射時，霧化質(zhì)量差，燃燒不 完全，燃油消耗率高，排氣冒煙。完全，燃油消耗率高，排氣冒煙。 粘度小粘度小，噴油泵、噴油嘴的偶件潤滑不良，噴油泵、噴油嘴的偶件潤滑不良， 磨損嚴重，壽命短。磨損嚴重，壽命短。 柴油必須具有一定的粘度。輕柴油的粘度柴油必須具有一定的粘度。輕柴油的粘度為為: : 2.5 2.5 8 810 10 -6 -6 m m2 2/ s / s（20 20 時）。時）。 福州大

29、學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4 4、凝點、凝點 評價柴油的評價柴油的輸送性和流動性輸送性和流動性的指標。的指標。 輕柴油牌號按其凝點確定。輕柴油牌號按其凝點確定。柴油柴油 凝點是指其失去流動性時的攝氏凝點是指其失去流動性時的攝氏 溫度。溫度。 根據(jù)國標（根據(jù)國標（GB25287GB25287），輕柴油規(guī)格按凝點分為），輕柴油規(guī)格按凝點分為1010、0 0、 -10-10、-20-20、-35-35和和-50-50六個牌號，分別表示凝點不高于六

30、個牌號，分別表示凝點不高于1010、 00、-10-10、-20-20、-35-35和和-50-50； 牌號越高，凝點越低。牌號越高，凝點越低。 選用柴油時，按其凝點應比最低環(huán)境溫度約高出選用柴油時，按其凝點應比最低環(huán)境溫度約高出5 5 確確 定牌號。定牌號。 Q：如何劃分以及選：如何劃分以及選 擇柴油的等級？擇柴油的等級？ 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 5 5、熱值、熱值 評價柴油評價柴油做功能力做功能力的指標。的指標。 熱值是指熱值是

31、指1Kg1Kg燃料燃料完全燃燒所釋放的熱量，熱值越大的完全燃燒所釋放的熱量，熱值越大的 燃料，氣單位燃料完全燃燒所能放出的能量越大燃料，氣單位燃料完全燃燒所能放出的能量越大 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 小結(jié)：總結(jié)柴油小結(jié)：總結(jié)柴油 主要的特性指標主要的特性指標 十六烷值十六烷值 餾程餾程 粘度粘度 凝點凝點 熱值熱值 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehic

32、le EngineeringVehicle Engineering 1 1、辛烷值、辛烷值 評價汽油評價汽油抗爆性抗爆性的指標。的指標。 4.2.2 4.2.2 汽油汽油 爆燃：爆燃：汽油的燃燒過程中，可能出現(xiàn)一種不汽油的燃燒過程中，可能出現(xiàn)一種不 正常的自燃現(xiàn)象，成為爆燃。正常的自燃現(xiàn)象，成為爆燃。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 測定汽油的辛烷值有不同的試驗方法，常用測定汽油的辛烷值有不同的試驗方法，常用 的為的為馬達法（馬達法（MON

33、MON）與與研究法（研究法（RONRON）。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 馬達法（馬達法（MONMON：MoterMoter octane number octane number）的辛烷）的辛烷 值高還是研究法（值高還是研究法（RON: Research octane RON: Research octane numbernumber） ？ 馬達法辛烷值低于馬達法辛烷值低于 研究法辛烷。研究法辛烷。一般采用一般采用 研究法辛烷值研究法

34、辛烷值來確定汽來確定汽 油的抗爆性。如要比較全油的抗爆性。如要比較全 面表示抗爆性時，同時標面表示抗爆性時，同時標 出出RONRON和和MONMON值。值。 MON=RONMON=RON0.8+100.8+10 車用汽油按車用汽油按MONMON分分7070、7575、 8080、8585號號4 4種牌號種牌號 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering MONRONSa 燃料的靈敏度：燃料的靈敏度： 用于表示對工況的敏感性和適應性。用于表示對工況的敏感

35、性和適應性。 辛烷值的大小取決辛烷值的大小取決 于什么？市場上賣于什么？市場上賣 的燃油添加劑是用的燃油添加劑是用 來增強汽油的抗爆來增強汽油的抗爆 性的嗎？性的嗎？ 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 汽油辛烷值的大小取決于汽油辛烷值的大小取決于汽油的組成成分、汽油的組成成分、 煉制方法以及添加劑等煉制方法以及添加劑等。 根據(jù)燃料的化學結(jié)構，辛烷值的高低順序依次根據(jù)燃料的化學結(jié)構，辛烷值的高低順序依次 為：為：烷烴烷烴 烯烴烯烴 環(huán)烷烴環(huán)烷烴

36、 1稀混合氣稀混合氣 a 1a1時完全燃燒的產(chǎn)物及數(shù)量時完全燃燒的產(chǎn)物及數(shù)量 1 1、燃燒前混合氣的數(shù)量（空氣和燃料蒸氣）、燃燒前混合氣的數(shù)量（空氣和燃料蒸氣） T a M Lm 1 01 01 Lm a 汽油機汽油機 柴油機柴油機 ) 32412 ( 21. 0 1 0 OHC www L kmol/kg MT為燃料的為燃料的 相對分子量相對分子量 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 2 2、燃燒產(chǎn)物的數(shù)量、燃燒產(chǎn)物的數(shù)量 324 02 OH

37、 a ww Lm 在在a1a1時，完全燃燒時的產(chǎn)物是由時，完全燃燒時的產(chǎn)物是由COCO2 2、H H2 2O O、剩剩 余的余的O O2 2以及未參加反應的空氣中的以及未參加反應的空氣中的N N2 2組成。組成。 3 3、燃燒前產(chǎn)物的增量、燃燒前產(chǎn)物的增量 T OH OH M ww ww mmm 1 324 324 12 柴油機柴油機 汽油機汽油機 22 222 22 COCO HOH O 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4 4、理論分子變

38、更系數(shù)、理論分子變更系數(shù)u0u0 T a T OH a OH M L M ww L ww m m m mm m m 1 1 324 1 324 1 1 0 0 11 1 1 2 0 柴油機柴油機 汽油機汽油機 汽油機汽油機 柴油機柴油機 12. 104. 1 0 06. 103. 1 0 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.3.4 4.3.4 燃料熱值與混合氣熱值燃料熱值與混合氣熱值 1. 燃料的熱值：燃料的熱值： 定義：定義： 1kg燃料

39、完全燃燒所放出的熱量。燃料完全燃燒所放出的熱量。 低熱值：產(chǎn)物中低熱值：產(chǎn)物中H2O以水蒸氣狀態(tài)存在；以水蒸氣狀態(tài)存在； 高熱值：產(chǎn)物中高熱值：產(chǎn)物中H2O以液體狀態(tài)存在。以液體狀態(tài)存在。 2. 混合氣熱值：單位混合氣完全燃燒所放出的熱量混合氣熱值：單位混合氣完全燃燒所放出的熱量 設設1kg燃料形成的混合氣量為燃料形成的混合氣量為M1，燃料低熱值，燃料低熱值h ; 則，則， rT a mix M L h M h Q 1 0 1 氣化氣化 潛熱潛熱 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle Engineering

40、Vehicle Engineering NGNGLPGLPG甲醇甲醇乙醇乙醇汽油汽油柴油柴油 分子式分子式C1-C3C1-C3C3-C4C3-C4CH3COHCH3COHC2H5OHC2H5OHC5-C11C5-C11C15-C23C15-C23 熱值熱值 （kJ/kgkJ/kg） 500505005046390463902026020260270002700044000440004250042500 混合氣熱混合氣熱 值（值（kJ/mkJ/m3 3）3230 32303490349035573557366036603750375037503750 RONRON13013096-11196-1

41、1111011010610696-10696-106 MONMON 120-120- 130130 89-9689-969292808081-8981-89 當氣缸工作容積和進氣條件一定時，每循環(huán)對工質(zhì)當氣缸工作容積和進氣條件一定時，每循環(huán)對工質(zhì) 的加熱量的加熱量取決于單位體積可燃混合氣的熱值取決于單位體積可燃混合氣的熱值，而不是取，而不是取 決于燃料的熱值。決于燃料的熱值。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.4 4.4 燃燒的基本知識燃

42、燒的基本知識 燃燒過程：著火階段燃燒過程：著火階段燃燒準備過程燃燒準備過程 燃燒階段燃燒階段放熱過程放熱過程 一、著火理論一、著火理論 著火過程：指混合氣自動加速反應，產(chǎn)生升溫，著火過程：指混合氣自動加速反應，產(chǎn)生升溫， 最終某一時刻某一位置出現(xiàn)火焰的過程。最終某一時刻某一位置出現(xiàn)火焰的過程。 特點：有明顯的光和火焰效應特點：有明顯的光和火焰效應 著火理論著火理論(方式方式)：著火熱理論著火熱理論 鏈鎖反應理論鏈鎖反應理論 點燃點燃 自燃理論自燃理論 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle Engineeri

43、ngVehicle Engineering 1、著火的熱理論、著火的熱理論 加熱一充滿空氣和燃料混合氣的容器加熱一充滿空氣和燃料混合氣的容器 受熱燃料分子和氧分子動能受熱燃料分子和氧分子動能 而相撞而相撞 活化分子相撞能量活化分子相撞能量反應活化能反應活化能E時，打破時，打破 化學鍵而引起化學反應化學鍵而引起化學反應 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 設：容器中總分子數(shù)設：容器中總分子數(shù)n； 超過活化能超過活化能E的活化分子數(shù)的活化分子數(shù)n*

44、； 則則 按照能量分配定律：按照能量分配定律： RT E e n n * R：氣體常數(shù)；：氣體常數(shù)； E：活化能；：活化能； T：絕對溫度：絕對溫度 可見，可見，T 時，活化分子所占比例時，活化分子所占比例 ，化學反應加速，化學反應加速 反應速度反應速度v：單位時間單位體積中出現(xiàn)的氧化產(chǎn)物的分子：單位時間單位體積中出現(xiàn)的氧化產(chǎn)物的分子 數(shù)，與數(shù)，與n*/n成比例，即成比例，即 RT E eC 1 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 又又 燃料氧

45、化反應放熱速率與氧化反應速度成比例：燃料氧化反應放熱速率與氧化反應速度成比例： RT E eC dt dq 2 1 C2：與分子的反應熱及氣：與分子的反應熱及氣 體的壓力有關的系數(shù)體的壓力有關的系數(shù) 反應時單位時間內(nèi)向容器壁的傳熱量為：反應時單位時間內(nèi)向容器壁的傳熱量為： 0 2 TTA dt dq A: 與容器材料、形狀及與容器材料、形狀及 氣體導熱率有關的系數(shù)氣體導熱率有關的系數(shù) 放熱率放熱率=傳熱率傳熱率 放熱率放熱率dq2/dt； 熱量積累熱量積累著火。著火。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle

46、EngineeringVehicle Engineering 結(jié)論：結(jié)論： TC與混合氣的物理化學性質(zhì)、環(huán)境溫度、壓力、與混合氣的物理化學性質(zhì)、環(huán)境溫度、壓力、 容器形狀及散熱情況有關；容器形狀及散熱情況有關； 同一種燃料，因條件不同，同一種燃料，因條件不同， 著火溫度不同。著火溫度不同。 臨界臨界Tc與壓力與壓力pc明顯影響明顯影響 著火域；著火域； pc低時需要低時需要 Tc。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 存在混合氣濃度的著火界限；

47、隨溫度和壓力存在混合氣濃度的著火界限；隨溫度和壓力 ， 著火界限加寬，但有限。當溫度和壓力低于臨界著火界限加寬，但有限。當溫度和壓力低于臨界 值時，無論在什么濃度下，均不能著火。值時，無論在什么濃度下，均不能著火。 上限上限 下限下限 天然氣的著火界天然氣的著火界 限比較寬，所以限比較寬，所以 經(jīng)濟性好經(jīng)濟性好 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 在低溫、低壓區(qū)著火規(guī)律與在低溫、低壓區(qū)著火規(guī)律與 高溫區(qū)完全不同高溫區(qū)完全不同存在著火半島。存在著

48、火半島。 藍焰期：甲醛的支鏈反藍焰期：甲醛的支鏈反 應而產(chǎn)生應而產(chǎn)生CO；輝光較強，；輝光較強， p、T ；持續(xù)期短；持續(xù)期短 熱焰期熱焰期:CO+氧生成氧生成 CO2爆炸性熱火爆炸性熱火 焰，釋放大量熱焰，釋放大量熱 冷焰冷焰:過氧化物分過氧化物分 解成甲醛解成甲醛,并積累并積累 低溫多階段著火低溫多階段著火 冷焰誘導期冷焰誘導期 1: T 低反應緩慢，形低反應緩慢，形 成過氧化物成過氧化物 烴燃料低溫下著火過程烴燃料低溫下著火過程(光譜分析光譜分析)： 冷焰冷焰 2藍焰藍焰 3熱焰熱焰 4三個階段。三個階段。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou Univers

49、ity 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 烴燃料低溫低壓時的著火規(guī)律：退化支鏈反應烴燃料低溫低壓時的著火規(guī)律：退化支鏈反應 的結(jié)果的結(jié)果低溫多階段著火低溫多階段著火。 烴燃料高溫時：甲醛退化支鏈反應不經(jīng)過冷焰烴燃料高溫時：甲醛退化支鏈反應不經(jīng)過冷焰 期，而直接進入藍焰期，而直接進入藍焰-熱焰期，因藍焰熱焰期，因藍焰-熱焰期很熱焰期很 難區(qū)分難區(qū)分高溫單階段著火。高溫單階段著火。 高溫單階段著火高溫單階段著火 高溫時：甲醛退化支鏈高溫時：甲醛退化支鏈 反應不經(jīng)冷焰，直接進反應不經(jīng)冷焰，直接進 入藍焰入藍焰-熱焰期。熱焰期。 福州大

50、學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 2 2、鏈鎖反應、鏈鎖反應 反應自動加速不一定要依靠反應自動加速不一定要依靠熱量的積累熱量的積累使大量使大量 分子活化，通過鏈鎖反應分子活化，通過鏈鎖反應逐漸積累活化中心逐漸積累活化中心的的 方法也能使反應自動加速，直至著火。方法也能使反應自動加速，直至著火。 鏈鎖反應：鏈鎖反應：將活性中心再生的反應過程稱為連鎖反應。將活性中心再生的反應過程稱為連鎖反應。 鏈鎖反應的過程：鏈鎖反應的過程：鏈引發(fā)鏈引發(fā)鏈傳播鏈傳播鏈

51、中斷鏈中斷 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 例如：氫的燃燒化學方程：例如：氫的燃燒化學方程：2H2+O22H2O 實際過程是：實際過程是： 鏈引發(fā)：鏈引發(fā)： H2 2H 鏈傳播鏈傳播(鏈爆炸鏈爆炸)： H+O2 OH+O O+H2OH+H 2OH+H2 2H2O+2H 鏈中斷：鏈中斷： H+H+M H2+M（M是惰性氣體分子）是惰性氣體分子） H+OH+M H2O+M H+O+M OH+M 反應物分子分解為自由原子或自由基，形反應物分子分解

52、為自由原子或自由基，形 成活化中心。成活化中心。 反應進一步推進，生成新的自由原子或自反應進一步推進，生成新的自由原子或自 由基。由基。 具有反應能力的自由原子或自由基與冷的具有反應能力的自由原子或自由基與冷的 壁面或惰性氣體碰撞壁面或惰性氣體碰撞,使反應能力減小。使反應能力減小。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering CH+N2 HCN+N CH2+N2HCN+NH 例如：柴油機燃燒過程中有兩種例如：柴油機燃燒過程中有兩種NOxNOx 混合氣的

53、著火往往不是單一機理進行，二者機理同混合氣的著火往往不是單一機理進行，二者機理同 時存在相互促進。一般說，在高溫下以熱爆炸為主，時存在相互促進。一般說，在高溫下以熱爆炸為主， 在低溫下以鏈鎖反應為主。在低溫下以鏈鎖反應為主。 快速快速NONO的產(chǎn)生是個典型的連鎖反應過程的產(chǎn)生是個典型的連鎖反應過程 熱力熱力NOxNOx 快速快速NOxNOx 很容易與很容易與O O結(jié)合結(jié)合 生成快速生成快速NOxNOx 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 鏈鎖反

54、應特點：鏈鎖反應特點： 1）誘導期）誘導期 i：積累活性中心過程，量變；：積累活性中心過程，量變； 2）鏈爆炸的原因，是能激發(fā)活性中心，不一定高溫）鏈爆炸的原因，是能激發(fā)活性中心，不一定高溫; 3）反應自動加速；隨溫度急劇增高（）反應自動加速；隨溫度急劇增高（AB）;隨反應隨反應 度濃度的減少而降低（度濃度的減少而降低（BC） 4）加入惰性氣體時，）加入惰性氣體時， 反應速度迅速下降；反應速度迅速下降； 而加入添加劑時：而加入添加劑時： 使反應速度加速。使反應速度加速。 與反應物物性參數(shù)、濃度、與反應物物性參數(shù)、濃度、 溫度、容器形狀有關溫度、容器形狀有關 福州大學福州大學 Fuzhou Un

55、iversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 3 3、點燃、點燃 點燃是指利用電火花等外部能量在可燃混合氣中點燃是指利用電火花等外部能量在可燃混合氣中 產(chǎn)生火焰核心產(chǎn)生火焰核心并而并而引起火焰?zhèn)鞑ヒ鸹鹧鎮(zhèn)鞑サ倪^程。的過程。 能夠可靠著火所需要的最能夠可靠著火所需要的最 小能量稱為小能量稱為最低點火能量最低點火能量。 燃料的種類燃料的種類 混合氣的含量混合氣的含量 空氣的氧含量空氣的氧含量 壓力和溫度壓力和溫度 點火處氣流的運動狀況點火處氣流的運動狀況 電火花的性質(zhì)電火花的性質(zhì) 電極的幾何

56、形狀和距離電極的幾何形狀和距離 燃料燃料汽油汽油酒精酒精苯苯醚醚 上限上限0.40.4 下限下限51.251.25 可燃混合氣范圍可燃混合氣范圍 或者著火界限或者著火界限 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 電極間隙與點火能量關系：電極間隙與點火能量關系： 電極間隙過大電極間隙過大需點火能量越大；需點火能量越大； 間隙過小間隙過小能量在大也不能著火。能量在大也不能著火。

57、熄火距離：指不能著火的最小電極間隙。熄火距離：指不能著火的最小電極間隙。 混合氣濃度限制：混合氣濃度限制： 超出著火界限，不能著火。超出著火界限，不能著火。 汽油機循環(huán)變動：汽油機循環(huán)變動： 火焰核形成過程中條件的隨機性火焰核形成過程中條件的隨機性 造成。造成。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 4.4.2 4.4.2 內(nèi)燃機的燃燒方式內(nèi)燃機的燃燒方式 預混合燃燒預混合燃燒 擴散燃燒擴散燃燒 均質(zhì)壓燃均質(zhì)壓燃1 1預混燃燒預混燃燒 著火之前，

58、燃料蒸汽和空氣已經(jīng)充分混合，這種混合著火之前，燃料蒸汽和空氣已經(jīng)充分混合，這種混合 氣稱為預混合氣，這種混合氣的燃燒方式稱為氣稱為預混合氣，這種混合氣的燃燒方式稱為預混合燃燒預混合燃燒。 特點特點 燃燒室空間各點上的燃燒室空間各點上的壓力和溫度是不均壓力和溫度是不均 勻的勻的，所以在局部地區(qū)點燃后形成火焰核，所以在局部地區(qū)點燃后形成火焰核， 然后在預混合氣中然后在預混合氣中以火焰?zhèn)鞑ヒ曰鹧鎮(zhèn)鞑バ问酵瓿扇紵问酵瓿扇紵?過程。過程。 福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle

59、Engineering 燃燒室內(nèi)氣體分為燃燒室內(nèi)氣體分為燃燒產(chǎn)物燃燒產(chǎn)物 相和未燃混合氣相兩個相相和未燃混合氣相兩個相 燃燒速度取決于燃燒速度取決于火焰的傳播火焰的傳播 速度速度 預混合氣中的火焰?zhèn)鞑ズ蜌忸A混合氣中的火焰?zhèn)鞑ズ蜌?體流動情況有很大關系，可體流動情況有很大關系，可 分為分為層流火焰?zhèn)鞑ズ屯牧骰饘恿骰鹧鎮(zhèn)鞑ズ屯牧骰?焰?zhèn)鞑パ鎮(zhèn)鞑?福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFuzhou University 車輛工程系車輛工程系 Vehicle EngineeringVehicle Engineering 根據(jù)混合氣的氣流特性將預混合氣的火焰?zhèn)鞑ミ^根據(jù)混合氣的氣流特性將預混

60、合氣的火焰?zhèn)鞑ミ^ 程分為層流火焰?zhèn)鞑ズ屯牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ミ^程。程分為層流火焰?zhèn)鞑ズ屯牧骰鹧鎮(zhèn)鞑ミ^程。 1）層流火焰?zhèn)鞑ィ恿骰鹧鎮(zhèn)鞑? 特點：火焰前鋒為球面，且很薄特點：火焰前鋒為球面，且很薄=1/10mm1/100mm 層流火焰將燃燒室分為已燃和未燃區(qū)層流火焰將燃燒室分為已燃和未燃區(qū) 傳播原理：層流火焰面內(nèi)溫度梯度和濃度梯度很大傳播原理：層流火焰面內(nèi)溫度梯度和濃度梯度很大; 引起強烈的傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象；引起強烈的傳熱和傳質(zhì)現(xiàn)象； 促使鄰近混合氣快速化學反應；促使鄰近混合氣快速化學反應； 造成火焰空間移動現(xiàn)象造成火焰空間移動現(xiàn)象火焰?zhèn)鞑セ鹧鎮(zhèn)鞑?福州大學福州大學 Fuzhou UniversityFu