第四章燃料與燃燒化學(xué)

1、第四章第四章 燃料與燃燒化學(xué)燃料與燃燒化學(xué)主要內(nèi)容主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料 第二節(jié)第二節(jié) 代用燃料及其應(yīng)用（自學(xué)）代用燃料及其應(yīng)用（自學(xué)） 第三節(jié)第三節(jié) 燃燒化學(xué)燃燒化學(xué) 第四節(jié)第四節(jié) 燃燒的基本理論燃燒的基本理論第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料 內(nèi)燃機(jī)燃料工質(zhì)影響熱效率、輸出動(dòng)力、內(nèi)燃機(jī)燃料工質(zhì)影響熱效率、輸出動(dòng)力、混合氣的形成方式、燃燒模式、負(fù)荷調(diào)節(jié)方混合氣的形成方式、燃燒模式、負(fù)荷調(diào)節(jié)方式、有害排放等。式、有害排放等。 內(nèi)燃機(jī)的燃料內(nèi)燃機(jī)的燃料 ENGINE FUELSENGINE FUELS1 1、石油基液體燃料、石油基液體燃料汽油和柴油汽油和柴油2 2、

2、內(nèi)燃機(jī)的替代燃料、內(nèi)燃機(jī)的替代燃料汽油與柴油汽油與柴油 Gasoline and DieselGasoline and Diesel柴油：柴油： 輕柴油的碳原子數(shù)在輕柴油的碳原子數(shù)在1022之間，之間，平均相對(duì)分子量在平均相對(duì)分子量在170左右。左右。 汽油：汽油： 汽油中烴類的碳原子數(shù)一般在汽油中烴類的碳原子數(shù)一般在512之間，之間，平均相對(duì)分子量在平均相對(duì)分子量在110左右左右 n汽油汽油n柴油柴油汽油與柴油的燃料特性汽油與柴油的燃料特性 Fuel PropertiesFuel Properties揮發(fā)性揮發(fā)性抗爆性抗爆性自燃性自燃性低溫流動(dòng)性低溫流動(dòng)性 汽油的主要性能有：汽油的主要性能有

3、：抗爆性、抗爆性、蒸發(fā)性蒸發(fā)性、氧化安定性、抗腐蝕性及清潔性。氧化安定性、抗腐蝕性及清潔性。一、汽油一、汽油1、抗爆性、抗爆性 汽油的抗爆性汽油的抗爆性是指汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒是指汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒時(shí)抵抗爆燃的能力。時(shí)抵抗爆燃的能力。 汽油的抗爆性用汽油的抗爆性用來(lái)表示。辛烷值越高，來(lái)表示。辛烷值越高，其抗爆性越好。其抗爆性越好。 汽油的辛烷值汽油的辛烷值 在規(guī)定條件下在規(guī)定條件下,被測(cè)定汽油和標(biāo)準(zhǔn)燃料（異辛被測(cè)定汽油和標(biāo)準(zhǔn)燃料（異辛烷和正庚烷）進(jìn)行比較，烷和正庚烷）進(jìn)行比較，異辛烷的辛烷值為異辛烷的辛烷值為100100，正庚烷的辛烷值為，正庚烷的辛烷值為0 0。當(dāng)被測(cè)定汽油當(dāng)被測(cè)定汽油

4、的的爆燃強(qiáng)度同異辛烷與正庚烷的混合液的爆燃爆燃強(qiáng)度同異辛烷與正庚烷的混合液的爆燃強(qiáng)度相同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)混合液中所含異辛烷的體強(qiáng)度相同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)混合液中所含異辛烷的體積百分比，即為所試油料的辛烷值。積百分比，即為所試油料的辛烷值。 汽油抗爆性評(píng)定汽油抗爆性評(píng)定 Octane Number RatingOctane Number Rating研究法辛烷值研究法辛烷值(RON)(RON) 在單缸試驗(yàn)機(jī)下測(cè)定。進(jìn)氣溫度在單缸試驗(yàn)機(jī)下測(cè)定。進(jìn)氣溫度51.751.7 C C，冷卻水溫度，冷卻水溫度100100 C C，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速600 r/min600 r/min，混合氣不預(yù)熱，混合氣不預(yù)熱，點(diǎn)火提前角為點(diǎn)火提前

5、角為1313 CACA，試驗(yàn)時(shí)調(diào)整到爆燃，試驗(yàn)時(shí)調(diào)整到爆燃最強(qiáng)。最強(qiáng)。 在單缸試驗(yàn)機(jī)下測(cè)定。馬達(dá)法的試驗(yàn)工況規(guī)定為：轉(zhuǎn)速在單缸試驗(yàn)機(jī)下測(cè)定。馬達(dá)法的試驗(yàn)工況規(guī)定為：轉(zhuǎn)速900 r/min900 r/min，冷卻水溫度，冷卻水溫度100100 C C，混合氣溫度，混合氣溫度149149 C C，點(diǎn)火提，點(diǎn)火提前角為前角為1414 2626 CACA，試驗(yàn)時(shí)調(diào)整到爆燃試驗(yàn)時(shí)調(diào)整到爆燃最強(qiáng)。最強(qiáng)。 馬達(dá)法規(guī)定的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速及混合氣溫度比研究法的高，所馬達(dá)法規(guī)定的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速及混合氣溫度比研究法的高，所以馬達(dá)法測(cè)出的辛烷值比研究法測(cè)出的辛烷值低。實(shí)際中以馬達(dá)法測(cè)出的辛烷值比研究法測(cè)出的辛烷值低。實(shí)際中常用常用

6、RON值作為汽油的標(biāo)號(hào)。值作為汽油的標(biāo)號(hào)。 馬達(dá)法辛烷值馬達(dá)法辛烷值(MON)(MON)測(cè)定汽油的辛烷值測(cè)定汽油的辛烷值有不同的試驗(yàn)方法，常用的為馬達(dá)法有不同的試驗(yàn)方法，常用的為馬達(dá)法（MON）與研究法）與研究法（RON） 。燃料的靈敏度燃料的靈敏度= RON - MON 抗爆指數(shù)抗爆指數(shù)= (RONMON) / 2 抗暴指數(shù)也是評(píng)價(jià)燃料抗爆性的一種指標(biāo)。抗暴指數(shù)也是評(píng)價(jià)燃料抗爆性的一種指標(biāo)。 表示對(duì)工況的敏感性和適應(yīng)能力，即燃料對(duì)發(fā)動(dòng)表示對(duì)工況的敏感性和適應(yīng)能力，即燃料對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況強(qiáng)化（點(diǎn)火提前角加大，進(jìn)氣溫度提高機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況強(qiáng)化（點(diǎn)火提前角加大，進(jìn)氣溫度提高等）后出現(xiàn)爆燃的相對(duì)敏感程度。

7、靈敏度為正時(shí)，等）后出現(xiàn)爆燃的相對(duì)敏感程度。靈敏度為正時(shí)，被測(cè)試燃料比參比燃料更敏感；為負(fù)則反之。被測(cè)試燃料比參比燃料更敏感；為負(fù)則反之。道路辛烷值道路辛烷值 Road Octane NumberRoad Octane Number有時(shí)，人們也采用道路辛烷值來(lái)評(píng)價(jià)抗爆性。它是有時(shí)，人們也采用道路辛烷值來(lái)評(píng)價(jià)抗爆性。它是在實(shí)在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)上標(biāo)定際發(fā)動(dòng)機(jī)上標(biāo)定，用不同辛烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料與待測(cè)汽油，用不同辛烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料與待測(cè)汽油，在汽車行駛過(guò)程中進(jìn)行抗爆性的對(duì)比試驗(yàn)。在汽車行駛過(guò)程中進(jìn)行抗爆性的對(duì)比試驗(yàn)。 抗爆添加劑抗爆添加劑 Octane Number Improver Octane Number

8、Improver 四乙基鉛（乙基液）四乙基鉛（乙基液）甲基叔丁基醚（甲基叔丁基醚（MTBEMTBE）、乙基叔丁基醚（）、乙基叔丁基醚（ETBEETBE）、）、叔丁醇、甲醇、乙醇等叔丁醇、甲醇、乙醇等 MTBEMTBE有一定毒性。有一定毒性。美國(guó)已禁止使用，亞洲和歐洲目美國(guó)已禁止使用，亞洲和歐洲目前仍在使用，我國(guó)目前車用無(wú)鉛汽油辛烷值改進(jìn)劑主前仍在使用，我國(guó)目前車用無(wú)鉛汽油辛烷值改進(jìn)劑主要使用要使用MTBEMTBE。石油煉制石油煉制方法不同，辛烷值也有差別方法不同，辛烷值也有差別2 2、蒸發(fā)性、蒸發(fā)性 液態(tài)汽油汽化的難易程度稱為汽油的液態(tài)汽油汽化的難易程度稱為汽油的蒸發(fā)性蒸發(fā)性。 汽油的蒸發(fā)性越

9、強(qiáng)，越容易汽化，要求汽油必須具汽油的蒸發(fā)性越強(qiáng)，越容易汽化，要求汽油必須具有有良好的蒸發(fā)性良好的蒸發(fā)性。但蒸發(fā)性也不能太強(qiáng)，否則易形。但蒸發(fā)性也不能太強(qiáng)，否則易形成供油系成供油系“氣阻氣阻”，甚至發(fā)生供油中斷現(xiàn)象。，甚至發(fā)生供油中斷現(xiàn)象。 蒸發(fā)性很弱的汽油，難以形成良好的混合氣，這樣蒸發(fā)性很弱的汽油，難以形成良好的混合氣，這樣不僅會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、加速緩慢，而且未氣不僅會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難、加速緩慢，而且未氣化的懸浮油粒還會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定，油耗上升?；膽腋∮土＿€會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定，油耗上升。如果未燃盡的油粒附著在氣缸壁上，還會(huì)破壞潤(rùn)滑如果未燃盡的油粒附著在氣缸壁上，還會(huì)破壞潤(rùn)滑油膜

10、，甚至竄入曲軸箱稀釋潤(rùn)滑油，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)油膜，甚至竄入曲軸箱稀釋潤(rùn)滑油，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑遭破壞，造成機(jī)件磨損增大。潤(rùn)滑遭破壞，造成機(jī)件磨損增大。 汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量為汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量為10、50、90和和100時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度來(lái)評(píng)定。時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度來(lái)評(píng)定。 用用10餾出溫度低，汽油的起動(dòng)品質(zhì)越好。餾出溫度低，汽油的起動(dòng)品質(zhì)越好。 50餾出溫度低，說(shuō)明汽油的中間餾分容易餾出溫度低，說(shuō)明汽油的中間餾分容易蒸發(fā)，有利于汽油機(jī)的加速和由冷的狀態(tài)很蒸發(fā)，有利于汽油機(jī)的加速和由冷的狀態(tài)很快轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)?？燹D(zhuǎn)入工作狀態(tài)。 90餾出溫度高，表明汽油中不易蒸發(fā)的重餾出溫度高，表明汽油中不易蒸發(fā)的重質(zhì)

11、含量多。汽油中這些重質(zhì)成分在混合氣形質(zhì)含量多。汽油中這些重質(zhì)成分在混合氣形成的過(guò)程中很難蒸發(fā)，它們附著在進(jìn)氣管和成的過(guò)程中很難蒸發(fā)，它們附著在進(jìn)氣管和氣缸壁上，將增加燃油消耗、稀釋氣缸壁上氣缸壁上，將增加燃油消耗、稀釋氣缸壁上的潤(rùn)滑油和加大氣缸磨損。的潤(rùn)滑油和加大氣缸磨損。3 3、氧化安定性氧化安定性 汽油抵抗大氣或氧氣的作用而保持其性質(zhì)汽油抵抗大氣或氧氣的作用而保持其性質(zhì)不發(fā)生長(zhǎng)久性變化的能力稱為不發(fā)生長(zhǎng)久性變化的能力稱為氧化安定性氧化安定性。 汽油氧化安定性直接影響汽油的儲(chǔ)存、運(yùn)汽油氧化安定性直接影響汽油的儲(chǔ)存、運(yùn)輸和在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。安定性不好的汽輸和在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用。安定性不好的汽油，

12、易發(fā)生氧化、縮合和聚合反應(yīng)，生成油，易發(fā)生氧化、縮合和聚合反應(yīng)，生成酸性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)，將導(dǎo)致燃料供應(yīng)系酸性物質(zhì)和膠狀物質(zhì)，將導(dǎo)致燃料供應(yīng)系統(tǒng)堵塞，氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸散熱不良，統(tǒng)堵塞，氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸散熱不良，增大爆燃傾向。增大爆燃傾向。4 4、清凈性、清凈性 汽油中的不穩(wěn)定化合物，例如不飽和烯烴汽油中的不穩(wěn)定化合物，例如不飽和烯烴和二烯烴，以及添加劑帶入的低分子量化和二烯烴，以及添加劑帶入的低分子量化合物等，容易在噴嘴和進(jìn)氣門上積炭。合物等，容易在噴嘴和進(jìn)氣門上積炭。 解決辦法是加入汽油清凈劑，發(fā)揮其抗氧解決辦法是加入汽油清凈劑，發(fā)揮其抗氧化和表面活性作用，這也是機(jī)內(nèi)凈化的手化和表面活性作

13、用，這也是機(jī)內(nèi)凈化的手段。段。5 5、汽油規(guī)格汽油規(guī)格 我國(guó)目前有兩種規(guī)格，一種是車用汽油的我國(guó)目前有兩種規(guī)格，一種是車用汽油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB 1793-1999），一種是無(wú)鉛），一種是無(wú)鉛汽油的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。汽油的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 我國(guó)的無(wú)鉛車用汽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見表我國(guó)的無(wú)鉛車用汽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見表4-1。 未來(lái)的規(guī)范是依據(jù)排放要求來(lái)制定。未來(lái)的規(guī)范是依據(jù)排放要求來(lái)制定。二、柴油二、柴油汽車用柴油為輕柴油。汽車用柴油為輕柴油。1、柴油的自燃性、柴油的自燃性 柴油的自燃性柴油的自燃性: 柴油在沒有外界火源的情況柴油在沒有外界火源的情況下能自行著火的能力。下能自行著火的能力。 自燃點(diǎn)：自燃點(diǎn)：自行著火的

14、最低溫度。自行著火的最低溫度。 柴油的自燃性好，著火延遲期短，在著火延柴油的自燃性好，著火延遲期短，在著火延遲期內(nèi)氣缸中形成的可燃混合氣量少，著火遲期內(nèi)氣缸中形成的可燃混合氣量少，著火后缸內(nèi)壓力升高率低，柴油機(jī)工作較柔和，后缸內(nèi)壓力升高率低，柴油機(jī)工作較柔和，在低溫時(shí)易于起動(dòng)。在低溫時(shí)易于起動(dòng)。 十六烷值十六烷值是評(píng)定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。是評(píng)定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。 柴油的十六烷值：柴油的十六烷值：標(biāo)準(zhǔn)燃料是正十六烷和標(biāo)準(zhǔn)燃料是正十六烷和一甲基萘的混合物。正十六烷自燃性最一甲基萘的混合物。正十六烷自燃性最好，作為自燃性好的標(biāo)準(zhǔn)，其十六烷值定好，作為自燃性好的標(biāo)準(zhǔn)，其十六烷值定為為100。 一

15、甲基萘最不易自燃，作為自燃一甲基萘最不易自燃，作為自燃性差的標(biāo)準(zhǔn)，定其十六烷值為性差的標(biāo)準(zhǔn)，定其十六烷值為0。柴油的自。柴油的自燃性通常介于正十六烷與燃性通常介于正十六烷與一甲基萘之間。一甲基萘之間。將上述兩種成分按不同比例混合，可得出將上述兩種成分按不同比例混合，可得出不同十六烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料，其十六烷值為不同十六烷值的標(biāo)準(zhǔn)燃料，其十六烷值為該混合物中正十六烷所占的體積百分?jǐn)?shù)。該混合物中正十六烷所占的體積百分?jǐn)?shù)。如果某種柴油與某種標(biāo)準(zhǔn)燃料的自燃性相如果某種柴油與某種標(biāo)準(zhǔn)燃料的自燃性相同，則該標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值即為該柴油同，則該標(biāo)準(zhǔn)燃料的十六烷值即為該柴油的十六烷值。的十六烷值。 十六烷值過(guò)高或

16、過(guò)低的柴油，都對(duì)柴油機(jī)的性能或十六烷值過(guò)高或過(guò)低的柴油，都對(duì)柴油機(jī)的性能或工作不利。工作不利。十六烷值過(guò)低，不易著火，柴油機(jī)工作十六烷值過(guò)低，不易著火，柴油機(jī)工作不穩(wěn)定、粗暴，起動(dòng)困難。十六烷值過(guò)高，噴入燃不穩(wěn)定、粗暴，起動(dòng)困難。十六烷值過(guò)高，噴入燃燒室的柴油來(lái)不及與空氣混合就著火，燃燒不完全，燒室的柴油來(lái)不及與空氣混合就著火，燃燒不完全，冒黑煙，經(jīng)濟(jì)性降低。冒黑煙，經(jīng)濟(jì)性降低。 國(guó)產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定為國(guó)產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定為4065之間。之間。 十六烷值與辛烷值是相逆的評(píng)價(jià)指標(biāo)，十六烷值是十六烷值與辛烷值是相逆的評(píng)價(jià)指標(biāo)，十六烷值是表征自燃性，辛烷值是表征抗自燃性。兩者的大致表征自燃性，辛

17、烷值是表征抗自燃性。兩者的大致關(guān)系：辛烷值關(guān)系：辛烷值=120-2十六烷值十六烷值2、柴油的、柴油的蒸發(fā)性蒸發(fā)性 柴油的蒸發(fā)性影響滯燃期內(nèi)柴油的蒸發(fā)量及柴油的蒸發(fā)性影響滯燃期內(nèi)柴油的蒸發(fā)量及燃燒的完全程度，用燃燒的完全程度，用餾程餾程表示。表示。 餾程指柴油蒸餾過(guò)程中餾出一定百分?jǐn)?shù)所處餾程指柴油蒸餾過(guò)程中餾出一定百分?jǐn)?shù)所處的溫度，通常以餾出的溫度，通常以餾出50的溫度來(lái)評(píng)定。餾的溫度來(lái)評(píng)定。餾程低，說(shuō)明這種燃程低，說(shuō)明這種燃料料輕餾分多，蒸發(fā)性好，輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣形成，改善了燃燒過(guò)程。但是，有利于混合氣形成，改善了燃燒過(guò)程。但是，餾程過(guò)低，燃料蒸發(fā)過(guò)快，則在著火延遲期餾程過(guò)低，

18、燃料蒸發(fā)過(guò)快，則在著火延遲期內(nèi)形成的混合氣量過(guò)多，柴油機(jī)工作粗暴。內(nèi)形成的混合氣量過(guò)多，柴油機(jī)工作粗暴。車用柴油機(jī)的柴油餾程為車用柴油機(jī)的柴油餾程為200300。 如果柴油中的難以蒸發(fā)的重餾分（重質(zhì)如果柴油中的難以蒸發(fā)的重餾分（重質(zhì)成分）（用成分）（用90%90%或或95%95%餾出溫度表示）過(guò)餾出溫度表示）過(guò)多，直接導(dǎo)致燃料不能及時(shí)和完全燃燒，多，直接導(dǎo)致燃料不能及時(shí)和完全燃燒，且易排氣冒煙。且易排氣冒煙。 因此，要求柴油的因此，要求柴油的50%50%餾出溫度適宜，餾出溫度適宜，90%90%餾出溫度和餾出溫度和95%95%餾出溫度應(yīng)比較低。餾出溫度應(yīng)比較低。3、柴油的、柴油的粘度粘度 粘度表

19、示燃料分子的內(nèi)聚力，表現(xiàn)為抵粘度表示燃料分子的內(nèi)聚力，表現(xiàn)為抵抗分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，柴油的粘度抗分子間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的能力，柴油的粘度決定柴油的流動(dòng)性。決定柴油的流動(dòng)性。 粘度低，流動(dòng)性增強(qiáng)，霧化性好；過(guò)粘度低，流動(dòng)性增強(qiáng)，霧化性好；過(guò)低，容易泄漏進(jìn)入氣缸；過(guò)高，濾清困低，容易泄漏進(jìn)入氣缸；過(guò)高，濾清困難，噴霧不良，流動(dòng)阻力增大。難，噴霧不良，流動(dòng)阻力增大。u凝點(diǎn)：指柴油冷卻到開始失去流動(dòng)性的溫度，凝點(diǎn)：指柴油冷卻到開始失去流動(dòng)性的溫度，是評(píng)價(jià)柴油低溫流動(dòng)性的指標(biāo)。是評(píng)價(jià)柴油低溫流動(dòng)性的指標(biāo)。u國(guó)產(chǎn)輕柴油的牌號(hào)以凝點(diǎn)大小編號(hào)。如國(guó)產(chǎn)輕柴油的牌號(hào)以凝點(diǎn)大小編號(hào)。如10號(hào)號(hào)輕柴油的凝點(diǎn)為輕柴油的凝點(diǎn)為

20、10。 好的柴油凝點(diǎn)低。好的柴油凝點(diǎn)低。u選用柴油時(shí)，其凝點(diǎn)要比最低環(huán)境溫度低選用柴油時(shí)，其凝點(diǎn)要比最低環(huán)境溫度低3 5。見表見表4 4、柴油的、柴油的凝點(diǎn)凝點(diǎn)輕柴油的選用輕柴油的選用燃料特性燃料特性汽油汽油柴油柴油化學(xué)計(jì)量空燃比化學(xué)計(jì)量空燃比14.814.814.314.3低熱值，低熱值，kJ/kgkJ/kg43960439604250042500混合氣熱值混合氣熱值,kJ/Nm,kJ/Nm3 33810381037893789液體密度，液體密度，kg/mkg/m3 3750750860860沸點(diǎn)，沸點(diǎn)，K K305305483483453453603603凝固點(diǎn)，凝固點(diǎn)，K K216216

21、272.5272.5粘度粘度(cP293K)(cP293K)3.43.44040汽化潛熱，汽化潛熱，kJ/kgkJ/kg314314301301辛烷值辛烷值8080979720203030十六烷值十六烷值1010151540405555著火界限著火界限( (空氣中容積比，空氣中容積比，%)%)1.41.47.67.61.51.57.67.6自燃溫度，自燃溫度，K K49349353333473473493493汽柴油的理化特性汽柴油的理化特性 Fuel Properties Comparison Fuel Properties Comparison 第二節(jié)第二節(jié) 代用燃料及其應(yīng)用代用燃料及其應(yīng)

22、用代用燃料代用燃料按按物物態(tài)態(tài)氣體代用燃料：天然氣、液化石油氣、天然氣、液化石油氣、 氫氣、煤氣、氫氣、煤氣、煤層氣、煤層氣、 沼氣沼氣等液體代用燃料：甲醇甲醇、乙醇、乙醇、二甲醚、二甲醚、 動(dòng)動(dòng)植物油植物油、合成油、合成油等等按化按化學(xué)成學(xué)成分分烴燃料含氧燃料 醇類燃料醇類燃料 二甲醚二甲醚生物柴油生物柴油煤氣煤氣內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展方向方向 一類是從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，提高發(fā)動(dòng)一類是從結(jié)構(gòu)上改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率。目前發(fā)動(dòng)機(jī)效率僅為機(jī)效率。目前發(fā)動(dòng)機(jī)效率僅為38%左右，左右，應(yīng)用電噴、三元催化等技術(shù)可提高其效應(yīng)用電噴、三元催化等技術(shù)可提高其效率，節(jié)約燃料，改善廢氣排放。率，節(jié)約燃料，

23、改善廢氣排放。另一類研究是改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，如使用液化另一類研究是改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，如使用液化石油氣（石油氣（LPGLPG）、天然氣（）、天然氣（CNGCNG）、二甲醚）、二甲醚（DMEDME）以及氫燃料等，其中使用氫（或氫與）以及氫燃料等，其中使用氫（或氫與其他燃料混合）作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的技術(shù)近期其他燃料混合）作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的技術(shù)近期發(fā)展很快，受到專業(yè)人士的普遍重視。這是發(fā)展很快，受到專業(yè)人士的普遍重視。這是因?yàn)闅湓诘厍蛏先≈槐M，能從多種植物、因?yàn)闅湓诘厍蛏先≈槐M，能從多種植物、礦物、有機(jī)液體及水中提取氫。氫的熱值比礦物、有機(jī)液體及水中提取氫。氫的熱值比較高，可以再生，而且氫燃燒后的大部分生較

24、高，可以再生，而且氫燃燒后的大部分生成物是水蒸氣，產(chǎn)生的有害廢氣很少，屬于成物是水蒸氣，產(chǎn)生的有害廢氣很少，屬于“綠色綠色”能源。能源。（氫的利用目前有三種途徑）（氫的利用目前有三種途徑） 資源是否豐富、穩(wěn)定，最好能夠再生；資源是否豐富、穩(wěn)定，最好能夠再生； 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原始投資不大，燃料成生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，原始投資不大，燃料成本低廉；本低廉； 與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)體系和基礎(chǔ)設(shè)施的兼與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)技術(shù)體系和基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性好；容性好； 生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境友好；生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境友好； 可顯著改善內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放；可顯著改善內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放； 對(duì)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響不大，對(duì)內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性影響不大，

25、能有所改進(jìn)更好。能有所改進(jìn)更好。 替代燃料的含氧量、自燃溫度、辛烷值、十替代燃料的含氧量、自燃溫度、辛烷值、十六烷值、與汽油或柴油的互溶性與穩(wěn)定性；六烷值、與汽油或柴油的互溶性與穩(wěn)定性； 低熱值，化學(xué)計(jì)量空燃比；低熱值，化學(xué)計(jì)量空燃比； 燃料的粘度與潤(rùn)滑性；燃料的粘度與潤(rùn)滑性； 與彈性密封材料的兼容性；與彈性密封材料的兼容性； 燃料本身及燃燒排放物的毒性；燃料本身及燃燒排放物的毒性； 燃料本身的生物降解性。燃料本身的生物降解性。燃燒熱化學(xué)簡(jiǎn)介燃燒熱化學(xué)簡(jiǎn)介 內(nèi)燃機(jī)工質(zhì)是成分和比例不斷變化的混內(nèi)燃機(jī)工質(zhì)是成分和比例不斷變化的混合物。在進(jìn)氣和壓縮過(guò)程中，基本上為燃料、合物。在進(jìn)氣和壓縮過(guò)程中，基本

26、上為燃料、空氣與殘余廢氣的混合物（汽油機(jī)），或空空氣與殘余廢氣的混合物（汽油機(jī)），或空氣與殘余廢氣的混合物（柴油機(jī)），此時(shí)由氣與殘余廢氣的混合物（柴油機(jī)），此時(shí)由于缸內(nèi)壓力與溫度都不高，可以忽略工質(zhì)間于缸內(nèi)壓力與溫度都不高，可以忽略工質(zhì)間的化學(xué)作用，而認(rèn)為工質(zhì)成分是的化學(xué)作用，而認(rèn)為工質(zhì)成分是“凍結(jié)凍結(jié)”不不變的，從點(diǎn)火或噴油開始的燃燒、膨脹和排變的，從點(diǎn)火或噴油開始的燃燒、膨脹和排氣過(guò)程中，由于燃燒及高溫?zé)岱磻?yīng)的作用，氣過(guò)程中，由于燃燒及高溫?zé)岱磻?yīng)的作用，工質(zhì)混合物的成分和比例在不斷變化中。除工質(zhì)混合物的成分和比例在不斷變化中。除了燃燒最終產(chǎn)物了燃燒最終產(chǎn)物H H2 2O O和和COCO2

27、2以及空氣中不參加以及空氣中不參加反應(yīng)的反應(yīng)的N N2 2等成分之外，還有各種有害排放物等成分之外，還有各種有害排放物和燃燒過(guò)程中的各種中間產(chǎn)物。因此涉及到和燃燒過(guò)程中的各種中間產(chǎn)物。因此涉及到化學(xué)動(dòng)平衡與化學(xué)動(dòng)力學(xué)兩種分析方法?；瘜W(xué)動(dòng)平衡與化學(xué)動(dòng)力學(xué)兩種分析方法。發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)燃燒后與燃燒前分子總數(shù)之比發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)工質(zhì)燃燒后與燃燒前分子總數(shù)之比稱為分子變化系數(shù)稱為分子變化系數(shù)。汽。汽/ /柴油機(jī)的柴油機(jī)的值都大值都大于于1 1（汽油機(jī)（汽油機(jī)值更大，柴油機(jī)空氣多，且含值更大，柴油機(jī)空氣多，且含氫量少），表明燃燒后總分子數(shù)增多，這一因氫量少），表明燃燒后總分子數(shù)增多，這一因素對(duì)工質(zhì)作功有利，會(huì)提

28、高循環(huán)熱效率。但一素對(duì)工質(zhì)作功有利，會(huì)提高循環(huán)熱效率。但一般情況下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響不大。而在混般情況下，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能影響不大。而在混合氣較濃、燃燒不完全產(chǎn)生合氣較濃、燃燒不完全產(chǎn)生COCO時(shí)，時(shí)，值加大，值加大，性能分析時(shí)就需考慮這一因素（主要是汽油性能分析時(shí)就需考慮這一因素（主要是汽油機(jī)）。機(jī)）。氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由于燃料分子要計(jì)入燃燒前分氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)由于燃料分子要計(jì)入燃燒前分子總數(shù)，而燃料分子在燃燒后不復(fù)存在，所以子總數(shù)，而燃料分子在燃燒后不復(fù)存在，所以值可能小于值可能小于1 1，這是它的不利的一個(gè)方面。，這是它的不利的一個(gè)方面。第三節(jié)第三節(jié) 燃燒化學(xué)燃燒化學(xué)一、燃料燃燒的熱值一、燃料

29、燃燒的熱值 單位量的燃料完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量。單位量的燃料完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量。 完全燃燒完全燃燒是指當(dāng)燃料在空氣中燃燒時(shí)，是指當(dāng)燃料在空氣中燃燒時(shí)，一定質(zhì)量空氣中的氧剛好使一定質(zhì)量的燃料一定質(zhì)量空氣中的氧剛好使一定質(zhì)量的燃料完全燃燒，即將碳?xì)淙剂现兴械奶?、氫完完全燃燒，即將碳?xì)淙剂现兴械奶?、氫完全氧化成二氧化碳和水（全氧化成二氧化碳和水?C C生成生成COCO2 2、H H生成生成H H2 2O O ），而空氣中的氮并不參與反應(yīng)，其它），而空氣中的氮并不參與反應(yīng)，其它元素生成高級(jí)氧化物。元素生成高級(jí)氧化物。 為方便計(jì)算，簡(jiǎn)單地認(rèn)為空氣中除氧氣外，其余均為方便計(jì)算，簡(jiǎn)單地認(rèn)為空氣中除

30、氧氣外，其余均為 氮 氣 ， 因 此 空 氣 中為 氮 氣 ， 因 此 空 氣 中 1 1 摩 爾 的 氧 氣 ， 就 對(duì) 應(yīng) 有摩 爾 的 氧 氣 ， 就 對(duì) 應(yīng) 有（1 10.20950.2095）/0.2095=3.773/0.2095=3.773摩爾的氮?dú)?。摩爾的氮?dú)狻?gas vol.% molar wt. gas vol.% molar wt. O O2 2 20.95 31.998 20.95 31.998 N N2 2 78.09 28.012 78.09 28.012 Ar 0.93 38.948 Ar 0.93 38.948 CO CO2 2 0.03 44.009 0.0

31、3 44.009 Air 100.00 28.962 Air 100.00 28.962空氣的成分空氣的成分wrHHou汽油汽油: 44000 kJ/kg : 44000 kJ/kg ；柴油柴油: 42500 kJ/kg : 42500 kJ/kg ；w 單位質(zhì)量燃燒產(chǎn)物中水的含量，單位質(zhì)量燃燒產(chǎn)物中水的含量，% %。uHuH 完全燃燒時(shí)，生成的水為氣態(tài)時(shí)的熱完全燃燒時(shí)，生成的水為氣態(tài)時(shí)的熱值為值為低位發(fā)熱值低位發(fā)熱值 主要應(yīng)用主要應(yīng)用 完全燃燒時(shí)，生成的水為液態(tài)時(shí)的熱完全燃燒時(shí)，生成的水為液態(tài)時(shí)的熱值為值為高位發(fā)熱值高位發(fā)熱值 高位熱值比低位熱值高位熱值比低位熱值大（書上錯(cuò)誤）大（書上錯(cuò)誤）

32、，其差值為水蒸氣的汽化潛熱其差值為水蒸氣的汽化潛熱 r 。 uHoH在內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)下，缸內(nèi)氣體溫度在內(nèi)燃機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)下，缸內(nèi)氣體溫度高，水蒸汽的汽化潛熱是不可能被利用的，高，水蒸汽的汽化潛熱是不可能被利用的，因此一般所說(shuō)的燃料熱值指的是燃料的低熱因此一般所說(shuō)的燃料熱值指的是燃料的低熱值。值。二、燃料完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)二、燃料完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)1.碳燃燒：碳燃燒：2.氫燃燒：氫燃燒：3.硫燃燒：硫燃燒：4.一氧化碳燃燒：一氧化碳燃燒：5. 碳?xì)浠衔铮禾細(xì)浠衔铮喝?、燃料燃燒所需的空三、燃料燃燒所需的?氣量氣量 1 kg燃料完全燃燒所需要的空氣量稱燃料完全燃燒所需要的空氣量稱理理論空氣

33、量論空氣量。 汽油汽油的理論空氣量為的理論空氣量為14.9（kg/kg） 柴油柴油的理論空氣量為的理論空氣量為14.5（kg/kg） 四、過(guò)量空氣系數(shù)和空燃比四、過(guò)量空氣系數(shù)和空燃比1 1. . 過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)量空氣系數(shù) 表示混合氣的濃稀程度。表示混合氣的濃稀程度。 1 1 混合氣稀混合氣稀, ,稱為稀混合氣稱為稀混合氣; ; 1 1 混合氣濃混合氣濃, ,稱為濃混合氣稱為濃混合氣; ; =1 =1 標(biāo)準(zhǔn)（理論標(biāo)準(zhǔn)（理論/ /化學(xué)計(jì)量比化學(xué)計(jì)量比）混合氣混合氣 一般，柴油機(jī)一般，柴油機(jī): 1: 1；汽油機(jī)；汽油機(jī): 1 : 1 或或 1 1。a0LLa燃燒燃料實(shí)際供給的空氣量完全燃燒燃料理論上

34、所需要的空氣量11kgkgaaaaa 過(guò)量空氣系數(shù)是反映混合氣形成和完善程度及整過(guò)量空氣系數(shù)是反映混合氣形成和完善程度及整機(jī)性能的一個(gè)重要標(biāo)志，在保證完全燃燒的前提下，機(jī)性能的一個(gè)重要標(biāo)志，在保證完全燃燒的前提下，應(yīng)力求使過(guò)量空氣系數(shù)小。應(yīng)力求使過(guò)量空氣系數(shù)小。2 2 空燃比、燃空比空燃比、燃空比汽油理論上完全燃燒時(shí)的空燃比約為汽油理論上完全燃燒時(shí)的空燃比約為14.914.9。應(yīng)用空燃比直觀方便，其數(shù)值即為每千克燃料燃應(yīng)用空燃比直觀方便，其數(shù)值即為每千克燃料燃燒時(shí)實(shí)際供給空氣量的千克數(shù)。燒時(shí)實(shí)際供給空氣量的千克數(shù)。0La混合氣中燃料質(zhì)量混合氣中空氣質(zhì)量空燃比011La燃空比對(duì)于汽油機(jī)：對(duì)于汽油

35、機(jī)：14.9為濃混合氣為濃混合氣 14.914.9為稀混合氣為稀混合氣汽油機(jī)汽油機(jī) =14.9=14.9 柴油機(jī)柴油機(jī) =14.5=14.5aa3 3 可燃混合氣質(zhì)量熱值可燃混合氣質(zhì)量熱值燃燒時(shí)的缸內(nèi)工質(zhì)是燃料與空氣組成的混燃燒時(shí)的缸內(nèi)工質(zhì)是燃料與空氣組成的混合氣，所以影響循環(huán)燃燒放熱量的應(yīng)該是合氣，所以影響循環(huán)燃燒放熱量的應(yīng)該是可燃混合氣的熱值?？扇蓟旌蠚獾臒嶂怠？扇蓟旌蠚赓|(zhì)量熱值定義為單位質(zhì)量混合可燃混合氣質(zhì)量熱值定義為單位質(zhì)量混合氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒所釋放的熱量。氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下完全燃燒所釋放的熱量。1110uauuumHLHLHH汽柴油幾個(gè)熱值參數(shù)汽柴油幾個(gè)熱值參數(shù) 所謂所謂燃燒燃燒，

36、是指燃料與氧化劑進(jìn)行劇烈，是指燃料與氧化劑進(jìn)行劇烈放熱的氧化反應(yīng)過(guò)程，伴有復(fù)雜的傳熱、放熱的氧化反應(yīng)過(guò)程，伴有復(fù)雜的傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和流動(dòng)現(xiàn)象。傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)和流動(dòng)現(xiàn)象。 一切燃燒過(guò)程都由一切燃燒過(guò)程都由著火著火和和燃燒燃燒兩個(gè)階兩個(gè)階段組成。段組成。 所謂著火，是指可燃混合氣在一定的壓所謂著火，是指可燃混合氣在一定的壓力、溫度、濃度條件下，其氧化反應(yīng)速度力、溫度、濃度條件下，其氧化反應(yīng)速度突然加速，以致出現(xiàn)火焰的現(xiàn)象，這一階突然加速，以致出現(xiàn)火焰的現(xiàn)象，這一階段稱為滯燃期，以后就進(jìn)入燃燒階段。段稱為滯燃期，以后就進(jìn)入燃燒階段。 第四節(jié)第四節(jié) 燃燒的基本理論燃燒的基本理論 內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程

37、內(nèi)燃機(jī)的燃燒過(guò)程中，工質(zhì)的形成和燃燒中，工質(zhì)的形成和燃燒的進(jìn)行同時(shí)發(fā)生又互相影響；燃燒過(guò)程是間的進(jìn)行同時(shí)發(fā)生又互相影響；燃燒過(guò)程是間斷的（周期性的非穩(wěn)定斷的（周期性的非穩(wěn)定燃燒過(guò)程，隨時(shí)間和燃燒過(guò)程，隨時(shí)間和空間的變化極大，周而復(fù)始地進(jìn)行混合氣的空間的變化極大，周而復(fù)始地進(jìn)行混合氣的形成、著火燃燒、熄火、換氣等階段，因而形成、著火燃燒、熄火、換氣等階段，因而著火往往對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程影響極大著火往往對(duì)整個(gè)燃燒過(guò)程影響極大） ，且，且時(shí)間很短時(shí)間很短（高速燃燒，一般燃燒持續(xù)期小于（高速燃燒，一般燃燒持續(xù)期小于6060CA,CA,對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)100010005000r/min5000r/min的四沖程發(fā)動(dòng)

38、的四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)大約小于機(jī)大約小于10102ms2ms）。所以所以燃燒機(jī)理更加復(fù)燃燒機(jī)理更加復(fù)雜。雜。 所有燃料的燃燒分為氣相燃燒和固相燃燒。所有燃料的燃燒分為氣相燃燒和固相燃燒。內(nèi)燃機(jī)中汽油和柴油內(nèi)燃機(jī)中汽油和柴油雖然都是液體燃料，但雖然都是液體燃料，但都都是以氣相燃燒方式進(jìn)行是以氣相燃燒方式進(jìn)行，即燃料以氣體狀態(tài)與，即燃料以氣體狀態(tài)與空氣混合所進(jìn)行的燃燒空氣混合所進(jìn)行的燃燒。著火階段著火階段 是物質(zhì)燃燒的準(zhǔn)備階段，是著火前是物質(zhì)燃燒的準(zhǔn)備階段，是著火前的物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過(guò)程。的物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過(guò)程。霧化、蒸發(fā)、混合霧化、蒸發(fā)、混合氣、焰前氧化（緩慢）、積累熱量或活化中心氣、焰前氧化（緩慢）、

39、積累熱量或活化中心。燃燒階段燃燒階段 是可燃混合氣進(jìn)入燃燒的第二階是可燃混合氣進(jìn)入燃燒的第二階段，有兩種方法：一是強(qiáng)迫著火或點(diǎn)燃。另一段，有兩種方法：一是強(qiáng)迫著火或點(diǎn)燃。另一種是自然著火?；鹧娉霈F(xiàn)后，就為燃燒階段。種是自然著火?；鹧娉霈F(xiàn)后，就為燃燒階段。 氣相燃燒可分為預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒。氣相燃燒可分為預(yù)混合燃燒和擴(kuò)散燃燒。預(yù)混合燃燒預(yù)混合燃燒火前燃料氣體或燃料蒸氣與火前燃料氣體或燃料蒸氣與氧化劑（空氣）已按一定比例形成混合氣。氧化劑（空氣）已按一定比例形成混合氣。擴(kuò)散燃燒擴(kuò)散燃燒火前燃料與氧化劑（空氣）是火前燃料與氧化劑（空氣）是相互分開的，著火后燃料邊蒸發(fā)邊與空氣相互分開的，著火后燃料邊

40、蒸發(fā)邊與空氣混合邊燃燒?；旌线吶紵?。 內(nèi)燃機(jī)中所有燃燒（氣體或液體）都內(nèi)燃機(jī)中所有燃燒（氣體或液體）都屬于這兩類燃燒中的某一類或這兩類燃燒屬于這兩類燃燒中的某一類或這兩類燃燒的組合。的組合?；推魇交推魇狡蜋C(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)汽油機(jī)和氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)屬于預(yù)混合燃燒方式；柴油機(jī)基本屬于機(jī)屬于預(yù)混合燃燒方式；柴油機(jī)基本屬于擴(kuò)散燃燒方式，但其燃燒初期有不同程度擴(kuò)散燃燒方式，但其燃燒初期有不同程度的預(yù)混合燃燒。的預(yù)混合燃燒。 兩種燃燒方式是導(dǎo)致汽油機(jī)和柴油機(jī)在兩種燃燒方式是導(dǎo)致汽油機(jī)和柴油機(jī)在燃燒特性、排放污染物生成及控制機(jī)理、燃燒特性、排放污染物生成及控制機(jī)理、動(dòng)力經(jīng)濟(jì)性及噪聲振動(dòng)等多方面不同的根動(dòng)力

41、經(jīng)濟(jì)性及噪聲振動(dòng)等多方面不同的根本原因。本原因。預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的主要特點(diǎn)比較預(yù)混合燃燒與擴(kuò)散燃燒的主要特點(diǎn)比較1 1、擴(kuò)散燃燒速度主要取決于混合速度；預(yù)混、擴(kuò)散燃燒速度主要取決于混合速度；預(yù)混合燃燒主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度（合燃燒主要取決于化學(xué)反應(yīng)速度（T T和和a a) )。2 2、為保證完全燃燒，擴(kuò)散燃燒的、為保證完全燃燒，擴(kuò)散燃燒的a a1.21.2（稀燃）；預(yù)混合燃燒（稀燃）；預(yù)混合燃燒a a =0.8 =0.81.21.2，可燃，可燃混合氣濃度范圍小，難以稀燃。混合氣濃度范圍小，難以稀燃。3 3、擴(kuò)散燃燒的混合氣濃度和燃燒溫度分布不、擴(kuò)散燃燒的混合氣濃度和燃燒溫度分布不均勻，易產(chǎn)

42、生局部高溫缺氧，生成炭煙。均勻，易產(chǎn)生局部高溫缺氧，生成炭煙。4 4、擴(kuò)散燃燒時(shí)因存在炭煙，燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出強(qiáng)、擴(kuò)散燃燒時(shí)因存在炭煙，燃燒時(shí)會(huì)發(fā)出強(qiáng)烈輻射光，烈輻射光，“有焰燃燒有焰燃燒”；預(yù)混合燃燒火焰；預(yù)混合燃燒火焰呈透明藍(lán)色，呈透明藍(lán)色，“無(wú)焰燃燒無(wú)焰燃燒”。5 5、預(yù)混合燃燒有回火危險(xiǎn)。、預(yù)混合燃燒有回火危險(xiǎn)。 發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程一般說(shuō)來(lái)，要經(jīng)歷三個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程一般說(shuō)來(lái)，要經(jīng)歷三個(gè)基本步驟：基本步驟：(1)形成燃油與空氣的可燃混合氣；形成燃油與空氣的可燃混合氣；(2)點(diǎn)燃可燃混合氣，或可燃混合氣在溫度和濃點(diǎn)燃可燃混合氣，或可燃混合氣在溫度和濃度適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)發(fā)生自燃，在一處或同時(shí)在數(shù)度適

43、當(dāng)?shù)牡貐^(qū)發(fā)生自燃，在一處或同時(shí)在數(shù)處著火處著火 著火過(guò)程著火過(guò)程 ； (3)火源擴(kuò)大到整個(gè)可燃混合氣，形成全面燃燒。火源擴(kuò)大到整個(gè)可燃混合氣，形成全面燃燒。一、著火機(jī)理：一、著火機(jī)理： 著火盡管是一個(gè)瞬間現(xiàn)象，卻是一個(gè)極為復(fù)著火盡管是一個(gè)瞬間現(xiàn)象，卻是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，至今仍有許多問(wèn)題不清楚。雜的過(guò)程，至今仍有許多問(wèn)題不清楚。按化按化學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)，著火機(jī)理可分為學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)，著火機(jī)理可分為熱自燃熱自燃（熱力著火）（熱力著火）機(jī)理和機(jī)理和鏈鎖自燃鏈鎖自燃（鏈?zhǔn)街穑ㄦ準(zhǔn)街穑C(jī)理兩類。機(jī)理兩類。(一一)熱自燃熱自燃 在著火的準(zhǔn)備階段，混合氣進(jìn)行著氧化過(guò)在著火的準(zhǔn)備階段，混合氣進(jìn)行著氧化過(guò)

44、程，放出熱量。放熱的同時(shí)，由于溫差的原程，放出熱量。放熱的同時(shí)，由于溫差的原因，會(huì)對(duì)周圍介質(zhì)散熱。若化學(xué)反應(yīng)所釋放因，會(huì)對(duì)周圍介質(zhì)散熱。若化學(xué)反應(yīng)所釋放出的熱量大于所散失的熱量，混合氣的溫度出的熱量大于所散失的熱量，混合氣的溫度升高，進(jìn)而促使混合氣的反應(yīng)速率和放熱速升高，進(jìn)而促使混合氣的反應(yīng)速率和放熱速率增大。這種相互促進(jìn)，最終導(dǎo)致極快的反率增大。這種相互促進(jìn)，最終導(dǎo)致極快的反應(yīng)速率而著火。這就是熱自燃，或稱熱爆。應(yīng)速率而著火。這就是熱自燃，或稱熱爆。影響著火的因素影響著火的因素 著火臨界溫度著火臨界溫度T Tc c將受到系統(tǒng)的初始?jí)毫⑹艿较到y(tǒng)的初始?jí)毫 pc c、過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)量空氣系數(shù)

45、a a、燃料理化性能的影響。、燃料理化性能的影響。1 1、p pc c：隨壓力的增高，臨界溫度下降。：隨壓力的增高，臨界溫度下降。2 2、a a：因?yàn)榫哂谢瘜W(xué)劑量比的混合氣的化：因?yàn)榫哂谢瘜W(xué)劑量比的混合氣的化學(xué)反應(yīng)速度最快，所以任何條件下都是在學(xué)反應(yīng)速度最快，所以任何條件下都是在a a=1=1時(shí)出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)T Tc c的最低值。對(duì)于某一溫度或的最低值。對(duì)于某一溫度或某一壓力都存在一個(gè)混合氣著火的濃度上某一壓力都存在一個(gè)混合氣著火的濃度上限（稀限）和下限（濃限），達(dá)到一定溫限（稀限）和下限（濃限），達(dá)到一定溫度或壓力后，這個(gè)濃度上下限基本不變化，度或壓力后，這個(gè)濃度上下限基本不變化，這就是貧油極限

46、和富油極限。所以壓力這就是貧油極限和富油極限。所以壓力p pc c- -溫度溫度T Tc c曲線實(shí)質(zhì)就對(duì)應(yīng)曲線實(shí)質(zhì)就對(duì)應(yīng)a a=1=13 3、燃料特性、燃料特性: :燃料的化學(xué)穩(wěn)定性越差，著火燃料的化學(xué)穩(wěn)定性越差，著火越容易，越容易，T Tc c愈小。愈小。( (二二) )鏈鎖自燃鏈鎖自燃 鏈鎖反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是：其中一個(gè)鏈鎖反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程是：其中一個(gè)活化作用能引起很多基本反應(yīng)，即反應(yīng)鏈?；罨饔媚芤鸷芏嗷痉磻?yīng)，即反應(yīng)鏈。 鏈鎖著火：不依靠積累熱量，通過(guò)鏈鎖鏈鎖著火：不依靠積累熱量，通過(guò)鏈鎖反應(yīng)積累活化中心使反應(yīng)自動(dòng)加速，直至反應(yīng)積累活化中心使反應(yīng)自動(dòng)加速，直至著火，即鏈爆，在相對(duì)較

47、低溫度（與熱爆著火，即鏈爆，在相對(duì)較低溫度（與熱爆比較）時(shí)也能實(shí)現(xiàn)。比較）時(shí)也能實(shí)現(xiàn)。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程分為：整個(gè)反應(yīng)過(guò)程分為： 引導(dǎo)反應(yīng)引導(dǎo)反應(yīng)( (鏈鏈的引發(fā)的引發(fā))反應(yīng)鏈反應(yīng)鏈( (鏈鏈的繼續(xù)反應(yīng)或鏈的傳遞的繼續(xù)反應(yīng)或鏈的傳遞)斷鏈反應(yīng)斷鏈反應(yīng)( (鏈的鏈的中斷即活化中心的死亡中斷即活化中心的死亡) )。 只要以某種方式（如輻射、電離）激發(fā)出活性中只要以某種方式（如輻射、電離）激發(fā)出活性中心就能引起著火，反應(yīng)物分子受激首先產(chǎn)生活性中心就能引起著火，反應(yīng)物分子受激首先產(chǎn)生活性中心，然后通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生著火。心，然后通過(guò)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生著火。鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分類：鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的分類：1 1、直鏈反應(yīng)、直鏈反應(yīng)

48、一個(gè)活性中心進(jìn)行一次反應(yīng)只產(chǎn)生一一個(gè)活性中心進(jìn)行一次反應(yīng)只產(chǎn)生一個(gè)新的活性中心，即整個(gè)反應(yīng)以恒定速度進(jìn)行。個(gè)新的活性中心，即整個(gè)反應(yīng)以恒定速度進(jìn)行。2 2、支鏈反應(yīng)、支鏈反應(yīng) 一個(gè)活性中心進(jìn)行一次反應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)一個(gè)活性中心進(jìn)行一次反應(yīng)產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上的活性中心，這樣鏈反應(yīng)就發(fā)生了分支，或兩個(gè)以上的活性中心，這樣鏈反應(yīng)就發(fā)生了分支，即反應(yīng)可加速進(jìn)行。快速燃燒和爆炸可看作是支鏈即反應(yīng)可加速進(jìn)行?？焖偃紵捅煽醋魇侵ф湻磻?yīng)的結(jié)果。反應(yīng)的結(jié)果。3 3、退化支鏈反應(yīng)、退化支鏈反應(yīng) 一個(gè)活性中心先通過(guò)直鏈反應(yīng)產(chǎn)一個(gè)活性中心先通過(guò)直鏈反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)新的活性中心和過(guò)氧化物或醛，當(dāng)過(guò)氧化物生一個(gè)新的活性中心和

49、過(guò)氧化物或醛，當(dāng)過(guò)氧化物或醛發(fā)生分解時(shí)，則引起新的支鏈反應(yīng)。因此它的或醛發(fā)生分解時(shí)，則引起新的支鏈反應(yīng)。因此它的總反應(yīng)速度比支鏈反應(yīng)慢。但仍有自動(dòng)加速的特點(diǎn)?？偡磻?yīng)速度比支鏈反應(yīng)慢。但仍有自動(dòng)加速的特點(diǎn)。4 4、斷鏈反應(yīng)、斷鏈反應(yīng) 當(dāng)活性中心與容器壁面或惰性氣體分當(dāng)活性中心與容器壁面或惰性氣體分子碰撞時(shí)，其活性能被吸收，導(dǎo)致反應(yīng)中斷。子碰撞時(shí)，其活性能被吸收，導(dǎo)致反應(yīng)中斷。 在熱爆和鏈爆之前，都需要一個(gè)反應(yīng)量在熱爆和鏈爆之前，都需要一個(gè)反應(yīng)量逐漸積累的過(guò)程，這個(gè)階段稱為誘導(dǎo)期或逐漸積累的過(guò)程，這個(gè)階段稱為誘導(dǎo)期或著火落后期（柴油機(jī)中稱為滯燃期）。著火落后期（柴油機(jī)中稱為滯燃期）。 實(shí)際燃燒過(guò)程

50、中，不可能有純粹的熱爆實(shí)際燃燒過(guò)程中，不可能有純粹的熱爆自燃和鏈爆自燃，二者是同時(shí)存在并相互自燃和鏈爆自燃，二者是同時(shí)存在并相互促進(jìn)，也即積累熱量與積累活化中心互為促進(jìn)，也即積累熱量與積累活化中心互為支持。一般，高溫時(shí)以熱爆為主；低溫時(shí)支持。一般，高溫時(shí)以熱爆為主；低溫時(shí)以鏈爆為主以鏈爆為主（這就引出了另一種著火理論（這就引出了另一種著火理論鏈?zhǔn)綗崃χ疰準(zhǔn)綗崃χ痖_始是鏈反應(yīng)，當(dāng)熱量開始是鏈反應(yīng)，當(dāng)熱量積累到一定程度后，按熱力著火過(guò)程進(jìn)積累到一定程度后，按熱力著火過(guò)程進(jìn)行）行）。二、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火二、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火 有高溫單階段著火高溫單階段著火和低溫多階段著火低溫多階段著火。汽油機(jī)

51、汽油機(jī)柴油機(jī)柴油機(jī) 對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的具體著火現(xiàn)象而言，柴油對(duì)于內(nèi)燃機(jī)的具體著火現(xiàn)象而言，柴油機(jī)的壓縮著火和汽油機(jī)的爆燃具有低溫機(jī)的壓縮著火和汽油機(jī)的爆燃具有低溫多階段著火的特點(diǎn)；而汽油機(jī)的火花點(diǎn)多階段著火的特點(diǎn)；而汽油機(jī)的火花點(diǎn)燃和柴油機(jī)著火后缸內(nèi)燃料的著火具有燃和柴油機(jī)著火后缸內(nèi)燃料的著火具有高溫單階段的著火特點(diǎn)。高溫單階段的著火特點(diǎn)。（一）柴油機(jī)低溫多級(jí)著火（一）柴油機(jī)低溫多級(jí)著火1 1、 階段混合階段階段混合階段 在壓縮過(guò)程終了時(shí)在壓縮過(guò)程終了時(shí)（壓縮空氣），燃料噴（壓縮空氣），燃料噴入汽缸內(nèi)形成可燃混合入汽缸內(nèi)形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較高氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始氧化，但的空氣，

52、開始氧化，但速度緩慢，示功圖上的速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明顯的變化。壓縮線沒有明顯的變化?；旌想A段，為著火做準(zhǔn)混合階段，為著火做準(zhǔn)備。備。 t12 2 階段一階段反應(yīng)階段一階段反應(yīng) 燃燒的實(shí)質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)燃燒的實(shí)質(zhì)是燃料的氧化反應(yīng)，當(dāng)反應(yīng)速度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)速度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)淡青色火焰，熱量間后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)淡青色火焰，熱量不多，稱為不多，稱為冷焰冷焰，缸內(nèi)壓力超過(guò)壓縮壓力。，缸內(nèi)壓力超過(guò)壓縮壓力。在這一階段，反應(yīng)生成醛類、過(guò)氧化物和在這一階段，反應(yīng)生成醛類、過(guò)氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃，一氧化碳等中間產(chǎn)

53、物。要求混合氣較濃，a a = 0.4 = 0.40.50.5。3 3 階段二階段反應(yīng)階段二階段反應(yīng) 溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)的活性中心，出現(xiàn)應(yīng)的活性中心，出現(xiàn)藍(lán)火焰藍(lán)火焰。混合氣稀得。混合氣稀得多，多，a a略小于略小于1 1。t2t34 4 時(shí)間后三階段反應(yīng)時(shí)間后三階段反應(yīng) 活性中心劇增，化學(xué)反應(yīng)加速，熱量積累活性中心劇增，化學(xué)反應(yīng)加速，熱量積累劇烈，發(fā)生熱爆炸，出現(xiàn)橘黃色劇烈，發(fā)生熱爆炸，出現(xiàn)橘黃色熱火焰熱火焰。混?；旌蠚飧。蠚飧?，a a 1 1。 著火延遲期著火延遲期ttt123ttt123（二二） 汽油機(jī)高溫單級(jí)著火汽油機(jī)高溫單級(jí)著

54、火1 1 壓縮的是燃料與空氣的混合氣體壓縮的是燃料與空氣的混合氣體, , 在此過(guò)程中在此過(guò)程中, , 已經(jīng)進(jìn)行了一些化學(xué)反應(yīng)。已經(jīng)進(jìn)行了一些化學(xué)反應(yīng)。2 2 火花點(diǎn)火火花點(diǎn)火, , 局部溫度高達(dá)局部溫度高達(dá)2000020000以上以上, , 該處燃料該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基分子直接分裂成大量的自由原子與自由基, , 迅速迅速反應(yīng)出現(xiàn)熱火焰（不經(jīng)過(guò)冷焰，藍(lán)焰反應(yīng)出現(xiàn)熱火焰（不經(jīng)過(guò)冷焰，藍(lán)焰- -熱焰時(shí)間很熱焰時(shí)間很短短也很難區(qū)分，所以稱為高溫單階段著火也很難區(qū)分，所以稱為高溫單階段著火），）， 瞬瞬間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室內(nèi)。所以間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室內(nèi)。所以, , 汽油機(jī)著火過(guò)程：汽

55、油機(jī)著火過(guò)程： 壓縮混合氣壓縮混合氣 點(diǎn)火（經(jīng)短暫著火延遲期）點(diǎn)火（經(jīng)短暫著火延遲期） 熱火焰熱火焰 高溫單級(jí)點(diǎn)燃高溫單級(jí)點(diǎn)燃烴類燃料在高溫和低溫條件下呈現(xiàn)出不同的著烴類燃料在高溫和低溫條件下呈現(xiàn)出不同的著火特性，可分為高溫單階段著火區(qū)和低溫多階火特性，可分為高溫單階段著火區(qū)和低溫多階段著火區(qū)（著火半島）。在溫度壓力均較低時(shí)，段著火區(qū)（著火半島）。在溫度壓力均較低時(shí)，首先出現(xiàn)冷焰區(qū)，它有微弱的發(fā)光，形同火舌，首先出現(xiàn)冷焰區(qū)，它有微弱的發(fā)光，形同火舌，溫度低不灼手，不能引燃混合氣。當(dāng)溫度和壓溫度低不灼手，不能引燃混合氣。當(dāng)溫度和壓力進(jìn)一步提高時(shí)，烴的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)由冷焰區(qū)進(jìn)入力進(jìn)一步提高時(shí)，烴的鏈?zhǔn)椒?/p>

56、應(yīng)由冷焰區(qū)進(jìn)入低溫多階段著火區(qū)。低溫多階段著火區(qū)。低溫多階段著火經(jīng)歷：低溫多階段著火經(jīng)歷：1 1、冷焰誘導(dǎo)階段：低溫條件下烴分子不能發(fā)、冷焰誘導(dǎo)階段：低溫條件下烴分子不能發(fā)生熱裂解，只能產(chǎn)生直鏈反應(yīng)，與氧分子接觸生熱裂解，只能產(chǎn)生直鏈反應(yīng)，與氧分子接觸發(fā)生不完全氧化，形成過(guò)氧化物和乙醛。該階發(fā)生不完全氧化，形成過(guò)氧化物和乙醛。該階段釋放的化學(xué)能極少，混和氣壓力和溫度都變段釋放的化學(xué)能極少，混和氣壓力和溫度都變化不大?；淮蟆? 2、冷焰階段：當(dāng)過(guò)氧化物積累到臨界濃度時(shí)，、冷焰階段：當(dāng)過(guò)氧化物積累到臨界濃度時(shí)，便以爆炸形式分解出甲醛，大量甲醛的積累使便以爆炸形式分解出甲醛，大量甲醛的積累使混合氣

57、發(fā)出冷焰。此階段大約釋放化學(xué)能總量混合氣發(fā)出冷焰。此階段大約釋放化學(xué)能總量的的5%5%10%10%，壓力和溫度有所提高。，壓力和溫度有所提高。3 3、藍(lán)焰階段：由甲醛的支鏈反應(yīng)產(chǎn)生、藍(lán)焰階段：由甲醛的支鏈反應(yīng)產(chǎn)生COCO，并發(fā)，并發(fā)出藍(lán)色的光，其輝度和溫度均比冷焰高，所以稱出藍(lán)色的光，其輝度和溫度均比冷焰高，所以稱為藍(lán)焰。此階段烴分子的氧化程度已較深，壓力為藍(lán)焰。此階段烴分子的氧化程度已較深，壓力溫度也進(jìn)一步提高。此階段時(shí)間很短。溫度也進(jìn)一步提高。此階段時(shí)間很短。4 4、最后才是高溫?zé)嵫婕粗穑核{(lán)焰階段末期，、最后才是高溫?zé)嵫婕粗穑核{(lán)焰階段末期，當(dāng)積累的活性中心和當(dāng)積累的活性中心和COCO達(dá)

58、到一定濃度，以及溫度達(dá)到一定濃度，以及溫度達(dá)到一定程度后，反應(yīng)開始明顯加速，大量達(dá)到一定程度后，反應(yīng)開始明顯加速，大量COCO被被進(jìn)一步氧化成進(jìn)一步氧化成COCO2 2，釋放出大量熱量，形成高溫?zé)?，釋放出大量熱量，形成高溫?zé)嵫妫慈紵_始。焰，即燃燒開始。 如果在較高溫度下，著火過(guò)程不經(jīng)過(guò)冷焰直如果在較高溫度下，著火過(guò)程不經(jīng)過(guò)冷焰直接進(jìn)入藍(lán)焰接進(jìn)入藍(lán)焰- -熱焰階段，而且這兩個(gè)階段很短也熱焰階段，而且這兩個(gè)階段很短也很難區(qū)分，因此稱為高溫單階段著火。很難區(qū)分，因此稱為高溫單階段著火。 大致在大致在T600KT600K條件下，著火以低溫多階段方條件下，著火以低溫多階段方式進(jìn)行；在式進(jìn)行；在T=9

59、00T=9001200K1200K時(shí)，著火以高溫單階段時(shí)，著火以高溫單階段方式進(jìn)行。方式進(jìn)行。三、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式三、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式（一）（一） 同時(shí)爆炸燃燒同時(shí)爆炸燃燒 取某一部分為系統(tǒng)取某一部分為系統(tǒng), , 著火前后整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分著火前后整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的相完全均勻一致。為的相完全均勻一致。為單相單相系系, , 均勻系。均勻系。 柴油機(jī)上柴油機(jī)上, , 由于混合氣分配不是十分均勻由于混合氣分配不是十分均勻, , 總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油總有某一部分混合氣最先著火（一般在噴油嘴附近）嘴附近）, , 取這一部分為系統(tǒng)取這一部分為系統(tǒng), , 則系統(tǒng)內(nèi)實(shí)則系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的就是現(xiàn)的就是同時(shí)爆炸燃燒同時(shí)爆炸燃燒。 汽油機(jī)上汽油機(jī)上, , 由于火焰有傳播速度（雖由于火焰有傳播速度（雖然很快然很快, , 但相對(duì)同時(shí)爆炸燃燒卻很?。┑鄬?duì)同時(shí)爆炸燃燒卻很?。? , 傳播逐次進(jìn)行傳播逐次進(jìn)行, , 故顯然不是同時(shí)爆炸燃燒。故顯然不是同時(shí)爆炸燃燒。但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作但火花塞間隙處的少量混合氣在電火花作用下用下, , 可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)爆炸燃燒同時(shí)爆炸燃燒，從而形成，從而形成火火焰中心焰中心。（二） 逐漸爆炸燃燒（預(yù)混合燃燒）逐漸爆炸燃燒（預(yù)混合燃燒）汽油機(jī)的燃