發(fā)動(dòng)機(jī)原理第四章燃料與燃燒化學(xué)匯總課件

1、第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料第二節(jié) 代用燃料及其應(yīng)用第三節(jié) 燃燒化學(xué)第四節(jié) 燃燒的基本理論第四章 燃料與燃燒化學(xué)第1頁，共78頁。燃料是內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的來源，直接影響內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及對(duì)環(huán)境的污染。一、石油中烴的分類及性質(zhì)傳統(tǒng)燃料：汽油、柴油石油中提煉；石油：碳?xì)浠衔?主要成分：C，H；少量的S，O2，N2 分子式：CnHm烴類代用燃料：CNG、LPG、 DME、 H2、 醇類等第2頁，共78頁。C1C4：氣態(tài)石油氣，相對(duì)分子質(zhì)量1658；C5C23：液態(tài)，其中： C5C11：50200，汽油， 分子質(zhì)量95120； C11C19：180300 ，煤油，分子質(zhì)量100180； C16C23:

2、250360， 輕重柴油，分子質(zhì)量180200C23以上：360 以上，渣油，分子質(zhì)量220280第3頁，共78頁。表4-1 烴分子中碳原子數(shù)對(duì)烴性質(zhì)的影響輕質(zhì)易揮發(fā)粘度增大化學(xué)穩(wěn)定性變好易自燃易點(diǎn)燃第4頁，共78頁。 碳、氫原子數(shù)和排列位置對(duì)燃料性質(zhì)影很大：1）烷烴：分子式：CnH2n+2 ； 化學(xué)結(jié)構(gòu)： 直鏈特點(diǎn)：飽和開鏈?zhǔn)剑珻越高結(jié)構(gòu)越不緊湊， 常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，但熱穩(wěn)定性差， 高溫易分解，自燃性好柴油的好成分；-C-C-C-C-；-C-C-C-C-CC支鏈(熱穩(wěn)定)直鏈2. 分子結(jié)構(gòu)對(duì)化學(xué)性能的影響第5頁，共78頁。2）烯烴： 分子式：CnH2n ； 化學(xué)結(jié)構(gòu)：-C=C-; -C=

3、C-C-C- 特點(diǎn)：非飽和開鏈?zhǔn)?，自發(fā)火性差，汽油的成分； 常溫下化學(xué)穩(wěn)定性差，易氧化膠質(zhì)；不易儲(chǔ)存3）炔烴：分子式：CnH2n-2 ； 化學(xué)結(jié)構(gòu)：乙炔 CC 特點(diǎn)：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。第6頁，共78頁。4）環(huán)烷烴： 分子式：CnH2n; 化學(xué)結(jié)構(gòu)： 特點(diǎn)：飽和環(huán)狀，不易分裂，熱穩(wěn)定性強(qiáng)， 汽油機(jī)的燃料，石油的重要組成部分。-CC-CC-環(huán)丁環(huán)第7頁，共78頁。5）芳香烴：CnH2n-6； 基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子結(jié)構(gòu)堅(jiān)固； 熱穩(wěn)定性高， 高溫下不易破裂； 汽油的良好的抗爆劑； 石油煉制中產(chǎn)生。 其中，-甲基萘：C1

4、1H10， 其抗爆性認(rèn)為100%第8頁，共78頁。原油的蒸餾(Distillation)蒸餾塔瀝青潤(rùn)滑油柴油煤油汽油石油氣原油第9頁，共78頁。第一節(jié) 發(fā)動(dòng)機(jī)燃料基本燃料（汽油、柴油）代用燃料：醇類燃料（甲醇、乙醇）、氣體燃料（液化石油氣、天然氣、氫氣） 汽油的主要性能有：抗爆性、蒸發(fā)性、氧化安定性、抗腐蝕性及清潔性。一、汽油第10頁，共78頁。1.抗爆性汽油的抗爆性是指汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒時(shí)抵抗爆燃的能力。汽油的抗爆性用辛烷值來表示。辛烷值越高，其抗爆性越好。辛烷值: 在規(guī)定條件下,被測(cè)定汽油和標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行比較，標(biāo)準(zhǔn)燃料中所含異辛烷的百分?jǐn)?shù)是被測(cè)定汽油的辛烷值。 測(cè)定汽油的辛烷值有不同的試

5、驗(yàn)方法，常用的為馬達(dá)法與研究法。 第11頁，共78頁。馬達(dá)法辛烷值（MON）是以較高的混合氣溫度 （一般加熱至149）和較高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（一般達(dá)900r/min）的苛刻條件為其特征的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)得的辛烷值。它表示汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)常用工況下低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的抗爆能力。研究法辛烷值（RON）是以較低的混合氣溫度 （一 般不加熱）和較低的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（一般在）的中等苛刻條件為其特征的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)得的辛烷值。它表示汽油在發(fā)動(dòng)機(jī)重負(fù)荷條件下高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的抗爆能力。馬達(dá)法辛烷值（MON）低于研究法辛烷值（RON）。一般采用研究法辛烷值來確定汽油的抗爆性。如要比較全面表示抗爆性時(shí)，同時(shí)標(biāo)出RON和MON值。第

6、12頁，共78頁。2.蒸發(fā)性液態(tài)汽油汽化的難易程度稱為汽油的蒸發(fā)性。汽油的蒸發(fā)性越強(qiáng)，越容易汽化，要求汽油必須具有良好的蒸發(fā)性。但蒸發(fā)性也不能太強(qiáng)，否則易形成供油系“氣阻”，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。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，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。第13頁，共78頁。汽油的蒸發(fā)性用汽油蒸發(fā)量為10、50、90和100時(shí)所對(duì)應(yīng)的溫度來評(píng)定。50餾出溫度低，說明汽油的中間餾分容易蒸發(fā)，有利于汽油機(jī)的加

7、速和由冷的狀態(tài)很快轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。90餾出溫度高，表明汽油中不易蒸發(fā)的重質(zhì)含量多。汽油中這些重質(zhì)成分在混合氣形成的過程中很難蒸發(fā)，它們附著在進(jìn)氣管和氣缸壁上，將增加燃油消耗、稀釋氣缸壁上的潤(rùn)滑油和加大氣缸磨損。用10餾出溫度低，汽油的起動(dòng)品質(zhì)越好。第14頁，共78頁。3.氧化安定性 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氧化安定性。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)系統(tǒng)堵塞，氣門關(guān)閉不嚴(yán)，氣缸散熱不良，增大爆燃傾向。第15頁，共78頁。4.清凈性 采用噴射式汽油發(fā)動(dòng)

8、機(jī)的汽車最常發(fā)生的問題是在進(jìn)氣系統(tǒng)和噴油器上產(chǎn)生沉淀，其主要原因是汽油中不穩(wěn)定的化合物。為了經(jīng)常保持進(jìn)氣系統(tǒng)的清潔，充分發(fā)揮汽油噴射的優(yōu)點(diǎn)，可向汽油中加入汽油清凈劑。一般是聚烯胺和聚醚胺化合物。汽油清凈劑作為機(jī)內(nèi)凈化的手段，在發(fā)達(dá)國(guó)家早已普遍采用。第16頁，共78頁。5.汽油規(guī)格 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)（GB 1793-1999），一種是無鉛汽油的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的無鉛車用汽油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見表4-1。第17頁，共78頁。二、柴油1.自燃性柴油的自燃性: 柴油在沒有外界火源的情況下能自行著火的能力。柴油的自燃性好，柴油機(jī)工作較柔和，在低溫時(shí)易于起動(dòng)。十六烷值是評(píng)定柴油自燃性好壞的

9、指標(biāo)。第18頁，共78頁。柴油的十六烷值：標(biāo)準(zhǔn)燃料是正十六烷和一甲基萘的混合物。正十六烷自燃性最好，作為自燃性好的標(biāo)準(zhǔn)，其十六烷值定為100。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0。柴油的自燃性通常介于正十六烷與一甲基萘之間。第19頁，共78頁。十六烷值過高或過低的柴油，都對(duì)柴油機(jī)的性能或工作不利。十六烷值越高，著火性越好。十六烷值過高，燃燒不完全。國(guó)產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定為4065之間，不必要過分增大。第20頁，共78頁。2.霧化和蒸發(fā)性餾程、運(yùn)動(dòng)黏度、密度、閃點(diǎn)都是與霧化和蒸發(fā)性有關(guān)的油品指標(biāo)。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，用餾程表示。通常以餾出50

10、的溫度來評(píng)定。餾程低，說明這種燃輕餾分多，蒸發(fā)性好，有利于混合氣形成，改善了燃燒過程。但是，餾程過低，燃料蒸發(fā)過快，則在著火延遲期內(nèi)形成的混合氣量過多，柴油機(jī)工作粗暴。車用柴油機(jī)的柴油餾程為200300。第21頁，共78頁。柴油的粘度決定柴油的流動(dòng)性。粘度流動(dòng)性物化性好，過低，潤(rùn)滑性降低；粘度過濾清困難，噴霧不良，流動(dòng)阻力增大。3.硫含量1）對(duì)于裝有催化轉(zhuǎn)化器的汽車，硫使轉(zhuǎn)化器的壽命降低；2）腐蝕零件，危害環(huán)境；3）硫還會(huì)增加柴油機(jī)的磨損。第22頁，共78頁。4.安定性安定性是指柴油在運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過程中應(yīng)保持其外觀顏色、組成和使用性能不變的能力。影響安定性的因素有：柴油中所含的不安定組分（

11、二烯烴、烯烴和環(huán)烷芳香烴）第23頁，共78頁。標(biāo)準(zhǔn)要求，選用輕柴油牌號(hào)應(yīng)遵循以下原則：1）10號(hào)輕柴油適用于有預(yù)熱設(shè)備的柴油機(jī)；2）5號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在8以上的地區(qū)；3）0號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在4以上的地區(qū)；4）10號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在5以上的地區(qū)；5）20號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在14以上的地區(qū)；6）35號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在29以上的地區(qū)；7） 50號(hào)輕柴油適用于風(fēng)險(xiǎn)率為10%的最低氣溫在44以上的地區(qū)；5.低溫流動(dòng)性第24頁，共78頁。石油會(huì)枯竭嗎？2015第25頁，共78頁。沒有石油內(nèi)燃機(jī)還能轉(zhuǎn)

12、嗎？一次能源Crude oil 石油Natural gas 天然氣Coal 煤炭Biomass 生物能源Nuclear energy 核能Solar energy 太陽能二次能源(能源載體)Diesel 柴油Gasoline 汽油LPG 液化石油氣CNG 壓縮天然氣Methanol 甲醇Ethanol 乙醇RME 菜籽油甲脂（生物柴油）Hydrogen 氫氣FossilEnergy化石能源Alternative Fuels替代燃料內(nèi)燃機(jī)將高效、清潔地轉(zhuǎn)下去！CTL/GTL/BTL 合成柴油第26頁，共78頁。第二節(jié) 代用燃料及其應(yīng)用代用燃料按物態(tài)氣體代用燃料：天然氣、液化石油氣、 氫氣、煤氣、

13、沼氣等液體代用燃料：甲醇、乙醇、植物油 燃料等按化學(xué)成分烴燃料含氧燃料一、代用燃料分類第27頁，共78頁。二、天然氣 天然氣主要成分為甲烷CH4 (容積比可達(dá)8399以上)，另外還包括乙烷C2H6以及丙烷C3H8等。 天然氣的熱值和辛烷值均較高，在用作點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料時(shí)，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，如提高發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比等，可以接近原發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性能。同時(shí)，天然氣又是一種比較潔凈的能源，排污低，使用比較方便，特別是壓縮(CNGCompressed Natural Gas)，便于儲(chǔ)存，配合相應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施如加氣站的建設(shè)，在城市車輛如公共汽車、出租車中具有廣闊的應(yīng)用前景。第28頁，共78頁。世界CNG埋蔵量

14、（2002年1月 単位：兆m3) 來源: 油田氣體 氣田氣體 海底氣體海底儲(chǔ)存狀態(tài)油田氣體氣田氣體第29頁，共78頁。三、液化石油氣 液化石油氣(LPG-Liquefied Petroleum Gas）主要成分是丙烷C3H8、丁烷C4H10、丙烯C3H6、丁烯C4H8及其異構(gòu)物，在常溫下加壓，可以變成液體燃料，其單位容積熱值高于天然氣，可以作為汽油機(jī)的燃料，還可以獲得較好的排放性能。 第30頁，共78頁。三、液化石油氣天然氣和液化石油燃料相比具有以下特點(diǎn)：1）天然氣的體積低熱值和質(zhì)量低熱值略高于汽油，液化石油則介于汽油和天然氣之間；2）抗爆性能高；3）混合氣著火界限寬；4）天然氣和液化石油氣比

15、汽油的著火溫度高，傳播速度慢，因此需要較高的點(diǎn)火能量。5）天然氣和液化石油氣比汽油和柴油燃燒更“清潔”。第31頁，共78頁。四、醇類燃料醇類燃料主要是甲醇CH3OH和乙醇C2H5OH。甲醇可以從天然氣、煤、生物質(zhì)等原料中提??；乙醇主要是將含有糖和淀粉的農(nóng)作物經(jīng)過發(fā)酵后制得。醇類燃料是液體燃料，可以沿用傳統(tǒng)的石油燃料的運(yùn)輸、貯存系統(tǒng)，相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入少，而發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性可以接近或超過原有汽油機(jī)或柴油機(jī)，排氣有害成分少，是一種很有發(fā)展前景的代用燃料。第32頁，共78頁。四、醇類燃料1.甲醇（或乙醇）作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料須考慮的因素（1）化學(xué)成分及燃燒產(chǎn)物（2）沸點(diǎn)及凝點(diǎn)（3）熱值（4）汽化

16、潛熱（5）辛烷值（6）十六烷值（7）著火極限（8）著火延遲期（9）火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊?3頁，共78頁。2.醇類燃料在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用河南，使用車用乙醇汽油甲醇（或乙醇）與汽油的混合燃料稱為甲醇（或乙醇）汽油或稱汽醇。點(diǎn)燃式內(nèi)燃機(jī)摻燒醇類燃料，與燃燒純汽油相比:1）提高辛烷值，在無鉛汽油中加入醇類燃料，可達(dá)到含鉛汽油所具備的抗爆能力；2）可擴(kuò)大混合氣著火界限，燃用稀混合氣，提高燃油經(jīng)濟(jì)性；3）可提高壓縮比，提高動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性；4）減少燃燒室表面的燃燒沉積物；5）改善排放性能。第34頁，共78頁。3.醇類燃料在應(yīng)用中的主要問題（1）對(duì)金屬腐蝕性防止醇類燃料腐蝕的基本途徑：1）改變發(fā)動(dòng)機(jī)金屬材料2）在

17、燃料中加防腐蝕添加劑（有效的）（2）對(duì)其他材料的影響（對(duì)橡膠、塑料的腐蝕）（3）發(fā)動(dòng)機(jī)磨損第35頁，共78頁。五、二甲醚1）二甲醚是最簡(jiǎn)單的醚類化合物2）二甲醚著火性能優(yōu)于柴油3）無毒4）可再生燃料5）二甲醚的低熱值只有柴油的64.7%6）二甲醚在常溫、常壓下的飽和蒸氣壓為0.5MPa1.二甲醚的性質(zhì)第36頁，共78頁。五、二甲醚2.二甲醚在柴油機(jī)上的應(yīng)用 DME在柴油機(jī)上的應(yīng)用主要有以DME和柴油機(jī)摻燒與直接燃用純液態(tài)DME兩種方式。 利用燃油噴射裝置直接向氣缸內(nèi)噴射液態(tài)DME，靠發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞壓燃著的方式是最常見的DME在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用方法。第37頁，共78頁。五、二甲醚3.二甲醚實(shí)用化應(yīng)解

18、決的問題1）供油系統(tǒng)成本高，且需專門的加油站2）二甲醚的黏度低，潤(rùn)滑性差，容易造成油泵柱塞和噴油器針閥等精密偶件磨損、卡死和泄露3）噴油量難以保證4）長(zhǎng)時(shí)間接觸會(huì)使橡膠制品老化5）用共軌（蓄壓式）燃油系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柱塞泵供油系統(tǒng)第38頁，共78頁。六、燃料開發(fā)燃料開發(fā)包含兩方面：1.獲得廉價(jià)的、有穩(wěn)定來源的代用燃料2.“設(shè)計(jì)”新型燃料第39頁，共78頁。第40頁，共78頁。 第41頁，共78頁。1為什么對(duì)壓燃式柴油機(jī)是優(yōu)良的燃料，對(duì)點(diǎn)燃式汽油機(jī)則一般是差劣的燃料？綜合考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性和排放要求，理想的汽油和柴油應(yīng)由何種結(jié)構(gòu)和成分的烴燃料組成？ 2甲醇的熱值比汽油低得多，為什么混合氣的熱

19、值卻與汽油混合氣熱值相差不多？用甲醇替代汽油經(jīng)過合理匹配后，其輸出功率加大還是減??？為什么？ 作業(yè)第42頁，共78頁。第三節(jié) 燃燒化學(xué)一、燃料燃燒的熱值 單位量的燃料完全燃燒時(shí)所發(fā)出的熱量。 完全燃燒是指某化合物被所在氧氣全部氧化，其中C生成CO2、H生成H2O，其它元素生成高級(jí)氧化物。第43頁，共78頁。汽油: 44100 kJ/kg ；柴油: 42500 kJ/kg 完全燃燒時(shí)，生成的水為氣態(tài)時(shí)的熱值為低位發(fā)熱值 。 完全燃燒時(shí)，生成的水為液態(tài)時(shí)的熱值為高位發(fā)熱值。 高位熱值比低位熱值大，其差值為水蒸氣的汽化潛熱。 第44頁，共78頁。二、燃料完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)1.碳燃燒：第45頁，共78

20、頁。2.氫燃燒：第46頁，共78頁。3.硫燃燒：第47頁，共78頁。4.一氧化碳燃燒：5. 碳?xì)浠衔铮旱?8頁，共78頁。三、燃料燃燒所需的空 氣量1 kg燃料完全燃燒所需要的空氣量稱理論空氣量。1 kg燃料中所含 kg 碳， kg 氫氣， kg氧氣汽油: kg/kg ， kg/kg ， kg/kg 柴油: kg/kg ， kgkg ， kg/kg 汽油的理論空氣量為14.9（kg/kg），柴油的理論空氣量為14.5（kg/kg）。 第49頁，共78頁。四、過量空氣系數(shù)和空燃比1 過量空氣系數(shù) 表示混合氣的濃稀程度。 1 混合氣稀,稀混合氣; 1 混合氣濃,濃混合氣; =1 標(biāo)準(zhǔn)混合氣 一般

21、，柴油機(jī): 1；汽油機(jī): 1 1。過量空氣系數(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，應(yīng)力求使過量空氣系數(shù)小。第50頁，共78頁。2 空燃比、燃空比汽油理論上完全燃燒時(shí)的空燃比約為14.9。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)。 14.9為濃混合氣， 14.9的為稀混合氣。第51頁，共78頁。1一種燃料由下列組分組成：Hexane(C6H14) 40 wtOctane(C8H18) 30 wtCyclohexane(C6H12) 25 wtBenzene(C6H6) 5 wt 如果燃料的空燃比是17，計(jì)算燃料的過量空氣系數(shù)。作

22、業(yè)第52頁，共78頁。第四節(jié) 燃燒的基本理論一切燃燒過程都由著火和燃燒兩個(gè)階段組成。著火階段是物質(zhì)燃燒的準(zhǔn)備階段，是著火前的物理和化學(xué)的準(zhǔn)備過程。使可燃混合所進(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。另一種是自然著火。第53頁，共78頁。第四節(jié) 燃燒的基本理論人類文明的起源、熱能機(jī)械的基礎(chǔ) 燃燒過程包括：著火、燃燒著火,是指可燃混合氣在一定壓力、溫度和濃度條件下，其氧化反應(yīng)突然加速，以至出現(xiàn)火焰的現(xiàn)象。燃燒,是指燃料與氧化劑進(jìn)行劇烈放熱的氧化反應(yīng)過程。著火階段也稱滯燃期第54頁，共78頁。燃燒持續(xù)期10-2ms、著火過程僅:0.3-0.03ms，著火至關(guān)重要第55頁，共78頁。發(fā)動(dòng)機(jī)

23、內(nèi)的燃燒過程一般說來，要經(jīng)歷三個(gè)基本步驟：(1)形成燃油與空氣的可燃混合氣；(2)點(diǎn)燃可燃混合氣，或可燃混合氣在混度和濃度適當(dāng)?shù)牡貐^(qū)發(fā)生自燃，在一處或同時(shí)在數(shù)處著火 著火過程 ； (3)火源擴(kuò)大到整個(gè)可燃混合氣，形成全面燃燒。第56頁，共78頁。一、著火機(jī)理：按化學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)，著火機(jī)理可分為熱自燃機(jī)理和鏈鎖自燃機(jī)理兩類。(一)熱自燃在著火的準(zhǔn)備階段，混合氣進(jìn)行著氧化過程，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。

24、第57頁，共78頁。燃燒反應(yīng)時(shí)：放熱速率 dq1/dt = C1 exp（-E/RT） 即 dq1/dt 與T成指數(shù)關(guān)系散熱速率 dq2/dt = AF（T-T0） 即 dq2/dt 與T成線性關(guān)系熱著火理論著火的原因在于熱量的積累，當(dāng)放熱率散熱率時(shí)，著火可能。第58頁，共78頁。影響著火的因素臨界著火溫度Tc受下列因素影響：（1）壓力 Pc， Tc （碰撞概率）（2）燃料理化特性自燃溫度第59頁，共78頁。影響著火的因素（續(xù)）（3）a a = 1 時(shí)， Tc最低； 對(duì)于某一Tci，存在濃限和稀限； 對(duì)于所有Tc，存在貧油極限和富油極限；第60頁，共78頁。熱著火理論并不能解釋所有著火現(xiàn)象，如

25、低溫時(shí)的著火現(xiàn)象、熱以外的其他能量也能激發(fā)著火、多分子同時(shí)碰撞的概率（庚烷例）等。 C7H16 + 11O2 7CO2 + 8H2O第61頁，共78頁。(二)鏈鎖反應(yīng) 所謂鏈鎖反應(yīng)是這樣的化學(xué)反應(yīng)，其中一個(gè)活化作用能引起很多基本反應(yīng)，即反應(yīng)鏈。整個(gè)反應(yīng)過程分為： 引導(dǎo)反應(yīng)(鎖的引發(fā))一反應(yīng)鏈(鏈的繼續(xù)反應(yīng)或鏈的傳遞)一斷鏈反應(yīng)(鏈的中斷即活化中心的死亡)。第62頁，共78頁。第63頁，共78頁。二、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火有高溫單階段著火和低溫多階段著火。汽油機(jī)柴油機(jī)第64頁，共78頁。（一） 汽油機(jī)高溫單級(jí)著火1 壓縮的是燃料與空氣的混合氣體, 在此過程中, 已經(jīng)進(jìn)行了一些化學(xué)反應(yīng)。2 火花點(diǎn)火,

26、 局部溫度高達(dá)20000以上, 該處燃料分子直接分裂成大量的自由原子與自由基, 迅速反應(yīng)出現(xiàn)熱火焰, 瞬間擴(kuò)大到整個(gè)燃燒室內(nèi)。所以, 汽油機(jī)著火過程： 壓縮混合氣 點(diǎn)火（經(jīng)短暫著火延遲期） 熱火焰 高溫單級(jí)點(diǎn)燃第65頁，共78頁。（二）柴油機(jī)低溫多級(jí)著火1、 階段混合階段 在壓縮過程終了時(shí)，燃料噴入汽缸內(nèi)形成可燃混合氣。燃料遇到溫度較高的空氣，開始氧化，但速度緩慢，示功圖上的壓縮線沒有明顯的變化?；旌想A段，為著火做準(zhǔn)備。 第66頁，共78頁。2 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)速度很快時(shí)，火焰就會(huì)出現(xiàn)。經(jīng)過時(shí)間后，反應(yīng)加劇，出現(xiàn)淡青色火焰，缸內(nèi)壓力超過壓縮壓力。在這一階段，反

27、應(yīng)生成醛類、過氧化物和一氧化碳等中間產(chǎn)物。要求混合氣較濃， = 0.40.5。釋放化學(xué)總能量的5%10%。第67頁，共78頁。3 階段二階段反應(yīng) 溫度、壓力升高較大，產(chǎn)生許多化學(xué)反應(yīng)的活性中心CO,O,H,OH，出現(xiàn) 藍(lán)火焰。時(shí)間較短，產(chǎn)生高溫，燃燒開始?；旌蠚庀〉枚?，略小于1。第68頁，共78頁。4 時(shí)間后三階段反應(yīng) 活性中心劇增，化學(xué)反應(yīng)加速，熱積累劇烈，發(fā)生爆炸，出現(xiàn)橘黃色熱火焰?；旌蠚飧。?1。 著火延遲期第69頁，共78頁。三、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式（一） 同時(shí)爆炸燃燒 取某一部分為系統(tǒng), 著火前后整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部分的相完全均勻一致。為單相系, 均勻系。 柴油機(jī)上, 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（一般在噴油嘴附近）, 取這一部分為系統(tǒng), 則系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)的就是同時(shí)爆炸燃燒。 汽油機(jī)上, 由于火焰有傳播速度（雖然很快, 但相對(duì)同時(shí)爆炸燃燒卻很?。? 傳播逐次進(jìn)行, 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用下, 可實(shí)現(xiàn)同時(shí)爆炸燃燒，從而形成火焰中心。第70頁，共78頁。（二） 逐漸爆炸燃燒預(yù)混合燃燒(Premixed Combustion) 著火前燃料氣體或燃料蒸氣與空氣已按一定比例形成均勻混合氣（如汽油機(jī)、瓦斯爆炸） 。 第71頁，共78