發(fā)動機內燃機考研專業(yè)課

發(fā)動機內燃機考研專業(yè)課1第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、概述燃料是發(fā)動機產生動力的來源。發(fā)動機的生存與發(fā)展，汽油機與柴油機在結構與性能上的差異，對環(huán)境的污染等等，與燃料的種類和品質有著密切的關系。

第一節(jié)發(fā)動機的燃料第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動機的常用燃料－汽油和柴油汽油與柴油是石油的煉制品。石油的主要成分是碳、氫兩種元素，含量約占97%-98%，其它還有少量的硫、氧、氮等等。石油產品是以多種碳氫化合物的混合物的形式出現的，分子式為CnHm，通常稱為烴。根據烴分子中碳原子數的不同，可構成不同相對分子質量、不同沸點的物質。石油氣—汽油—煤油—輕、重柴油—渣油。第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1、柴油輕柴油用于高速柴油機，重柴油用于中、低速柴油機。輕柴油的牌號按凝點不同分為10號、0號、-10號、-20號、－35號、-50號。凝點是指柴油失去流動性開始凝結的溫度。選用柴油時，應按最低環(huán)境溫度高出凝點5℃以上，即-20號柴油適用于最低環(huán)境溫度為-15℃的場合。二、常用燃料的使用特性第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2、輕柴油的性能評價柴油自燃性的指標——十六烷值。與燃燒完善程度及起動性能有密切關系的性質———餾程。與燃料噴射有密切關系的性質——粘度。與柴油儲存運送、使用有關的性質——閃點、凝點。與柴油機磨損腐蝕有關的性質—機械雜質、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和堿、殘?zhí)康鹊?。?頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）十六烷值十六烷值是評定柴油自燃性好壞的指標。自燃性好的燃料，著火后壓力升高速度低，柴油機工作柔和，冷起動性能改善。測定柴油的十六烷值，是在特殊的單缸試驗機上按規(guī)定的條件進行。試驗時采用由十六烷和α甲基萘混合制成的混合液。增大十六烷值帶來燃料分子量加大，使油的蒸發(fā)性變差及粘度增加，導致排氣冒煙加劇及燃油經濟性下降。國產柴油的十六烷值規(guī)定在40-50之間，不必要過分增大。第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）餾程餾程表示柴油的蒸發(fā)性，用燃油餾出某一百分比的溫度范圍來表示。燃料餾出50%的溫度低，說明這種燃料輕餾分多、蒸發(fā)快，有利于混合氣形成。90%和95%溜出溫度標志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數量。重餾分過多，燃燒不容易及時和完全；餾分太輕也不好，將使柴油機工作粗暴。第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）粘度粘度是燃料流動性的尺度，是表示燃料內部摩擦力的物理特性。它影響柴油的噴霧質量。粘度越大，霧化后油滴顆粒越大。噴油泵柱塞、噴油器的噴針都是靠燃油潤滑，所以柴油應具有一定的粘度。第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2、汽油國產汽油是以辛烷值來標號的。影響汽油機性能的關鍵性指標主要是辛烷值和餾程等。（1）辛烷值辛烷值是表示汽油抗爆性的指標。隨著壓縮比及氣缸內氣體溫度的升高，可能出現一種不正常的自燃現象，稱為爆震。汽油按辛烷值指數ONI(（RON＋MON）/2)分為85、87、89、91、93、95、97共七個等級。汽油辛烷值的大小主要決定于汽油的組成情況、煉制方法及添加劑等。汽油抗爆添加劑、含鉛問題第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）餾程和蒸氣壓餾程和蒸氣壓是評價汽油蒸發(fā)性的指標，為了評價燃料的揮發(fā)性，以10%、50%和90%的餾出溫度作為幾個有代表意義的點。餾出10%的溫度：標志著起動性高低。溜出50%的溫度：標志著汽油的平均蒸發(fā)性。它影響著發(fā)動機的暖車時間、加速性以及工作穩(wěn)定性。溜出90%的溫度：標志著燃料中含有難于揮發(fā)的重質成分的數量。此溫度過高，燃燒容易形成積炭；或者稀釋機油，影響潤滑。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月3、汽油、柴油性能差異對發(fā)動機的影響引起在混合氣形成上的差異引起著火與燃燒上的差異?

汽油揮發(fā)性強?？稍谳^低溫度下在氣缸外部形成均勻的混合氣，控制混合氣的數量調節(jié)汽油機的功率。?

柴油蒸發(fā)性差，但粘性比較好。適宜用油泵油嘴向氣缸內部噴油，靠調節(jié)供油量來調節(jié)負荷。?

汽油自燃溫度較高，但汽油蒸氣閃點溫度極低。適宜外源點火，而防止其自燃；著火后，以火焰?zhèn)鞑サ姆绞较蚓鶆虻幕旌蠚庹归_。?

柴油利用易自燃的優(yōu)點。采用壓縮自燃的方式。柴油的噴射及與空氣的混合，短暫又不均勻，常有隨噴隨燒的現象，因而使燃燒時間延長。第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量

按照化學反應的當量關系，可求出1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量：數值為：汽油14.9kg/kg

柴油14.5kg/kg

第三節(jié)燃燒熱化學第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月二、過量空氣系數α與空燃比A/F

1、過量空氣系數α

燃燒1kg燃料實際提供的空氣量與理論上所需空氣量之比。汽油機燃燒時是預先混合好的均勻混合氣，混合比只在狹小的范圍內變化（α=0.8～1.2）。當負荷變化時，α略有變化，見圖3-4。柴油機負荷是靠質調節(jié)的（即混合氣濃度調節(jié)），α的變化范圍很大。由于混合氣形成不均勻，所以α總是大于1的。一般車用高速柴油機，α=1.2～1.6；增壓柴油機α=1.8～2.2。第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2、空燃比A/F燃燒時空氣量與燃料量的比值。對于汽油，化學當量（α=1）的空燃比A/F=14.9。第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月一、著火過程燃燒是一種放熱的氧化反應。燃燒之前都有一個準備階段，即著火階段。所謂著火，是指混合氣自動地反應加速，并產生溫升，以致引起空間某一位置或最終在某個時刻有火焰出現的過程。使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點燃，前者是自發(fā)的，后者是強制的。第四節(jié)燃燒的基本知識第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.自燃自燃，是指具有適當溫度、壓力的可燃混合氣，在沒有外部能量引入的情況下，依靠混合氣自身的反應自動加速，并自發(fā)地引起火焰的過程。著火溫度與可燃混合氣的物理化學性質有關，而且與環(huán)境溫度、壓力、容器形狀及散熱情況等有關。存在著一個可燃混合物著火的濃度上限與下限。烴燃料的自燃著火根據環(huán)境溫度不同，分為高溫單階段著火和低溫多階段著火。第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.點燃點燃，是指利用電火花在可燃混合氣中產生火焰核心并因而引起火焰?zhèn)鞑サ倪^程。為了使點燃成功，必須使火花塞提供的放電能量大于某一個點火的最小能量，而這個點火最小能量受燃料的種類與濃度，空氣中氧的濃度、壓力及溫度等影響。

點火還直接受到混合氣濃度的限制，當混合氣過稀或過濃，無論點火能量有多大也不能著火，即有一個點燃的濃度界限。

第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月二、在預混氣體中的火焰?zhèn)鞑?/p>

在局部形成火焰核心之后，其余部分的燃燒過程實質上就是火焰在預混氣體中傳播的過程。火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∪Q于預混合氣體的物理化學性質、熱力狀態(tài)以及氣體的流動狀況。根據氣體流動的狀況，可分為層流火焰?zhèn)鞑ヅc紊流火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.層流火焰?zhèn)鞑恿骰鹧婷娴暮穸日；鹧婷嫔线M行著強烈的燃燒化學反應。經過化學反應區(qū)以后，預混氣體的95％～98％發(fā)生了化學變化。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿停s0.4～0.5m/s。火焰?zhèn)鞑ニ俣戎饕Q于預混氣體成分。第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月2.紊流火焰?zhèn)鞑ノ闪鬟\動可以大大加速火焰?zhèn)鞑ニ俣?，此時vT=20～70m／s。紊流對火焰?zhèn)鞑サ拇龠M作用是由于：

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增大了火焰前鋒的燃燒表面積。

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紊流有加強傳熱與傳質的作用。

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使已燃氣體與未然混合物迅速混合，提高了燃燒放熱的速率。第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月三、油滴與噴霧燃燒

油滴與噴霧燃燒是一種非預混的、不均勻的擴散型燃燒。這是由柴油的物理化學性質所決定的。燃料成分在空間的分布很不均勻。燃料的燃燒依然要經過液體燃料的蒸發(fā)、與空氣的混合、氧化燃燒的過程。5.0kg/m32.5kg/m31.25kg/m30.0kg/m33.75kg/m3第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月1.油滴的蒸發(fā)與燃燒在靜止環(huán)境中油滴蒸發(fā)與燃燒的過程。為了