第三章：燃料与燃烧

1. 第三章：燃料与燃烧 影响到：经济性、功率性、平稳性、公益性、可靠性、起动性等 3-1 发动机的燃料 3-2 燃料的使用特性 3-3 燃烧热化学 3-4 燃烧的基本知识

2. 3-1 发动机的燃料 液体燃料：石油类燃料，汽油，柴油，煤油等。 气体燃料： CNG，LPG，甲醇、乙醇、二甲醚等。

3. C原子数对石油产品特性的影响

4. 分子结构对燃料性质的影响 1、烷烃 正构物：直链饱和结构，温度超过300度易断链氧化，C原子数越 多倾向越明显。 异构物：支链饱和结构，高温不易氧化。 异构物是构成汽油的主要成分，正构物是构成柴油的主要成分。 2、烯烃 带有双键或三键的直链结构，是不饱和链状烃。 常温下，化学稳定性差，长期保存易形成胶质。高温下比烷烃难氧化，产生爆燃倾向性小。在汽油中占一定比例。

5. 3、环烷烃 C原子环状排列，两端C原子直接相连。 形成过氧化物的倾向小，不易产生爆燃，在汽油中占一定比例。 4、芳香烃 含H最少，具有双键和环状结构，难以氧化，抗爆性极强。 常在汽油中掺加苯以提高抗爆性。

6. 3-2 燃料的使用性能

7. 3-2 燃料的使用性能

8. 3-2 燃料的使用性能

9. 3-2 燃料的使用性能 1、柴油 2、汽油 3、醇类燃料 4、气体燃料

10. 3-2 燃料的使用性能 1、柴油 以凝点标号 高于环境最低温度5度 柴油机磨损腐蚀 燃料喷射 柴油存储、运送、使用 评价柴油自燃性 燃烧完善程度及启动性能

11. 3-2 燃料的使用性能 1、十六烷值 评价柴油自燃性好坏 十六烷值 压力升高速度 着火延迟期 着火延迟期短，混合气 工作柔和 冷起动性 粘度 蒸发性 燃料分子量 排气冒烟 燃油经济性

12. 3-2 燃料的使用性能 2、十六烷值的测定 测量燃料十六烷值 的CFR发动机 the American Cooperative Fuel Research Committee. 燃料研究联合协会

13. 3-2 燃料的使用性能 十六烷 ┼ α-甲基苯 容易自燃 最不容易自燃 十六烷值为100 十六烷值为0 自燃性 待测柴油 所配置混合液 测量燃料十六烷值的 CFR发动机 十六烷的体积百分比 十六烷值

14. 3-2 燃料的使用性能 2、馏程 表示柴油蒸发性，用燃油馏出某一百分比的温度范围来表示 50%馏出温度 温度低，轻馏分多，蒸发快，有利于混合气形成 过低，易形成大量油气混合气，着火压力猛增，工作粗暴 90%馏出温度 重馏分的数量，蒸发性不好，燃烧不及时 和不完全 95%馏出温度

15. 3-2 燃料的使用性能 3、粘度 燃料流动性尺度，影响柴油喷雾质量 雾化油滴平均直径 粘度 燃烧不及时或不完全 燃油消耗率增加，排气带烟

16. 3-2 燃料的使用性能 二、汽油 关键性指标：辛烷值、馏程 1、辛烷值 辛烷值高，抗爆震的能力强 抗爆性对汽油来说非常重要，希望自燃性差，抗爆性好 （抗暴添加剂——四乙铅——已禁止使用） 辛烷值是评价汽油抗爆性好坏的指标 以辛烷值标号

17. 3-2 燃料的使用性能 2、辛烷值的测定 测量燃料辛烷值 的CFR发动机

18. 3-2 燃料的使用性能

19. 3-2 燃料的使用性能 正庚烷 ┼ 异辛烷 容易爆震 抗爆性好 辛烷值为0 辛烷值为100 抗爆性 待测汽油 所配置混合液 异辛烷的体积百分比 辛烷值

20. 3-2 燃料的使用性能 2、馏程和蒸汽压 评价汽油蒸发性的指标 温度低： 容易冷车启动 温度过低： 管路中容易形成蒸汽，形成气阻，使发动机断火 温度低： 挥发性好，在较低温度形成大量混合气，缩短暖车时间，过度工况，及时提供充足混合气 温度低： 重质成分少，挥发完全，有利于燃烧 温度过高： 重质成分多，易形成积碳，稀释机油

21. 柴油、汽油性能比较

22. 3-2 燃料的使用性能

23. 3-2 燃料的使用性能

24. 3-2 燃料的使用性能

25. 3-2 燃料的使用性能

26. 3-2 燃料的使用性能 3 新型燃料的使用特性 1)醇类燃料的使用特性 （1）醇类燃料的特点 热值低，含氧量大； 汽化潜热数值大，沸点低； 有毒性、腐蚀性； 抗爆震性好，润滑性差； 如以混合燃料方式使用，与汽、柴油的相溶性差。

27. 3-2 燃料的使用性能 （1）醇类燃料的特点 热值低，含氧量大； 所需的理论空气量不到汽油的一半，所以两者的混合气热值都差不多，从而保证发动机动力性能不致降低。由于热值低，酒精汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不过热效率并不比普通汽油低，而且其混合气比汽油混合气还稀。

28. 3-2 燃料的使用性能 （1）醇类燃料的特点 汽化潜热数值大，沸点低； 醇的汽化潜热是汽油的三倍左右，混合燃料蒸发汽化，可以促使进气温度进一步降低，增加了充气量，提高了功率。但困难的是，在使用中需予以强预热。醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大，要采取相应的措施。

29. 3-2 燃料的使用性能 （1）醇类燃料的特点 抗爆震性好，润滑性差； 醇具有高的抗爆性能，加醇的混合汽油可提高燃料的辛烷值，这对提高汽油机的压缩比极为有利。

30. 3-2 燃料的使用性能 （1）醇类燃料的特点 与汽、柴油的相溶性差。 在常温下醇难溶于汽油，混合不匀的燃料使发动机运转不稳定。为此，需要加入适量的助溶剂，以利于醇与汽油相互溶解。

31. 3-2 燃料的使用性能 （1）醇类燃料的特点 有毒性、腐蚀性； 甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的毒性，在储运及使用中要注意安全。

32. 3-2 燃料的使用性能 （2）醇类燃料的使用方式 混合燃料方式 双燃料方式 纯燃料方式 氧添加剂 燃料电池燃料

33. 3-2 燃料的使用性能 （3）醇类燃料的使用特性与使用方式有关； 目前没有统一认识；对其固有的理化特性及品质应该有要求。如热值、沸点、密度、腐蚀性和含水量等,乙醇汽油有关于品质的国家标准。

34. 3-2 燃料的使用性能 2）气体燃料的使用特性 气体燃料可分为天然气（NG）、液化石油气（LPG）及工业生产中的气体燃料。 天然气是以自由状态或与石油共生于自然界中的可燃气体，它的主要成分是甲烷。 液化石油气是在石油炼制过程中产生的石油气，主要成分是丙烷、丙烯等。 天然气用于汽车一般有两种形式： 一种是压缩天然气（CNG）。通常以20MPa压缩储存于高压气瓶中； 一种是液化天然气（LNG），将天然气以-162℃低温液化储存于隔热的液化气罐中。

35. 3-2 燃料的使用性能 （1）气体燃料的特点 热值低； 常温下为气态，携带不方便； 形成混合气容易； 抗爆震性好，润滑性差； 废气排放好。

36. 3-2 燃料的使用性能 天然气燃料的优点： l）天然气的主要成分是甲烷，CO排放量少，未燃HC成分引起的光化 学反应低，燃料中几乎不含硫的成分，从全球环保的角度看，比电 动汽车的SO2排放量要低。 2）辛烷值高达130，可采用高压缩比，获得高的热效率。 3）燃烧下限宽，稀燃特性忧越，在广泛的运转范围内，可降低NOx生 成，进而也可提高热效率。

37. 3-2 燃料的使用性能 天然气燃料的优点： 4）由于是气体燃料，低温起动性及低温运转性能良好，进而在 暖机过程中， 不需要在使用液体燃料时所必要的额外供油，不完全燃烧成分少。 5）天然气燃料运用性好，可采用油气双燃料供应方式，也可采用电控混合气 或电控天然气喷射方式工作。它适用于轻型车，也适用于柴油车。 6）将天然气应用于柴油车，固体微粒的排放率几乎为0，（微粒排放 是当今柴油车排放治理中突出的困难），从而达到低公害车的标准。

38. 3-2 燃料的使用性能 2）气体燃料的使用特性 天然气燃料的缺点： 1）因为在常温、常压下是气体，储运性能比液体燃料差。一次充气 行驶距离短，长途汽车应用有一定困难，但用于城市内车辆是可 行的，其实它比一次充电的电动机车的行驶距离要长得多。 2）由于储气压一般达20MPa高压，使燃料容器加重。 3）由于呈气体状态吸入，使发动机体积效率降低，与液体燃料相比 （如汽油），单位体积的混合气热值小，功率下降近10%。

39. 3-2 燃料的使用性能 2）气体燃料的使用特性 （2）气体燃料的使用方式 纯燃料方式； 双燃料方式； 混合燃料方式； 燃料电池。 （3）气体燃料的使用特性与使用方式有关；有国家标 准，但使用性能指标不全面。

40. 3-3 燃烧热化学 1、1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量 Lo 2、过量空气系数α、空燃比A/F 3、燃烧产物的数量变化

41. 1、1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量 Lo 燃油在气缸中燃烧情况极为复杂，本质上是激烈的氧化反应。这里只从质量守恒角度，研究燃油和空气中的氧进行化学反应的质量关系，不涉及化学反应的过程和机理。 不管燃烧过程多么复杂，在燃烧分析中总需要提供有关燃料、空气及其产物的一些基本数量关系 。

42. 燃油成分的表示: 发动机所用的汽油或柴油主要由碳、氢、氧组成，其它成分如氮、硫等含量不多，在热计算时不考虑，如以gC、gH、gO分别表示 1 kg燃油中所含碳、氢、氧的kg数，即用质量百分数%表示，则：

43. 空气成分的表示: 发动机中燃油燃烧所需要的氧气来自空气， 以质量百分数%表示： 以体积百分数%表示：

44. 1kg 燃料完全燃烧所需的理论空气量 L0 根据化学反应方程 碳燃烧： 氢燃烧：

45. 所以，gC (kg)碳与gH (kg)氢完全燃烧所用氧气为： 1kg燃料完全燃烧理论空气量：

46. kmol 氧气 kmol 氧气 以kmol 为单位计算理论空气量，则： 1 kg 碳完全燃烧需要： 1 kg 氢完全燃烧需要： 所以，gC (kg)碳与gH (kg)完全燃烧所用氧气为：

47. gO (kg) 氧折合为kmol 单位： 1kg燃料完全燃烧理论空气量： 以m3为单位计算理论空气量，则在标准状态下，1 kmol空气具有体积为 22.4 m3（标）。故

48. 常规燃料的理论空气量 汽油的平均质量成分为： gC = 0.855；gH =0.145；gO=0.000 柴油的平均质量成分为： gC =0.870； gH =0.126； gO =0.004 可得汽油和柴油的理论空气量分别为14.9（kg 空气 / kg汽油）和14.5（kg空气 / kg柴油）。

49. 2、过量空气系数 理论空气量是指理论上使燃油完全燃烧所需要的空气量。 发动机实际循环中，1 kg 燃油实际供给的空气数量并不总是等于理论空气量Lo。 用过量空气系数 α表示实际供给空气的数量L与理论空气量Lo之比

50. 为使燃油完全燃烧，实际供给空气的数量应该不小于理论空气量，即α 1。 过量空气系数是反映发动机工作过程的一个重要参数，当实际空气量等于理论空气量即 L= Lo ，则α=1； α< 1时，表示浓混合气； α> 1时，表示稀混合气。 过量空气系数 α 与发动机类型、混合气形成方法、燃料的种类、工况（负荷与转速）、功率调节的方式等因素有关。