發(fā)動(dòng)機(jī)原理B-第三章發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒-2012

發(fā)動(dòng)機(jī)原理武漢理工大學(xué)汽車工程學(xué)院劉志恩2012年6月2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理2

緒論第一章發(fā)動(dòng)機(jī)的性能第二章發(fā)動(dòng)機(jī)的換氣過(guò)程第三章發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒第四章汽油機(jī)混合氣的形成和燃燒第五章柴油機(jī)混合氣的形成和燃燒第六章發(fā)動(dòng)機(jī)的特性第九章排氣污染與控制目錄2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理3第三章發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料與燃燒

第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料

發(fā)動(dòng)機(jī)傳統(tǒng)的燃料是汽油與柴油，它們是石油的煉制品。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(chǎn)品是以多種碳?xì)浠衔锏幕旌衔锏男问匠霈F(xiàn)的，分子式為CnHm，通常稱為烴。

利用沸點(diǎn)不同直接進(jìn)行分餾，依次得到石油氣-汽油-煤油-輕、重柴油-渣油

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2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理5C原子數(shù)

沸點(diǎn)

品種

相對(duì)分子質(zhì)量

理化性質(zhì)的變化趨勢(shì)

質(zhì)量

揮發(fā)性

粘度

化學(xué)安定性

自燃性

點(diǎn)燃性

C1-C4

常溫

石油氣

16-58輕

易

小

好

難

易

C4-C12

40-210℃

汽油

95-120C11-C19

180-300℃

煤油

100-180C16-C23

250-360℃

輕、重柴油

180-200C23以上

360℃以上

渣油

220-280重

難

大

差

易

難

汽油與柴油組分的差異（歐洲）芳烴烯烴甲基叔丁基醚烷烴（短鏈）環(huán)烷烴烷烴（長(zhǎng)鏈）烯烴汽油柴油芳烴2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理7

一、汽油汽油是多種烴類的混合物，沒(méi)有一定的沸點(diǎn)，它隨著溫度的上升，按照餾分由輕到重逐次沸騰。汽油餾出溫度的范圍稱為餾程，是評(píng)價(jià)汽油的蒸發(fā)性的一項(xiàng)指標(biāo)。1、蒸發(fā)性：餾程曲線（1）10%餾出溫度：標(biāo)志起動(dòng)性,溫度低，冷車啟動(dòng)性能好；溫度過(guò)低，容易在管路中形成氣阻。(≤70℃)（2）50%餾出溫度：標(biāo)志平均蒸發(fā)性，它影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的暖車時(shí)間、加速性以及工作穩(wěn)定性。(≤120℃)

（3）90%餾出溫度：標(biāo)志著燃料中含有難于揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量。易形成積碳。(≤190℃)

關(guān)鍵性指標(biāo)：辛烷值、餾程2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理82023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理9

2、辛烷值

辛烷值表示汽油抗爆性。汽油的辛烷值高，則抗爆震的能力強(qiáng)。為了提高汽油的辛烷值，常使用抗爆添加劑－四乙鉛[Pb(C2H5)4]和溴化乙烷（C2H4Br2）組成的混合物，由于四乙鉛有毒，現(xiàn)已禁止使用現(xiàn)在汽油中加入少量的乙基液來(lái)提高汽油的辛烷值。國(guó)產(chǎn)汽油是以辛烷值（研究法）來(lái)標(biāo)號(hào)的

美國(guó)認(rèn)為用辛烷值指數(shù)[ONI，即（RON＋MON）／2]來(lái)表征在各種道路行駛（工作情況）時(shí)的抗爆性能，并將汽油按ONI分為85、87、89、91、93、95、97共七個(gè)等級(jí)2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理10測(cè)量燃料的辛烷值是在專門的試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行的。測(cè)定時(shí)，用容易爆震的正庚烷C7H16（辛烷值定為0和抗爆性好的異辛烷C8H18（其辛烷值定為100）的混合液與被測(cè)定的汽油作比較。當(dāng)混合液與被測(cè)汽油在專用的發(fā)動(dòng)機(jī)上的抗爆程度相同時(shí)，則混合液中異辛烷含量的體積百分?jǐn)?shù)就是被測(cè)定汽油的辛烷值。CCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHH異辛烷Iso-OctaneC8H18

Octanenumber100辛烷值＝100正庚烷n-HeptaneC7H16

Octanenumber0辛烷值＝0CCCCCHHHHHHHHH測(cè)量燃料辛烷值的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量燃料辛烷值的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)辛烷值的測(cè)定方法，馬達(dá)法與研究法。馬達(dá)法規(guī)定的試驗(yàn)轉(zhuǎn)速及進(jìn)氣溫度比研究法高，所以用馬達(dá)法測(cè)定的辛烷值（MON）比研究法辛烷值（RON）低。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理13

二、柴油關(guān)鍵性能指標(biāo)：凝點(diǎn)、十六烷值、餾程、粘度。凝點(diǎn)指柴油失去流動(dòng)性而開(kāi)始凝結(jié)的溫度，與柴油儲(chǔ)存、運(yùn)送、使用過(guò)程有關(guān)。按凝點(diǎn)不同分為10號(hào)、0號(hào)、-10號(hào)、-20號(hào)、-35號(hào)、-50號(hào)六級(jí)，其凝點(diǎn)分別不高于10℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃和-50℃。選用時(shí)，按最低環(huán)境溫度高出5℃以上選用。1.十六烷值

十六烷值是評(píng)定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。自燃性：可燃混合氣在一定溫度、壓力條件下自行著火燃燒的能力。自燃性差，則柴油機(jī)起動(dòng)性差，工作粗暴。十六烷值大，自燃性好，工作會(huì)柔和，冷起動(dòng)性能亦會(huì)改善。測(cè)定柴油的十六烷值，采用由十六烷和α甲基萘混合制成的混合液。十六烷容易自燃，規(guī)定它的十六烷值為100，a甲基萘最不容易自燃，其十六烷值定為0。十六烷值CetaneC16H34HCCHHHH.......HCCHHHHCetanenumberCN=100CCCCCCCCCCHHHHHHHCH3CetanenumberCN=0a－甲基萘aMethylnaphtaleneC11H10十六烷α-甲基苯容易自燃最不容易自燃十六烷值為100十六烷值為0待測(cè)柴油所配置混合液自燃性十六烷的體積百分比十六烷值┼測(cè)量燃料十六烷值的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)被測(cè)定柴油的自燃性與所配制的混合液的自燃性相同時(shí)，則混合液中十六烷的體積百分?jǐn)?shù)就定為該種柴油的十六烷值。國(guó)產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定在40-50之間測(cè)量燃料十六烷值的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)theAmericanCooperativeFuelResearchCommittee.燃料研究聯(lián)合協(xié)會(huì)在特殊的單缸試驗(yàn)機(jī)上按規(guī)定的條件進(jìn)行。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理172.餾程:表示柴油的蒸發(fā)性，與燃燒完善程度及起動(dòng)性能有密切關(guān)系燃料餾出50%的溫度（300℃）低，說(shuō)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（355，365℃）標(biāo)志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數(shù)量。如果重餾分過(guò)多，在高速柴油機(jī)中來(lái)不及蒸發(fā)和形成均勻混合氣，燃燒不容易及時(shí)和完全。車用高速柴油機(jī)使用輕餾分柴油，但餾分太輕也不好，因?yàn)檩p質(zhì)燃料容易蒸發(fā)，在著火前形成大量油氣混合氣，一旦著火壓力猛增，將使柴油機(jī)工作粗暴。

3.粘度：是燃料流動(dòng)性的尺度，是表示燃料內(nèi)部摩擦力的物理特性。影響燃料噴射霧化的質(zhì)量。當(dāng)其它條件相同時(shí)，粘度越大，霧化后油滴的平均直徑也越大．使燃油和空氣混合不均勻，燃燒不及時(shí)或不完全，燃油消耗率增加，排氣帶煙。粘度霧化油滴平均直徑燃燒不及時(shí)或不完全燃油消耗率增加，排氣帶煙2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理19

三、汽油、柴油性能差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響

混合氣形成上的差異

著火上的差異

燃燒上的差異汽油機(jī)汽油揮發(fā)性強(qiáng)，可能在較低溫度下以較充裕的時(shí)間在氣缸外部進(jìn)氣管中形成均勻的混合氣，控制混合氣的數(shù)量便能調(diào)節(jié)汽油機(jī)的功率，是量調(diào)節(jié)

汽油自燃溫度較高，適宜外源點(diǎn)火

防止自燃，促使其有規(guī)律的燃燒，混合氣均勻，著火后，以火焰?zhèn)鞑サ姆绞较蚓鶆虻幕旌蠚庹归_(kāi)

柴油機(jī)柴油蒸發(fā)性差，但粘性好，適宜用油泵油嘴向氣缸內(nèi)部噴油，靠調(diào)節(jié)供油量來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)荷，吸入的空氣量基本不變，是質(zhì)調(diào)節(jié)

柴油化學(xué)安定性差，易自燃，采用壓燃的方式

柴油噴射及與空氣的混合，既短暫又不均勻，常有隨噴隨燒的現(xiàn)象，燃燒時(shí)間延長(zhǎng)

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理20

歸納（汽油、柴油性能差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響）

混合氣形成上的差異

著火上的差異

燃燒上的差異汽油機(jī)1、外部形成2、均勻混合氣3、α較小4、量調(diào)節(jié)（負(fù)荷）1、外源點(diǎn)火2、單火源發(fā)火1、以火焰?zhèn)鞑シ绞綖橹?、接近等容燃燒柴油機(jī)1、內(nèi)部形成2、非均勻混合氣3、α較大4、質(zhì)調(diào)節(jié)（負(fù)荷）1、自行著火2、多火源著火1、以擴(kuò)散燃燒方式為主2、接近先等容后等壓燃燒四、醇類燃料主要是甲醇(CH3OH)和乙醇(C2H5OH)。醇類燃料的特點(diǎn)：熱值低，含氧量大，所以混合氣熱值與汽油差不多；汽化潛熱數(shù)值大，是汽油的三倍左右;

沸點(diǎn)低，產(chǎn)生氣阻的傾向比汽油大；有毒性、腐蝕性；抗爆震性好，潤(rùn)滑性差；如以混合燃料方式使用，與汽、柴油的相溶性差。需要加入適量的助溶劑2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理221）醇類燃料的熱值低，但醇中含氧量大，所需的理論空氣量不到汽油的一半，所以兩者的混合氣熱值都差不多，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能不致降低。由于熱值低，酒精汽油的燃油消耗率比普通汽油高，不過(guò)熱效率并不比普通汽油低，而且其混合氣比汽油混合氣還稀。

2）醇的汽化潛熱是汽油的三倍左右，混合燃料蒸發(fā)汽化，可以促使進(jìn)氣溫度進(jìn)一步降低，增加了充氣量，提高了功率。但困難的是，在使用中需予以強(qiáng)預(yù)熱。3）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，這對(duì)提高汽油機(jī)的壓縮比極為有利。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理234）醇的沸點(diǎn)低，產(chǎn)生氣阻的傾向比汽油大，要采取相應(yīng)的措施。

5）在常溫下醇難溶于汽油，混合不勻的燃料使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。為此，需要加入適量的助溶劑，以利于醇與汽油相互溶解。

6）甲醇對(duì)視神經(jīng)有損傷作用，其混合燃料有一定的毒性，在儲(chǔ)運(yùn)及使用中要注意安全。

醇類燃料的使用方式混合燃料方式雙燃料方式純?nèi)剂戏绞窖跆砑觿┤剂想姵厝剂洗碱惾剂系氖褂锰匦耘c使用方式有關(guān)：對(duì)其固有的理化特性及品質(zhì)如：熱值、沸點(diǎn)、密度、腐蝕性和含水量等應(yīng)該有要求。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理25五、氣體燃料

氣體燃料可分為天然氣（NG）、液化石油氣（LPG）及工業(yè)生產(chǎn)中的氣體燃料。

天然氣是以自由狀態(tài)或與石油共生于自然界中的可燃?xì)怏w，它的主要成分是甲烷(CH4)。

液化石油氣是在石油煉制過(guò)程中產(chǎn)生的石油氣，主要成分是丙烷(C3H8)、丙烯(C3H6)、丁烷(C4H8)等。天然氣用于汽車一般有兩種形式：一種是壓縮天然氣（CNG）。通常以20MPa壓縮儲(chǔ)存于高壓氣瓶中；一種是液化天然氣（LNG），將天然氣以-162℃低溫液化儲(chǔ)存于隔熱的液化氣罐中。

氣體燃料的使用特性（1）氣體燃料的特點(diǎn)熱值低；常溫下為氣態(tài)，攜帶不方便；形成混合氣容易；抗爆震性好，潤(rùn)滑性差；廢氣排放好。（2）氣體燃料的使用方式

純?nèi)剂戏绞?；雙燃料方式；混合燃料方式；燃料電池。（3）氣體燃料的使用特性與使用方式有關(guān)；有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但使用性能指標(biāo)不全面。

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理27天然氣燃料的優(yōu)點(diǎn)：

l）天然氣的主要成分是甲烷，CO排放量少，未燃HC成分引起的光化學(xué)反應(yīng)低，燃料中幾乎不含硫的成分，從全球環(huán)保的角度看，比電動(dòng)汽車的SO2排放量要低。

2）辛烷值高達(dá)130，可采用高壓縮比，獲得高的熱效率。

3）燃燒下限寬，稀燃特性憂越，在廣泛的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，可降低NOx生成，進(jìn)而也可提高熱效率。4）由于是氣體燃料，低溫起動(dòng)性及低溫運(yùn)轉(zhuǎn)性能良好，進(jìn)而在暖機(jī)過(guò)程中，不需要在使用液體燃料時(shí)所必要的額外供油，不完全燃燒成分少。5）天然氣燃料運(yùn)用性好，可采用油氣雙燃料供應(yīng)方式，也可采用電控混合氣或電控天然氣噴射方式工作。它適用于輕型車，也適用于柴油車。6）將天然氣應(yīng)用于柴油車，固體微粒的排放率幾乎為0，（微粒排放是當(dāng)今柴油車排放治理中突出的困難），從而達(dá)到低公害車的標(biāo)準(zhǔn)。

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理28天然氣燃料的缺點(diǎn)：1）因?yàn)樵诔?、常壓下是氣體，儲(chǔ)運(yùn)性能比液體燃料差。一次充氣行駛距離短，長(zhǎng)途汽車應(yīng)用有一定困難，但用于城市內(nèi)車輛是可行的，其實(shí)它比一次充電的電動(dòng)機(jī)車的行駛距離要長(zhǎng)得多。

2）由于儲(chǔ)氣壓一般達(dá)20MPa高壓，使燃料容器加重。

3）由于呈氣體狀態(tài)吸入，使發(fā)動(dòng)機(jī)體積效率降低，與液體燃料相比（如汽油），單位體積的混合氣熱值小，功率下降近10%。

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理292023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理30第二節(jié)

燃燒熱化學(xué)

不管燃燒過(guò)程多么復(fù)雜，在燃燒分析中總需要提供有關(guān)燃料、空氣及其產(chǎn)物的一些基本數(shù)量關(guān)系。對(duì)于已知的燃料，各元素的含量是可以測(cè)得的，而空氣中氧化氮的比例又是一定的，按照完全燃燒的化學(xué)當(dāng)量關(guān)系，很容易求出一些基本量，為發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及調(diào)試提供依據(jù)。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理31一、燃油完全燃燒的化學(xué)反應(yīng)

用gc、gh、go分別表示每千克燃油中C、H、O的千克數(shù)，則：

gc

gh

go

汽油0.8550.1450.0柴油0.8700.1260.004對(duì)C：C+O2=CO2

gckg(C)+8/3gckg(O2)=11/3gckg(CO2)對(duì)H：H2+1/2O2=H2O

ghkg(H2)+8ghkg(O2)=9ghkg(H2O)2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理32二、理論空氣量

定義：1kg燃油完全燃燒所需的空氣量，稱為理論空氣量，用LO表示。單位為[kg/kg]。

在每千克燃油中，含有g(shù)okg

的氧，所以每千克燃油完全燃燒時(shí)需要供應(yīng)的氧為：

8/3gc+8gh-go[kg]所以：LO=1/0.23（8/3gc+8gh-go）

[kg/kg]

汽油的理論空氣量為14.8kg/kg，柴油的理論空氣量為14.5kg/kg。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理33三、過(guò)量空氣系數(shù)定義：發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，1kg燃油實(shí)際供給的空氣數(shù)量L與理論空氣量L0之比值,稱為過(guò)量空氣系數(shù)。

用α表示：

α=L/L0

α=1時(shí)為理論混合氣,α<1時(shí)為濃混合氣,α>1時(shí)為稀混合氣。

α=0.9，功率混合氣；α=1.1，經(jīng)濟(jì)混合氣。α=0.4，火焰?zhèn)鞑ド舷蓿ㄅ艢夤芊排冢│?1.4，火焰?zhèn)鞑ハ孪蓿ㄟM(jìn)氣管回火）2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理34

除了過(guò)量空氣系數(shù)a外，還常用燃燒時(shí)空氣質(zhì)量與燃料質(zhì)量的比例即空燃比（A/F）表示混合氣濃度：四、空燃比

當(dāng)a=1，即按理論空氣量燃燒時(shí)，該空燃比稱為理論空燃比。汽油和柴油的理論空燃比分別為14.8和14.5?；旌蠚獾目杖急却笥诶碚摽杖急葧r(shí)為稀混合氣，小于理論空燃比時(shí)為濃混合氣。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理36四、燃油和可燃混合氣的熱值1．燃油的熱值：在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1kg燃料完全燃燒所放出的熱量，稱為燃料的熱值。用Hu表示,[KJ/kg]。在高溫的燃燒產(chǎn)物中，水以蒸氣狀態(tài)存在，水的汽化潛熱不能利用。在高溫下的，則為低熱值QL

。待溫度降低以后，水的汽化潛熱才能釋放出來(lái)。因此，水凝結(jié)以后計(jì)入水的汽化潛熱的熱值，稱為高熱值QH

；發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度較高，水的汽化潛熱不能利用，因此應(yīng)用低熱值。汽油的低熱值為44000kJ/kg,柴油機(jī)的低熱值為42500kJ/kg

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理372．混合氣的熱值：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸進(jìn)氣量一定（即氣缸工作容積和充氣效率都確定），則發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)吸收的熱量完全取決于燃料熱值和可燃混合氣濃度。燃料熱值和可燃混合氣濃度的綜合影響以可燃混合氣熱值來(lái)體現(xiàn)。混合氣熱值是指單位體積或單位摩爾數(shù)或每單位質(zhì)量的混合氣在完全燃燒放出的熱量，其計(jì)量單位為kJ/m3（標(biāo)）或kJ/kmol

或kJ/kg每千克混合氣完全燃燒放出的熱量,可用Hm表示,[kJ/kg]。

Hm=Hu/（1+αLO）α=1的混合氣熱值稱為理論混合氣熱值。一般混合氣的熱值均指理論混合氣的熱值?；旌蠚鉄嶂蹬c過(guò)量空氣系數(shù)的關(guān)系0100020003000400050000,511,522,533,54aHum

resp.Hum

[kJ/m3]HumHumIgnitionlimitconv.gasolineengine(gasolineoperation)p=1,013barT=273K2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理39第三節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火與燃燒

發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的燃燒，本質(zhì)上是燃油激烈的氧化反應(yīng)。根據(jù)氧化反應(yīng)進(jìn)行的激烈程度不同，燃燒分為兩個(gè)階段：著火與燃燒。

著火是燃燒的物理和化學(xué)準(zhǔn)備階段。物理準(zhǔn)備：燃料的霧化、蒸發(fā)、與空氣形成可燃混合氣等化學(xué)準(zhǔn)備：焰前的緩慢氧化反應(yīng)。速度很低，壓力和溫度無(wú)明顯升高。此過(guò)程逐漸積累熱量或形成活化中心。活化中心—在壓縮終了高溫作用下，燃油分子分裂成大量自由原子或自由基（如H、O、CH、OH等），它們具有很強(qiáng)的反應(yīng)能力。

2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理40燃燒是氧化反應(yīng)加速至激化的結(jié)果，并伴有流動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)等物理現(xiàn)象（光和熱）。進(jìn)入燃燒有兩種方法：點(diǎn)燃—利用點(diǎn)火系向可燃混合氣增加能量。自燃—利用自身積累的熱量或活化中心著火。點(diǎn)燃是在局部混合氣內(nèi)進(jìn)行的，自燃是在全部混合氣內(nèi)同時(shí)發(fā)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒過(guò)程經(jīng)歷三個(gè)基本步驟：1）燃油與空氣形成可燃混合氣2）點(diǎn)燃可燃混合氣，或可燃混合氣發(fā)生自燃。3）火源擴(kuò)大到整個(gè)可燃混合氣，形成全面燃燒燃燒的分類：固相燃燒：固體燃料沒(méi)有揮發(fā)而在表面與空氣(氧氣) 燃燒。氣相燃燒：燃料以氣體狀態(tài)與空氣混合燃燒。①預(yù)混燃燒：著火前燃料氣體或燃料蒸氣與空氣已按一定比例形成混合氣的燃燒。②擴(kuò)散燃燒：著火前燃料與空氣是相互分開(kāi)的，著火后燃料邊蒸發(fā)邊與空氣混合的燃燒。發(fā)動(dòng)機(jī)中所有燃燒為預(yù)混燃燒和擴(kuò)散燃燒中的某一種或兩種燃燒的組合。預(yù)混火焰與擴(kuò)散火焰擴(kuò)散火焰半預(yù)混火焰全預(yù)混火焰α1：一次空氣系數(shù)，即燃燒前同氣體燃料混合的空氣量與理論空氣量之比?DifferentflametypesofBunsenBurnerdependingonairflowthroughthevalve. 1.valveclosed 2.valvesemi-opened 3.valvenearlyfullyopened 4.valvefullyopened2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理43按化學(xué)動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn)分：熱自燃和鏈鎖自燃機(jī)理（一）熱自燃（或熱爆）定義：若化學(xué)反應(yīng)所釋放的熱量大于散失的熱量，混合氣的溫度升高，進(jìn)而促進(jìn)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。氣體分子要進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)需要相互碰撞，碰撞分子所具備一定大小的能量，稱為反應(yīng)活化能。活化分子—能量超過(guò)活化能的分子一、著火機(jī)理2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理44能保證著火的缸內(nèi)最低溫度、壓力稱為著火臨界溫度和著火臨界壓力。著火臨界線在一定P0下，如果外界溫度低于T0，混合氣不會(huì)發(fā)生熱爆；在一定T0下，如果壓力低于P0，也不會(huì)發(fā)生熱爆。圖4-2著火臨界線著火臨界溫度和著火臨界壓力發(fā)動(dòng)機(jī)能否著火，取決于著火階段有無(wú)熱量積累，氧化反應(yīng)能否自動(dòng)加速。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理45（二）鏈鎖自燃(鏈爆炸

)通過(guò)鏈鎖反應(yīng)逐漸積累活化中心的方法使反應(yīng)自動(dòng)加速，直至著火的過(guò)程。鏈鎖反應(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。鏈鎖反應(yīng)的過(guò)程：鏈引發(fā)→鏈傳播→鏈中斷2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理46鏈引發(fā)：反應(yīng)物分子分解為自由原子或自由基，形成活化中心。鏈傳播：反應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)，生成新的自由原子或自由基。

直鏈反應(yīng)－由一個(gè)活化中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生一個(gè)新的活化中心，反應(yīng)以恒速進(jìn)行。

支鏈反應(yīng)－有一個(gè)活化中心引起的反應(yīng)，同時(shí)生成兩個(gè)以上的活化中心，反應(yīng)速度急劇增長(zhǎng)。鏈中斷:

具有反應(yīng)能力的自由原子或自由基與冷的壁面或惰性氣體碰撞，使反應(yīng)能力減小。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理47例如：氫的燃燒化學(xué)方程：2H2+O2→2H2O實(shí)際過(guò)程是：鏈引發(fā)：H2→2H鏈傳播(鏈爆炸)：H+O2→OH+O

O+H2→OH+H2OH+H2→2H2O+2H鏈中斷：H+H+M→H2+M（M是惰性氣體分子）H+OH+M→H2O+MH+O+M→OH+M混合氣的著火往往不是單一機(jī)理進(jìn)行，二者機(jī)理同時(shí)存在相互促進(jìn)。一般說(shuō)，在高溫下以熱爆炸為主，在低溫下以鏈爆炸為主。2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理48二、發(fā)動(dòng)機(jī)混合氣的著火1、柴油機(jī)圖4-1低溫多級(jí)著火過(guò)程柴油機(jī)的著火為壓燃式的低溫多級(jí)著火2023/2/1發(fā)動(dòng)機(jī)原理49柴油機(jī)著火過(guò)程：

噴油t1+冷焰t2+藍(lán)焰t3→熱焰

噴油—進(jìn)行物理化學(xué)準(zhǔn)備，溫度較高處開(kāi)始緩慢氧化，壓力沒(méi)有明顯變化。噴油時(shí)缸內(nèi)溫度為500~700℃，不能裂解出鏈反應(yīng)所需的自由原子或自由基。經(jīng)歷時(shí)間為t1。冷焰—熱量有初步積累但較慢，反應(yīng)開(kāi)始加劇，產(chǎn)生醛類和有機(jī)化合物等中間產(chǎn)物。當(dāng)剛達(dá)到臨界溫度時(shí)，出現(xiàn)淡青色火焰，其熱量不多。經(jīng)歷時(shí)間為t2，此時(shí)的反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。

藍(lán)焰—熱量積累較多，鏈節(jié)活化中心較多，出現(xiàn)藍(lán)色火焰。缸內(nèi)溫度和壓力明顯升高。經(jīng)歷時(shí)間為t3，此時(shí)的反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。t1+t2+t3為著火延遲期

熱焰—熱量和活化中心同時(shí)大量積累，反應(yīng)將激烈進(jìn)行，在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生熱爆炸，出現(xiàn)桔黃色熱火焰，即產(chǎn)生自燃。熱火焰的出現(xiàn)稱為三級(jí)反應(yīng)。2023/