發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)考研專業(yè)課

發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃機(jī)考研專業(yè)課1第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一、概述燃料是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力的來源。發(fā)動(dòng)機(jī)的生存與發(fā)展，汽油機(jī)與柴油機(jī)在結(jié)構(gòu)與性能上的差異，對(duì)環(huán)境的污染等等，與燃料的種類和品質(zhì)有著密切的關(guān)系。

第一節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日發(fā)動(dòng)機(jī)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(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。根據(jù)烴分子中碳原子數(shù)的不同，可構(gòu)成不同相對(duì)分子質(zhì)量、不同沸點(diǎn)的物質(zhì)。石油氣—汽油—煤油—輕、重柴油—渣油。第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日1、柴油輕柴油用于高速柴油機(jī)，重柴油用于中、低速柴油機(jī)。輕柴油的牌號(hào)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)。凝點(diǎn)是指柴油失去流動(dòng)性開始凝結(jié)的溫度。選用柴油時(shí)，應(yīng)按最低環(huán)境溫度高出凝點(diǎn)5℃以上，即-20號(hào)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四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日2、輕柴油的性能評(píng)價(jià)柴油自燃性的指標(biāo)——十六烷值。與燃燒完善程度及起動(dòng)性能有密切關(guān)系的性質(zhì)———餾程。與燃料噴射有密切關(guān)系的性質(zhì)——粘度。與柴油儲(chǔ)存運(yùn)送、使用有關(guān)的性質(zhì)——閃點(diǎn)、凝點(diǎn)。與柴油機(jī)磨損腐蝕有關(guān)的性質(zhì)—機(jī)械雜質(zhì)、水分、灰分、含硫量、酸度、水溶性酸和堿、殘?zhí)康鹊?。第五頁，共二十三頁，編輯?023年，星期日（1）十六烷值十六烷值是評(píng)定柴油自燃性好壞的指標(biāo)。自燃性好的燃料，著火后壓力升高速度低，柴油機(jī)工作柔和，冷起動(dòng)性能改善。測定柴油的十六烷值，是在特殊的單缸試驗(yàn)機(jī)上按規(guī)定的條件進(jìn)行。試驗(yàn)時(shí)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(dǎo)致排氣冒煙加劇及燃油經(jīng)濟(jì)性下降。國產(chǎn)柴油的十六烷值規(guī)定在40-50之間，不必要過分增大。第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日（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(biāo)志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數(shù)量。重餾分過多，燃燒不容易及時(shí)和完全；餾分太輕也不好，將使柴油機(jī)工作粗暴。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日（3）粘度粘度是燃料流動(dòng)性的尺度，是表示燃料內(nèi)部摩擦力的物理特性。它影響柴油的噴霧質(zhì)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(yīng)具有一定的粘度。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日2、汽油國產(chǎn)汽油是以辛烷值來標(biāo)號(hào)的。影響汽油機(jī)性能的關(guān)鍵性指標(biāo)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(biāo)。隨著壓縮比及氣缸內(nèi)氣體溫度的升高，可能出現(xiàn)一種不正常的自燃現(xiàn)象，稱為爆震。汽油按辛烷值指數(shù)ONI(（RON＋MON）/2)分為85、87、89、91、93、95、97共七個(gè)等級(jí)。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、含鉛問題第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日（2）餾程和蒸氣壓餾程和蒸氣壓是評(píng)價(jià)汽油蒸發(fā)性的指標(biāo)，為了評(píng)價(jià)燃料的揮發(fā)性，以10%、50%和90%的餾出溫度作為幾個(gè)有代表意義的點(diǎn)。餾出10%的溫度：標(biāo)志著起動(dòng)性高低。溜出50%的溫度：標(biāo)志著汽油的平均蒸發(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。溜出90%的溫度：標(biāo)志著燃料中含有難于揮發(fā)的重質(zhì)成分的數(shù)量。此溫度過高，燃燒容易形成積炭；或者稀釋機(jī)油，影響潤滑。第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日3、汽油、柴油性能差異對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)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(qiáng)?？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(shù)量調(diào)節(jié)汽油機(jī)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(nèi)部噴油，靠調(diào)節(jié)供油量來調(diào)節(jié)負(fù)荷。?

汽油自燃溫度較高，但汽油蒸氣閃點(diǎn)溫度極低。適宜外源點(diǎn)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(diǎn)。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(xiàn)象，因而使燃燒時(shí)間延長。第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一、1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量

按照化學(xué)反應(yīng)的當(dāng)量關(guān)系，可求出1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量：數(shù)值為：汽油14.9kg/kg

柴油14.5kg/kg

第三節(jié)燃燒熱化學(xué)第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日二、過量空氣系數(shù)α與空燃比A/F

1、過量空氣系數(shù)α

燃燒1kg燃料實(shí)際提供的空氣量與理論上所需空氣量之比。汽油機(jī)燃燒時(shí)是預(yù)先混合好的均勻混合氣，混合比只在狹小的范圍內(nèi)變化（α=0.8～1.2）。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，α略有變化，見圖3-4。柴油機(jī)負(fù)荷是靠質(zhì)調(diào)節(jié)的（即混合氣濃度調(diào)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(jī)，α=1.2～1.6；增壓柴油機(jī)α=1.8～2.2。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日2、空燃比A/F燃燒時(shí)空氣量與燃料量的比值。對(duì)于汽油，化學(xué)當(dāng)量（α=1）的空燃比A/F=14.9。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日一、著火過程燃燒是一種放熱的氧化反應(yīng)。燃燒之前都有一個(gè)準(zhǔn)備階段，即著火階段。所謂著火，是指混合氣自動(dòng)地反應(yīng)加速，并產(chǎn)生溫升，以致引起空間某一位置或最終在某個(gè)時(shí)刻有火焰出現(xiàn)的過程。使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點(diǎn)燃，前者是自發(fā)的，后者是強(qiáng)制的。第四節(jié)燃燒的基本知識(shí)第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日1.自燃自燃，是指具有適當(dāng)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(yīng)自動(dòng)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(xué)性質(zhì)有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、壓力、容器形狀及散熱情況等有關(guān)。存在著一個(gè)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(jù)環(huán)境溫度不同，分為高溫單階段著火和低溫多階段著火。第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日2.點(diǎn)燃點(diǎn)燃，是指利用電火花在可燃混合氣中產(chǎn)生火焰核心并因而引起火焰?zhèn)鞑サ倪^程。為了使點(diǎn)燃成功，必須使火花塞提供的放電能量大于某一個(gè)點(diǎn)火的最小能量，而這個(gè)點(diǎn)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(diǎn)火還直接受到混合氣濃度的限制，當(dāng)混合氣過稀或過濃，無論點(diǎn)火能量有多大也不能著火，即有一個(gè)點(diǎn)燃的濃度界限。

第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日二、在預(yù)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(shí)質(zhì)上就是火焰在預(yù)混氣體中傳播的過程?；鹧?zhèn)鞑ニ俣鹊拇笮∪Q于預(yù)混合氣體的物理化學(xué)性質(zhì)、熱力狀態(tài)以及氣體的流動(dòng)狀況。根據(jù)氣體流動(dòng)的狀況，可分為層流火焰?zhèn)鞑ヅc紊流火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日1.層流火焰?zhèn)鞑恿骰鹧婷娴暮穸日?。火焰面上進(jìn)行著強(qiáng)烈的燃燒化學(xué)反應(yīng)。經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)區(qū)以后，預(yù)混氣體的95％～98％發(fā)生了化學(xué)變化。層流火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿?，約0.4～0.5m/s?；鹧?zhèn)鞑ニ俣戎饕Q于預(yù)混氣體成分。第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日2.紊流火焰?zhèn)鞑ノ闪鬟\(yùn)動(dòng)可以大大加速火焰?zhèn)鞑ニ俣?，此時(shí)vT=20～70m／s。紊流對(duì)火焰?zhèn)鞑サ拇龠M(jìn)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(qiáng)傳熱與傳質(zhì)的作用。

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使已燃?xì)怏w與未然混合物迅速混合，提高了燃燒放熱的速率。第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日三、油滴與噴霧燃燒

油滴與噴霧燃燒是一種非預(yù)混的、不均勻的擴(kuò)散型燃燒。這是由柴油的物理化學(xué)性質(zhì)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(jīng)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第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期日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。為了加快油