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1、第四章 燃料与燃烧化学主要内容 第一节 发动机燃料 第二节 代用燃料及其应用（自学） 第三节 燃烧化学 第四节 燃烧的基本理论 作业及思考题第一节 发动机燃料 石油燃料（汽油、柴油）代用燃料汽油的主要性能有：抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清洁性。一、汽油1、抗爆性 汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧 时抵抗爆燃的能力。 汽油的抗爆性用辛烷值辛烷值来表示。辛烷值越高 ，其抗爆性越好。 辛烷值辛烷值: : 在规定条件下在规定条件下, ,被测定汽油和标准燃被测定汽油和标准燃 料进行比较，标准燃料中所含异辛烷的百分料进行比较，标准燃料中所含异辛烷的百分 数是被测定汽油的数是被测定汽油的辛烷
2、值辛烷值。 测定汽油的辛烷值有不同的试验方法，常用 的为马达法与研究法。 马达法辛烷值（MON）是以较高的混合气温度 （一般加热至149）和较高的发动机转速（一般达900 转/分）的苛刻条件为其特征的实验室标准发动机测 得的辛烷值。它表示汽油在发动机常用工况下低速 运转时的抗爆能力。 研究法辛烷值（RON）是以较低的混合气温度 （一般不加热）和较低的发动机转速（一般在600转/分） 的中等苛刻条件为其特征的实验室标准发动机测得 的辛烷值。它表示汽油在发动机重负荷条件下高速 运转时的抗爆能力。 马达法辛烷值（MON）低于研究法辛烷（RON）。 一般采用研究法辛烷值来确定汽油的抗爆性。如要比 较全
3、面表示抗爆性时，同时标出RON和MON值。2、蒸发性 液态汽油汽化的难易程度称为汽油的蒸发性。 汽油的蒸发性越强，越容易汽化，要求汽油必须具 有良好的蒸发性。但蒸发性也不能太强，否则易形 成供油系“气阻”，甚至发生供油中断现象。 蒸发性很弱的汽油，难以形成良好的混合气，这样 不仅会造成发动机起动困难、加速缓慢，而且未气 化的悬浮油粒还会使发动机工作不稳定，油耗上升 。如果未燃尽的油粒附着在气缸壁上，还会破坏润 滑油膜，甚至窜入曲轴箱稀释润滑油，从而使发动 机润滑遭破坏，造成机件磨损增大。 汽油的蒸发性用汽油蒸发量为10、50、 90和100时所对应的温度来评定。 10馏出温度低，汽油的起动品质
4、越好。 50馏出温度低，说明汽油的中间馏分容易 蒸发，有利于汽油机的加速和由冷的状态很 快转入工作状态。 90馏出温度高，表明汽油中不易蒸发的重 质含量多。汽油中这些重质成分在混合气形 成的过程中很难蒸发，它们附着在进气管和 气缸壁上，将增加燃油消耗、稀释气缸壁上 的润滑油和加大气缸磨损。3、氧化安定性 汽油抵抗大气或氧气的作用而保持其性质 不发生长久性变化的能力称为氧化安定性 。 汽油氧化安定性直接影响汽油的储存、运 输和在发动机上的应用。安定性不好的汽 油，易发生氧化、缩合和聚合反应，生成 酸性物质和胶状物质，将导致燃料供应系 统堵塞，气门关闭不严，气缸散热不良， 增大爆燃倾向。4、清净性
5、 汽油喷射式汽车最常发生的问题是在进 气系统和喷油器上产生沉淀，其主要原 因是汽油中的不稳定化合物，例如不饱 和烯烃和二烯烃，以及添加剂带入的低 分子量化合物等。 添加汽油清净剂。5、汽油规格 我国目前有两种规格，一种是车用汽油的 国家标准（GB 1793-1999），一种是无铅 汽油的行业标准。 我国的无铅车用汽油国家标准见表4-1。二、柴油柴油主要用于压燃式发动机（柴油机），其中轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机，重油用于大型低 速柴油机。汽车用柴油机都是高速机，必须用轻柴油。1、柴油的自燃性 柴油的自燃性: 柴油在没有外界火源的情况下能自行着火的 能力。 柴油的自燃性好，柴油
6、机工作较柔和，在低温时易于起动。 十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标。 柴油的十六烷值：标准燃料是正十六烷和- 甲基萘的混合物。正十六烷自燃性最好，作 为自燃性好的标准，其十六烷值定为100。 -甲基萘最不易自燃，作为自燃性差的标准， 定其十六烷值为0。柴油的自燃性通常介于正 十六烷与-甲基萘之间。将上述两种成分按 不同比例混合，可得出不同十六烷值的标准 燃料，其十六烷值为该混合物中正十六烷所 占的体积百分数。如果某种柴油与某种标准 燃料的自燃性相同，则该标准燃料的十六烷 值即为该柴油的十六烷值。 十六烷值过高或过低的柴油，都对柴油机的 性能或工作不利。十六烷值越高，着火性越 好。十六烷值过高
7、，燃烧不完全。 一般高速柴油机采用十六烷值为4065的柴油。2、柴油的蒸发性 柴油的蒸发性影响滞燃期内柴油的蒸发量及 燃烧的完全程度，用馏程表示。 馏程指柴油蒸馏过程中馏出一定百分数所处 的温度，通常以馏出50的温度来评定。馏程低，说明柴油中轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气形成，改善了燃烧过程。但是，馏程过低，燃料蒸发过快，则在着火延迟期内形成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。 车用柴油机的柴油馏程为200300。3、柴油的粘度 柴油的粘度决定柴油的流动性。粘度 流动性 雾化性好，泄漏，润滑性降低；粘度过 滤清困难，喷雾不良，流动阻力增大。4、硫含量燃烧后形成二氧化硫，与水形成亚硫酸，腐蚀零件，
8、形成酸雨5、柴油的凝点柴油的凝点指柴油冷却到失去流动性的温度。第二节 代用燃料及其应用(自学 )代用燃料按 物 态气体代用燃料：天然气、液化石油气 、氢气、煤气、沼气等 液体代用燃料：甲醇、乙醇、植物油燃料等按化 学成 分烃燃料含氧燃料一、天然气天然气主要成分为甲烷CHCH4 4(容积比可达83 99以上)，另外还包括乙烷C C2 2HH6 6以及丙烷C C3 3HH8 8等。 天然气的热值和辛烷值均较高天然气的热值和辛烷值均较高，在用作点 燃式发动机的燃料时，通过适当的技术措施， 如提高发动机的压缩比等，可以接近原发动机 的动力性能。同时，天然气又是一种比较洁净 的能源，排污低，使用比较方便
9、，特别是压缩 天然气(CNGCompressed Natural Gas)，便 于储存，配合相应的基础设施如加气站的 建设，在城市车辆如公共汽车、出租车中具有 广阔的应用前景。二、液化石油气液化石油气(LPG-Liquefied Petroleum Gas）主要成分是丙丙烷烷烷烷C C3 3HH8 8、丁烷丁烷C C4 4HH1010、丙丙烯烯C C3 3HH6 6、丁烯丁烯C C4 4HH8 8及其异构物及其异构物，在常温下加 压，可以变成液体燃料，其单位容积热值高 于天然气，可以作为汽油机的燃料，还可以获得较好的排放性能。 三、醇类燃料 醇类燃料主要是甲醇甲醇CH3OH和乙醇乙醇C2H5O
10、H 。 甲醇甲醇可以从天然气、煤、生物质等原料中提 取；乙醇乙醇主要是将含有糖和淀粉的农作物经 过发酵后制得。 醇类燃料是液体燃料，可以沿用传统的石油 燃料的运输、贮存系统，相关的基础设施建 设投入少，而发动机的动力性与经济性可以 接近或超过原有汽油机或柴油机，排气有害 成分少，是一种很有发展前景的代用燃料。乙醇汽油是一种由粮食及各种植物纤维纤维 加 工成的燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配形 成替代能源。按照我国的国家标准，乙醇汽油 是用90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而 成。乙醇它以 玉米、薯类类、糖蜜等为为原料，经经 发发酵、蒸馏馏制成。试试点检测结检测结 果表明，使用车车用乙醇汽油
11、不影响 汽车车的行驶驶性能。其排放的尾气中一氧化碳下降超过过 30、碳氢氢化合物下降10，苯系物明显显减少，氮氧 化合物基本不变变。汽车车使用乙醇汽油已被视为视为 改善城 市空气质质量的重要手段。推广乙醇汽油试试点工作必须须妥善解决好 以下三个关键问题键问题 ：一是乙醇汽油百公里耗 油量高于同牌号的汽油消耗量；二是乙醇汽油 对对加油机、汽车车等零部件是否有影响及影响 程度均不是很清楚；三是由于乙醇汽油不宜长长 期储储存的特性，乙醇汽油的调调配和销销售同普 通汽油相比具有更大的质质量风险风险 。第三节 燃烧化学一、燃料燃烧的热值单位量的燃料完全燃烧时所发出的热量。完全燃烧是指某化合物被氧气全部氧
12、化，其中C生成CO2、H生成H2O，其 它元素生成高级氧化物。汽油: 44100 kJ/kg ； 柴油: 42500 kJ/kg 完全燃烧时，生成的水为气态时的热 值为低位发热值 。完全燃烧时，生成的水为液态时的热 值为高位发热值。高位热值比低位热值大，其差值为水 蒸气的汽化潜热。 W是单单位质质量燃烧产烧产 物中水的含量（%），r是水蒸气的气化潜热热（KJ/Kg） 二、燃料完全燃烧的化学反应1.碳燃烧：2.氢燃烧：3.硫燃烧：4.一氧化碳燃烧 ：5. 碳氢化合物：三、燃料燃烧所需的空 气量 1 kg燃料完全燃烧所需要的空气量称理论空 气量。1 kg燃料中所含 kg 碳， kg 氢， kg氧汽
13、油: kg/kg ， kg/kg ， kg/kg 柴油: kg/kg ， kg/kg ， kg/kg 汽油的理论空气量为14.9（kg/kg），柴 油的理论空气量为14.5（kg/kg）。 四、过量空气系数和空燃比1 过量空气系数表示混合气的浓稀程度。1 混合气稀,稀混合气;1 混合气浓,浓混合气;=1 标准混合气一般，柴油机: 1；汽油机: 1 1。过量空气系数是反映混合气形成和完善程度及整机性能的一个重 要标志，在保证完全燃烧的前提下，应力求使过量空气系数小。2 空燃比、燃空比 汽油理论上完全燃烧时的空燃比约为14.9。 应用空燃比直观方便，其数值即为每千克燃 料燃烧时实际供给空气量的千克
14、数。14.9为浓混合气， 14.9的为稀混合气 。第四节 燃烧的基本理论 一切燃烧过程都由着火和燃烧两个阶段组成。 着火阶段是物质燃烧的准备阶段，是着火前的物理和化学的准备过程。 使可燃混合物进入燃烧的第二阶段，有两种方法。一是强迫着火或点燃。另一种是自然着火。 发动机内的燃烧过程一般说来，要经历三个 基本步骤：(1)形成燃油与空气的可燃混合气；(2)点燃可燃混合气，或可燃混合气在温度和浓度适当的地区发生自燃，在一处或同时在数处着火 着火过程 ； (3)火源扩大到整个可燃混合气，形成全面燃烧。一、着火机理： 按化学动力学的观点，着火机理可分为热自 燃机理和链锁自燃机理两类。 (一)热自燃 在着
15、火的准备阶段，混合气进行着氧化过程，放出热量。放热的同时，由于温差的原因，会对周围介 质散热。若化学反应所释放出的热量大于所散失的 热量，混合气的温度升高，进而促使混合气的反应 速率和放热速率增大。这种相互促进，最终导致极 快的反应速率而着火。这就是热自燃，或称热爆。(二)链锁反应所谓链锁反应是这样的化学反应，其中一个活化作用能引起很多基本反应，即反应链。整个反应过程分为：引导反应(锁的引发)-反应链(链的继续反应或链的传递)-断链反应(链的中断即活化中心的死亡)。二、发动机混合气的着火 有高温单阶段着火和低温多阶段着火。汽油机柴油机（一） 汽油机高温单级着火1 压缩的是燃料与空气的混合气体, 在此过程 中, 已经进行了一些化学反应。2 火花点火, 局部温度高达20000以上, 该 处燃料分子直接分裂成大量的自由原子与自 由基, 迅速反应出现热火焰, 瞬间扩大到整 个燃烧室内。所以, 汽油机着火过程：压缩混合气 点火（经短暂着火延迟期 ） 热火焰 高温单级点燃（二）柴油机低温多级着火1、 阶段混合阶段在压缩过程终了时， 燃料喷入汽缸内形成可燃 混合气。燃料遇到温度较
