单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,基本思路：,一、燃料的基本知识,二、燃料燃烧时的化学反应和空然比的计量,三、燃料是如何着火和燃烧的？,汽油、柴油及代用燃料的性能,第四章 燃料与燃烧化学,过量空气系数与空然比,着火与燃烧的基本理论,第一节 发动机燃料,汽油：主要由C,511,碳原子的烷烃、环烷烃和稀烃组成；,柴油：由C,1021,烃类混合物组成它们几乎都是由石油炼制，热值高，便于运输储存,一、汽油,抗爆性 蒸发性,氧化安定性 清净性,二、柴油,自燃性 雾化和蒸发性 硫含量,安定性 低温流动性,第二节 代用燃料,代用燃料,气体代用燃料,液体代用燃料,醇类燃料,二甲醚,煤制油,生物柴油,液化石油气,天然气,氢气,代用燃料的分类,？,可燃化工液体副产品,一般按物态分类,按化学成分区分,烃燃料 C,n,H,m,含氧燃料(醇类燃料）,一、气体代用燃料,目前在内燃机上使用的气体燃料有,天然气、液化石油气、沼气、煤气、氢气,等，其中以压缩天然气（Compressed Natural Gas，缩写 CNG）和液化石油气（Liquefied Petroleum Gas，缩写LPG）为主。
燃气汽车,单一燃料汽车（MonoFuel Vehicle）,两用燃料汽车（可切换）（BIFuel Vehicle）,混合燃料汽车（双燃料）（DualFuel Vehicle）,指使用一种气体燃料的汽车,指可以在气体燃料和另一种液体燃料之间进行切换的汽车,指工作时同时使用一种气体燃料和一种（或一种以上）其他,燃料的汽车,LPG的主要成分是丙烷和丁烷，发动机用的 LPG一般是纯丙烷（C,3,H,8,）或丙烷与丁烷（C,4,H,10,）的混合物它的主要技术特点如下：,l）汽化温度低常温下，,石油气在0206MPa的压力下即可液化（随组分不同而定），,因此，液化石油气的汽化较为容易，与空气混合的均匀性大大优于汽油，有利于燃料的完全燃烧，排放低，,2）LPG的燃烧特性与汽油相当，其热值略高于汽油3）LPG的辛烷值高（102105），抗爆性能优于汽油，允许采用较高的压缩比，有利于提高发动机的热效率汽化的LPG对发动机的充量系数有不利影响，因此简单改装后的气体燃料发动机的功率会有所下降一）液化石油气 （LPG）,(二）天然气,NG的主要成分是,甲烷,，,它的存储方式主要有两种，一是直接以气体方式储存，,即将其压缩至特制的容器中（压力为2030MPa），,再经减压器减压后供给发动机。
另一种是以液体方式储存，由于甲烷的临界温度低，通常采用低压（或略高于常压）和,低温（160左右）下液化后储存,因此,LNG的储存要求高，相应的成本也较高,相比之下，,CNG的应用要比 LN G方便和广泛得多,CNG发动机的主要技术特点如下：,l）CNG发动机的排放特性、经济性要优于LPG发动机同时，由于天然气资源较丰富，CNG汽车具有广阔的发展前景2）CNG的辛烷值高（130），抗爆性好，有利于提高压缩比3）CNG的,能量密度较小(单位体积）,，其续驶里程低于LPG汽车目前，LPG与CNG作为内燃机的代用燃料，大多是在常规汽车上采用加装气体燃料供给系统的方法来实现这种方法没有充分发挥LPG和CNG的潜力，但这种两用燃料汽车具有燃料灵活性的优点由主机厂开发的单一燃料或混合燃料汽车，其动力性经济性显著高于简单改装的汽车（广州采用公交车玉柴的发动机）LPG及 C N G的大规模使用取决于气体燃料的价格、环境保护的要求和供气网络的建立和完善,二、液体代用燃料,醇类燃料主要有甲醇（CH,3,OH）和乙醇（C,2,H,5,OH）甲醇可以从天然气、煤、生物中提取，乙醇主要是含有糖或淀粉的农作物经发酵后制成，它们都是液体燃料。
主要是醇类燃料,1醇类燃料的物化特性和使用特性,常用的代用燃料与汽油、柴油的物理化学特性的比较,l）,醇类燃料的低热值比汽油的低,，甲醇仅为汽油的 46，乙醇为汽油的 62；但甲醇、乙醇燃烧时的理论空气量也少，甲醇为汽油的43，乙醇为汽油的60因此当在汽油机上燃用甲醇、乙醇时，,应增大循环供油量,（化油器发动机可增大主量孔直径或调大可调量孔，电控喷射的汽油机需要增加喷油脉宽）从而使混合气的热值大体与汽油空气混合气相等或略高，这样使发动机在燃用醇类燃料时动力性能不降低甚至可以提高2）,醇类燃料的蒸发潜热比汽油大得多，,甲醇为 1101 kJkg，乙醇为862kJkg，甲醇为汽油的37倍，乙醇为汽油的29倍，从而使混合气在燃料蒸发时温降大（甲醇为汽油的7倍，乙醇为汽油的416倍）醇类燃料较大的混合气温降有利于提高发动机的充量系数和动力性，但不利于燃料在低温下的蒸发，,造成发动机冷起动困难（尤其是在冬季）和暖机时间长,由于进,入,气缸的混合气温度低，滞燃期长，应适当增大点火提前角3）,醇类燃料的辛烷值高，,甲醇为 109，乙醇为 110，在汽油机上使用时，可以提高压缩比，有利于提高发动机的动力性能和经济性能。
醇类燃料的十六烷值低，在柴油机上使用时，需要采用助燃措施2、醇类燃料的优缺点,（1）甲醇的优缺点,甲醇作为车用燃料有以下优点：,l）甲醇可从煤或天然气中提炼，它可以大规模专门生产，也可以利用现有的氮肥厂设备联产，或采用多联产（热、电、化工产品如甲醇、二甲醚、合成气等联产，简称IGCC），生产成本低2）甲醇是液体燃料，可以沿用石油燃料的运输储存系统，基础设施投人少3）燃用甲醇燃料可以提高发动机动力性能、经济性能，有害排放物低，是一种清洁代用燃料甲醇的主要缺点是：,l）有毒、不可饮,入,口中或溅入眼中，须对甲醇燃料加强管理并严格遵守操作规程2）排气中有未燃醇和醛有害气体排放物，需进行排气后处理其中未燃醇在环境中存在的时间短，可以被带氧微生物分解3）甲醇对有色金属、橡胶有腐蚀作用，需对燃油系统在结构上与材料上采取措施，如采用耐溶胀的硫化橡胶、不锈钢制油箱及聚四氟乙烯燃油管道等2）乙醇（酒精）,优缺点,乙醇的来源有三种，即剩余粮食、能源作物和秸秆巴西和美国分别利用本国生产的甘蔗和玉米大量生产乙醇作为车用燃料,乙醇作为内燃机代用燃料有以下,优点,：,l）,辛烷值高（110左右），,可以代替目前正在使用的无铅抗爆添加剂甲基叔丁基醚（MTBE）。
乙醇无毒，对环境无危害，而MTBE则被怀疑会污染地下水和致膀脱癌等，在美国一些州已被禁用，2004年全面禁用2）,乙醇是含氧燃料，,蒸发潜热高，发动机燃用乙醇可以实现无烟排放，并能大幅度降低CO排放，HC、NO也可以有不同程度的降低（取决于发动机结构及其调整状态）火花点火发动机可以燃用纯乙醇或乙醇和汽油的混合燃料（掺烧比例大时需加助溶剂），压燃式发动机也可以燃用乙醇，但需有助燃措施乙醇作为内燃机代用燃料的,缺点,是：,l）,乙醇生产成本高，,虽然利用阶段性过剩、存放期过长甚至霉变的粮食制取酒精可以在一定程度上缓解粮食过剩和燃料不足的矛盾但我国可耕地面积少（为世界的7），人口多（占全世界人口的 22），粮食来源不稳定，生产乙醇过程中耗能大（生产乙醇的耗能量接近乙醇发出的能量）、耗粮大，生产乙醇过程中有大量CO排放，利用粮食生产乙醇，只能适度开展此外利用乙醇作为燃料或辛烷值添加剂时，政府要考虑给予补贴，否则在市场经济条件下难以推广应用2）,利用能源作物,（如酣高粱的茎杆、木薯等）制乙醇也是可行的，生产成本比粮食制乙醇低 1000元/t左右，秸秆制酒精是将秸秆通过酶水解成单糖，然后发酵成乙醇。
由于酶成本高，秸秆收集比较困难，世界上未大规模生产秸秆比较适宜在汽化生成沼气后，作为民用燃料第三节 燃烧化学,一、燃料的燃烧热值,单位量（固体和液体燃料用1kg，气体燃料,用1m,3,）的燃料完全燃烧时所发出的热量交,热值,高热值H,0,(KJ/kg),低热值H,u,(KJ/kg),内燃机用低热值,请参阅教材P70,二、燃油完全燃烧的化学反应(略),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g,C,、g,H,、g,O,分别表示,1kg燃油中所含碳、氢、氧的kg数，即质量成分%,，则：,g,C,+g,H,+g,O,=1,汽油的平均质量成分：,g,C,=0.855；g,H,=0.145；g,O,=0.000,柴油的平均质量成分：,g,C,=0.870；g,H,=0.126；g,O,=0.004,发动机中，燃油燃烧所需要的氧气来自空气，以体积成分计，空气中氧占21%，氮占79%；以质量成分计，氧占23%，氮占77%三、燃油燃烧时所需空气量,根据化学反应原理，可以写出：,碳燃烧：,C +O,2,CO,2,12（kg）32(kg)44(kg),1(kg)(kg)(kg),g,C,(kg)(C)+g,C,(kg)(O,2,)=g,c,(kg)(CO,2,),或,12(kg)(C)+1kmol(O,2,)=1kmol(CO,2,),1(kg)(kmol)(kmol),g,C,(kg)(C)+(kmol)(O,2,)=(kmol)(CO,2,),先求出每千克燃料所需要的氧气,氢燃烧：,H,2,+O,2,H,2,O,2（kg）16(kg)18(kg),1(kg)8(kg)9(kg),g,H,(kg)(H,2,)+8g,H,(kg)(O,2,)=9 g,H,(kg)(H,2,O),2(kg)(H,2,)+kmol(O,2,)=1kmol(H,2,O),或 1(kg)(kmol)(kmol),g,H,(kg)(H,2,)+kmol(O,2,)=kmol(H,2,O),在1kg燃油中含有g,o,kg或 kmol的氧，所以1kg燃油完全燃烧时需要供应的氧为,+,-,（kmol）,或,g,c,+8g,H,g,o,（kg）,1千克燃油完全燃烧理论所需的空气量，即理论空气量L,o,为,L,o,=(+-)（kmol/kg）,或,（kg/kg）,在0、1个标准大气压下，1千摩尔空气占有的体积为 22.4m,3,。
以体积表示的理论空气量为：,m,3,/kg,分别将汽油，柴油的平均成分代入理论空气量的计算公式中，可得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）也称为化学计量空然比,空气中氧气的质量,23,四、过量空气系数与空燃比,理论空气量是指理论上使燃油完全燃烧所需要的空气量在发动机实际循环中，为使燃油完全燃烧，,燃烧,1kg,燃油供给空气的数量应该等于理论空气量,L,o,但是,由于发动机不同情况的需要，实际,应该,供给的空气数量往往大于或小于理论空气量,因此为评定发动机工作过程中实际供给空气的数量，引用,过量空气系数,这一概念为了实现对发动机工作进行控制，往往引入：,发动机工作过程中燃烧1kg燃油实际应该供给的空气数量L与理论空气量L,o,之比，称为,过量空气系数,，用符号,a表示，即,a=,过量空气系数是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时，则L=L,o,a=1；,a1时，表示L1时，表示LL,o,，为稀混合气每1kg燃料的实际空气量?,a,L,0,kg,进入气缸的空气质量为m,a,kg,应该喷入的循环供油量b,=？,b,=m,a,/,a,L,0,根据a的概念，我们来求每循环的喷油量，,m,a,由空气流量计（MAF）测得每循环进入气缸的空气质量，求循环供油量,b,对于电控燃油系统，,a储存,在ECU的脉图（与发动机各类传感器所检测到的工况相对应）中，,m,a,也由空气流量计MAF计量，因此，,b,实际上是由,c决定。
过量空气系数,a,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）、功率调节的方法等因素有关p,me,对于汽油机,，由于是属于量调节，,p,me,取决于某一工况下的,a和c，因此，汽油机是属于量调节，即以进气量,c,来调节负荷！,p。