《发动机原理》课程教学课件（PPT讲稿）第四章 发动机的燃料与燃烧

第四章发动机的燃料与燃烧84.1发动机的燃料.燃料的分类1.液体燃料：石油（汽油，柴油)。热值高、灰分少、便于运输和储存。2.气体燃料：（天然气，液化石油气，煤气，氢气，沼气等)。与空气混合充分，燃烧完全，排污小，但体积大，储运不便3.固体燃料：在燃烧方面还有许多技术上的难题需要克服。如煤浆。4.代用燃料：a.醇类燃料（甲醇乙醇）b.植物油燃料(生物柴油

第四章 发动机的燃料与燃烧 §4.1 发动机的燃料 一.燃料的分类 1.液体燃料: 石油(汽油，柴油)。热值高、灰分少、便于运 输和储存。 2.气体燃料: (天然气，液化石油气，煤气，氢气，沼气 等)。 与空气混合充分，燃烧完全，排污小，但体积 大，储运不便。 3.固体燃料: 在燃烧方面还有许多技术上的难题需要克服。 如煤浆。 4.代用燃料: a.醇类燃料(甲醇乙醇) b.植物油燃料(生物柴油)

二.分子中含有的碳原子数对烃理化特性的影响沸点品种分子量理化特性C原子数C,-C4常温石油气16—58个↓个个?1Cs-C11汽油95—12050—200易挥质粘度增化学稳定性变好易自燃易点燃煤油100—180轻C10-C19130--300发C10-C23柴油250--350180—200大C23以上渣油>360>200

C原子数 沸点 品种 分子量 理化特性 C1—C4 常温 石油气 16—58  质 轻  易 挥 发  粘 度 增 大  化 学 稳 定 性 变 好  易 自 燃  易 点 燃 C5 -C11 50—200 汽油 95—120 C10-C19 130-300 煤油 100—180 C10-C23 250-350 柴油 180—200 C23以上 >360 渣油 >200 二.分子中含有的碳原子数对烃理化特性的影响

主：石油燃料的炼制1.直馏法（分离过程，物理过程）石油（加温冷凝）→40-205℃馏出汽油130-300℃馏出煤油250-350℃馏出柴油350-500℃馏出润滑油500℃以上重油2.热裂法（转化过程，化学过程）重油（加温加压，400°C以上）→大分子量成分裂解为小分子量成分，由于以上大分子成分含氢少，裂解后产生烯属烃。3.催化裂法（在此方面比较落后）重油（加温加压，催化剂）一大分子裂解为小分子，环化脱氢芳香化一生产高级汽油

三. 石油燃料的炼制 1.直馏法 (分离过程，物理过程) 石油(加温冷凝)→ 40- 205 ºC 馏出汽油 130-300 ºC 馏出煤油 250-350 ºC 馏出柴油 350-500 ºC 馏出润滑油 500 ºC 以上 重油 2.热裂法 (转化过程，化学过程) 重油（加温加压，400 °C 以上） →大分子量成分裂解为 小分子量成分，由于以上大分子成分含氢少，裂解后产生烯 属烃。 3.催化裂法 (在此方面比较落后) 重油（加温加压，催化剂） →大分子裂解为小分子，环 化脱氢芳香化→生产高级汽油

84.2燃料的使用特性.汽油的使用性能1.蒸发性；2.抗爆性。二.柴油的使用性能1.自燃性（十六烷值）：2.低温流动性（凝点）；3.蒸发性（馏程）；4.雾化性（粘度）三.汽油、柴油性能差异对发动机的影响1.引起混合气形成上的差异2.引起着火与燃烧上的差异

§4.2 燃料的使用特性 一. 汽油的使用性能 1. 蒸发性； 2. 抗爆性。 二.柴油的使用性能 1. 自燃性（十六烷值）； 2. 低温流动性（凝点） ； 3. 蒸发性（馏程）； 4. 雾化性（粘度）。 三. 汽油、柴油性能差异对发动机的影响 1.引起混合气形成上的差异 2.引起着火与燃烧上的差异

四.醇类燃料醇类燃料的能量密度比汽、柴油低，但与气体燃料相比更适用于运输车辆。其在内燃机中的应用首先是采用掺烧的方式，可在现有汽油机变动很小的情况下使用，然后考虑燃用纯醇燃料。醇类燃料辛烷值高，且有一定的挥发性，易于与汽油混合，较适合作点燃式内燃机的燃料。由于纯醇的特殊性质，用于内燃机上时其输出功率大、热效率高、比能耗小、并可降低排气中的有害成分

四.醇类燃料 醇类燃料的能量密度比汽、柴油低，但与气体 燃料相比更适用于运输车辆。 其在内燃机中的应用首先是采用掺烧的方式，可 在现有汽油机变动很小的情况下使用，然后考虑燃 用纯醇燃料。 醇类燃料辛烷值高，且有一定的挥发性，易于 与汽油混合，较适合作点燃式内燃机的燃料。 由于纯醇的特殊性质，用于内燃机上时其输出 功率大、热效率高、比能耗小、并可降低排气中的 有害成分

1.影响内燃机性能的醇类燃料的主要性质：1）醇类燃料的热值低，但醇中含氧量大，所需的理论空气量不到汽油的一半，故单位重量的醇类燃料一空气混合气的热值与石油燃料混合气的热值差不多。因此相应地调整供油系统，增加循环供油量，从而保证发动机动力性能不致降低；2）高的汽化潜热，可促使进气温度降低，提高充量系数，提高功率。但高的汽化潜热使醇类燃料雾化汽化困难，难以形成均匀、雾化良好的混合气，因而对混合气形成系统提出更高的要求：3）醇具有高的抗爆性，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；

1.影响内燃机性能的醇类燃料的主要性质： 1）醇类燃料的热值低，但醇中含氧量大，所需的理 论空气量不到汽油的一半，故单位重量的醇类燃料 -空气混合气的热值与石油燃料混合气的热值差不 多。因此相应地调整供油系统，增加循环供油量， 从而保证发动机动力性能不致降低； 2）高的汽化潜热，可促使进气温度降低，提高充量 系数，提高功率。但高的汽化潜热使醇类燃料雾化、 汽化困难，难以形成均匀、雾化良好的混合气，因 而对混合气形成系统提出更高的要求； 3）醇具有高的抗爆性，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；

由于醇类燃料的十六烷值很低，因此在压燃式内燃机中使用醇类燃料存在许多困难，同时由于着火性差，必然使着火延迟期长，工作粗暴；5）醇类燃料具有较宽的着火界限，因而能在稀混合区工作，有利于排气净化和降低油耗，同时也有利于空然比的控制；6）火焰传播速度比汽油高：7）醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大；8）醇在常温下难溶于汽油，混合不均的燃料使发动机运转不稳定，为此需加适量的助溶剂，以利于醇与汽油相互溶解；9）甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的毒性，甲醇对金属有一定的腐蚀作用

4）由于醇类燃料的十六烷值很低，因此在压燃式内 燃机中使用醇类燃料存在许多困难，同时由于着火 性差，必然使着火延迟期长，工作粗暴； 5）醇类燃料具有较宽的着火界限，因而能在稀混合 区工作，有利于排气净化和降低油耗，同时也有利 于空然比的控制； 6）火焰传播速度比汽油高； 7）醇的沸点低，产生气阻的倾向比汽油大； 8）醇在常温下难溶于汽油，混合不均的燃料使发动 机运转不稳定，为此需加适量的助溶剂，以利于醇 与汽油相互溶解； 9）甲醇对视神经有损伤作用，其混合燃料有一定的 毒性，甲醇对金属有一定的腐蚀作用

醇类燃料发动机热效率的综合分析醇类燃料的热值低，因而需的循环供油量要大大地增加；高的汽化潜热，提高充量系数，降低缸内温度，因而压缩比可以提高：快速的燃烧速度使得热效率提高醇类燃料的C/H值较汽油和柴油小，完全燃烧时，将产生较少的CO,和较多的H,O，对于相同的燃烧热值，燃烧产物的比热相对较高，这也有利于热效率的提高。另外，醇类燃料具有较宽的着火界限，燃烧速度快，在稀混合气中任能保持较高的火焰传播速度，快速燃烧使定容燃烧部分增加这也有利于热效率的提高，而且循环的压力波动也比汽油机小

2. 醇类燃料发动机热效率的综合分析 醇类燃料的热值低，因而需的循环供油量要大 大地增加；高的汽化潜热，提高充量系数，降低缸 内温度，因而压缩比可以提高；快速的燃烧速度使 得热效率提高；醇类燃料的C/H值较汽油和柴油小， 完全燃烧时，将产生较少的CO2和较多的H2O，对于 相同的燃烧热值，燃烧产物的比热相对较高，这也 有利于热效率的提高。另外，醇类燃料具有较宽的 着火界限，燃烧速度快，在稀混合气中任能保持较 高的火焰传播速度，快速燃烧使定容燃烧部分增加， 这也有利于热效率的提高，而且循环的压力波动也 比汽油机小

五.气体燃料将气体燃料作为内燃机的代用燃料有以下特点：①不需要精密的喷油设备或雾化装置：②能与空气很好混合，各缸间分配较均匀，并能进行较充分的燃烧，有利于组织稀混合气的燃烧③多数气体燃料燃烧时碳烟少、排气污染小：④气体燃料占一定的体积，内燃机的功率及转矩要降低

五.气体燃料 将气体燃料作为内燃机的代用燃料有以下特点： ① 不需要精密的喷油设备或雾化装置； ② 能与空气很好混合，各缸间分配较均匀，并能进 行较充分的燃烧，有利于组织稀混合气的燃烧； ③ 多数气体燃料燃烧时碳烟少、排气污染小； ④ 气体燃料占一定的体积，内燃机的功率及转矩要 降低

气体燃料可分为天然气、液化石油气及工业生产中的气体燃料。在车辆上应用最多的气体燃料是天然气。它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；另一种是液化天然气（LNG)，将天然气以-162°C低温液化储存于隔热的液化气罐中。当今在汽车上广泛应用的是压缩天然气

气体燃料可分为天然气、液化石油气及工业生 产中的气体燃料。在车辆上应用最多的气体燃料是 天然气。 它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； 另一种是液化天然气(LNG)，将天然气以–162°C 低温液化储存于隔热的液化气罐中。当今在汽车上 广泛应用的是压缩天然气