第3章燃料與燃燒

1、Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology第三章第三章 車用發(fā)動機燃料與燃燒車用發(fā)動機燃料與燃燒 發(fā)動機燃料技術(shù)；發(fā)動機燃料技術(shù)； 燃料的著火與燃燒。燃料的著火與燃燒。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology重點與難點重點與難點1. 重點重點1) 發(fā)動機燃料（汽油發(fā)動機燃料（汽

2、油/柴油）柴油）2) 著火過程著火過程3) 氣相燃燒氣相燃燒2. 難點難點1) 鏈鎖反應(yīng)鏈鎖反應(yīng)2) 自燃著火自燃著火3) 油滴與噴霧燃燒油滴與噴霧燃燒 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)動機的燃料發(fā)動機的燃料氣體燃料：天然氣、石油氣、煤氣、氫氣、沼氣等氣體燃料：天然氣、石油氣、煤氣、氫氣、沼氣等液體燃料：液體燃料： 汽油汽油 柴油柴油 重柴油重柴油 醇類醇類 動植物油等代用燃料動植物油等代用燃料固體燃料：煤漿固

3、體燃料：煤漿發(fā)動機的燃料分類：發(fā)動機的燃料分類：Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology石油產(chǎn)品的種類與物性石油產(chǎn)品的種類與物性碳氫燃料的決定性特征碳氫燃料的決定性特征1. 碳、氫原子的數(shù)目和排列位置；碳、氫原子的數(shù)目和排列位置；2. 鏈的飽和性；鏈的飽和性；3. 分子是開式或閉式（環(huán)狀）結(jié)構(gòu)分子是開式或閉式（環(huán)狀）結(jié)構(gòu) 。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automoti

4、ve Engineeringouth hina niversity of echnology碳氫燃料化學(xué)結(jié)構(gòu)碳氫燃料化學(xué)結(jié)構(gòu) 烷烴：飽和開鏈式。直鏈式結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)烷烴：飽和開鏈式。直鏈式結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差，容易自燃；支鏈式結(jié)構(gòu)在高定性差，容易自燃；支鏈式結(jié)構(gòu)在高溫下穩(wěn)定、抗爆性好；溫下穩(wěn)定、抗爆性好；烯烴：非飽和開鏈式，有一個二價鍵，烯烴：非飽和開鏈式，有一個二價鍵，抗爆炸性好，易氧化；抗爆炸性好，易氧化；炔烴：非飽和開鏈式，有一個三價鍵，炔烴：非飽和開鏈式，有一個三價鍵，不穩(wěn)定；不穩(wěn)定；環(huán)烷烴：飽和的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，不易環(huán)烷烴：飽和的環(huán)狀分子結(jié)構(gòu)，不易分裂；熱穩(wěn)定性和自發(fā)火溫度均較高，分裂；熱穩(wěn)定性和

5、自發(fā)火溫度均較高，抗爆性好，是良好的汽油機燃料；抗爆性好，是良好的汽油機燃料；芳香烴：以雙鍵相連的環(huán)狀，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗爆性強；石油中含芳香烴：以雙鍵相連的環(huán)狀，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗爆性強；石油中含量少，煉制中常增多芳香烴含量。量少，煉制中常增多芳香烴含量。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology第二節(jié)第二節(jié) 燃料的使用特性燃料的使用特性1） 十六烷值十六烷值：評價柴油自燃性的指標；：評價柴油自燃性的指標；2）餾程餾程：與燃燒完善程度及起動性能有

6、密切關(guān)系的性質(zhì)；：與燃燒完善程度及起動性能有密切關(guān)系的性質(zhì)；3）粘度粘度：燃料噴射有密切關(guān)系的性質(zhì)；：燃料噴射有密切關(guān)系的性質(zhì)；4）閃點、凝點閃點、凝點：與柴油貯存、運送、使用有關(guān)的性質(zhì)；：與柴油貯存、運送、使用有關(guān)的性質(zhì)；5）機械雜質(zhì)、水分、酸度機械雜質(zhì)、水分、酸度等：與柴油機磨損腐蝕有關(guān)的等：與柴油機磨損腐蝕有關(guān)的性質(zhì)。性質(zhì)。1. 1. 輕柴油的性能：輕柴油的性能：我國是柴油消費大國，我國是柴油消費大國，2006年消費量達到年消費量達到1.2億噸，近億噸，近40%的原油用于柴油生產(chǎn)。的原油用于柴油生產(chǎn)。 選用柴油時，應(yīng)按最低環(huán)境溫度高出凝點選用柴油時，應(yīng)按最低環(huán)境溫度高出凝點5以上，即以上

7、，即-20號柴號柴油適用于最低環(huán)境溫度為油適用于最低環(huán)境溫度為-15的場合。的場合。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology柴油自燃性好壞的指標柴油自燃性好壞的指標十六烷值十六烷值 (對比值對比值) 十六烷值高，十六烷值高，自燃性好：自燃性好： l l 著火延遲時期短；著火延遲時期短； l l 在著火落后時期內(nèi)，氣缸中形成的混合氣少；在著火落后時期內(nèi)，氣缸中形成的混合氣少； l l 著火后壓力升高速度低，工作柔和；著火后壓力升高速度

8、低，工作柔和； l l 冷起動性能改善。冷起動性能改善。測定：測定： 采用采用十六烷十六烷（易自燃，（易自燃，100）與）與-甲基萘甲基萘（不易自燃，（不易自燃，0）混合制成不同容積比的混合液，當(dāng)被測定柴油的自燃性與混合混合制成不同容積比的混合液，當(dāng)被測定柴油的自燃性與混合液相同，混合液中十六烷的體積百分數(shù)即該種柴油的十六烷值。液相同，混合液中十六烷的體積百分數(shù)即該種柴油的十六烷值。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology餾程餾程n

9、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。來表示。n燃料餾出燃料餾出50%的溫度低，說明這種燃料輕餾分多、蒸發(fā)快，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。有利于混合氣形成。 n90%和和95%溜出溫度標志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數(shù)溜出溫度標志柴油中所含難于蒸發(fā)的重餾分的數(shù)量。量。 n重餾分過多，燃燒不容易及時和完全；餾分太輕也不好，將重餾分過多，燃燒不容易及時和完全；餾分太輕也不好，將使柴油機工作粗暴。使柴油機工作粗暴。 Copyright 2009 . All rights reserved.Scho

10、ol of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology粘度粘度n粘度是燃料流動性的尺度，是表示燃料內(nèi)部摩擦力粘度是燃料流動性的尺度，是表示燃料內(nèi)部摩擦力的物理特性。的物理特性。 n它影響柴油的噴霧質(zhì)量。粘度越大，霧化后油滴顆它影響柴油的噴霧質(zhì)量。粘度越大，霧化后油滴顆粒越大。粒越大。n噴油泵柱塞、噴油器的噴針都是靠燃油潤滑，所以噴油泵柱塞、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。柴油應(yīng)具有一定的粘度。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive

11、 Engineeringouth hina niversity of echnology2. 影響汽油性能的關(guān)鍵性指標影響汽油性能的關(guān)鍵性指標 1) 汽油抗爆性的指標汽油抗爆性的指標 ； 2) 評價汽油蒸發(fā)性的指標評價汽油蒸發(fā)性的指標 ； 3) 飽和蒸氣壓飽和蒸氣壓 ； 4) 干點及殘留量干點及殘留量 。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology汽油抗爆性的測定汽油抗爆性的測定辛烷值（標號，對比值辛烷值（標號，對比值 ）用用正庚烷正庚烷

12、（容易爆震，（容易爆震，0）和）和異辛烷異辛烷（抗爆性好，（抗爆性好，100）的混合液）的混合液與被測定的汽油作比較，當(dāng)混合液與被測汽油在專用發(fā)動機上抗與被測定的汽油作比較，當(dāng)混合液與被測汽油在專用發(fā)動機上抗爆程度相同時，則混合液中異辛烷含量的體積百分數(shù)就是被測定爆程度相同時，則混合液中異辛烷含量的體積百分數(shù)就是被測定汽油的辛烷值。汽油的辛烷值。有兩種測定：馬達法（有兩種測定：馬達法（MON）和研究法（）和研究法（RON），兩種方法得），兩種方法得到的結(jié)果不同。到的結(jié)果不同。RON與與MON值分別有助于評定低速與高速值分別有助于評定低速與高速(或高或高負荷負荷, MON)運轉(zhuǎn)下的抗爆性。運轉(zhuǎn)下

13、的抗爆性。用馬達法測定的辛烷值（用馬達法測定的辛烷值（MON）比研究法辛烷值（）比研究法辛烷值（ROM）低。）低。汽油按辛烷值指數(shù)汽油按辛烷值指數(shù) ONI(（RONMON）/2 )分為分為85、87、89、91、93、95、97共七個等級。共七個等級。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。劑等。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology餾程和蒸氣壓餾程和蒸

14、氣壓 餾程和蒸氣壓是評價汽油蒸發(fā)性的指標，為了評價燃料的揮餾程和蒸氣壓是評價汽油蒸發(fā)性的指標，為了評價燃料的揮發(fā)性，以發(fā)性，以10%、50%和和90%的餾出溫度作為幾個有代表意義的餾出溫度作為幾個有代表意義的點。的點。 餾出餾出10%的溫度的溫度 ：標志著起動性高低。：標志著起動性高低。 溜出溜出50%的溫度的溫度 ：標志著汽油的平均蒸發(fā)性。它影響著發(fā)動：標志著汽油的平均蒸發(fā)性。它影響著發(fā)動機的暖車時間、加速性以及工作穩(wěn)定性。機的暖車時間、加速性以及工作穩(wěn)定性。 溜出溜出90%的溫度的溫度 ：標志著燃料中含有難于揮發(fā)的重質(zhì)成分的：標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

15、成積炭；或者稀釋機油，影數(shù)量。此溫度過高，燃燒容易形成積炭；或者稀釋機油，影響潤滑。響潤滑。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology3. 汽油、柴油性能差異對發(fā)動機的影響汽油、柴油性能差異對發(fā)動機的影響 汽油機汽油機柴油機柴油機混混合合氣氣形形成成影響因素影響因素蒸發(fā)性強蒸發(fā)性強蒸發(fā)性差、粘度大蒸發(fā)性差、粘度大形成方式形成方式氣缸外氣缸外氣缸內(nèi)氣缸內(nèi)負荷調(diào)節(jié)負荷調(diào)節(jié)混混 合氣的數(shù)量合氣的數(shù)量供油量供油量著著火火與與燃燃燒燒影響因素影

16、響因素自燃溫度高自燃溫度高自燃溫度低自燃溫度低著火方式著火方式火花塞點燃火花塞點燃壓縮自燃壓縮自燃 壓縮比壓縮比不能過高，以免引起自燃不能過高，以免引起自燃較高較高燃燒方式燃燒方式火焰?zhèn)鞑サ姆绞饺紵紵龝r間短火焰?zhèn)鞑サ姆绞饺紵?，燃燒時間短隨噴隨燒，燃燒時間長隨噴隨燒，燃燒時間長Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology4. 代用燃料代用燃料 資源豐富，價格適宜；資源豐富，價格適宜； 對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)變動小，技術(shù)上可行；對發(fā)動機的結(jié)構(gòu)變動

17、小，技術(shù)上可行； 燃料的熱值，尤其是混合氣熱值能滿足車用動力要求；燃料的熱值，尤其是混合氣熱值能滿足車用動力要求； 對發(fā)動機的壽命及可靠性等無不良影響；對發(fā)動機的壽命及可靠性等無不良影響； 能量密度高、儲存運輸方便；能量密度高、儲存運輸方便； 燃料的儲運分配系統(tǒng)能保證燃料供應(yīng)；燃料的儲運分配系統(tǒng)能保證燃料供應(yīng)； 對人類及其生存環(huán)境無有害影響。對人類及其生存環(huán)境無有害影響。良好的車用清潔燃料應(yīng)具有的特點良好的車用清潔燃料應(yīng)具有的特點:Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niv

18、ersity of echnology代用燃料的種類及其低熱值代用燃料的種類及其低熱值1. 醇類燃料：甲醇、乙醇；醇類燃料：甲醇、乙醇；2. 植物油燃料；植物油燃料；3. 氣體燃料。氣體燃料?；瘜W(xué)當(dāng)量比化學(xué)當(dāng)量比1Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology1）醇類燃料）醇類燃料 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina n

19、iversity of echnology醇類燃料的特點醇類燃料的特點 1）（所需空氣量少），可保證動（所需空氣量少），可保證動力性能；力性能；2）是汽油的三倍，汽化使進氣溫度低；是汽油的三倍，汽化使進氣溫度低；3）（辛烷值高）；（辛烷值高）；4）沸點低，易產(chǎn)生氣阻；）沸點低，易產(chǎn)生氣阻；5）常溫下難溶于汽油，需加入助溶劑；）常溫下難溶于汽油，需加入助溶劑；6）甲醇對視神經(jīng)有損害作用，乙醇對發(fā)動機部件有一）甲醇對視神經(jīng)有損害作用，乙醇對發(fā)動機部件有一定的腐蝕作用。定的腐蝕作用。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive E

20、ngineeringouth hina niversity of echnology甲醇作為發(fā)動機燃料的應(yīng)用方式甲醇作為發(fā)動機燃料的應(yīng)用方式1) 甲醇甲醇(液體液體)與汽油、柴油的摻燒與汽油、柴油的摻燒 ；2) 純甲醇發(fā)動機純甲醇發(fā)動機 ；3) 甲醇裂解氣甲醇裂解氣(DM) ； 注：熱量由排氣余熱提供。注：熱量由排氣余熱提供。4) 甲醇裂解氣與其他燃料的摻燒甲醇裂解氣與其他燃料的摻燒 。C350250OHCHO3催化劑CO+2H2Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina nive

21、rsity of echnology甲醇與乙醇的比較甲醇與乙醇的比較 1) 在醇類燃料中，從原料來源、生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)在醇類燃料中，從原料來源、生產(chǎn)過程以及生產(chǎn)的能量消耗等角度來考慮，甲醇作為內(nèi)燃機代用的能量消耗等角度來考慮，甲醇作為內(nèi)燃機代用燃料比乙醇具有更多的優(yōu)越性；燃料比乙醇具有更多的優(yōu)越性；2) 甲醇的物化性能與汽油相似，因此，其應(yīng)用具有甲醇的物化性能與汽油相似，因此，其應(yīng)用具有廣闊前景。廣闊前景。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of ec

22、hnology2）植物油）植物油 植物油含氧，理論空燃比比石油燃料低；植物油含氧，理論空燃比比石油燃料低； 植物油不含硫，不會對零件造成因含硫而引起的腐植物油不含硫，不會對零件造成因含硫而引起的腐蝕；蝕； 植物油的成分與柴油相比，碳含量較少，又是含氧植物油的成分與柴油相比，碳含量較少，又是含氧燃料，排氣煙度在高負荷時比柴油低。在柴油機中燃料，排氣煙度在高負荷時比柴油低。在柴油機中攙入少量的植物油，也可以得到令人滿意的性能；攙入少量的植物油，也可以得到令人滿意的性能； 植物油的十六烷值一般比柴油低，著火較難；植物油的十六烷值一般比柴油低，著火較難； 使用純植物油，極易在噴油嘴處形成積炭。使用純植

23、物油，極易在噴油嘴處形成積炭。 植物油主要在植物油主要在柴油機柴油機上試用，作為汽油機用油還上試用，作為汽油機用油還處在探索階段處在探索階段 。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology3）氣體燃料）氣體燃料 1) 氫氫 ；2) 天然氣（天然氣（NG）；）；3) 液化石油氣（液化石油氣（LPG）；）；4) 工業(yè)生產(chǎn)中的氣體燃料。工業(yè)生產(chǎn)中的氣體燃料。 化學(xué)當(dāng)量比化學(xué)當(dāng)量比1Copyright 2009 . All rights rese

24、rved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnologya. 氫氣（氫氣（H2）優(yōu)點：優(yōu)點： 1）取之不盡、用之不竭的燃料；）取之不盡、用之不竭的燃料； 2）單位質(zhì)量熱值在所有燃料中是最高的；）單位質(zhì)量熱值在所有燃料中是最高的； 3）有較寬的著火界限、較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃拜^）有較寬的著火界限、較高的火焰?zhèn)鞑ニ俣燃拜^ 低的點火低的點火能量能量 。 （燃料電池）（燃料電池）缺點缺點 ： 生產(chǎn)問題生產(chǎn)問題; 貯存容積大貯存容積大; 難于保存難于保存 。Copyright 2009 . All rights reserv

25、ed.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnologyBMW的氫雙燃料汽車燃料供給系統(tǒng)的氫雙燃料汽車燃料供給系統(tǒng)1.氫燃料箱氫燃料箱2.燃料箱蓋燃料箱蓋3.燃料箱連接器燃料箱連接器4.至通氣閥的安全管至通氣閥的安全管5.帶帶H2熱交換器的控制單元熱交換器的控制單元汽油管汽油管冷氣水循環(huán)冷氣水循環(huán)汽化單元汽化單元-進氣進氣汽化單元汽化單元-排氣排氣汽化管汽化管H2管管安全氣閥管線安全氣閥管線6.帶雙燃料發(fā)動機帶雙燃料發(fā)動機7.帶帶H2供給軌的進氣歧管供給軌的進氣歧管8.汽化控制系統(tǒng)（汽化控制系統(tǒng)（BMS）9.汽油箱汽

26、油箱10.壓力控制閥壓力控制閥 Hydrogen 7內(nèi)部設(shè)計看起來與內(nèi)部設(shè)計看起來與7系沒什么區(qū)別，只是后排空間不如原系沒什么區(qū)別，只是后排空間不如原來寬敞。為了能在后排背后放得下來寬敞。為了能在后排背后放得下165公斤重的液氫罐而將后排向前移公斤重的液氫罐而將后排向前移動了動了115毫米，而腿部空間仍足夠?qū)捄撩祝炔靠臻g仍足夠?qū)挸?，絕不失卻豪華車的身份。敞，絕不失卻豪華車的身份。 BMW氫能氫能7系在配有一個容量為系在配有一個容量為74升的普通油箱外，還配有一個可容納約升的普通油箱外，還配有一個可容納約8千克液態(tài)氫的燃料罐。雙模驅(qū)動為千克液態(tài)氫的燃料罐。雙模驅(qū)動為BMW氫能氫能7系提供了超

27、過系提供了超過700公里的總行駛里程，其中包括氫能提供的公里的總行駛里程，其中包括氫能提供的200公里。公里。 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology燃料電池系統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology 天然氣天然氣(NG)的主要成分為鏈烷烴化合物的甲烷（的主要

28、成分為鏈烷烴化合物的甲烷（CH4），），另外還包含乙烷另外還包含乙烷(C2H6)、丙烷、丙烷(C3H8)及丁烷及丁烷(C4H10) 液化石油氣（液化石油氣（LPG）除含丙烷和丁烷外，還含有丙烯除含丙烷和丁烷外，還含有丙烯(C3H6)和丁烯和丁烯(C4H8)等。等。 b. 天然氣與液化石油氣天然氣與液化石油氣特點：特點：1) 熱值和辛烷值均較高熱值和辛烷值均較高，但理論混合氣熱值要比汽油低，但理論混合氣熱值要比汽油低 ；2) 可保持原發(fā)動機的功率，有利于提高發(fā)動機的壓縮比；可保持原發(fā)動機的功率，有利于提高發(fā)動機的壓縮比；3) 天然氣與空氣同為氣相，天然氣與空氣同為氣相，混合均勻、良好，燃燒較完全

29、混合均勻、良好，燃燒較完全；Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology LPG的主要成分為丙烷的主要成分為丙烷(C3H8)和丁烷和丁烷(C4H10)，是天然氣，是天然氣加工和石油煉制的一種副產(chǎn)品。加工和石油煉制的一種副產(chǎn)品。 液化石油氣（液化石油氣（LPG）的優(yōu)點）的優(yōu)點 1) 在大氣溫度條件下，在大氣溫度條件下，因此，因此LPG在容器在容器內(nèi)的儲存壓力低，相應(yīng)的氣瓶自重輕，便于攜帶和運輸；內(nèi)的儲存壓力低，相應(yīng)的氣瓶自重輕，便于攜帶和運

30、輸；2) LPG的的，與空氣混合的均勻性好于汽油，有，與空氣混合的均勻性好于汽油，有利于燃料的完全燃燒。利于燃料的完全燃燒。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology根據(jù)根據(jù)LPG使用方法使用方法n兩用燃料（兩用燃料（LPG或汽油）汽車：或汽油）汽車： LPG與汽油選擇使用。兼顧兩種燃料，不改變壓縮比和點與汽油選擇使用。兼顧兩種燃料，不改變壓縮比和點火時間，使用火時間，使用LPG時的性能不能達到最優(yōu)。時的性能不能達到最優(yōu)。n單一燃料（單

31、一燃料（LPG）汽車）汽車: 用柴油機改裝：拆除原供油系統(tǒng)、降低壓縮比、增加點火用柴油機改裝：拆除原供油系統(tǒng)、降低壓縮比、增加點火系統(tǒng)、增加節(jié)氣門。用汽油機改裝：增大壓縮比、適當(dāng)增大點系統(tǒng)、增加節(jié)氣門。用汽油機改裝：增大壓縮比、適當(dāng)增大點火提前角?；鹛崆敖?。n雙燃料（雙燃料（LPG和柴油）汽車和柴油）汽車 LPG與柴油混合使用，噴少量柴油引燃與柴油混合使用，噴少量柴油引燃LPG。不降低壓。不降低壓縮比，動力性和經(jīng)濟性最優(yōu)?？s比，動力性和經(jīng)濟性最優(yōu)。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth

32、hina niversity of echnologyLPG汽車的種類與特點汽車的種類與特點n第一代產(chǎn)品第一代產(chǎn)品機械控制式混合器系統(tǒng)機械控制式混合器系統(tǒng)n第二代產(chǎn)品第二代產(chǎn)品電腦控制式混合器系統(tǒng)電腦控制式混合器系統(tǒng)n第三代產(chǎn)品第三代產(chǎn)品電腦控制式電腦控制式LPG缸外噴射系統(tǒng)（氣態(tài)或液態(tài)）缸外噴射系統(tǒng)（氣態(tài)或液態(tài)）n第四代產(chǎn)品第四代產(chǎn)品電腦控制式電腦控制式LPG缸內(nèi)噴射系統(tǒng)（研制階段）缸內(nèi)噴射系統(tǒng)（研制階段）Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of ec

33、hnologyc. 二甲醚二甲醚二甲醚二甲醚(Dimethylether)，簡稱，簡稱DME，是一種含氧燃料，是一種含氧燃料，可從煤、可從煤、天然氣、煤層氣和生物質(zhì)制得的潔凈二次能源天然氣、煤層氣和生物質(zhì)制得的潔凈二次能源，常溫常壓下為氣態(tài)。，常溫常壓下為氣態(tài)。DME易溶于水，同時也溶于汽油，四氯化碳，丙酮、乙酸甲酯等易溶于水，同時也溶于汽油，四氯化碳，丙酮、乙酸甲酯等多種有機溶劑中。多種有機溶劑中。DME具有優(yōu)良的環(huán)境性指標，具有優(yōu)良的環(huán)境性指標，無毒性，在大氣無毒性，在大氣中會很快分解為水和二氧化碳中會很快分解為水和二氧化碳。DME為富氧燃料，氧含量為為富氧燃料，氧含量為34.8%，容易達

34、到完全燃燒，對社會環(huán)境和臭氧層無污染。容易達到完全燃燒，對社會環(huán)境和臭氧層無污染。 二甲醚具有優(yōu)良的燃燒性能，清潔、辛烷值高、動力性能好、二甲醚具有優(yōu)良的燃燒性能，清潔、辛烷值高、動力性能好、污染少，稍加壓污染少，稍加壓(約約5個大氣壓個大氣壓)即為液體，易于儲存；二甲醚的十六即為液體，易于儲存；二甲醚的十六烷值烷值(5560)甚至高于柴油甚至高于柴油(4055)，具有優(yōu)良的壓縮性，具有優(yōu)良的壓縮性，。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echno

35、logy與柴油相比，二甲醚主要特性與柴油相比，二甲醚主要特性(1)，只有，只有C-O和和 C-H鍵，且含有鍵，且含有34.8的氧，燃的氧，燃燒后生成的碳煙微粒少，并容許采用較大的燒后生成的碳煙微粒少，并容許采用較大的EGR，降低，降低NOx排放。排放。(2)，自燃溫度低，滯燃期比柴油短，自燃溫度低，滯燃期比柴油短，NOx排放與排放與燃燒噪音比柴油低。燃燒噪音比柴油低。 (3)二甲醚的低熱值比柴油低，僅為柴油的二甲醚的低熱值比柴油低，僅為柴油的64.7，但二甲醚與空氣的理論混，但二甲醚與空氣的理論混合氣熱值比柴油高合氣熱值比柴油高5(二甲醚為二甲醚為3066kj/kg，柴油為，柴油為3911kj

36、/kg)，因此，因此，。(4)，為柴油的，為柴油的1.64倍，采用直噴燃燒方式可大幅度減低倍，采用直噴燃燒方式可大幅度減低柴油機缸內(nèi)最高燃燒溫度，改善柴油機缸內(nèi)最高燃燒溫度，改善NOx的排放。的排放。(5)二甲醚在常壓下二甲醚在常壓下-24.9就汽化成氣體。為了保證二甲醚在燃油系統(tǒng)不汽化，就汽化成氣體。為了保證二甲醚在燃油系統(tǒng)不汽化，造成輸送管道內(nèi)氣阻，必須對燃油加壓。造成輸送管道內(nèi)氣阻，必須對燃油加壓。(6)，所以對燃油系統(tǒng)的材料沒有特殊的要求。然而，所以對燃油系統(tǒng)的材料沒有特殊的要求。然而，天然橡膠與二甲醚不能共存，長期與二甲醚接觸會溶漲老化，必須恰當(dāng)天然橡膠與二甲醚不能共存，長期與二甲醚

37、接觸會溶漲老化，必須恰當(dāng)選擇密封材料。選擇密封材料。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology總結(jié)：各種燃料能量密度的對比總結(jié)：各種燃料能量密度的對比Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology以車型和行駛里程為出發(fā)點發(fā)展清潔燃料汽車的可選方案以車型和行駛里程為出發(fā)點發(fā)展清潔燃料汽

38、車的可選方案Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology第三節(jié)第三節(jié) 燃燒熱化學(xué)燃燒熱化學(xué)1. 燃料的成分燃料的成分燃料中主要含有燃料中主要含有C、H、O，其它成分很少。，其它成分很少。 gC + gH + gO = 1 kg汽油的平均成分汽油的平均成分gC = 0.855；gH = 0.145；gO = 0.000。柴油的平均成分柴油的平均成分gC = 0.870；gH = 0.126；gO = 0.004。Copyright 2009

39、 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnologyC的化學(xué)反應(yīng)方程式：的化學(xué)反應(yīng)方程式：C的耗氧量的耗氧量1公斤燃料中的公斤燃料中的C（gckg）完全燃燒需要）完全燃燒需要8/3gckg或或gc/12kmol的的O2 。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnologyH的化學(xué)反應(yīng)方程式：的化學(xué)反應(yīng)方程式：H的耗氧量的耗氧

40、量1公斤燃料中的公斤燃料中的H（gH kg）完全燃燒需要）完全燃燒需要8gH kg或或gH/4 kmol的的O2。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology1kg燃料完全燃料燃燒所需要的理論空氣量燃料完全燃料燃燒所需要的理論空氣量 標準狀態(tài)下以體積表示的理論空氣量標準狀態(tài)下以體積表示的理論空氣量 燃料kgkmol324122101LgggOHC0/)(.燃料kgkg8382301LgggOHC0/)(.燃料kgm32412210422L

41、3OHC0ggg/)(.Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology標準狀態(tài)下以體積表示的理論空氣量標準狀態(tài)下以體積表示的理論空氣量 汽油的平均成分汽油的平均成分gC = 0.855；gH = 0.145；gO = 0.000。柴油的平均成分柴油的平均成分gC = 0.870；gH = 0.126；gO = 0.004。把平均質(zhì)量成分代入，可得：把平均質(zhì)量成分代入，可得：1) 汽油的理論空氣量為汽油的理論空氣量為11.47(m3/kg）,

42、14.814.9（kg/kg燃料）；燃料）；2) 柴油的理論空氣量為柴油的理論空氣量為11.08(m3/kg）,14.3（kg/kg燃料）。燃料）。 燃料kgm32412210422L3OHC0ggg/)(.燃料kgkgL/)838(23.01gggOHC0Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology2. 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)與空燃比與空燃比 需的空氣量燃料完全燃燒時理論所需的空氣量燃料完全燃燒時實際所kgkg11燃料量空氣量過量空氣

43、系數(shù)過量空氣系數(shù) 隨負荷的變化關(guān)系隨負荷的變化關(guān)系Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology3. 燃燒熱值燃燒熱值 燃料的熱值燃料的熱值單位量（對于液體固體和液體燃料用單位量（對于液體固體和液體燃料用1kg，對氣體燃料用對氣體燃料用1 m3）的燃料完全燃燒時所發(fā)出的熱量。）的燃料完全燃燒時所發(fā)出的熱量。 所謂完全燃燒是指某化合物被氧氣全部氧化，其中所謂完全燃燒是指某化合物被氧氣全部氧化，其中C生成生成CO2、H生成生成H2O，其他元素生

44、成高級氧化物。，其他元素生成高級氧化物。 低位發(fā)熱值低位發(fā)熱值Hu完全燃燒時生成的水為氣態(tài)時的發(fā)熱量。完全燃燒時生成的水為氣態(tài)時的發(fā)熱量。 高位發(fā)熱值高位發(fā)熱值H0完全燃燒時生成的水為液態(tài)時的發(fā)熱量。完全燃燒時生成的水為液態(tài)時的發(fā)熱量。 Hu = H0 wr式中：式中：w單位質(zhì)量燃燒產(chǎn)物中水的含量（）；單位質(zhì)量燃燒產(chǎn)物中水的含量（）； r水蒸氣的汽化潛熱（水蒸氣的汽化潛熱（kJkg）。）。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology燃料熱

45、值與混合氣熱值燃料熱值與混合氣熱值 n熱值：熱值：1kg燃料完全燃燒所放出的熱量。根據(jù)排氣中燃料完全燃燒所放出的熱量。根據(jù)排氣中水的狀態(tài)，又分為高熱值和低熱值。低熱值數(shù)值：水的狀態(tài)，又分為高熱值和低熱值。低熱值數(shù)值： 汽油汽油 44000kJ/kg 輕柴油輕柴油 42500kJ/kgn理論混合氣熱值：當(dāng)理論混合氣熱值：當(dāng)=1時，燃料與空氣所形成的可時，燃料與空氣所形成的可燃混合氣熱值。燃混合氣熱值。 汽油汽油 3750kJ/M3 輕柴油輕柴油 3750kJ/M3 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineer

46、ingouth hina niversity of echnology第四節(jié)第四節(jié) 燃燒的基礎(chǔ)知識燃燒的基礎(chǔ)知識Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology一一. 著火過程著火過程n燃燒是一種放熱的氧化反應(yīng)。燃燒是一種放熱的氧化反應(yīng)。 n燃燒之前都有一個準備階段，即著火階段。燃燒之前都有一個準備階段，即著火階段。n所謂著火，是指混合氣自動地反應(yīng)加速，并產(chǎn)生溫升，以致引所謂著火，是指混合氣自動地反應(yīng)加速，并產(chǎn)生溫升，以致引起空間某一位置或最

47、終在某個時刻有火焰出現(xiàn)的過程。起空間某一位置或最終在某個時刻有火焰出現(xiàn)的過程。 n使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點燃，前者是自發(fā)的，使可燃混合物著火的方法有兩種：自燃與點燃，前者是自發(fā)的，后者是強制的。后者是強制的。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology1. 烴的氧化反應(yīng)烴的氧化反應(yīng)OHmnCOOmnHCmn2222)4(著火及燃燒過程著火及燃燒過程1.形成燃油與空氣的可燃混合氣；形成燃油與空氣的可燃混合氣；2.點燃混合氣，或

48、可燃混合氣在點燃混合氣，或可燃混合氣在溫度和濃度適當(dāng)?shù)奈恢冒l(fā)生自溫度和濃度適當(dāng)?shù)奈恢冒l(fā)生自燃，在一處或多處著火；燃，在一處或多處著火；3.火源擴大到整個混合氣，形成火源擴大到整個混合氣，形成全面燃燒。全面燃燒。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology鏈鎖反應(yīng)鏈鎖反應(yīng) 鏈鎖理論鏈鎖理論反應(yīng)自動加速不一定要依靠熱量的積累使大量反應(yīng)自動加速不一定要依靠熱量的積累使大量分子活化，通過鏈鎖反應(yīng)逐漸積累活化中心的方法也能使反應(yīng)自分子活化，通過鏈鎖

49、反應(yīng)逐漸積累活化中心的方法也能使反應(yīng)自動加速，直至著火。動加速，直至著火。 鏈鎖反應(yīng)鏈鎖反應(yīng)一個活化作用能引起很多基本反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。一個活化作用能引起很多基本反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)。 鏈引發(fā)鏈引發(fā)鏈的傳播鏈的傳播(直鏈反應(yīng)、支鏈反應(yīng)、退化支鏈反應(yīng)直鏈反應(yīng)、支鏈反應(yīng)、退化支鏈反應(yīng))斷鏈反應(yīng)（鏈中斷斷鏈反應(yīng)（鏈中斷/活化中心的死亡）活化中心的死亡）n烴的氧化反應(yīng)要經(jīng)歷一系列極其復(fù)雜的中間反應(yīng)過程。烴的氧化反應(yīng)要經(jīng)歷一系列極其復(fù)雜的中間反應(yīng)過程。 n烴的這種氧化反應(yīng)需要經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈傳播及鏈中斷烴的這種氧化反應(yīng)需要經(jīng)歷鏈引發(fā)、鏈傳播及鏈中斷等過程。等過程。 Copyright 2009 . All rig

50、hts reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology鏈鎖反應(yīng)鏈鎖反應(yīng) 鏈引發(fā)，是指反應(yīng)物分子分解成為自由原子或自由基鏈引發(fā)，是指反應(yīng)物分子分解成為自由原子或自由基（如（如H、O、OH）等活性中心的過程。）等活性中心的過程。 鏈的傳播，是指已生成的自由原子或自由基與反應(yīng)物作鏈的傳播，是指已生成的自由原子或自由基與反應(yīng)物作用，一方面將反應(yīng)推進一步，同時生成新的自由原子或用，一方面將反應(yīng)推進一步，同時生成新的自由原子或自由基的過程。包括直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)。自由基的過程。包括直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)。 鏈的

51、中斷，是指自由原子或自由基與容器壁面或惰性氣鏈的中斷，是指自由原子或自由基與容器壁面或惰性氣體分子碰撞，使反應(yīng)能力減小，不再引致反應(yīng)。體分子碰撞，使反應(yīng)能力減小，不再引致反應(yīng)。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology(1) 鏈傳播的方式鏈傳播的方式a. 直鏈反應(yīng)直鏈反應(yīng)如果在每一步中間反應(yīng)中，都是由一個活性如果在每一步中間反應(yīng)中，都是由一個活性中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生一個新的活性中心，整個反應(yīng)則是中心與反應(yīng)物作用產(chǎn)生一個新的活性中心，整個

52、反應(yīng)則是以恒定速度進行的反應(yīng)。以恒定速度進行的反應(yīng)。b. 支鏈反應(yīng)支鏈反應(yīng)如果由一個活性中心引起的反應(yīng)，同時生成如果由一個活性中心引起的反應(yīng)，同時生成兩個以上的活性中心。這時，鏈就發(fā)生了分支，反應(yīng)速度兩個以上的活性中心。這時，鏈就發(fā)生了分支，反應(yīng)速度將急劇地增長，可達到極快的程度將急劇地增長，可達到極快的程度(鏈鎖爆炸鏈鎖爆炸)。c. 退化支鏈反應(yīng)退化支鏈反應(yīng)烴的氧化反應(yīng)是先通過直鏈反應(yīng)，生成烴的氧化反應(yīng)是先通過直鏈反應(yīng)，生成一個新的活性中心和某種過氧化物或高級醛的中間產(chǎn)物，一個新的活性中心和某種過氧化物或高級醛的中間產(chǎn)物，由過氧化物或高級醛引起支鏈反應(yīng)。由過氧化物或高級醛引起支鏈反應(yīng)。d.

53、斷鏈反應(yīng)斷鏈反應(yīng)Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology退化支鏈反應(yīng)退化支鏈反應(yīng) 先通過直鏈反應(yīng)，生成一個新的活性中心和某種過氧化物先通過直鏈反應(yīng)，生成一個新的活性中心和某種過氧化物或高級醛（甲醛）的中間產(chǎn)物，由過氧化物或高級醛引起支鏈或高級醛（甲醛）的中間產(chǎn)物，由過氧化物或高級醛引起支鏈反應(yīng)。反應(yīng)。(柴油機的著火過程柴油機的著火過程)一個活化中心一個活化中心過氧化物或高級醛過氧化物或高級醛多個活化中心多個活化中心新的一個活化中心新的

54、一個活化中心直鏈反應(yīng)直鏈反應(yīng)支鏈反應(yīng)支鏈反應(yīng)Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology(2) 鏈鎖反應(yīng)的特點鏈鎖反應(yīng)的特點 存在一個誘導(dǎo)期（活性中心積累的過程）；存在一個誘導(dǎo)期（活性中心積累的過程）； 即使在低溫下，只要某種原因激發(fā)活性中心，便能即使在低溫下，只要某種原因激發(fā)活性中心，便能引起鏈鎖反應(yīng)（不需要高溫）；引起鏈鎖反應(yīng)（不需要高溫）； 反應(yīng)自動加速；反應(yīng)自動加速； 可以控制反應(yīng)速度（控制活性中心的數(shù)量，抗爆劑可以控制反應(yīng)速度（

55、控制活性中心的數(shù)量，抗爆劑的工作機理）。的工作機理）。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology2. 自燃自燃1) 熱力自燃熱力自燃 熱著火理論熱著火理論 自燃的原因在于熱量的積累。自燃的原因在于熱量的積累。 2) 鏈鎖理論（鏈鎖自燃）鏈鎖理論（鏈鎖自燃） 因為鏈的分支速度大于鏈的中斷速度，因而引因為鏈的分支速度大于鏈的中斷速度，因而引起活性分子的不斷積累，反應(yīng)急劇加速。起活性分子的不斷積累，反應(yīng)急劇加速。3) 鏈鎖熱力自燃鏈鎖熱力自燃

56、Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology(1) 熱著火理論熱著火理論反應(yīng)放熱速度反應(yīng)放熱速度散熱速度散熱速度dtdqdtdq21：自燃的原因在于熱量的積累。：自燃的原因在于熱量的積累。著火條件著火條件Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology不能著火的影響因素不能著火的影響因素

57、a.因環(huán)境溫度過低因環(huán)境溫度過低而不能著火而不能著火b. 因散熱過大而不能著火因散熱過大而不能著火c.因初始放熱過低因初始放熱過低而不能著火而不能著火q1 ：加熱：加熱 q2 ：放熱：放熱 q1 q1 Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology“熱著火理論熱著火理論”中影響著火的因素中影響著火的因素1) 燃料特性及環(huán)境條件燃料特性及環(huán)境條件 著火溫度著火溫度TC不僅與可燃混合氣不僅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

58、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)。即使同一種燃料，因條器形狀及散熱情況等有關(guān)。即使同一種燃料，因條件不同，著火溫度也可能不同。件不同，著火溫度也可能不同。2) 壓力壓力 臨界的溫度與壓力明顯地影響到著火區(qū)域。在臨界的溫度與壓力明顯地影響到著火區(qū)域。在低壓時，要求很高的著火溫度，反之也是一樣。低壓時，要求很高的著火溫度，反之也是一樣。3) 過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù) 存在著一個可燃混合物著火的濃度上存在著一個可燃混合物著火的濃度上限限(富油極限富油極限)與下限與下限(貧油極限貧油極限)。 Copyright 2009 . All rights reserved.S

59、chool of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology熱著火理論熱著火理論壓力壓力PC對自燃臨界溫度對自燃臨界溫度TC的影響的影響隨壓力的增高，臨界溫度隨壓力的增高，臨界溫度Tc降低。降低。 臨界的溫度與壓臨界的溫度與壓力明顯地影響到著火力明顯地影響到著火區(qū)域。在低壓時，要區(qū)域。在低壓時，要求很高的著火溫度，求很高的著火溫度，反之也是一樣。反之也是一樣。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversi

60、ty of echnology過量空氣系數(shù)過量空氣系數(shù)C與著火界限的關(guān)系與著火界限的關(guān)系存在著一個可燃混合物著火的濃度上限存在著一個可燃混合物著火的濃度上限(富油極限富油極限)與下限與下限(貧油極限貧油極限)。Copyright 2009 . All rights reserved.School of Automotive Engineeringouth hina niversity of echnology熱著火理論的缺陷熱著火理論的缺陷烴燃料的低溫著火特性（著火半島）烴燃料的低溫著火特性（著火半島）著火半島著火半島熱著火理論熱著火理論不一致不一致熱著火理論不能解釋熱著火理論不能解釋Copy