第四章 燃料与燃烧化学

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1、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C5～11碳原子的烷烃、环烷烃和稀烃组成；柴油：由C10～21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

2、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CnHm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（CompressedNaturalGas，缩写CNG）和液化石油气（LiquefiedPetroleumGas，缩写LPG）为主。燃气汽车单一燃料汽车（Mono－FuelVehicle）两用燃料汽车（可切换）（BI－FuelVehicle）混合燃料汽车（双燃料）（Dual－FuelVehicle）指使用一种气体燃料的汽车指可以在气体

3、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（C3H8）或丙烷与丁烷（C4H10）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0．2～0．6MPa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（102～105），抗爆性能优于汽油，允许

4、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20～30MPa），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LNG方便和广泛得多

5、。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

6、车（广州采用公交车玉柴的发动机）。LPG及CNG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（CH3OH）和乙醇（C2H5OH）。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

7、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1101kJ／kg，乙醇为862kJ／kg，甲醇为汽油的3．7倍，乙醇为汽油的2．9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4．16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

8、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