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时间:2019-06-25
《发动机理论空燃比14.7的来源(修订)》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、发动机理论空燃比14.7的来源汽车发动机燃料是一种混合物,是很多有机物组成的,通常是裂化石油产品(属于烃类),通用分子式为:CxHy(其中,y=2*x+2)。现在的汽车发动机资料通常给出,燃油的完全燃烧的理论空燃比(A/F)是14.7:1。这个理论值是如何得出的?查参考资料未见到分析推导,从形式上来说明的资料是众说纷纭,头绪混乱。因为这个比值涉及发动机的控制及优化,对发动机工作状态的判断,也是重要指标。现代的OBD测试中,也有此参数的对应量,过量空气系数λ。因此,我们在这里,以汽油燃烧的化学方程式为基础,来推导这个比例系数,供大家参考。一、燃烧方程式及空气中氧含量燃烧方程式:汽油在发动机内燃
2、烧是个化学反应过程,各种反应物的比例及耗量,可以从化学反应方程式,根据物质不灭定律推出。从基础有机化学可知,烃类燃烧的化学反应方程式通式为:CxHy+(x+y/4)O2=xCO2+y/2H2O(1)其中:y=2*x+2对于汽油(主要是辛烷C8H18)来说就是下面的化学反应方程式:2C8H18+25O2‐‐‐‐‐>16CO2+18H2O(2)从这些方程式,根据物质不灭定律,可以核算汽油燃烧所需的氧气(O2)质量(重量),然后根据氧气在空气中的含量,来推出燃烧所需空气质量(重量)。从而可以得出理论完全燃烧的空燃比,这个才是空燃比的理论来源。为了对比分析,我们分别列出发动机的其他烃类燃料燃烧的化学
3、反应方程式,如:天然气(CH4)、石油液化气(C4H10)、柴油(C15H32),作为参考。天然气:CH4+2O2‐‐‐‐‐>CO2+2H2O(3)石油液化气:2C4H10+13O2‐‐‐‐‐>8CO2+10H2O(4)柴油:C15H32+23O2‐‐‐‐‐>15CO2+16H2O(5)空气中氧含量:化学反应方程式中的物质含量核算需要按质量核算,而我们通常已知的是空气中氧气的体积百分比,我们需要把体积百分比转换为质量百分比。空气按体积的组成是,约21%的氧气,78%的氮气和1%的其他气体。为了计算方便,我们姑且把其他气体并入氮气来核算。这样,可按21%的氧气,79%的氮气来计算空气需求量。从
4、氮气N2的分子量为28,氧气O2的分子量32,且每克分子的气体(32克氧气或者28克氮气)在常压下体积为22.4升。下面我们以1升体积的常压下的空气来核算氧气的质量百分比:1升空气中氧气的重量为:1/3(0.21*1/22.4)*32=0.3克;1升空气中氮气的重量为:(0.79*1/22.4)*28=0.9875克;那么氧气在空气中的质量百分比Ob为:Ob=0.3/(0.3+0.9875)*100=23.3%这个23.3%,就是按质量(或者通常概念的重量)计算,空气中氧气的质量含量百分比。二、空燃比核算首先计算汽油(C8H18)的完全燃烧空燃比。从其化学反应方程式(2)式左边的化合物平衡,
5、有:2克分子汽油,从碳(C)的分子量12.01;氢(H)的分子量1;其质量为:2C8H182*(12.01*8+18)=228.16克25克分子O2氧气,氧O的分子量16;其质量为:25O225*(16*2)=800克即,228.16克的汽油完全燃烧,需要800克氧气。这个就是理论上,化学反应中,反应完全需要的质量配比。按氧气需求量换算出,对应的空气需要量为:800/0.233=3433.5克。这样,在理论上,汽油完全燃烧需要的空燃比为:3433.5/228.16=15.05这里问题来了!这个比值不是14.7:1,而是15.05:1。那么,14.7:1是怎么来的呢?我们来分析一下通用方程
6、式(1),其中的碳含量X,采用不同的值,X从1选到20,这相当于是包含了碳氢化合物烃类中,天然气的主要成分甲烷,液化石油汽的主要成分丁烷,汽油的主要成分辛烷,到二十烷等主要燃油类别。我们采用对应不同X的烃类的化学反应方程式,如同前面的核算方法,分别求出其完全燃烧空燃比,做图,找到碳含量与完全燃烧空然比的关系图。如图1。看到这个图,我们就知道了,参照14.7:1空燃比线(蓝色水平线),烃类的碳含量越高,越接近这个理论值。也即是,不考虑烃类分子链端部的氢原子,它的理论空燃比才会是14.7:1。2/3为了说明这个曲线图的绘制,我们以天然气甲烷(CH4)为例(C的数量为1),计算其理论空燃比。甲烷的
7、燃烧化学反应方程式是(3)式。根据其左边化合物平衡,有:1克分子Ch4,16.01克,对应需2克分子O2氧气,64克。计算需要空气64/0.233=274.7克,即,完全燃烧空燃比,274.7/16.01=17.17。另一例,液化石油气(C4H10)丁烷C的数量为4,丁烷的燃烧化学反应方程式是(4)式。根据其左边化合物平衡,有:2克分子C4H10,116.08克,对应需13克分子O2氧气,416克。计算需要空
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