内燃机学论文

1针对不同燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响摘要：能源危机引起了对车用燃料的燃烧过程的研究，不同燃料的滞燃期对燃烧过程的影响是不同的，针对不同燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响是非常重要的。文章通过介绍燃料的燃烧过程，滞燃期的划分，滞燃期对燃烧的影响因素以及滞燃期长短的影响因素。分别阐述汽油，柴油，醇类等燃料全面分析滞燃期对燃烧过程的影响。主要通过不同燃料的燃料分子结构和物化性能的不同，在燃烧滞燃期的时间内，燃料经历了一系列不同的物理-化学变化过程，这些过程的不同导致不同燃料的滞燃期的长短不同。滞燃期过长，滞燃期内喷入的燃料很多，着火前形成的可燃混合气就多。这些燃料在急燃期几乎一起燃烧，压力升高比和最高燃烧压力较高，发动机运转粗暴。滞燃期过短，对混合气形成不利，使内燃机性能恶化。关键词：滞燃期燃烧过程汽油柴油正丁醇物化特性近年来，能源危机引起了对车用燃料的燃烧过程的研究，内燃机燃烧划分为：滞燃期、急燃期、缓燃期、和后燃期。不同燃料有不同的点燃方式。一般分为点燃式和压燃式。点燃式内燃机的燃烧过程分为：滞燃期（着火阶段）、急燃期和后燃期。压燃式内燃机的燃烧过程分为：滞燃期、急燃期、缓燃期、和后燃期。根据不同的燃料物化特性结合不同的内燃机研究滞燃期对燃烧过程的影响。分析汽油、柴油以及醇类等不同燃料的滞燃期长短对燃烧过程的影响。1、燃烧过程1、1点燃式发动机的燃烧过程人为地把点燃式发动机燃烧过程分为三个阶段：1、第Ⅰ阶段：着火阶段2、第Ⅱ阶段：急燃期3、第Ⅲ阶段：后燃期1）第Ⅰ阶段：着火阶段（滞燃期）电火花跳火到形成火焰中心的阶段。该阶段也称为滞燃期。这段时间约占整个燃烧时间的15%左右。一般是按气缸压力开始与压缩压力线相分离的2点作为着火阶段终点。滞燃期长短的影响因素：1）燃料分子结构和物化性能2）点火时的缸内温度及压力3）过量空气系数（汽油混合气φa=0.8~0.9时最短。）4）残余废气量增加，滞燃期增加。ⅠⅡⅢ压缩线燃烧压力线25）气缸内混合气运动强，滞燃期稍有增加。6）火花能量大，滞燃期缩短。2）第Ⅱ阶段：急燃期火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段也称为火焰传播阶段。压力升高很快，压力升高率dp/dφ=0.2—0.4MPa/℃A。一般用压力升高率代表发动机工作粗暴的程度、振动和噪声水平。火焰传播速率高的可燃混合气能促使dp/dφ增加。火花塞位置、燃烧室型式对压力升高率也有影响。急燃期终点一般为最高压力点3或最高温度点3’（有时3和3’点重合）3、第Ⅲ阶段：后燃期急燃期终点3至燃料基本上完全燃烧点4为止。在后燃期中主要是湍流火焰前锋后面没有完全燃烧掉的燃料，以及附在气缸壁面上的混合气层继续燃烧。此外，汽油机燃烧产物中CO2和H2O的离解现象比柴油机严重，在膨胀过程中温度下降后又部分复合而放出热量，一般也作后燃看待。着火界限燃烧着火（火焰传播）的条件：点火初期燃烧放出的热量大于向四周混合气的散热量。着火界限：当可燃混合气过浓或过稀时，均不能点火。这两个界限的混合气浓度称着火界限。要使混合气正常燃烧，必须保证混合气浓度在可燃范围内。各种燃料着火界限的数值不同。所有影响混合气初期放热速率和散热速率的因素，都会影响着火界限。1、2压燃式发动机的燃烧过程1）第Ⅰ阶段－滞燃期在压缩过程末期，喷油器阀开启向缸内喷入燃料，到压力急剧升高的时间段。此段时间内，燃料经历了一系列物理-化学变化过程。τi=0.7~3ms该阶段对整个燃烧过程影响很大。2）第Ⅱ阶段－急燃期1）压力急剧上升阶段。2）活塞接近上止点。3）缸内燃料几乎一起燃烧。4）压力升高率大。一般压力升高率不要超过0.6MPa/℃A3）第Ⅲ阶段－缓燃期1）压力急剧升高终点—压力开始下降点。2）此时缸内温度较高，燃料混合得不好易形成碳烟，所以加强空气运动具有重要意义。3）燃气温度可达1700~2000℃4）第Ⅳ阶段－后燃期1）缓燃期终点——燃料基本完全燃烧的阶段。2）燃料在活塞下行过程中燃烧，3）过多的后燃，使冷却系散热量增大、排气温度增加。ⅠⅡⅢⅣApECBDF120º90º60º30º上止点30º60º90º120º针阀升程3应尽量减少后燃。滞燃期的影响及被影响因素滞燃期过长，滞燃期内喷入的燃料很多，着火前形成的可燃混合气就多。这些燃料在急燃期几乎一起燃烧，压力升高比和最高燃烧压力较高，发动机运转粗暴。滞燃期过短，对混合气形成不利，使柴油机性能恶化。影响滞燃期的因素：压缩温度和压力：提高，可导致滞燃期减小喷油提前角：存在一滞燃期最短的喷油提前角（5~15℃A）转速：通过压缩温度、压力、空气运动等因素间接作用，转速增加——滞燃期缩短。燃料性质等。2、各种燃料的物化特性汽油外观为透明液体，主要成分为C4～C12脂肪烃和环烃类，并含少量芳香烃和硫化物。按研究法辛烷值分为90号、93号、97号三个牌号。具有较高的辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发动机的功率，减少燃料消耗量；具有良好的蒸发性和燃烧性，能保证发动机运转平稳、燃烧完全、积炭少；具有较好的安定性，在贮运和使用过程中不易出现早期氧化变质，对发动机部件及储油容器无腐蚀性。目前市场上所见到的97号、98号汽油产品执行的产品标准均为企业标准。与GB17930-1999标准所属产品相比，具有更高的辛烷值和优良的抗爆性，用于高压缩比的汽化器式汽油发动机上，可提高发动机的功率，汽油作为有机溶液，还可以作为为萃取剂使用，目前作为萃取剂最广泛的应用为国内大豆油主流生产技术：浸出油技术。浸出油技术操作方法为将大豆在6号轻汽油中浸泡后再榨取油脂，然后经过一系列加工过后形成大豆食用油。物化性质：汽油为油品的一大类，是四碳至十二碳复杂烃类的混合物，虽然为无色至淡黄色的易流动液体，但很难溶解于水，易燃，馏程为30℃至205℃，空气中含量为74～123克/立方米时遇火爆炸。汽油的热值约为44000kJ/kg。燃料的热值是指1kg燃料完全燃烧后所产生的热量。汽油的密度因季节气候不同会有略微变化，平均如下：90#汽油的平均密度为0.72g/ml；93#汽油的密度为0.725g/ml；97#汽油的密度为0.737g/ml。重要性能最重要的性能为蒸发性、抗爆性、安定性和腐蚀性。蒸发性指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3个指标综合评定。①馏程。指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄。②蒸气压。指在标准仪器中测定的38℃蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。4车用汽油要求有较高的蒸气压，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。③气液比。指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠。抗爆性指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。辛烷值是这样规定的：异辛烷的抗爆性较好，辛烷值定为100；正庚烷的抗爆性差，定为0.汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。辛烷值高，抗爆性好。汽油的等级是按辛烷值划分的。高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要。汽油机压缩比高，则热效率高，可以节省燃料。汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。带支链的烷烃以及烯烃、芳烃通常具有优良的抗爆性。提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，但也通过添加四乙基铅等抗爆剂实现。安定性指汽油在自然条件下，长时间放置的稳定性。用胶质和诱导期及碘价表征。胶质越低越好，诱导期越长越好，碘价表示烯烃的含量。腐蚀性用总硫、硫醇、铜片和酸值表征。柴油柴油（Diesel）又称油渣，是石油提炼后的一种油质的产物。它由不同的碳氢化合物混合组成。它的主要成分是含10到22个碳原子的链烷、环烷或芳烃。它的化学和物理特性位于汽油和重油之间，沸点在170℃至390℃间，比重为0.82~0.845kg/l。基本概念轻质石油产品，复杂烃类(碳原子数约10～22)混合物。为柴油机燃料。主要由原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、石油焦化等过程生产的柴油馏分调配而成；也可由页岩油加工和煤液化制取。分为轻柴油（沸点范围约180～370℃）和重柴油（沸点范围约350～410℃）两大类。广泛用于大型车辆、铁路机车、船舰。柴油最重要的性能是着火性和流动性。①着火性。高速柴油机要求柴油喷入燃烧室后迅速与空气形成均匀的混合气，并压缩燃烧，因此要求燃料易于自燃。从燃料开始喷入气缸到开始着火的间隔时间称为滞燃期或着火落后期。燃料自燃点低，则滞燃期短，即着火性能好。一般以十六烷值作为评价柴油自燃性的指标。②流动性。凝点是评定柴油流动性的重要指标，它表示燃料不经加热而能输送的最低温度。柴油的凝点是指油品在规定条件下冷却至丧失流动性时的最高温度。柴油中正构烷烃含量多且沸点高时，凝点也高。一般选用柴油要求凝点低于环境温度3～5℃。5柴油的效率较高，如果大量取代汽油，可以降低石油消耗速度及二氧化碳的排放量。但是比起汽油来，柴油含更多的杂质，它燃烧时也更容易产生烟灰，造成空气污染。但柴油不像汽油般会产生有毒气体，所以比汽油更环保和健康。为了减少因为烟灰所造成的污染，因此近年中在西欧各国包括汽车在内燃烧柴油的机器必须装滤尘器才可使用，而其硫氧化合物（SOx）污染也是一个问题。因此各汽车公司都在发展降低污染的技术：为了减低污染，柴油的含硫量也是关注的重点，例如台湾有含硫量低于50ppm的柴油供选购。柴油的沸点较高，其次是煤油（俗称火水），石脑油和汽油（俗称电油）等。热值为3.3*10^7J/L沸点范围和黏度介于煤油与润滑油之间的液态石油馏分。易燃易挥发，不溶于水，易溶于醇和其他有机溶剂。是组分复杂的混合物，沸点范围有180℃～370℃和350℃～410℃两类。由原油、页岩油等经直馏或裂化等过程制得。根据原油性质的不同，有石蜡基柴油、环烷基柴油、环烷-芳烃基柴油等。根据密度的不同，对石油及其加工产品，习惯上对沸点或沸点范围低的称为轻，相反成为重。一般分为轻柴油和重柴油。石蜡基柴油也用作裂解制乙烯、丙烯的原料，还可作吸收油等。商品柴油按凝固点分级，如10、-20等，表示低使用温度，柴油广泛用于大型车辆、船舰、发电机等。主要用作柴油机的液体燃料，由于高速柴油机（汽车用）比汽油机省油，柴油需求量增长速度大于汽油。柴油具有低能耗、低污染的环保特性，所以一些小型汽车甚至高性能汽车也改用柴油，但由于中国柴油质量低劣，国外运转正常的柴油汽车进口到国内可能会频出故障甚至事故。主要指标是十六烷值、黏度、凝固点等。对柴油质量要求是燃烧性能和流动性好。燃烧性能用十六烷值表示愈高愈好，大庆原油制成的柴油十六烷值可达68。高速柴油机用的轻柴油十六烷值为42～55，低速的在35以下。密度0号柴油的密度在标准温度20℃，一般是0.84--0.86g/cm³之间。着火性高速柴油机要求柴油喷入燃烧室后迅速与空气形成均匀的混合气，并立即自动着火燃烧，因此要求燃料易于自燃。从燃料开始喷入气缸到开始着火的间隔时间称为滞燃期或着火落后期。燃料的自燃点（在空气存在下能自动着火的温度）低，则滞燃期短，即着火性能好。一般以十六烷值作为评价柴油自燃性的指标，也可以有柴油指数或十六烷指数表示。十六烷值十六烷值是指与柴油自燃性相当的标准燃料中所含正十六烷的体积百分数。标准燃料是用正十六烷与2-甲基萘按不同体积百分数配成的混合物。其中正十六烷自燃性好，设定其十六烷值为100，α-甲基萘（1-甲基萘）自燃性差，设定其十六烷值为0。也有以2、2、4、4、6、8、8-七甲基壬烷代替α-甲基萘（1-甲基萘），设定其十六烷值为15，十六烷值测定是在实验室标准的单缸柴油机上按规定条件进行的。十六烷6值高的柴油容易起动，燃烧均匀，输出功率大；十六烷值低，则着火慢，工作不稳定，容易发生爆震。一般用于高速柴油机的轻柴油，其十六烷值以40-55为宜；