可燃混合气
二、可燃混合气
主讲：邹鹏
第五章：汽油机燃料供给系统
一、可燃混合气浓度的表示方法
可燃混合气体浓度：可燃混合气中空气与燃油的比例称为可 燃混合气体成分或可燃混合气体浓度，通常用过量空气系数 （中国采用）和空燃比（欧美一些国家采用）表示。 过量空气系数：燃料燃烧时实际供给的空气量与理论空气量 之比。比值等于1是理想混合气，比值小于1为浓混合气，比 值大于1为稀混合气。 空燃比：是混合气中空气与燃料之间的质量的比例。一般用 每克燃料燃烧时所消耗的空气的克数来表示。标准值为14.7， 比值等于14.7成为理想混合气或化学计量空燃比，比值小于 14.7称为浓混合气，比值大于14.7称为稀混合气。
二．可燃混合气的浓度对发动机性能的影响
（1）浓混合气 α 〈1 α =0.88时，发动机发出的功率最大，因为这种浓度的混合气 中汽油分子密集；相应于最大功率的 α 值是不一样的一般为 0.85～0.95。 （2）标准混合气 α =1 和α =0.88相比，燃烧速度有所降低功率减小2%，耗油率约 增加4%。 （3）稀混合气 α 〉1 α =1.11时，耗油率最低，发动机经济性最好，一般为 α =1.05～1.15。 （4）α 〈0.88的混合气称为过浓混合气； α 〉1.11的混合气 称为过稀混合气。混合气过浓或过稀，都会使发动机功率降 低，同时耗油率也增加，而且还会出现使发动机起动困难或 熄火等不良现象。
各工况具体要求：
（1）起动工况：多而浓 α =0.2～0.6；原因是冷车起动时， 汽油蒸发条件差。
（2）怠速工况：少而浓 α =0.6～0.8；原因是发动机对外 不输出功率，仅克服内部阻力，以最低稳定转速运转，速度 约为300～400r/min。 （3）小负荷工况：稍浓 α =0.7～0.9； （4）中等负荷工况：较经济的混合气 α =1.05～1.15；原 因是汽车大部分时间都在这个时间里故经济性是主要的。 （5）大负荷和全负荷：较浓的混合气 α =0.8～0.9；原因是 要求发出最大功率。 （6）加速工况：额外供给汽油，原因是节气门突然加大。
第三章第4节 可燃混合气的形成
分隔式
涡流室 复杂
空间雾化 为主
预燃室 复杂
空间雾化
压缩涡流
要求较低 轴针式 10～15 大 难 16～20 低 <5000 <100
燃烧涡流
要求低 轴针式 8～13
最大 最难 18～22
低 <3500 160～200
要求高 多孔6～12
20～40 小
容易 12～15
高 <1500 >200
半开式
一般 空间雾化 为主（进气
涡流） 进气涡流
较强 要求较高 多孔4～6 18～25
较小 较易
16～18
高 <4000 <150
球形 一般
油膜蒸发
进气涡流 最强 一般
单孔或双孔 17～19 较小 难 17～19 较低 <2500 90～130
室壁面上，靠强烈的进气涡流将燃油在燃烧室壁面上摊布成
一层很薄的油膜，油膜受热逐层蒸发并与空气混合。
优点:燃烧柔和、无烟。
但是对空气涡流要求较高，适用于半开式(或球形)燃烧
室的小型高速柴油机。
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二、影响混合气形成的因素
燃油 雾化质量
影响可燃混合 气形成的因素
燃烧室内空气 涡动情况
压缩终点 气缸热状态
优点：工作柔和，燃烧噪声
小，排烟少，过量空气系数
小，对燃油品质适应性强。
缺点：起动性能差（燃油雾
化差），变负荷性能差，高
低速运转性能差别大，在大
缸径上应用困难。
仅限于某些小型高速柴油机。
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4、涡流室式燃烧室（主、副燃烧室）
燃油全部喷入副燃烧室， 空气沿通道进入副燃烧室， 形成可燃混合气并燃烧。
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
简述柴油机混合气的形成和燃烧过程的主要特点
柴油机混合气的形成主要通过喷油器将柴油喷入气缸内，并与空气混合形成可燃的混合气。
在柴油机中，柴油的喷射是通过高压喷油系统实现的，喷油器会将柴油以高速喷入气缸内，形成小的液滴。
随着喷雾进一步扩散和混合，柴油蒸发成为气态，与周围的空气发生反应，形成高温、高压的混合气。
柴油机燃烧过程的主要特点有以下几点：
1. 自燃性：柴油机的燃烧过程是自燃的，即燃料不需要预先混合空气，在高温和高压的条件下，柴油会自发地点燃。
2. 气缸压力高：由于柴油机采用的是压燃式燃烧方式，混合气在气缸内的压力相对较高，通常达到较高的压缩比，从而增加了柴油机的热效率和功率。
3. 燃烧过程较长：相对于汽油机的燃烧过程来说，柴油机的燃烧速率较慢。
这是因为柴油燃料的自燃性会引起燃烧的延迟，混合气的蒸发和扩散时间相对较长。
4. 高温高压条件下生成大量烟雾：由于柴油燃烧过程中温度和压力较高，同时还有一部分未完全燃烧的碳氢化合物存在，因此柴油机的排放中常常会产生大量的烟雾和颗粒物。
综上所述，柴油机混合气的形成和燃烧过程具有高压、自燃、延迟燃烧和较高的烟雾排放等特点。
这些特点决定了柴油机在高负荷工况下有较高的热效率和牵引力，适用于重载和长途运输等场景。
第七章 汽油机混合气的形成与燃烧
T 在压缩过程中，混合气的 P 、 ，使这一部分燃料与空 气中的氧气接触，开始了氧化过程，但很缓慢。由于 ，且汽 T 不能使 油本身有较高的热稳定性，在压缩终了，气缸内 P 、 混 合气自燃。 在火花塞点火后，由于电火花的高能量，使火花发生处的混 T 合气温度迅速升高，氧化加剧。随着化学反应的进展，放出热量 增加，这些热量一部分使反应气体本身 ，另一部分传给附近 混合气，也发生化学反应，当反应的混合气温度升高到一定程度 后，形成发火区——火焰中心。 从气缸内混合气总体来说，此时发热总量不多，气缸中压力 的变化规律基本上与压缩过程相同。 着火落后期是混合气燃烧的准备时期，其延迟长短，与混合 气的性能（ 、燃料品质）及压缩终了的压力、温度有关——主 要决定于压缩比大小。
2、明显燃烧期 指火焰由火焰中心烧遍整个燃烧室的阶段 ，因此也可称为火焰 传播阶段。 在示功图上指气 缸压力线脱离压缩线 开始急剧上升（图中 2点）到压力达到最 高点(图中3点)止。 燃烧的主要时期。
明显燃烧期的火焰传播 在均值混合气中，当火 焰中心形成之后，火焰向 四周传播，形成一个近似 球面的火焰层，即火焰前 锋，从火焰中心开始层层 向四周未燃混合气传播， 直到连续不断的火焰前锋 扫过整个燃烧室。
图７-１ 化油器式内燃机燃油供应系统示意图 １—主量孔 ２—浮子室 ３—燃油喷管 ４—喉管 ５—节气门
二、简单化油器特性与理想化油器特性
１.简单化油器特性
图７-2 简单化油器 １—节气门 ２—主量孔 ３—浮子室 ４—进油阀门 ５—浮子 ６—浮子室通气孔 ７—喉管 ８—主喷口
第二节
汽油机的燃烧过程
这种循环间的燃烧变动使汽油机空燃比和 点火提前角调整对每一循环都不可能处于最佳 状态，因而油耗上升，功率下降，不正常燃烧
第四节 可燃混合气的形成
来说，是关键因素） --燃烧室内空气涡动状态（对中小型机
来说，是关键因素） --压缩终点时压缩温度与压缩压力。 --燃烧室形式，与空气涡动状态关联。
二、缸内空气涡流的形式与作用
柴油机气缸内空气绕气缸轴线有规则的流 动
1空气涡动的形成
©球形 其他：w、半球形、三角形
混合形式：油膜蒸发混合法，一方面利用 喷雾，另一方面利用进气涡流和挤压涡流。
优点：经济性好，过量空气系数较 小，燃烧室工作柔和、热负荷、机 械负荷较小
缺点：变负荷性能差，高低速运转 性能差 主要用于小型高速柴油机
3.涡流室式燃烧室
组成：主、副两室，主室为压缩 室（余隙容积），副室（涡流室） 设在气缸盖内，呈球形或圆柱形。 以切向通道连通。如图所示，在 柴油机的压缩行程主室中的空气 被压缩并沿切向通道进入涡流室 形成强烈旋转气流，而燃油则在 压缩行程末期顺着气流方向全部 喷入涡流室。发火、燃烧之后， 压力升高，燃气带着油气充入主 室与室内空气完全混合和燃烧。
（4）燃烧涡流：在 预燃室式燃烧室中才 有。见右下图。
2.空气涡流的作用
在燃烧室中空气涡流对混合气形成的作用 Байду номын сангаас要是：
（1）可促使油束分散，增大混合范围
空气的涡流可让油束外围的细小油粒偏向 空气涡流轨迹，涡流越强，气流对油束的 吹散作用越大，即加速燃前混合
（2）热混合作用
在发生燃烧后，空气涡流可使新鲜空气与 燃气在密度作用下发生分离运动。小的燃 气向燃烧室中心运动，大的空气被挤到燃 烧室外缘。以促进与未燃燃油混合。
混合形式：利用涡动法（压缩涡动）。对 燃油喷射系统要求有所降低，采用孔径较 大的单孔喷油器和很低的喷射压力（1215MPa)
空燃比
关键是要保证氧传感器工作正常。如果燃油中含铅、硅就会造成氧传感器中毒。此外使用不当，还会造成氧传感器积碳、陶瓷
碎裂、加热器电阻丝烧断、内部线路断脱等故障。氧传感器的失效会导致空燃比失准，排气状况恶化，催化转化器效率降低，
长时间会使催化转化器的使用寿命降低。
比值
发动机工作时，燃料必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以燃烧的混合气，这就是空燃比。从理论上说，每克燃料完全燃烧所需的最少的空气克数，叫做理论空燃比。各种燃料的理论空燃比是不相同的：汽油为14.7，柴油为14.3。 空燃比
空燃比大于理论值的混合气叫做稀混合气，气多油少，燃烧完全，油耗低，污染小，但功率较小。空燃比小于理论值的混合气叫做浓混合气，气少油多，功率较大，但燃烧不完全，油耗高，污染大。 汽油机的空燃比在12～13时功率最大，在16时油耗最低，在18左右污染物浓度最低。因此，为了降低油耗和减少污染，应当尽量使用空燃比大的稀混合气，只在需要时才提供浓混合气。这种做法，叫做稀薄燃烧，已为当今多数汽油发动机采用。 影响汽油发动机排放的最主要因素是混合气的空燃比， 理论上一公斤燃料完全燃烧时需要14.7公斤的空气。这种空气和燃料的比例称为化学当量比。空燃比小于化学当量比时供给浓混合气，此时发动机发出的功率大，但燃烧不完全，生成的CO、HC多；当混合气略大于化学当量比时，燃烧效率最高，燃油消耗量低，但生成的NOx也最多；供给稀混合气时，燃烧速度变慢，燃烧不稳定，使得HC增多。在电控汽油喷射系统中采用闭环控制的方式，将空燃比控制在化学当量比附近，并在排气系统中消声器前安装一个三元催化转化器，对发动机进行后处理，是当前减少汽车排气污染物的最有效方法。在化学当量比附近，转化器的净化效率最高。
控制方
式
实验：气相色谱法分析天然气成分[精心整理]
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实验：气相色谱法分析天然气成分[精心整理] 实验三气相色谱法分析天然气成分一、实验目的燃气是一种可燃混合气体，其成分是一个重要参数，它关系到燃气的质量如何。
因此我们有必要对然其成分进行分析，这样就可以得出可燃混合气中各种成分的体积百分比，进而可以计算得出燃气的热值和密度，分析该燃气的质量如何。
二、试验方法及原理到目前为止，分析燃气成分最好的办法是使用气相色谱法。
气相色谱法是一种物理化学分离分析方法。
分析燃气成分时，我们通过色谱仪的定量管把被测燃气样品送进气相色谱仪的进样口内，燃气样品中的各种组分，经过进样口后被载气送进色谱柱逐渐被分离，然后进入检测器，由检测器把通过色谱柱后，按一定顺序逐个流出的各组分的浓度信号转变为电信号，经过测量臂检测，形成按时间顺序排列的谱峰面积图，这些色谱图通过微机软件定性分析处理和定量计算后，就可以求得被分析燃气样品中各组分的百分含量。
因此在气相色谱仪中，色谱柱和检测器是两个关键的组成部件，下面就这两个部件的原理简要介绍。
1.色谱柱的分离原理在气象色谱仪中有两相，一个是固定相，另一个是流动相。
对填充柱而言，固定相系指填充在色谱柱中的固体吸附剂，或在惰性固体颗粒(或载体)表面涂有一层高沸点有机化合物(称为固定液)。
流动相是由不会与被测气样和固定液起化学反应，也不能被固定相吸附或溶解的气体(称为载体)和其所携带的被测气样组成，它在色谱柱中与固定相作相对运动。
当气样通过色谱柱时由于色谱柱中的固定相对被测气样中的各组分有不同的吸附和溶解的能力，这也称为气样中各组分在固定相和流动相中有不同的分配系数。
当燃气气样被载气带入色谱柱中，并不断向前移动时，分配系数(即被固定相溶解和吸附的能力)较小的组分移动速度快，而分配系数较大的组分移动速度较慢。
这样分配系数小的组分先流出色谱柱。
分配系数大的组分后流出色谱柱，从而达到各组分分离的效果。
检测器2.用于燃气分析的检测器很多，最常用的有热导检测器(TCD)和火焰离子化检测器(FID),现我们只介绍热导检测器(TCD)。
燃烧学-4.预混合气燃烧及火焰传播
层流火焰概念、结构特征、传播机理、传播速度计算，层 流火焰传播速度影响因素 ，湍流火焰概念 ，湍流火焰传播理论 与传播速度，爆震燃烧理论。
层流火焰结构、传播机理，湍流火焰传播两种理论
层流火焰传播的数学模型建立与推导，湍流火焰传播理论
概述
一、预混合燃烧概念
定义
燃料和氧（或空气）预先混合成均匀的混 合气，此可燃混合气称为预混合气，预混合气 在燃烧器内进行着火、燃烧的过程称为预混合 燃烧（premixed combustion）。
四、预混层流火焰传播的数学模型
基本方程的建立
假设：假定在一绝热圆管内火焰前沿以速度Sl 沿
管子传播，并假定火焰前沿为平面形状。 忽略混合气粘性、体积力、辐射热和管壁 的影响，以及由于浓度梯度引起的热扩散 效应。
取火焰面厚度为△x的气体层为控制体。
基本方程：
连续方程 ： 能量方程： 组分扩散方程： 状态方程：
火焰的特征
具有发热、发光特征；—— 辐射现象 具有电离特性； 具有自行传播的特性。
火焰的分类
火焰自行传播
Байду номын сангаас
缓燃火焰(或称正常火焰) ( 0.2-1m/s )
爆震火焰（4. 3）
预混火焰 （第四章）
燃料与氧化剂在进入反应区以前有无接触 扩散火焰 （第五章）
火焰状态
移动火焰 驻定火焰
湍流火焰与层流火焰的区别
火焰面的热量和活性中心向未燃混合气输运：层流火 焰是通过热传导和分子扩散使火焰传播下去。而湍流 火焰是靠流体的涡团运动来激发和强化，受流体运动 状态所支配。
火焰的燃烧区域：湍流火
焰的燃烧不仅在火焰前沿
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课题：可燃混合气第27~28 课时教学目标：掌握可燃混合气的表示方法及形成过程
重点：过量空气系数和空燃比的概念
难点：表示混合气的稀浓
教学过程：
一．课前提问
1．燃料供给系的作用？
2．燃料供给系的组成？
3．燃料供给系的供给过程？
二．可燃混合气的形成过程
在进气行程中，由于活塞由上止点向下止点运动，缸内产生真空度，汽油在压力差的作用下，有喷管被吸出，喷出的汽油在喉管中遇到高速空气流而被冲散、形成细小的雾状颗粒，并逐步被汽化。
汽油经过进气歧管时，有一部分没有被汽化的汽油，在进入气缸后，与上一循环的残余废气和高温机件接触而被加热，在涡流的作用下，使汽油彻底汽化，即形成了可燃混合气。
（可燃混合气是汽油通过雾化、汽化并与空气以一定比例混合的汽油空气混合物）
三．可燃混合气的表示方法
（1）空燃比：就是可燃混合气中的空气质量（kg）与燃油质量（kg）的比值，用R表示。
R=空气质量（KG）/燃油质量（KG）
理论上讲，在混合气中，1KG汽油完全燃烧，约需15KG空气与其混合。
比例15：1。
即R=15；
标准混合气R=15 经济混合气：R=15.8~17.3
浓混合气R〈15 功率混合气：R=12.3~14.2
稀混合气R〉15
（2）过量空气系数
α=实际燃烧1KG汽油所需的空气质量/理论上燃烧1KG汽油所需的空气质量α=1时，标准α=1.05～1.15时，经济混合气
α〈1时，浓
α〉1时，稀α=0.85～0.95时，功率混合气四．可燃混合气燃烧必须符合的条件
汽油与空气以一定的重量比例混合，汽油在空气中彻底雾化，蒸发并与空气均匀地混合。
五．小结
六．作业：同步训练及课后练习。