当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第六章：燃烧的基础知识 > 6.2 可燃混合气的着火与着火理论 > Video
同学们好
这节课我们学习
可燃混合气的着火
与着火理论
着火Ignition是指
可燃混合气
进行化学反应
引起的突然加速
着火是燃烧过程的初始阶段
本质上也是燃烧
着火尽管是一个瞬间现象
却是一个极为复杂的过程
至今仍然有许多问题不清楚
对于发动机着火过程的解释
迄今有两种理论
即早期的热着火理论
和20世纪30年代提出的
链式反应着火理论
首先让我们来介绍热着火理论
对于如图所示的
有边界的均匀混合气
根据化学反应动力学
其反应速率
dq1/dt的表达式为6-1
式中C为反应常数
R为气体常数
T为气体温度
E为活化能
即使普通分子变为
活化分子所需最小能量
这就是放热速率的表达式
让我们再来看看
散热速率dq2/dt的表达式6-2
其中
A为导热系数
F为散热面积
热着火理论认为
当放热率＞散热率时
着火才为可能
即着火条件是
当dq1/dt>dq2/dt时
则肯定着火
dq1/dt＝dq2/dt时
处于临界着火
dq1/dt 则肯定不着火 可见 热着火理论的核心思想是什么 是热量的积累 基于热着火理论 人们可以解释一些 影响着火的因素 比如压力的影响 如图6-3 随压力的增高 临界着火温度降低 曲线以上为着火区 以下为不着火区 再比如浓度的影响 如图6-4 基本上都是在化学计量比 φa = 1时 临界着火温度Tc最低 另外 从图还可以看出 对于某一临界着火温度 存在着火浓限和着火稀限 以上热着火理论是建立在 分子碰撞理论基础上的 对于认识着火过程 有着重要的指导意义 但是它却并不能解释 所有的着火现象 比如图6-5中 低温时烃类燃料的着火特性 存在着火半岛 另外 即使不加热 用光或电激发 也会使混合气着火 这些现象都不能 用热着火理论来解释 而需要新的理论来解释 这就是链式着火理论 链式着火理论认为 高温并不是 引发着火的唯一原因 只要以某种形式 如辐射 电离 激发出活性中心 就能引起着火 反应物分子受激 首先产生活性中心 然后通过链式反应产生着火 可见 链式着火理论核心思想是 活化中心的积累 链反应的类型 有以下四种 (一) 直链反应 即1个活性分子1次反应 只产生1个新的活性中心 因此为等速反应 (二) 支链反应 1个活性中心1次反应 产生2个或2个以上的活性中心 因此为加速反应 (三) 退化支链反应 1个活性中心 通过支链反应产生1个 新的活性中心 和过氧化物或醛 反应速度比支链慢 但仍有自动加速的特点 (四) 断链反应 活性中心与容器壁面 或惰性气体分子碰撞 反应终止 以上链式反应类型可能不好理解 下面我们用 氢氧反应生成水为例 进一步解释： 2H2 + O2 = 2H2O 这是我们中学化学学过的反应式 但这个单步反应 实际上是不可能发生的 实际上 氢气和氧气反应最终生成水 要经历很多中间步骤 包含约20步反应 这里给出一些关键的反应步 R1为链激活反应 氢气分子与第三体碰撞获得能量 分解产生2个自由基氢原子 R2为直链反应 一个自由基羟基参与反应 产生另一个自由基氢原子 同时伴有另一个稳定分子水产生 R3为支链反应 一个自由基氢原子 参与反应产生两个新的自由基 羟基和氧原子 R4为断链反应 两个自由基 氢原子和羟基参与反应 生成稳定分子水 因此 燃料着火和燃烧 实际上是复杂的 化学反应动力学过程 以上是氢气的例子 实际发动机碳氢燃料 其燃烧化学反应动力学机理 更为复杂 涉及数百种燃烧中间产物 数千步化学反应途径 在不同温度和压力条件下 多种组分-共同存在 各种反应-相互竞争 大量试验研究表明 烃类燃料在高温和低温条件下 呈现不同的着火特性 如图6-5所示 可分为高温单阶段着火区 和低温多阶段着火区 该曲线也称为“着火半岛” 图中阴影线部分为冷焰区 冷焰是一种微弱的发光 形同火舌 温度低而不灼手 不能引燃混合气 当温度和压力进一步提高时 烃的链式反应由冷焰区 进入低温多阶段着火区 这幅图给出了 典型烃燃料的 低温多阶段着火过程 可分为4个阶段 第1阶段为 冷焰诱导阶段 即低温条件下烃分子 发生直链反应 生成过氧化物ROOH和乙醛 该阶段压力和温度都变化不大 第2阶段为冷焰阶段 此阶段过氧化物分解出甲醛 发出冷焰 释放能量约5%～10％ 压力和温度有所提高 第3阶段为蓝焰阶段 此阶段由甲醛的支链反应产生CO 并发出蓝光 其辉度和温度比冷焰高 称为蓝焰 温度和压力也有了进一步提高 第4阶段为热焰阶段 即当温度升高到一定程度后 反应明显加速 CO与大量活性基反应生成CO2 释放出大量的热 形成高温热焰 对于内燃机的 具体着火现象而言 柴油机的压缩着火 和汽油机的爆燃 具有低温多阶段着火的特点 而汽油机火花点燃 和柴油机着火后 喷入气缸内的燃料着火 具有高温单阶段的着火特点 应该指出的是 内燃机的着火过程是非常复杂的 因而关于着火理论的认识 也在不断深化之中 关于可燃混合气的着火 及着火理论就介绍到这里 同学们 再见
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
