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三. 气体燃料 1． 天然气
天然气主要成分是甲烷，还含有乙、丙、丁烷以及CO2。天然气与汽油、柴油相比，燃烧时的理论混合低热值及火焰温度等接近于汽油，辛烷值高于110，抗爆性优于汽油。 2． 氢气
是一种取之不尽用之不竭的燃料，其单位质量热值在所有燃料中是最高的，有较宽的着火界限，火焰传播速度高，缺点是存储容积大，难于保存。 3． 液化石油气
常温常压下是一种无色、无毒、无味的气体，主要成分是丁烷（占62%~72%）；与汽油相比，汽化潜热高，相同压缩比时，压缩终点压力低，温度低，着火温度高，冷起动性及加速性差，沸点低（<00C），在进气管中已雾化好，因而充量系数小。 四. 液体燃料
1． 醇类燃料：甲醇，乙醇。特点是：辛烷值高、热值低，HC和CO 排放低。 2． 植物油燃料：菜籽油、棉籽油、花生油、蓖麻油、桐油、桉树油等。特点是：雾化性差，燃烧不完全，严重积碳，自然性低。 §2.2 燃烧热化学
一. 燃烧前后的工质变化
1． 燃料完全燃烧所需空气量
组成发动机燃料的主要元素成分是碳（C）、氢（H）和氧（O），其它成分较少，计算时可略去。
设1kg燃料中各元素质量组成为：
gc?gH?gO?1
式中，gc、gH、gO分别为1kg燃料中C、H、O的质量。
C、H与空气中的氧完全燃烧生成CO2和H2O的组分间的化学反应方程式为： C + O2 CO2 H2 +
10.5 O2 H2O 212kg 32kg 44kg 2kg 16kg 18kg
811gc gc gH 8gH 9gH 33112kg 1kmol 1kmol 2kg kmol 1kmol
21111gc gc gc gH gH gH
121242gc
1kg燃料完全燃烧所需的氧气量为：
已知氧占空气量的23.2%，于是，1kg燃料完全燃烧所需的空气量l0为
8gc + 8gH -gO [kg / kg 燃料] 3l0 =
（2-1）
18（gc + 8gH -gO ） [kg / kg 燃料]
0.2323 9
L0 =
（2-2）
1111（gc + gH -gO） [kmol / kg 燃料] 0.2112432l0=14.8 L0=0.512 (汽油) l0=14.3 L0=0.495 （柴油）
2． 燃烧前后工质摩尔值变化及分子变化系数
燃烧前吸入的空气量为：M1??aL0 [kmol / kg 燃料] （柴油机）
M1??aL0?式中，1/mT ——燃料蒸汽的摩尔值
燃烧后的工值摩尔值为：
1 [kmol / kg 燃料] （汽油机） mT11gc + gH [kmol / kg 燃料] 12211111 ??aL0-（gc + gH -gO）+gc + gH
1241223211 ??aL0 + gH + gO
432M2??aL0- 0.21L0 +
工质摩尔值的变化量：
?M?M1?M2=
（2-3）
11gH + gO （柴油） 432?M?M1?M2=
111gH + gO - （汽油） 432mT（2-4）
在不计燃油本身的体积时，ΔM仅与燃料中的H、O数量有关，而与C和Φa无关。 理论分子变化系数μ0为：
?0?M2?M ?1?M1M111gH?gO0.064432?0??1?
?aL0?a对（2-5）
于柴油机：
111gH?gO?432mT0.087?1?对于汽油机： ?0? （取mT=115）
1?a?aL0?mT（2-6）
实际分子变化系数μ为：
10
??（2-7） 式中，?r?M2?Mr?0??r?M1?Mr1??r
Mrm ——残余废气系数或?r?r
m1M1Φr—每循环每缸的残余废气量与新鲜充量的比值。 ?E??mr——排气再循环率。 ?)(m1?mr二. 燃料及可燃混合气的热值
1． 燃料热值
可燃混合气在燃烧前为反应物R，经燃烧等化学反应变为生成物P，同时放出热量Q1。由热力学第一定律，有：
Q1?UP?UR?W
?UP?UR??pdV
VRVP式中，Q1——反应热，吸热为正，放热为负 UP，UR——生成物与反应物的总内能
W——反应过程中系统与外界交换的体积功 VP，VR——生成物与反应物的体积
P，V——反应过程中系统的压力与体积
反应热是反应过程和燃前状态的函数，如果使系统体积不变，温度不变，则反应热为一定植，如果使系统压力不变，温度不变，则
Q1?Up?UR?p?VP?VR??HP?HR=常数。HP，HR是生成物与反应物的总焓。因
此，人们规定：
定容热值：单位质量的燃料在标准热化学状态条件，定容、定温下完全燃烧所放出的热量。
定压热值：单位质量的燃料在标准热化学状态条件，定压、定温下完全燃烧所放出的热量。
定压热值与定容热值差值不大，实用上多采用定压热值，因其秒年便于测定。 2． 可燃混合气的热值
燃烧时的缸内工质是燃料与空气组成的可燃混合气。可燃混合气的质量热值按公式（1-7）被定义为，单位质量混合气在热标准状态下完全燃烧所释放的热量，即：
Hum?Hu/?1??al0?。也可按单位摩尔或单位体积混合气的释放热量来定义，即：
?Hum?m?Hu（2-8）
?1???L??a0M??r??
11
或 （2-9）
?Hum?V??1???Hu?24.45??L??a0M???
r????第三章
§3.1 理想工质的理想循环
循环分析与能量利用
一. 模型的基本假设
a) 工质为理想气体，整个循环过程中工质的成分、物性参数不变；
b) 整个循环过程为封闭的热力循环。压缩、膨胀过程为绝热过程；燃烧过程按等
容、等压组合的不同模式进行简化；放热过程为定容放热。
c) 换气过程为气门在上下止点间瞬间开关，无节流损失，缸内压力不变的流入、
流出过程。
二. 理想循环的类型及参数表达式 1． 理想循环的类型
混合加热循环（Sabathe）：等容+等压加热 等容加热循环（Otto）：等容加热 等压加热循环（Diesel）:等压加热
2． 理想循环及参数表达式 1) 混合加热循环
设工质质量为m kg，则：
吸热量 Q1?Q1v?Q1p?mcv(Tz??Tc)?mcp(Tz?Tz?) 放热量 Q2?mcv(Tb?Ta) 在a—c过程中， paVa?pcVck
kpaVapV?cc Tc?Ta?k?1 TaTcVa?1?VsVc Vc 压缩比：
??在c— z’过程中，
pz?Tz? ?pcTcpz? 压力升高比 pcTz??Ta??k?1
设?? 12