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模型发动机燃油

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发表于 2010-5-13 10:45:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
    模型发动机有好多种类型。那么模型发动机所用的燃料也是多种多样的。经过人类多年的探索,基本形成了比较统一的认识。下面我们就燃料的特性和选择作一探讨,相信会对广大模型爱好者有所帮助。

    总的来说燃料可分为气态、液态和固态三大类。固体燃料目前只适用于外燃机(如蒸汽机和蒸汽轮机等)和火箭发动机,这里我们就不介绍了。除此之外的其它两大类都在模型发动机上有很好的应用。气体燃料无论从汽化性能还是同空气的混合性,以及燃烧的彻底性,都是非常好的燃料。但是它的贮存性能很差,需要专门的耐压容器来保存,一遇到猛烈碰撞有爆炸的危险。因此它的应用受到限制。目前只用于涡轮喷气模型发动机上。常用的气体燃料有;乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丁烷及液化石油气、天然气等。现在使用最多的燃料是液体燃料。它的来源丰富、热值高、贮存方便、安全系数高、容易掌握等优点。所以目前绝大多数的模型发动机都使用液体燃料,如甲醇、酒精、汽油、煤油等。

    模型发动机的燃油除了有提供燃烧的燃料,还有提供发动机正常运转所需的润滑油,有的还有添加剂。所以模型发动机的燃油是混合油。我们来研究一下混合燃油所包括的基本燃料、润滑油和添加剂这三大部分。
发表于 2016-3-22 09:21:09 | 显示全部楼层
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发表于 2016-8-2 09:23:43 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2010-5-13 10:48:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 hgmn 于 2010-5-13 10:53 编辑

   首先我们看一下有关燃烧方面的几个概念。

    燃烧范围:液体燃料汽化后与空气混和成一定比例(即达到一定浓度)范围才能燃烧。这个比例范围就是燃烧范围。可燃烧的最稀的混合气中,燃料蒸气所占的百分比,称为燃烧下限。可燃烧的最浓的混合气中,燃料蒸气所占的百分比,称为燃烧上限。不同的燃料,它的燃烧范围是不一样的。常见的燃料的燃烧范围见表一。

    闪点:液体燃料的温度升高时,它的空气中的蒸发速度也加快。当达到某一温度时,蒸发速度快到液体表面的混合气可以用专门的仪器点燃。这个温度就是该液体燃料的闪点。闪点是表示液体燃料蒸发和易燃程度的指标。

    自燃温度:浓度在燃烧范围内的混合可燃气达到某一温度时,不需点火即自燃。它是衡量燃料着火点的一个指标,同闪点不是一回事。例如压燃发动机,当混合气压缩到一定程度时,可燃气自燃发动机工作。
      热值:一公斤燃料在空气中完全燃烧时所产生的热量。它是衡量燃料所含能量的指标。

    表一、常见燃料燃烧特性
   
   

分子式

闪点


自燃温度

热值

千卡/公斤

燃烧范围



BENZENE

C6H6

1012

630

-

1.4-1.8

丙酮
ACETONE

CH3COCH3

-20

-

7300

3.0~13.0

乙醇ETHYL ALCOHOL

C2H5OH

9~11

-

7080

2.8~9.5

甲醇METHYL ALCOHOL

CH3OH

12

475

5300

5.5~21.0

乙醚
ETHER

(C2H5)2O2

-45

185

8800

1.7~48.0

汽油
PETROL

-

-45

415

10900

1.0~3.5

煤油
KEROSENE

-

6585

320

11500

0.6~3.5

柴油
DIESEL

-

4060

-

11000

-

蓖麻油
CASTOROIL

-

250

440

-

-

硝基甲烷NITROMETHANE

CH3NO2

-

-

2775

-

注:汽油、煤油和柴油不是单一的化合物,而是一些碳氢化合物的混合物,所以表中数据为约值。


 楼主| 发表于 2010-5-13 10:56:28 | 显示全部楼层
      熟悉了上述概念以后,我们就适宜模型发动机用的燃料做一讨论。燃烧范围的宽窄是评定燃料工作稳定性的指标。燃烧范围窄的燃料,发动机对油门非常敏感,对飞机飞行姿态的变化引起的油位变化也很敏感,很容易熄火。而燃烧范围宽的燃料,发动机对油门及油位不敏感,发动机比较稳定。从表一中我们可以看出,乙醚的燃烧范围最宽,甲醇次之。所以热火发动机使用甲醇作燃料,发动机较容易调整。压燃发动机使用乙醚和煤油作燃料,虽然煤油的燃烧范围很窄,但乙醚却很宽,两者中合也比较宽。闪点低的燃料容易燃烧,所以压燃发动机使用乙醚来起到点火作用。汽油容易爆燃,所以只用于电点火发动机(即汽油机)。对于模型发动机来讲,需要燃料提供较高的能量。但并不是燃料的热值越高越好。因为模型发动机单位时间吸入的气体是一定的。各种燃料在一定体积的空气中燃烧所产生的热量见表二。从中我们可以看出甲醇和乙醚各方面性能都不错,所以得到了广泛应用。从分子式中我们可以看出,甲醇和乙醚的含碳量都不很大,燃烧比较干净、积炭少。压燃发动机由于燃油中有煤油,所以积炭较多。清除积炭可用氨水浸一会儿,一擦就掉了。又由于甲醇来源丰富、价格较低。所以目前80%的模型发动机都用甲醇作燃料。
     为什么甲醇用于热火发动机,乙醚用于压燃发动机呢?这是因为甲醇的自燃温度是475℃,而乙醚的自燃温度是185℃。甲醇在发动机中除了压缩还需要点火(靠电热丝的红热点火),如果乙醚用于热火发动机会发生提前爆燃,使发动机无法工作。而甲醇若用于压燃发动机中,会由于其自燃温度太高无法工作(煤油的自燃温度是320~C)。甲醇的挥发性很好,在汽化器中能与空气很好地混合,使燃烧更充分。因此目前模型发动机中单位重量所产生功率最大的发动机种类,是用甲醇为燃料的热火发动机。
发表于 2010-5-13 10:56:34 | 显示全部楼层
普及的
 楼主| 发表于 2010-5-13 10:58:43 | 显示全部楼层
本帖最后由 hgmn 于 2010-5-13 11:00 编辑

表二、常见燃料混合气燃烧数据
燃料

燃料与氧气

的比例

混合气浓度


消耗225空气能提供的热量(千卡

甲醇

l15

1224

2114

乙醇

1:3

652


20
83

丙酮

14


4
97

2066

乙醚

16

3
37

2106


175
27l


21
02

煤油

1245

085

1983

汽油

l125

165

1763

 楼主| 发表于 2010-5-13 11:01:57 | 显示全部楼层
      以上讨论了模型发动机燃油中的基本燃料部分。接下来再谈谈润滑剂。模型发动机要求重量轻、结构简单,所以绝大多数都没有单独的润滑系统,而使用将润滑油混合于燃油的方法。燃油中的润滑油也进入燃烧室,因此要求润滑油具有良好的稳定性,不参与燃烧。它在各运转部件之间形成一层可以承受强大压力的油膜,使发动机运转顺畅,要求润滑油有足够的粘度。另外还要能溶于甲醇。综合这几个因素,蓖麻油是最合适的品种。它是从蓖麻籽提取的,润滑性能极佳,闪点在250℃以上,不易挥发和点燃,价格也不算贵,是理想的润滑油。所以传统的模型发动机都使用蓖麻油为润滑油。但近年由于模型发动机的设计水平不断提高,发动机的功率越来越大,工作温度也越来越高,在某些场合(如竞赛),需要发动机全功率输出,燃烧室壁上的温度可能超过250℃。这时蓖麻油可能有一部分发生燃烧且不完全,在活塞顶和气缸壁上形成一层脂状积碳。积碳越积越厚,会使活塞和气缸顶的传热性能变差,引起发动机过热。发动机过热的结果会造成热火头烧毁、发动机空中贫油乃至熄火、发动机马力下降、发动机零件受损等。为解决这个问题,有些配方的燃油中采用合成润滑油来代替蓖麻油。合成润滑油是用有机物质人工合成的,能溶于甲醇。这种润滑油在250℃的温度时可以完全燃烧,不留积碳。但是润滑油的燃烧会使润滑情况恶化,影响发动机正常工作和加剧零件磨损,合成润滑油的润滑性能也稍逊于蓖麻油。所以通常都用蓖麻油与合成润滑油混合使用,各取所长,有良好效果。
 楼主| 发表于 2010-5-13 11:06:36 | 显示全部楼层
      有时为了使模型发动机功率更大、工作更稳定,往往在燃油中加入添加剂。热火发动机使用硝基甲烷、四硝基甲烷、硝基乙烷、硝基丙烷等作添加剂。压燃发动机使用亚硝酸异戊酯为添加剂。从这里可以看出这些添加剂都是硝基化合物。因为在高温下硝基很不稳定,会分解放出氧气帮助燃烧,从而提升发动机的功率。另外硝基甲烷还能增加发动机的工作稳定性。
表三  部分燃油配方
热火发动机燃油

用途       甲醇     润滑油     硝基甲烷
磨合       75%    25%       0
F2B练习  75%    25%       0
标准        80%    20%       0
竞赛1      70%    20%       10%
竞赛2      45%    25%       30%
竞赛3       75%   25%       前者和的8%
 楼主| 发表于 2010-5-13 11:08:55 | 显示全部楼层
压燃发动机燃油配方

用途            乙醚      煤油     润滑油      亚硝酸异戊酯
磨合、标准     1          1           1               0
竞赛1          39%       40%     20%           1%
竞赛2          45%       45%       8%           2%
竞赛3           42%      43%      30%          5%
普通             34%      35%      30%          1%
 楼主| 发表于 2010-5-13 11:09:19 | 显示全部楼层
      燃油的配制可用量杯量取。甲醇和蓖麻油可用工业品或试剂,乙醚可用医用的或试剂,煤油用一般的灯油即可。工业甲醇杂质较多,应过滤使用。这些物品都可在化工或医药商店买到。注意:当甲醇有颜色时不要买,因含水较多;蓖麻油有絮状沉淀也不要购买。配制时应先倒入比重较小的燃料,再倒入润滑油,混合后再加入添加剂。一般情况最好不用添加剂。
      由于我们使用的燃油中含有有毒成份,所以使用千万小心。硝基甲烷为无色透明液体,毒性很大,进入人体会对神经系统、肝、肾造成严重损害。它在空气中的浓度达到1000PPM时,可使田鼠等小动物死亡。另外硝基甲烷遇到猛烈碰撞会发生爆炸。误服甲醇会危害呼吸和循环系统,会导致永久性失明,100毫升可致人死地。甲醇的挥发性很强,易燃。乙醚有一种特殊气味,吸入过多会使人麻醉。所以配制时要保持良好的通风,最好在室外进行。如果自己的手有伤,一定要戴防护手套。尽量避免燃油与皮肤接触。配制和使用油料时不要吸烟。如果油料溅入眼睛,应立刻用清水冲洗。装硝基甲烷的容器不能装满,要留有空间。燃油桶要有明显的危险标志,要远离儿童。蓖麻油不容易洗涤,尽量避免沾在衣服上,如果沾上了,可用洗涤灵洗涤。
发表于 2010-5-13 11:16:00 | 显示全部楼层
顶上去
发表于 2010-6-9 22:31:56 | 显示全部楼层
很好的教学资料
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 楼主| 发表于 2012-2-24 14:37:18 | 显示全部楼层
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发表于 2012-3-1 20:31:05 | 显示全部楼层
辛苦了,很好
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发表于 2012-3-18 22:21:36 | 显示全部楼层
受教了
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发表于 2012-3-22 22:17:27 | 显示全部楼层
学习了,楼主真是辛苦了
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