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1、Department of Automotive Engineering Tsinghua University 点燃式和压燃式内燃机点燃式和压燃式内燃机点燃式和压燃式内燃机点燃式和压燃式内燃机 工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控 Email: sjshuai Phone: 010-62772515-14 汽车发动机原理汽车发动机原理汽车发动机原理汽车发动机原理 帅石金帅石金帅石金帅石金 清华大学清华大学清华大学清华大学 汽车工程系汽车工程系汽车工程系汽车工程系 Departm
2、ent of Automotive Engineering Tsinghua University 燃料理化特性 燃料理化特性燃料理化特性燃料理化特性决定了内燃机混 合气形成和着火方式，是造成内燃 机不同工作方式的决定因素 燃料热值 决定了内燃机混 合气形成和着火方式，是造成内燃 机不同工作方式的决定因素 燃料热值燃料热值燃料热值（混合气热值），既 是内燃机原理的基础之一，也是影 响动力性和经济性 （混合气热值），既 是内燃机原理的基础之一，也是影 响动力性和经济性“量量”环节的主要 因素之一 工质热力参数 环节的主要 因素之一 工质热力参数工质热力参数工质热力参数对循环热效率有 巨大的影响，
3、是决定内燃机动力 性、经济性 对循环热效率有 巨大的影响，是决定内燃机动力 性、经济性“质质”环节的重要因素 燃油组分 环节的重要因素 燃油组分燃油组分燃油组分对燃烧和排放有重要 影响，是发动机满足严格排放法规 的关键环节之一 对燃烧和排放有重要 影响，是发动机满足严格排放法规 的关键环节之一 讲课内容讲课内容 第一部分：动力输出与能量利用第一部分：动力输出与能量利用 第1章 性能指标与影响因素 第2章 燃料、工质与热化学 第3章 工作循环与能量利用 第4章 换气过程与进气充量 第5章 运行特性与整车匹配 第1章 性能指标与影响因素 第2章 燃料、工质与热化学 第3章 工作循环与能量利用 第4
4、章 换气过程与进气充量 第5章 运行特性与整车匹配 第二部分：燃烧与排放第二部分：燃烧与排放 第6章 燃烧的基础知识 第7章 柴油机混合气形成与燃烧 第8章 汽油机混合气形成与燃烧 第9章 有害排放物的生成与控制 第10章 新燃烧方式与新能源动力系统 第6章 燃烧的基础知识 第7章 柴油机混合气形成与燃烧 第8章 汽油机混合气形成与燃烧 第9章 有害排放物的生成与控制 第10章 新燃烧方式与新能源动力系统 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 1.燃料及其理化特性 2.汽油机与柴油机工作模式的差异 3.工质及其热力特性
5、 4.燃烧热化学 1.燃料及其理化特性 2.汽油机与柴油机工作模式的差异 3.工质及其热力特性 4.燃烧热化学 讲课内容讲课内容 第一部分：动力输出与能量利用第一部分：动力输出与能量利用 第1章 性能指标与影响因素 第2章 燃料、工质与热化学 第3章 工作循环与能量利用 第4章 换气过程与进气充量 第5章 运行特性与整车匹配 第1章 性能指标与影响因素 第2章 燃料、工质与热化学 第3章 工作循环与能量利用 第4章 换气过程与进气充量 第5章 运行特性与整车匹配 第二部分：燃烧与排放第二部分：燃烧与排放 第6章 燃烧的基础知识 第7章 柴油机混合气形成与燃烧 第8章 汽油机混合气形成与燃烧 第
6、9章 有害排放物的生成与控制 第10章 新燃烧方式与新能源动力系统 第6章 燃烧的基础知识 第7章 柴油机混合气形成与燃烧 第8章 汽油机混合气形成与燃烧 第9章 有害排放物的生成与控制 第10章 新燃烧方式与新能源动力系统 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 石油会枯竭吗？石油会枯竭吗？ 2015 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 没有石油内燃机还能转吗？没有石油内燃机还能转吗？ 一次能源一次能源 Crude oil 石油石油 Natu
7、ral gas 天然气天然气 Coal 煤炭煤炭 Biomass 生物能源生物能源 Nuclear energy 核能核能 Solar energy 太阳能太阳能 二次能源二次能源(能源载体能源载体) Diesel 柴油柴油 Gasoline 汽油汽油 LPG 液化石油气液化石油气 CNG 压缩天然气压缩天然气 Methanol 甲醇甲醇 Ethanol 乙醇乙醇 RME 菜籽油甲脂（生物柴油）菜籽油甲脂（生物柴油） Hydrogen 氢气氢气 Fossil Energy 化石 能源 化石 能源 Alternative Fuels/New Energy 替代燃料替代燃料/ 新能源新能源 内燃机
8、将高效、清洁地转下去！内燃机将高效、清洁地转下去！ CTL/GTL/BTL 合成柴油合成柴油 Electricity 电电 Wind energy 风能风能 Hydraulic 水能水能 Renew- able Energy 可再生 能源 可再生 能源 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 氢气氢气代用燃料 生物柴油（甲脂），合成酯酯类代用燃料 甲基叔丁基醚（ 氢气氢气代用燃料 生物柴油（甲脂），合成酯酯类代用燃料 甲基叔丁基醚（MTBE），乙基叔丁基醚（），乙基叔丁基醚（ETBE），叔戊基甲醚（），叔戊基甲醚（TAM
9、E），二 甲醚（ ），二 甲醚（DME），二异丙基醚（），二异丙基醚（DIPE），二正戊基醚（），二正戊基醚（DNPE）等 醚类代用燃料 甲醇，乙醇等醇类代用燃料 含氧 代用 燃料 ）等 醚类代用燃料 甲醇，乙醇等醇类代用燃料 含氧 代用 燃料 CNG，LNG，LPG，BTL，CTL，GTL等烃类代用燃料按化学成份分 煤粉（与燃料油或乳化剂混合）固体代用燃料 甲醇，乙醇，生物柴油， 等烃类代用燃料按化学成份分 煤粉（与燃料油或乳化剂混合）固体代用燃料 甲醇，乙醇，生物柴油，BTL，CTL，GTL等液体代用燃料 氢气， 等液体代用燃料 氢气，CNG，LNG，LPG，DME，煤气，沼气等气体代用燃
10、料按形态分 生物柴油， ，煤气，沼气等气体代用燃料按形态分 生物柴油，DME，CTL，GTL，BTL等柴油（压燃）代用燃料等柴油（压燃）代用燃料 CNG、LPG、甲醇、乙醇、氢气等汽油（点燃）代用燃料按代用或着火 方式分 各种植物油，如菜籽油、豆油、棉籽油、棕榈油、椰子油和葵花油等 植物油或动物油脂加工成的酯类化合物（生物柴油） 生物燃料制柴油（ 、甲醇、乙醇、氢气等汽油（点燃）代用燃料按代用或着火 方式分 各种植物油，如菜籽油、豆油、棉籽油、棕榈油、椰子油和葵花油等 植物油或动物油脂加工成的酯类化合物（生物柴油） 生物燃料制柴油（BTL） 植物或农作物制取乙醇等 生物质代用燃料 压缩天然气（
11、 ） 植物或农作物制取乙醇等 生物质代用燃料 压缩天然气（CNG），液化天然气（），液化天然气（LNG），液化石油气（），液化石油气（LPG） 煤制甲醇，煤制二甲醚（ ） 煤制甲醇，煤制二甲醚（DME），煤制柴油（），煤制柴油（CTL），天然气制柴油（），天然气制柴油（GTL）等 矿物质代用燃料按来源分 燃料燃料种类分类方法 ）等 矿物质代用燃料按来源分 燃料燃料种类分类方法 发动机替代燃料的分类发动机替代燃料的分类 替代燃料替代燃料除石油汽油、柴油以外的烃类除石油汽油、柴油以外的烃类/醇类醇类/醚类醚类/酯类酯类/氢气等燃料氢气等燃料 Department of Automotive Eng
12、ineering Tsinghua University ? ? AlkAlka anesnesor ParaffinsParaffins- single bonds between carbons - CnH2n+2 ? ? AlkAlke enesnesor OlefinsOlefins- one or more double bonds between carbons - CnH2n ? ? AlkAlky ynesnesor AcetylenesAcetylenes- one or more triple bonds between carbons - CnH2n-2 H H H HC
13、 methane H H H HC ethane H H C HH H HC propene or propylene H C H C H H C ethene or ethylene H H C H H C 1, 3 butadiene H C H C H H C HC ethyne or acetylene HC 烷烃烷烃 烯烃烯烃 炔烃 甲烷乙烷 异辛烷 乙烯丙烯丁二烯 乙炔 炔烃 甲烷乙烷 异辛烷 乙烯丙烯丁二烯 乙炔 H H HC 2, 2, 4 trimethylpentane (iso-octane) C C C H H C H C C H H CH H HH H HH H H
14、H C-C单健单健 CC双健双健 CC三健三健 多键非饱和烃结合牢固，不易断链，不易自燃 但不饱和烃安定性差，长期存放容易氧化变质 多键非饱和烃结合牢固，不易断链，不易自燃 但不饱和烃安定性差，长期存放容易氧化变质 饱和烃，氧化安定 性好；异构体结构 紧凑, 不易断链,不 易自燃，理想汽油 成分 饱和烃，氧化安定 性好；异构体结构 紧凑, 不易断链,不 易自燃，理想汽油 成分 碳氢碳氢(hydrocarbon)燃料的分类燃料的分类 Department of Automotive Engineering Tsinghua University 碳氢碳氢(hydrocarbon)燃料的分类燃料的
15、分类 环烷烃环烷烃 Napthenes C-C单健单健 CnH2n 环烷烃属饱和烃，性质比较 稳定，不易断链，不易氧化 变质，较为理想的汽油组分 环烷烃属饱和烃，性质比较 稳定，不易断链，不易氧化 变质，较为理想的汽油组分 芳烃芳烃 benzene苯苯toluene甲苯甲苯naphthalene萘萘 环状结构紧凑, 不易断链, 不 易自燃 环状结构紧凑, 不易断链, 不 易自燃 C C C C C C H H H H H H C C C C C C C H H H H H H HH C C C C C CC C C C HH H H HH H H ? ? AromaticsAromatics-
16、 one or more ring structures CnH2n-6/12 Department of Automotive Engineering Tsinghua University ? ? AlcoholsAlcohols- contain one or more OH groups OH H H HC methanol OH H H HC ethanol H H C 醇 甲醇乙醇 醇 甲醇乙醇 燃料含氧促进燃烧燃料含氧促进燃烧 含氧含氧(oxygenated)燃料的分类燃料的分类 ? ? EthersEthers contain an oxygen atom connected to two alkyl or aryl groups (ROR) 醚 甲醇 二甲醚 醚 甲醇 二甲醚 Department of Automotive Engineering Tsinghua University ? ? EstersEsters- chemical compounds derived by r
