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1、福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 第四章 内燃机的燃料与燃烧 4.1 内燃机燃料及其提炼 4.2 传统燃料的现状及使用特性 4.3 燃烧热化学 4.4 燃烧的基本知识 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4.1 内燃机燃料及其提炼 4.1.1 石油中烃的分类及性质 石油的主要成分：C、H（97-98%），其他还有少量的S、 O、N等。 烃，CnHm 据组成和结构的不同分烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃等， C和H的不同构成不同分子量、不同沸点的物质，汽油和柴 油通过石油蒸馏获
2、得。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 1 碳原子数的影响 C原子数沸点品种相对分子质量理化性质的变化趋势 C1-C4常温石油气16-58 随C ，质量 ，挥 发性，粘度，化学 安定性 ，自燃性 ，点燃性 C5-C1150-200汽油95-120 C11-C19180-300煤油100-180 C16-C23250-360轻柴油180-200 C23以上360重油220-280 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 碳，氢原子数和排列位置对燃料性质影很大： 1）烷烃：分子
3、式：CnH2n+2 ； 化学结构： 直链特点：饱和开链式，含C越高结构越不紧凑， 常温下化学性质稳定，但热稳定性差， 高温易分解，自然性好柴油的好成分； -C-C-C-C-；-C-C-C-C- C C 支链(热稳定 ) 直链 2. 分子的化学结构对性能的影响 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 2）烯烃： 分子式：CnH2n ； 化学结构：-C=C-; -C=C-C-C- 特点：非饱和开链式，自发火性差，汽油的成分； 常温下化学稳定性差，易氧化胶质；不易储存 3）炔烃：分子式：CnH2n-2 ；化学结构：CC 特点：非饱和开链，热裂
4、化产物，不存在原油中； 很不稳定，常温下易分解；不易作燃料。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4）环烷烃：分子式：CnH2n; 化学结构： 特点：饱和环状，不易分裂，热稳定性强， 汽油机的燃料，石油的重要组成部分。 -CC- -CC- 环丁环 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 5）芳香烃：CnH2n-6； 基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子结构坚固； 热稳定性高， 高温下不易破裂； 汽油的良好的抗爆剂； 石油炼制中产生。 其中，-甲基萘：C11H10，
5、其抗爆性认为100% 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4.1.2 燃料的提炼方法及对燃料性能 的影响 从石油原油中炼制燃料的典型工艺流程： 直馏法：将原油在炼油塔中进行加热蒸馏； 不同分馏温度得到不同成分的燃油 这一部分燃料油约占原油的25%40% 裂解法：通过加温加压方法进行裂解； 催化重整：使用催化剂进行裂解； 加氢精制：将蒸馏后的重油等一些高 分子成分用不同手段裂解 为分子量较轻的成分。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 福州大学 Fuzhou Univers
6、ity 车辆工程系 Vehicle Engineering 热裂解：工艺简单； 但燃油的稳定性差，辛烷值低。 催化重整：使正构烷烃或环烷烃异构物烃和 芳香烃； 副产品氢气可作为加氢工艺的氢气来源。 加氢精制：可使烯烃变成饱和烃，还可以脱碳， 脱氮，脱氧以及脱金属等作用，满足油品的更高 要求。 为获得高品质燃料，常采用加氢精制或催化重整 工艺。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4.1.3 代用燃料及其特性 1、气体燃料 NG：自由态或与石油共存的天然气，主要成分是甲烷,CH4; 成为第三大支柱能源。 汽车上的应用： 压缩天然气(C
7、NG)，20MPa 存于高压气瓶中； 液化天然气(LNG)，-162低温液化储存； 其密度为常态下气体密度的600倍； 行驶距离长；但成本高。 LPG: 天然石油气或石油炼制中产生的液化石油气 主要成分：丙烷/丙烯/丁烷/丁烯及其异构物。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 天然气燃料的优点： 主要成分是甲烷，CO、HC排放少，燃料中不含硫的成分 ，SO2排放量低于电动汽车。 辛烷值高达130，可提高压缩比热效率。 燃烧下限宽，稀燃优越，运转范围内可降低NOx。 气体燃料，低温起动及低温运转性能良好。 天然气燃料的缺点： 气体燃料，
8、常温常压下储运性能差，能流密度低，一次充 气可行驶距离短。 储气压达20MP，燃料容器加重。 因气态吸入气缸，充气效率降低；单位体积的混合气热值 低，功率降低近10% 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 用于汽车的三种形式： CNG以20MPa压缩储存； 液化天然气 LNG -162以下储存； 吸附天然气 ANG吸附材料 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 2. 醇类燃料：主要指甲醇和乙醇 甲醇：从天然气、煤、生物质等原料中提取。 乙醇：从含淀粉和糖的农作物中制取。 特点
9、：相对汽油 热值低，但醇中含氧量大，所需理论空气量比汽油少，所 以两者混合气热值相近，保证发动机动力性能不降低 醇的汽化潜热为汽油的三倍；燃料蒸发汽化可促使进气温 度降低，增加充气量，但冷起动困难需要预热。 辛烷值高，抗爆性能好，可提高压缩比。 沸点低，产生气阻的倾向大。 甲醇对视神经有损伤作用，有毒性，储运及使用中注意安 全；甲醇对金属有一定腐蚀作用，需防腐蚀措施。 原料来源广泛， 可再生，有较好 的燃料特性 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engine
10、ering 3. 生物柴油 由动物脂肪或植物油通过酯化反应得到的长链脂肪酸甲(乙)酯 组成的新型燃料。具有与柴油相近的性能。 特点： 环保性优良。含S低，不含芳香烃，保持CO2平衡。 十六烷值高，燃烧性能好，润滑性能好。 闪点高，可溶解，对土地和水的污染小，可大大减轻意外 泄漏时对环境的污染安全性好。 可再生。资源不会枯竭。 能与石油柴油以任何比例相溶，与柴油混烧或纯烧生物柴 油，可直接应用现有的柴油机及供油系统和加油站系统。 光合作用自 然循环 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 福州大学 Fuzhou University 车辆
11、工程系 Vehicle Engineering 加热至80 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 燃料使用特性指标与发动机使用有关的评价燃油品 质的指标。 反映燃烧性能的有关指标，如柴油的十六烷值、汽 油的辛烷值、燃点、馏程等。 反映燃油输送性能、流动性能的有关指标，如粘度 、凝点等。 和发动机排放性能的有关指标。如杂质、灰分、含 硫量、残炭等。 4.2 传统燃料的现状及使用特性 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4.2.1柴油 1、十六烷值 评价柴油自燃性的指标，它与柴
12、油机的启动型和工 作粗暴性有密切关系。 轻柴油C16-23 重柴油C23以上 分析十六烷值对发动机性 能的影响，什么燃料的十 六烷值高？ 工作柔和 改善冷启动性能 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 按一定比例将十六烷和-甲基萘配制成混合燃料，在 试验机上比较被测柴油与混合燃料燃烧情况。 混合燃料的自燃性和被测柴油相同时，混合燃料中十 六烷的体积百分数即所测柴油的十六烷值。 国产车用柴油的十六烷值一般规定在40-55之间。 测量方法： 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering
13、十六烷值：与燃料的分子结构有关； 可通过原油种类、炼制方法、添加剂来控制; 直链烷烃类、分子量、C数增加时十六烷值增加; 所以，十六烷值高，便于起动，着火落后期缩短; 但，分子量增加，蒸发性变差，粘度增加，冒黑烟，经济 性恶化。 一般，十六烷值：4565，不要过大 过大：冒烟 过小：不易着火 十六烷值取决于那些因素？十六烷值越大越好吗？ 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 燃料中不同成分对化学安全性的影响 十六烷值取决于那些因素？十六烷值越大越好吗？ 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engi
14、neering 2、馏程 评价柴油蒸发性的指标。 50% 馏出温度低，柴油蒸发性好，轻馏分多，有 利于混合气形成和着火，冷起动性能好。 90% 和 95% 馏出温度高，柴油中重馏分多，燃 烧容易不完全，易形成积炭，排气容易冒烟。 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 3、粘度 表示流体内部摩擦力 粘度大，柴油喷射时，雾化质量差，燃烧不 完全，燃油消耗率高，排气冒烟。 粘度小，喷油泵、喷油嘴的偶件润滑不良， 磨损严重，寿命短。 柴油必须具有一定的粘度。轻柴油的粘度为: 2.5 810 -6 m2/ s（20 时）。 福州大学 Fuzho
15、u University 车辆工程系 Vehicle Engineering 4、凝点 评价柴油的输送性和流动性的指标。 轻柴油牌号按其凝点确定。柴油 凝点是指其失去流动性时的摄氏 温度。 根据国标（GB25287），轻柴油规格按凝点分为10、0、 -10、-20、-35和-50六个牌号，分别表示凝点不高于10 、0、-10、-20、-35和-50； 牌号越高，凝点越低。 选用柴油时，按其凝点应比最低环境温度约高出5 确 定牌号。 Q：如何划分以及选 择柴油的等级？ 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 5、热值 评价柴油做功能力的指
16、标。 热值是指1Kg燃料完全燃烧所释放的热量，热值越大的 燃料，气单位燃料完全燃烧所能放出的能量越大 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 小结：总结柴油 主要的特性指标 十六烷值 馏程 粘度 凝点 热值 福州大学 Fuzhou University 车辆工程系 Vehicle Engineering 1、辛烷值 评价汽油抗爆性的指标。 4.2.2 汽油 爆燃：在在汽油的燃烧过程中，可能出现一种不正 常的自燃现象，成为爆燃。 辛烷值辛烷值: : 在规定条件下在规定条件下, ,被测定汽油和标准燃料被测定汽油和标准燃料 进行比较，标准燃料中所含异辛烷的百分数是被进行比较，标准燃料中所含异辛烷的百分数是被 测定汽油
