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1、汽汽 车车 发发 动动 机机 原原 理理Principle of Automobile Engine第四章 燃料与燃烧化学第四章 燃料与燃烧化学主要内容发动机燃料第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Enginel石油燃料（汽油、柴油）炼制方法：将原油在分馏塔中进行加热蒸馏，不同的分馏温度，得到不同成分的燃油，最终获得的燃料约占原油的25一40。：将蒸馏后的重油等一些高分子成分通过不同的技术手段裂解为分子量较轻的成分。其中，通过加温加压的方法进行裂解的称为，使用催化剂(触媒)进行裂解的称为l代用燃料第第4
2、4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine一、石油燃料 1.汽油 主要性能：抗爆性、蒸发性、氧化安定性、抗腐蚀性及清净性。l汽油的抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆燃的能力。l汽油的抗爆性以来表示。根据试验规范的不同，所得的辛烷值分别称为。我国生产的汽油是按研究法辛烷值RON分级的。l汽油的牌号以辛烷值划分。l汽油的辛烷值越高，其抗爆性越好。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine 液态汽油汽化的难易程度
3、称为汽油的蒸发性。l汽油的蒸发性越强，越容易汽化，要求汽油必须具有良好的蒸发性。但蒸发性也不能太强，否则易形成供油系“气阻”，甚至发生供油中断现象。l10%馏出温度l50%馏出温度l90%馏出温度第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine一、石油燃料 2.柴油 柴油的发火性是指柴油的自燃能力。l十六烷值是评定柴油自燃性好坏的指标，对燃烧过程也有一定影响。l十六烷值越高，着火性越好。但是十六烷值过高，燃料分子量加大，使蒸发性变差、粘度增加，导致燃烧不完全等。l国产柴油的十六烷值规定为4065之间。第第
4、4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Enginel柴油的蒸发性影响滞燃期内柴油的蒸发量及燃烧的完全程度，用馏程表示。l馏程指柴油蒸馏过程中馏出一定百分数所处的温度。l通常以馏出50的温度来评定。馏程低，说明这种燃油轻馏分多，蒸发性好，有利于混合气形成，改善了燃烧过程。但馏程过低，燃料蒸发过快，在着火延迟期内形成的混合气量过多，柴油机工作粗暴。车用柴油机的柴油馏程为200300。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engi
5、nel 柴油的粘度决定柴油的流动性。粘度流动性雾化性好；过低，润滑性降低；粘度过滤清困难，喷雾不良，流动阻力增大。l 凝点指柴油冷却到失去流动性的温度。l 我国柴油根据其凝固点划分为：10号、5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine一、石油燃料 3.汽油、柴油性能差异对发动机的影响 混合气形成上的差异 着火上的差异 燃烧上的差异汽油机汽油挥发性强，能在较低温度下以较充裕的时间在气缸外部进气管中形成均匀的混合气，控制混合气的数量便能调节汽油机的功率，
6、是量调节 汽油自燃温度较高，适宜外源点火 防止自燃，促使其有规律的燃烧。着火后，以火焰传播的方式向均匀的混合气展开 柴油机柴油蒸发性差，但粘性好，适宜用油泵油嘴向气缸内部喷油，靠调节供油量来调节负荷，吸入的空气量基本不变，是质调节 柴油化学安定性差，易自燃，采用压燃方式 柴油喷射、与空气的混合，既短暂又不均匀，常有随喷随烧的现象，燃烧时间延长 第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine一、石油燃料归纳（汽油、柴油性能差异对发动机的影响）混合气形成差异 着火差异 燃烧差异汽油机1、外部形成 2、均匀混
7、合气 3、a较小 4、量调节1、外源点火 2、单火源发火1、以火焰传播方式为主 2、接近等容燃烧柴油机1、内部形成 2、非均匀混合气 3、a较大 4、质调节1、自行着火 2、多火源着火1、以扩散燃烧方式为主 2、接近先等容后等压燃烧第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用 1.发展内燃机代用燃料的意义l世界能源统计2006的数据表明，以目前的开采速度 计算，全球石油储量只能供生产40年。l 我国已探明的石油储采比约为20:1，即可供生产20年。l 近几年我国进口原油1.4亿吨左
8、右，并保持较快增长。l 能源短缺将制约中国汽车乃至经济可持续发展。l 代用燃料可缓解我国石油匮乏和需求增加的矛盾。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用石油、天然气和煤炭石油天然气煤炭储量世界1770.79亿吨179.83万亿m310830亿吨其中：中国25亿吨1.51万亿m31886亿吨比例1.40.84%17.4%2006产量世界35.9亿吨2.76万亿m356.5亿吨其中：中国1.82亿吨500亿m321亿吨比例5.071.8%37.4%消费量世界38.37亿吨2.75
9、万亿m359亿吨其中：中国3.18亿吨175 亿m321亿吨比例8.30.64%36.2%资源总量不低，但人均占用量低。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用汽车产量及保有量l2002年325.1万辆/109.1万辆l2003年产销超过444.4万辆/201.9万辆l2004年突破了507万辆/231.6万辆l2005年产销570万辆/393万辆l2006年产销728万辆/387万辆l2007年产销888万辆/387万辆l2010年产销双超1800万辆，蝉联全球第一l我国新能
10、源汽车产销量连续5年居世界首位2019年我国汽车产销量分别为2572.1万辆和2576.9万辆第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用l 机动车尾气排放已成为城市空气主要污染源。空气污染分担率70。l 发展清洁代用燃料可减少汽车尾气排放对环境的污染，改善空气质量。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用 2.内燃机代用燃料分类代用燃料按物态气体代用燃料：天然气、
11、液化石油 气、氢气、煤气、沼气等液体代用燃料：甲醇、乙醇、植物油燃料等按化学成分烃燃料含氧燃料第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用 3.醇类燃料特性醇类燃料主要是指甲醇和乙醇。l 甲醇可从天然气、油页岩及煤制取，含碳的生物质也可通过气化合成甲醇，因此甲醇也是可再生能源。l 乙醇主要由含糖或淀粉的农作物发酵制成，正在突破纤维分解制乙醇的工艺，属可再生能源。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobil
12、e Engine醇类燃料物化特性及其与汽、柴油的比较物理化学特性柴 油汽 油甲 醇乙 醇沸点180-360125.764.778蒸气压37(KPa)1.3755-10331.6215.81辛烷值(RON)20-3090-97111108十六烷值40-55-153-58自燃温度250420465426理论空燃比14.314.86.459.0着火极限(浓)（%）7.66.036.919.0着火极限(稀)（%）1.41.07.34.3低热值MJ/kg42.5043.9720.2627.20蒸发潜热kJ/kg2502971101862化学计量比混合气热值kJ/m33789381039063864密度k
13、g/m3(103)0.8600.6790.7790.725第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine 4.醇类燃料作为车用燃料的优缺点二、代用燃料及其应用优点：1）能够大规模生产，成本低。2）基础设施投入少。3）发动机动力经济性改善。缺点：1）有一定的毒性。2）对有色金属、橡胶等材料有腐蚀作用。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine二、代用燃料及其应用优点：1）可再生。2）应用方便，基础设施投入少。缺
14、点：1）生产成本高，产能有限。2)发动机动力、经济性改善不明显。3)生产过程需要消耗大量的水，能耗高。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine 5.醇类燃料发动机的性能 l醇类燃料的辛烷值高，适合点燃式发动机使用。l低热值低，但化学计量比混合气热值高，增大循环供油量可使发动机动力性不降低。l辛烷值高，可采用较高的压缩比，有利于发动机动力经济性的改善。l蒸发潜热大，有利于提高发动机的充量系数和动力性，但不利于燃料低温下的蒸发，易造成冷起动困难，暖机时间长。l燃料含氧，可实现无烟燃烧和法规排放的降低。
15、汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料 6.二甲醚燃料特性 DME 理化特性二甲醚柴油沸点-24.9180360液态密度 kg/m3668840理论空燃比.9.014.3十六烷值55664055汽化潜热kJ/kg410250低热值MJ/kg27.642.5自燃温度 235250粘度（cPa）0.153碳（%重量）52.286.0氢（%重量）13.014.0氧（%重量）14.80汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发
16、动机燃料发动机燃料p 二甲醚的化学分子式为CH3OCH3，无CC键，燃烧不产生碳烟，易于实现低排放。p 热值低，但混合气热值与柴油相当，适当增加循环供油量可保持甚至提高发动机的动力性。p 十六烷值高，雾化性能好，混合气制备容易。p 汽化潜热大，可降低柴油机最高燃烧温度，减少NOX的生成与排放。p 沸点较低，饱和蒸汽压高，润滑性差，对燃料供给系统要求高。汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料 7.二甲醚发动机的研究进展汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile En
17、gine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料 8.气体代用燃料l 近20年来，随着气体燃料开采量的加大和远距离输送、净化脱水 及储运技术的提高，气体燃料液化技术和液化气体燃料电控喷射 技术等的发展，特别是对内燃机排放指标要求的日益严格，使气 体燃料进入了一个新的发展时期。l 目前在内燃机上使用的气体燃料有天然气、液化石油气、沼气、煤气、氢气等，其中以压缩天然气(Compressed Natural Gas,缩 写CNG)和液化石油气(Liquefied Petroleum Gas,缩写LPG)为主。燃气汽车以使用燃料种类不同可分为单一燃料汽车(Mono-Fuel Vehicle)
18、,两用燃料汽车(Bi-Fuel Vehicle)和混合燃料汽车(Dual-Fuel Vehicle)。汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用l天然气主要成分为甲烷，另外还包括乙烷以及丙烷等。l天然气用于汽车一般有两种形式：一种是压缩天然气（CNG）。通常以20MPa压缩储存于高 压气瓶中；一种是液化天然气（LNG），将天然气以-162低温液化 储存于隔热的液化气罐中。汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1
19、1节节 发动机燃料发动机燃料p天然气的主要成分是甲烷，CO排放量少，未燃HC成分引起的光化学反应低，燃料中几乎不含硫的成分。p辛烷值高达130，可采用高压缩比，获得高的热效率。p燃烧下限宽，稀燃特性优越，在广泛的运转范围内，可降低NOx 生成，进而也可提高热效率。p低温起动性及低温运转性能良好，暖机过程中不需要额外供油，不完全燃烧成分少。p天然气燃料运用性好，可采用油气双燃料供应方式，也可采用电控混合气或电控天然气喷射方式工作。适用于轻型车和柴油车。p将天然气应用于柴油车，固体微粒的排放率几乎为0，从而达到低公害车的标准。汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobil
20、e Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料p 在常温、常压下是气体，储运性能比液体燃料差。一次充气行驶距离短，长途汽车应用有一定困难，但用于城市内车辆可行，比一次充电的电动汽车的行驶距离要长得多p储气压力一般达20MPa高压，使燃料容器加重。p呈气体状态吸入，使发动机体积效率降低，与液体燃料相比（如汽油），单位体积的混合气热值小，功率下降近10%。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine 预混点燃式气体燃料供给系统此系统是在保留原车化油器供油系统的情况下，增加一套CNG的储
21、存、供给与转换装置而构成的。第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4
22、章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用l液化石油气(LPG-Liquefied Petroleum Gas）主要成分是、，在常温下加压，可以变成液体燃料，其单位容积热值高于天然气，可以作为汽油机的燃料，还可以获得较好的排放性能。LPG的辛烷值高，抗爆性能优于汽油，允许采用较高的压缩比，有利于提高发动机的热效率。l汽化的LPG对发动机的充量系数有不利影响，因此简单改装后的气体燃料发动机的功率会有所下降。汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料二、代用燃料及其应用汽 车 发 动 机 原 理 Principle of Automobile Engine第第4 4章章第第1 1节节 发动机燃料发动机燃料 9.气体燃料供给系统与内燃机的匹配l在汽油机上燃用气体燃料时要注意:l燃用CNG时，汽油机功率将下降20%25%；燃用LPG时，汽油机功率将下降5%10%。l气体燃料的辛烷值高，因此发动机的压缩比可适当提高，提高压缩比可使燃用气体燃料时的功率下降得到部分恢复。l由于气体燃料的着火温度高、火焰传播速度低、滞燃期长，因此要加大点火提前角，提高点火能量。l可用增压技术恢复功率。感谢观看感谢观看Thank You