内燃机第六章 内燃机的替代燃料
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图6-3 乙醇与重柴油、轻柴油互溶 1—重柴油 2—轻柴油
2.甲醇燃料
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性 表6-1表示了甲醇及其他替代燃料与汽 油、柴油物化性质的比较。 (2)甲醇燃料在发动机上的试验结果
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性
1)甲醇燃料的低热值仅为汽油的46%左右，因此当在汽油机上燃用甲醇或 甲醇汽油混合燃料时，应增加循环油量，从而使混合气的热值大体与汽油 空气混合气相等或略高，使发动机在燃用甲醇燃料时动力性能不降低甚至 可以提高，同时也有合适的空燃比。 2)甲醇燃料的汽化热为汽油的7倍(按相同热值的混合气计)，从而使混合气 在汽化时的温降较大。 3)甲醇燃料的辛烷值高,在汽油机上使用时可以提高压缩比,有利于提高发动 机的动力性能和经济性能。 4)由于甲醇燃料的汽化热大,因此进入气缸的混合气温度低,滞燃期长,应适 当增大点火提前角。 5)甲醇含氧量达50%，利于燃料完全燃烧，降低CO和HC排放。 6)在定容燃烧弹中测出的甲醇的层流火焰传播速度为32.7cm/s，汽油为25.2 cm/s，在相同条件下，甲醇的燃烧速度高于汽油，燃烧持续期缩短，有利 于提高热效率。
3.二甲醚燃料在压燃式发动机上的应用
图6-6 发动机燃用不同比例二甲醚/
三、生物柴油
1.生物柴油的理化性质和使用特性 2.生物柴油在发动机上的应用
1.生物柴油的理化性质和使用特性
1)热值比柴油低；但密度比柴油高，容积热值与柴油接近，因此发动机的供 油系统几乎不需要改动。 2)粘度比柴油高，影响喷雾特性和冷起动性能，但随着温度升高，植物油粘 度下降较快。 3)十六烷值比柴油低，闪点和着火温度均比柴油高，着火性能比柴油差，在 柴油机上使用时，一般要加大喷油提前角。 4)一般含氧，对燃烧有利。 5)可以任意比例和柴油混合。 6)含有少量水分、灰分、残炭和杂质，再加上本身的重馏分多，相对分子质 量很高，挥发性差，因此在燃烧室周围零件上易产生积炭引起运动零件磨损。 7)主要成分是不饱和脂肪酸，它的氧化安定性差，容易变质。
第六章 内燃机的替代燃料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
替代燃料概述 含氧燃料 合成油 气体替代燃料 替代燃料的生命周期分析
第一节 替代燃料概述
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，目 前，能源尤其是石油资源的匮乏、全球环境的恶 化已成为当今世界和我国的两大难题。为缓解我 国石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利于我国 长期可持续稳定的发展和环境保护，需要发展内 燃机替代清洁燃料以部分取代石油基燃料即汽油 和柴油。
(2)甲醇燃料在发动机上的试验结果
1)在汽油机上燃用醇类燃料。 2)在柴油机上燃用甲醇燃料的试验结果。
图6-4
3.乙醇
1)乙醇燃料的低热值为汽油的62%左右。 2)乙醇燃料的汽化热为汽油的2.9倍，从而使混合气在汽化时温降大，这有 利于提高发动机的充量系数和动力性，但不利于燃料在低温下的蒸发，会 造成发动机冷起动困难(尤其是在冬季)和暖机时间长。 3)乙醇燃料的辛烷值高,在火花点火发动机上使用时,可以提高压缩比,有利 于提高发动机的动力性能和经济性能。 4)乙醇燃料的汽化热大,进入气缸的混合气温度低,滞燃期长,应适当增大点 火提前角。 5)乙醇的粘度比汽油高得多，当管道中流动阻力较大时，会导致火花点火 发动机高速、高负荷时功率上不去。
特性 1)二甲醚的低热值为柴油的64.7%，密度又比柴油小，因此为使发动机燃用二 甲醚后与燃用柴油机有相同的功率输出，必须增大循环供油量。 2)二甲醚是一种很强的溶剂,虽然对金属没有腐蚀性,但是与天然橡胶不能兼容， 其燃油供给系统的橡胶部件、橡胶油封和垫片会因溶胀等原因损坏,需要采用 新型耐二甲醚的橡胶(氟醚橡胶等)或高分子材料(如聚四氟乙烯)等。
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性
7)甲醇的着火极限比汽油、柴油浓，使用更安全。 特性 1)甲醇对呼吸系统、皮肤、眼睛等有毒，要对相关人员进行安全教育和岗前 培训，对甲醇汽油加色，杜绝口吸或饮用。 2)有些塑料件和橡胶件与甲醇不能兼容，会发生溶胀，导致采用上述材料的 密封件失效；甲醇对一些非铁金属有腐蚀性。 3)甲醇沸点较低(65℃)，容易在供油系统中发生高温气阻。 4)甲醇的吸水性强，在运输和贮存时除防火外，还要防湿，否则将影响甲醇 的纯度，甲醇汽油混合燃料吸水后易产生分层。 5)甲醇燃烧后会产生醛类等非常规排放物。
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性
3)二甲醚粘度很低，作为燃料使用时需加润滑添加剂，以免供油系统的针 阀、柱塞偶件等磨损和卡死。 4)二甲醚的蒸气压随温度增加而急剧升高，在20℃的常温下，其蒸气压为0. 4～0.5MPa(图6-5)。
图6-5
பைடு நூலகம்
2.二甲醚/柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用
图6-7 二甲醚/柴油混合燃料
2.生物柴油在发动机上的应用
图6-8
第三节 合 成 油
1.合成油的物化性质和使用特性 2.合成油在发动机上的应用
二、二甲醚
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性 2.二甲醚/柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用 3.二甲醚燃料在压燃式发动机上的应用
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性
1)二甲醚的十六烷值比轻柴油高，自燃温度比轻柴油低，因此它特别适合作 为轻柴油的替代燃料使用，它滞燃期短，有利于减少NOx排放和降低燃烧噪 声。 2)二甲醚分子结构中没有C—C键，只有C—H和C—O键，此外它含氧34.8% (质量分数)，因此在任何工况下均可实现无烟燃烧。 3)二甲醚蒸发热约为柴油的1.6倍,它有利于降低气缸内的最高燃烧温度，使N Ox排放下降。 4)二甲醚的沸点低，喷入气缸后能立即汽化，因此二甲醚对喷油系统的喷射 压力要求不高。
一、醇类燃料 二、二甲醚 三、生物柴油
第二节 含 氧 燃 料
一、醇类燃料
1.醇类燃料在汽油中的溶解度 2.甲醇燃料 3.乙醇
1.醇类燃料在汽油中的溶解度
图6-1 甲醇在汽油中的互溶度
1.醇类燃料在汽油中的溶解度
图6-2 乙醇在汽油和重柴油中的 1—重柴油 2—汽油
1.醇类燃料在汽油中的溶解度
2.甲醇燃料
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性 表6-1表示了甲醇及其他替代燃料与汽 油、柴油物化性质的比较。 (2)甲醇燃料在发动机上的试验结果
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性
1)甲醇燃料的低热值仅为汽油的46%左右，因此当在汽油机上燃用甲醇或 甲醇汽油混合燃料时，应增加循环油量，从而使混合气的热值大体与汽油 空气混合气相等或略高，使发动机在燃用甲醇燃料时动力性能不降低甚至 可以提高，同时也有合适的空燃比。 2)甲醇燃料的汽化热为汽油的7倍(按相同热值的混合气计)，从而使混合气 在汽化时的温降较大。 3)甲醇燃料的辛烷值高,在汽油机上使用时可以提高压缩比,有利于提高发动 机的动力性能和经济性能。 4)由于甲醇燃料的汽化热大,因此进入气缸的混合气温度低,滞燃期长,应适 当增大点火提前角。 5)甲醇含氧量达50%，利于燃料完全燃烧，降低CO和HC排放。 6)在定容燃烧弹中测出的甲醇的层流火焰传播速度为32.7cm/s，汽油为25.2 cm/s，在相同条件下，甲醇的燃烧速度高于汽油，燃烧持续期缩短，有利 于提高热效率。
3.二甲醚燃料在压燃式发动机上的应用
图6-6 发动机燃用不同比例二甲醚/
三、生物柴油
1.生物柴油的理化性质和使用特性 2.生物柴油在发动机上的应用
1.生物柴油的理化性质和使用特性
1)热值比柴油低；但密度比柴油高，容积热值与柴油接近，因此发动机的供 油系统几乎不需要改动。 2)粘度比柴油高，影响喷雾特性和冷起动性能，但随着温度升高，植物油粘 度下降较快。 3)十六烷值比柴油低，闪点和着火温度均比柴油高，着火性能比柴油差，在 柴油机上使用时，一般要加大喷油提前角。 4)一般含氧，对燃烧有利。 5)可以任意比例和柴油混合。 6)含有少量水分、灰分、残炭和杂质，再加上本身的重馏分多，相对分子质 量很高，挥发性差，因此在燃烧室周围零件上易产生积炭引起运动零件磨损。 7)主要成分是不饱和脂肪酸，它的氧化安定性差，容易变质。
第六章 内燃机的替代燃料
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
替代燃料概述 含氧燃料 合成油 气体替代燃料 替代燃料的生命周期分析
第一节 替代燃料概述
能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础，目 前，能源尤其是石油资源的匮乏、全球环境的恶 化已成为当今世界和我国的两大难题。为缓解我 国石油资源匮乏和需求之间的矛盾及有利于我国 长期可持续稳定的发展和环境保护，需要发展内 燃机替代清洁燃料以部分取代石油基燃料即汽油 和柴油。
(2)甲醇燃料在发动机上的试验结果
1)在汽油机上燃用醇类燃料。 2)在柴油机上燃用甲醇燃料的试验结果。
图6-4
3.乙醇
1)乙醇燃料的低热值为汽油的62%左右。 2)乙醇燃料的汽化热为汽油的2.9倍，从而使混合气在汽化时温降大，这有 利于提高发动机的充量系数和动力性，但不利于燃料在低温下的蒸发，会 造成发动机冷起动困难(尤其是在冬季)和暖机时间长。 3)乙醇燃料的辛烷值高,在火花点火发动机上使用时,可以提高压缩比,有利 于提高发动机的动力性能和经济性能。 4)乙醇燃料的汽化热大,进入气缸的混合气温度低,滞燃期长,应适当增大点 火提前角。 5)乙醇的粘度比汽油高得多，当管道中流动阻力较大时，会导致火花点火 发动机高速、高负荷时功率上不去。
特性 1)二甲醚的低热值为柴油的64.7%，密度又比柴油小，因此为使发动机燃用二 甲醚后与燃用柴油机有相同的功率输出，必须增大循环供油量。 2)二甲醚是一种很强的溶剂,虽然对金属没有腐蚀性,但是与天然橡胶不能兼容， 其燃油供给系统的橡胶部件、橡胶油封和垫片会因溶胀等原因损坏,需要采用 新型耐二甲醚的橡胶(氟醚橡胶等)或高分子材料(如聚四氟乙烯)等。
(1)甲醇燃料的物化性质和使用特性
7)甲醇的着火极限比汽油、柴油浓，使用更安全。 特性 1)甲醇对呼吸系统、皮肤、眼睛等有毒，要对相关人员进行安全教育和岗前 培训，对甲醇汽油加色，杜绝口吸或饮用。 2)有些塑料件和橡胶件与甲醇不能兼容，会发生溶胀，导致采用上述材料的 密封件失效；甲醇对一些非铁金属有腐蚀性。 3)甲醇沸点较低(65℃)，容易在供油系统中发生高温气阻。 4)甲醇的吸水性强，在运输和贮存时除防火外，还要防湿，否则将影响甲醇 的纯度，甲醇汽油混合燃料吸水后易产生分层。 5)甲醇燃烧后会产生醛类等非常规排放物。
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性
3)二甲醚粘度很低，作为燃料使用时需加润滑添加剂，以免供油系统的针 阀、柱塞偶件等磨损和卡死。 4)二甲醚的蒸气压随温度增加而急剧升高，在20℃的常温下，其蒸气压为0. 4～0.5MPa(图6-5)。
图6-5
பைடு நூலகம்
2.二甲醚/柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用
图6-7 二甲醚/柴油混合燃料
2.生物柴油在发动机上的应用
图6-8
第三节 合 成 油
1.合成油的物化性质和使用特性 2.合成油在发动机上的应用
二、二甲醚
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性 2.二甲醚/柴油混合燃料在压燃式发动机上的应用 3.二甲醚燃料在压燃式发动机上的应用
1.二甲醚燃料的物化性质和使用特性
1)二甲醚的十六烷值比轻柴油高，自燃温度比轻柴油低，因此它特别适合作 为轻柴油的替代燃料使用，它滞燃期短，有利于减少NOx排放和降低燃烧噪 声。 2)二甲醚分子结构中没有C—C键，只有C—H和C—O键，此外它含氧34.8% (质量分数)，因此在任何工况下均可实现无烟燃烧。 3)二甲醚蒸发热约为柴油的1.6倍,它有利于降低气缸内的最高燃烧温度，使N Ox排放下降。 4)二甲醚的沸点低，喷入气缸后能立即汽化，因此二甲醚对喷油系统的喷射 压力要求不高。
一、醇类燃料 二、二甲醚 三、生物柴油
第二节 含 氧 燃 料
一、醇类燃料
1.醇类燃料在汽油中的溶解度 2.甲醇燃料 3.乙醇
1.醇类燃料在汽油中的溶解度
图6-1 甲醇在汽油中的互溶度
1.醇类燃料在汽油中的溶解度
图6-2 乙醇在汽油和重柴油中的 1—重柴油 2—汽油
1.醇类燃料在汽油中的溶解度