内燃机使用的燃料

内燃机燃烧学 三、氢燃料 燃烧产物主要是水，对空气没有什么污染。 氢燃料与矿物燃料相比具有需要的点火能量小、 火焰传播速度快、可燃范围宽等优点。而且，传 统汽油机经过适当的改动就可以直接燃用氢燃料。 四、生物燃料（可再生能源） 从植物特别是农作物中提取适用于汽油或柴油发动 机的燃料，包括生物酒精、生物柴油、乙基叔丁 基醚等，目前主要以酒精燃料和生物柴油为主。
CNG的主要组分是甲烷(CH4)，含量一般在95％左右。 使用特点： 研究法辛烷值为130，具有很高的抗爆性能。 CH4分子中的含氢量高，因此，释放单位能量，燃 用天然气时的温室气体CO2的排放量比燃用汽油少 30％以上。 天然气燃烧时火焰传播速度慢，燃烧温度低，能 抑制缸内NOX的生成。 与传统的柴油机相比，天然气发动机的微粒排放 也较少。
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粘度表示方法
(1)动力粘度：两个相距为1 cm、面积为1cm2的液层，相对 运动速度为1 cm/s时所产生阻力的数值。用μ 表示。 工程单位制为g/cm· s， 国际单位制为Pa· s(帕· 秒)， 1Pa· s=10g/cm· s。 (2)运动粘度：动力粘度与同温度下液体密度之比 ν= μ/ρ 国际单位制为m2/ｓ或mm2/s
甲醇只有一个C原子，含有50%的氧，燃烧时几乎不排出 烟，即颗粒排放少，同时由于氢和碳的比例大，燃烧过程 产生的水分较多，CO2较少，可以降低燃烧温度，从而可 以降低NOx排放，因此是一种排气较清洁的燃料。
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醇类燃料使用特点：
1. 醇类燃料含氧，所以热值比石油燃料低，甲醇热值比乙 醇低。 2. 醇类燃料辛烷值较高，比汽油有更好的抗爆性，可以使 用更高的压缩比。 3. 醇类燃料十六烷值较低，不易着火，需要有辅助着火的 措施。 4. 醇类燃料汽化潜热比汽油柴油高3.5倍左右，会导致混合 气形成及起动困难，同时会着火延迟期加长。 5. 醇类燃料与空气混合气有比汽油空气混合气更宽的着火 界限，能在较稀的混合气状态下工作，对降低油耗和改 善排气污染有利。
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第二章 燃料与燃烧
第一节 内燃机中使用的燃料
燃料
液体燃料
气体燃料
汽油
柴油
醇类
生物燃料
CNG
LPG
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（一） 气体燃料
1、成分
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压缩天然气（CNG)主要成分是甲烷，还有少量 的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等成分，一般以20MP 压力储存在特质的钢瓶内。 液化石油气(LPG)的主要成分是乙烷丙烷和丁烷， 还含有少量的乙烯丙烯和丁烯, 液化石油气一般 在高压下(约2.8MP)贮藏在钢瓶内，在大气条件下 即成为气体，对商业用LPG在38℃时的最高蒸气压 力为208kpa。
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3、热值 1kg燃油完全燃烧时放出的热量称为燃油的热值或 发热值，单位：kJ/kg(千焦/千克） 低热值Ｈμ：不计入燃烧产物中水蒸气的汽化潜热。 重油的基准低热值Ｈμ＝42,000kJ/kg 轻油的基准低热值Ｈμ＝42,700kJ/kg
内燃机燃烧学 4、粘度: 粘度是液体内分子摩擦的量度，是评定燃油流动 性的指标，柴油粘度会影响以下方面： 燃油在管路中输送的流量和压差； 燃油在喷射时的雾化质量； 燃油对喷油泵偶件的润滑能力； 粘度大，雾化后颗粒直径大，混合不均匀，排 气带烟。
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2、馏分和馏程：
馏分与馏程是燃油的蒸发性能指标。 馏分：在一定温度范围内燃油所能蒸发的百分数。 馏程：燃油蒸发的温度范围，初馏点，干点。 轻馏分：250℃以下蒸馏出的成分。 特点：蒸发快，易于与空气混合和发火。但轻馏分过多 (超过15%)时燃烧粗暴。 重馏分：350℃以上蒸馏出的成分 特点：蒸发慢，燃烧不完全且易结炭。 品质好的燃油应是轻馏分与与重馏分都很少，而在250℃～ 350℃之间蒸发的馏分(中馏分)最多。 50%馏出温度表示该油品的平均蒸发性能。
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研究法的试验条件是；进气温度为51.70℃，转速n ＝600r/min，点火提前角13°CA。 马达法的试验条件是：进气温度为148.92℃，转速 n=900 r/min，点火提前角19-26°CA。
研究法辛烷值比较适合于中、低转速时应用； 马达法辛烷值适合中、高转速时应用。 两种辛烷值的数值差称为敏感度（Sensitivity)， 它与燃料的化学组成有关。
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发动机使用100%生物燃料（主要是植物油）会存在以下问题： 1. 燃油过滤器容易堵塞。这是由于植物油中脂肪胶质和杂 质较多粘度较大造成，需要采用流通能力更高的过滤器。 2. 喷油器容易结焦、堵塞。原因也在于植物油粘度大，不 易雾化汽化，喷雾质量差。 3. 燃烧室壁面积炭以及活塞环粘结。由于植物油喷雾质量 差，残留炭分较多，容易产生积炭及活塞环粘结现象。 4. 润滑油容易被稀释变质。雾化不好的植物油容易泄露到 润滑油中，在有氧环境下易氧化，使润滑油变稠变黑，冷 启动工况上述泄露最严重。
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二、影响柴油燃烧性能的指标 1、十六烷值
十六烷值过低：燃烧粗暴，起动或低速运转时难以发火。 十六烷值高：自燃性能好。 十六烷值过高：燃油费用高，高温分解而生成游离碳，致使 柴油机排气冒黑烟。 不同柴油机使用燃料的十六烷值范围： 高速柴油机：40～60之间； 中低速柴油机：40～50之间； 大型低速柴油机：≤25
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11、密度与相对密度 燃油在温度t℃时单位体积的质量称密度。 常用单位是kg/ｍ３或ｇ/ｃｍ３ 在20℃时的密度称标准密度ρ２０。 相对密度：燃油在20℃(国外为15.6℃)时的密度与4℃(国外 为15.6 ℃)时水的密度的比值。 密度对燃油的意义： 1. 在装载燃油时应根据燃油的密度和油舱的舱容计算装载 量(应按装油温度对密度进行修正)； 2. 当换用不同密度的燃油时，由于喷油泵的循环供油量不 同(油量调节机构不变)，柴油机的转速将相应变化。
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6、灰分 燃油的灰分为油溶性有机酸和无机酸盐类以及不 燃烧的机械杂质所占的重量百分数。 燃油中灰分的危害： 灰分中含有的各种金属氧化物，可造成燃烧室部 件的高温腐蚀和磨料磨损，加剧气缸的磨损。 7、沥青分 沥青分表示沥青占燃油重量的百分数。 沥青不易燃烧，导致滞燃期长，产生后燃，冒黑 烟；使用中易形成沉积胶膜和结炭，增加磨损并 使喷油器偶件咬死。
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解决上述问题的研究主要包括以下几个方面： 改变喷油器结构及工作时温度条件、在燃油中加 添加剂、植物油脱胶及脂化处理等。 近来，世界粮食短缺，粮油价格上涨，也引起 了人们对生物燃料的批评，认为生物燃料在与人 争粮食，生物燃料的推广使用引起了一些争议。
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甲醇燃料使用注意： 甲醇有毒，吸入过多会损伤中枢神经系统、视神 经及视网膜； 甲醇材料的相容性较差，容易和一些塑料件、橡 胶件产生溶涨和腐蚀作用，造成损坏； 甲醇的沸点低，极易挥发在高温下容易在供油系 中产生气阻； 蒸发潜热大，低温起动困难。
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二、压缩天然气
混合的时间很短；雾化燃油分布不均匀。
为达到完全燃烧，向气缸供给的实际空气量必须大 于理论空气量。 过量空气系数α： 充入气缸内的实际空气量与进入气缸内的燃油完全 燃烧所需的理论空气量之比 α＝L'/L'0 在柴油机中α＞１
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过量空气系数对柴油机工作的影响： （1）反映气缸容积的利用程度和燃油与空气的混合 质量。 （2）对经济性的影响。 （3）与柴油机的热负荷和排放有关。 通常: 2S>4S, 增压机>非增压机 欧美各国习惯上使用空燃比A/F或燃空比F/A
内燃机燃烧学 四、影响燃油管理工作的指标 8、机械杂质和水分 燃油中所含不溶于汽油或苯的固体颗粒或沉淀物 的重量百分数称为机械杂质。 燃油中的水分以容积百分数表示。 燃油中的水分能降低燃油的低热值，破坏正常发 火，甚至导致柴油机停车。 9、闪点 燃油在规定条件下加热到它的蒸气与空气的混合 气能同火焰接触而发生闪火时的最低温度称闪点。 闪点是衡量燃油挥发成分产生爆炸或火灾危险性 的指标。
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十六烷值:它是衡量燃料在压燃式发动机中着火延 迟期(Ignition delay)的指标。 正十六是一种很快着火的燃料，人为地将其十 六烷值定为100；异十六烷（a-甲基萘）是一种较 慢着火的燃料，定其十六烷值为15。标准试验机 的燃烧室是预燃室，被试燃料与混合燃料有相同 的着火延迟期时，定义被试燃料的十六烷值为： CN=（％正十六烷)+0.15(% a - 甲基萘）
内燃机燃烧学 五、柴油燃烧的热化学 1．完全燃烧1 kg燃油所需的理论空气量 理论空气量：化学方程式算得1 kg燃油完全燃烧时 所需的空气量。L'0 如:某重柴油ｇｃ＝0.86、ｇｈ＝0.13、gｏ＝0.01 则有 L'0＝14.3kg
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2.燃烧过量空气系数α 柴油机的油气混合: 缸内混合 特点：
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以柴油为例详细介绍燃料理化性质
一、柴油的化学组成 1．化学元素： C：83%～87% H：11%～14% 氧、硫、氮等元素：0.5%～5% 微量元素：氯、碘、磷、钾、钠、镁、钙、铜、铁、镍、砷、 铅、钒等元素。 2．化学成份: 1)脂肪烃：烷烃、烯烃和炔烃(C16-C23) 2)环烷烃 3)芳香烃：受热后最不容易破裂、自燃温度最高、燃烧不完 全，易生成结炭。
内燃机燃烧学 内燃机中应用辛烷值和十六烷值来表示燃料的自 燃性能。 辛烷值：用来表示燃料发生敲缸（Knock）倾向， 也就是发生自燃（Autoignition）倾向的指标。 异辛烷的辛烷值定为100,把正庚烷的辛烷值定 为0,在标准的火花点火试验机上试验，把异辛烷 在异辛烷正庚烷混合液中听占的百分数定义为被 试燃料辛烷值。 汽油牌号即为其辛烷值。 两种试验法：研究法和马达法
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（三） 清洁燃料
根据我国国家发改委于2007年底发布的《产业 结构调整指导目录（2007年本）》，发改委鼓励 的新能源汽车应用的清洁燃料类型有：压缩天然 气、氢燃料、生物燃料、合成燃料、二甲醚类等 替代燃。
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一、醇类燃料 甲醇（CH3OH）或者乙醇(C2H5OH) 甲醇又名木酒精，乙醇又名酒精。
ISO组织规定， 自1977年10月开始采用50℃时的运 动粘度值(mm2/s)作为燃油的粘度值。
燃油的粘度随压力的增大而增加，随温度的升高而降低。
内燃机燃烧学 三、影响燃烧产物成分的指标 5、硫分 燃油中所含硫的重量百分数叫硫分。 燃油中含硫的危害：
液态的硫化物(如硫化氢等)对燃油系统的设备有腐蚀作用； 燃烧产物中的SO3和水蒸气在缸壁温度低于它们的露点时， 会生成硫酸附在缸壁表面产生强烈的腐蚀作用。低温腐蚀； 燃烧产物中的SO3能加速碳氢化合物聚合而结炭，而且此结 炭既多又硬，不易清除。
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2、热值
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（一）
液体燃料
液体燃料主要有汽油、轻柴油以及代用燃料甲醇、乙醇。
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主要理化性能:
粘度：表示液体流动性大小。粘度大，沸点高。 影响沸点范围，影响雾化蒸发质量。 闪点：指液体燃料储存或运输等处置过程中不易 发生火灾的最高温度，也可认为这是燃料暴露 在明火下而不迅速着火的最高温度。 自燃温度：不存在火花和火焰的条件下在标准容 器的大气中燃料发生自行燃烧的最低温度。 自燃温度是燃料燃烧难易的指标。 单一成分的烃类而言烷烃的自燃温度随分子量 增加而减小； 异构类烷烃比正构类的自燃温度要高
内燃源自文库燃烧学
10、凝点、倾点和浊点 凝点：燃油在试验条件下冷却至液面不移动(失去流 动性)时的最高温度。 倾点：燃油尚能够流动的最低温度。 浊点：燃油开始变混浊时的温度。 燃油的温度低于浊点时将使滤器堵塞，供油中断。 浊点是比凝点更重要的指标。 燃油的浊点高于凝点约5℃～10℃； 倾点高于凝点约3℃～5℃。 燃油的使用温度至少应高于浊点3℃～5℃。