第二章 燃料与工质分解

烷烃 十 六 烷 值 环烷 烃
稀烃 甲基萘
芳烃
碳原子数
燃料C/H比与热值和排放特性的关系
热值（能量密度） ◎燃料的热值由C/H比决定, 由于H比C的热值高（约3.7:1）, 柴油C/H > 汽油C/H 汽油Hu（ 44000）> 柴油Hu （42500）
◎但就单位质量来看，H燃烧所需要O（空气）多（约是C的3倍），因而
propene or propylene
丙稀
1, 3 butadiene
丁二烯
炔烃
H
C
C
H
ethyne or acetylene
乙炔
碳氢（Hydrocarbon）燃料的分类

Aromatics - one or more ring structures －CnH2n-6/12
芳烃
H C H C C H benzene C H H toluene C C H H C C C H H H C C C H H C H H
稀烃
H C H
H C H
H
H C H C H
H C H
H C H C H C H
H C H
ethene or 乙烯 ethylene

Alkynes or Acetylenes - one or more triple bonds between carbons - CnH2n-2 ,very reactive, higher heating value than alkanes or alkenes
H C H C C H H C C
H H C C C C C H H
苯

甲苯
napthalene 萘
Alcohols - contain one or more OH groups
醇
H H C H methanol OH
H H C H
H C H OH
ethanol
甲醇
乙醇
分子结构对燃料性质的影响
1、烷烃
正构物：直链饱和结构，温度超过300度易断链氧化，C原子数越 多倾向越明显。
异构物：支链饱和结构，高温不易氧化。
异构物是构成汽油的主要成分，正构物是构成柴油的主要成分。 2、烯烃 带有双键或三键的直链结构，是不饱和链状烃。 常温下，化学稳定性差，长期保存易形成胶质。高温下比烷烃难 氧化，产生爆燃倾向性小。在汽油中占一定比例。
Alternative Fuels
目的：替代能源、环保要求
1）按物态分类：
液体：甲醇CH3OH、乙醇C2H5OH、二甲醚CH3-O-CH3、生物柴油（甲脂） 气体：液化石油气LPG（丙烷、丁烯）、天然气CNG、LNG（甲烷） H2、沼气（CH4）、煤气（CO） 固体：煤粉、水煤浆
2）按成份分类：
烃燃料（除汽油、柴油外）和含氧燃料（含氧生物燃料）
油品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。
本章主要内容
燃料及其理化特性 汽油机与柴油机工作模式的差异 工质及其热力特性 燃烧热化学
发动机燃料的分类
发动机燃料分类: • 常规燃料——石油制品的液体燃料，即汽油和柴油。 • 代用燃料——烃（碳氢）类、醇类、醚类、酯类
趋势：汽车燃料多元化（Diversification）
2020
C原子数对石油产品特性的影响
粘 稳 挥 自 度 定 发 燃 性 性 性 点 燃 性
沸点
C1-C4
C5-C11
ห้องสมุดไป่ตู้
品种
石油气
汽油
分子量
16-58
95-120
常温
50-200
C10-C19
C16-C23 >C23
180-300
250-360 >360
C原子数—C越多，化学稳定性越差，物理稳定性好，不易蒸发。（因为C 越多则链越长，越易断，但是一个很大的分子不易蒸发） 分子结构： （1）“链”与“环”— 环化学稳定性好，不易自燃 （2）“直链”与“支链”（或正烷与异烷）—支链（异烷）的化学稳定性 好，抗爆好（如正庚烷C7H16，异辛烷C8H18，辛烷值分别为0和100）
理论混合气热值：汽油=柴油 ◎若实际中考虑，汽油在a =1，柴油在 a ≥1.2工作 则有可能混合气热值：汽油 > 柴油
排放特性
C/H高，则排放特性差， C—CO、CO2 有害
H—H2O 无害 天然气（NG）、LPG的H含量高（0.25和0.182），所以其CO、黑烟、 微粒、CO2低于汽、柴油
煤油
柴油 渣油
100-180
180-200 220-280
碳氢（Hydrocarbon）燃料的分类

Alkanes or Paraffins- single bonds between carbons - CnH2n+2, e.g. CH4, C2H6
烷烃
H
H C H methane 甲烷 H
H H C H
（3）“饱和”与“不饱和”—不饱和则不稳定，贮存中易氧化结胶（如烯 烃）
（4）“双键”和“单键”—单键的化学稳定性差
燃料碳原子数和分子结构对抗爆性的 影响
燃料抗爆性比较： 1）环烷烃 正烷烃 2）异烷烃 正烷烃
3）烯烃 正烷烃
4）芳香烃 烷烃和烯烃
燃料碳原子数和分子结构对自燃性的 影响
H C H H
H
H H H H C H C C C H C H H C C H C H H
ethane 乙烷
H H HH H H 2, 2, 4 trimethylpentane (iso-octane)
异辛烷

Alkenes or Olefins - one or more double bonds between carbons - CnH2n
3、环烷烃 C原子环状排列，两端C原子直接相连。 形成过氧化物的倾向小，不易产生爆燃，在汽油中占一定比例。
4、芳香烃 含H最少，具有双键和环状结构，难以氧化，抗爆性极强。
常在汽油中掺加苯以提高抗爆性。
烃燃料的分子结构与物化特性
◎ 烃燃料的分子式CnHm （碳氢化合物也称为烃） ◎ C、H占97%~98%，其余是S、O、N 而煤中的 “灰分+水” ＞17~60% ◎ 烃燃料的分类，主要掌握 以下几点：
第二章
燃料与工质
燃料的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。 燃料的热值（尤其是混合气热值），既是内燃机原 理的基础之一，也是影响动力性和经济性“量”环 节的主要因素之一。
工质的热力参数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”环节的重要因素。