第四章_内燃机的燃料及燃烧

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第四章内燃机的燃料与燃烧

§4-1 发动机的燃料

§4-2 燃料的使用性能

§4-3 燃烧热化学

§4-4 燃烧的基本知识

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§4-1 内燃机燃料及其提炼

燃料是内燃机产生动力的来源，直接影响内燃机的发展、结构特点以及对环境的污染。

●一、石油中烃的分类及性质

●

●石油：碳氢化合物

●主要成分：C，H；少量的S，O2，N2

●分子式：CnHm——烃类

●代用燃料：CNG、LPG、DME、H2、醇类等

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1. 碳原子数的影响

●由烃分子C原子数的不同，其分子量、沸点不同；

●

●燃料根据不同沸点分馏依次得到：

●

●C1~C4：气态——石油气，相对分子质量16~58；

●C5~C23：液态，其中：

● C5~C11：50~200℃，汽油，分子质量95~120；

● C11~C19：180~300 ℃，煤油， 100~180；

● C16~C23: 250~360，轻、重柴油，180~200

●C23以上：360 ℃以上，渣油，220~280

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表4-1 烃分子中碳原子数对烃性质的影响

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2. 分子的化学结构对性能的影响

碳，氢原子数和排列位置对燃料性质影很大： 1）烷烃：分子式：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； 2）烯烃： 分子式：CnH2n ；

化学结构：-C=C-; -C=C-C-C-

C 原子数 沸点℃ 品种 相对分子量 理化性质变化趋势

C 1—C 4 C 5—C 11

C 11—C 19

C 16—C 23

C 23以上

常温 50—200

180—300

250—360 360以上

石油气 汽油 煤油 轻柴油

重油

16—58 95—120

100—180

180—200

220—280

轻质

易挥发

粘度增大

化学稳定性变好

易自燃

易点燃

-C-C-C-C-；

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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：—

C C — 特点：非饱和开链，热裂化产物，不存在原油中； 很不稳定，常温下易分解；不易作燃料。 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。

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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，

支链(热稳定)

-C-C-C-C-

C

C

直链

-C —C- -C —C-

环丁环

高温下不易破裂；

汽油的良好的抗爆剂；

石油炼制中产生。

-甲基萘：C11H10，

其抗爆性认为100%

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二、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；

●

●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：

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表4-3不同炼制方法对油料性质的影响

油料

直馏法

热裂法

催化裂化法 汽油 稳定性好，含90%—95%的烷烃与环烷烃，芳香烃不超过5%—9%，不含不饱和链状烃，其MON 辛烷值大致在50—70

含有较多的不饱和烃，储存 中易产生胶质，抗爆性比直

馏汽油好，其MON 辛烷值 约为58—68范围内

芳香烃的体积分数约32%—40%，烷烃为50%—60%，环烷烃为8%—10%，品质高，抗爆性好，辛烷值可达77—84，RON 可达90以上 柴油 含有20%—30%的芳香烃具有较高的十六烷值

含有大量不饱和烃，十六烷值较低，一般用作中低速柴油机燃料

性能较好，可作高品质柴油使用，用于高速柴油机中

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● 热裂解：工艺简单；

● 但燃油的稳定性差，辛烷值低。 ● ● 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。

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。

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三、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(CNG)，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。

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●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

●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，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%

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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