内燃机燃料教材

1、第一章 内燃机燃料本章主要内容： 1. 汽油、柴油及其技术指标 2.气体代用燃料： 天然气、液化石油气、煤气、氢气等气体燃料。 3. 液体代用燃料： 醇类燃料（甲醇、乙醇）、二甲醚、生物柴油（各类 植物动物油）、水煤浆、煤制油等油。 4.代用燃料与汽柴油比较： 各种代用燃料的优缺点、对内燃机动力输出、经济性、排放性能、发展前景等的比较。第一节汽油、柴油及其技术指标 汽油的技术指标：汽油的技术指标：重要性能重要性能最重要的性能为蒸发性、抗爆性、安定性和腐蚀性。最重要的性能为蒸发性、抗爆性、安定性和腐蚀性。蒸发性：蒸发性：指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速指汽油在汽化器中蒸

2、发的难易程度。对发动机的起动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比比3个指标综合评定。个指标综合评定。馏程。指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程馏程。指汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄。范围要比车用汽油的馏程范围窄。蒸气压。指在标准仪器中测定的蒸气压。指在标准仪器中测定的38蒸气压，是反映汽油在燃料系蒸气压，是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。车用汽油要求有较高的蒸气压

3、，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。车用汽油要求有较高的蒸气压，航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。气液比。指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气气液比。指在标准仪器中，液体燃料在规定温度和大气压下，蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻体积与液体体积之比。气液比是温度的函数，用它评定、预测汽油气阻倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠。倾向，比用馏程、蒸气压更为可靠。抗爆性抗爆性： 指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。辛烷值是这样给定的：异辛烷的抗爆性较抗爆性用辛烷值表示。辛烷值

4、是这样给定的：异辛烷的抗爆性较好好 ，辛烷值给定为，辛烷值给定为100 ，正庚烷的抗爆性差，正庚烷的抗爆性差， 给定为给定为 0，汽油，汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料，使其产生的爆震强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样强度与试样相同，标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。辛烷值高，抗爆性的辛烷值。辛烷值高，抗爆性 好。汽油的等级是按辛烷值划分好。汽油的等级是按辛烷值划分的。高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要。汽油机压缩的。高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要。汽油机压缩比高，则热效率

5、高，可以节省燃料。汽油抗爆能力的大小与化学比高，则热效率高，可以节省燃料。汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。组成有关。 带带 支链的烷烃以及烯烃、芳烃通常具有优良的抗爆支链的烷烃以及烯烃、芳烃通常具有优良的抗爆性。提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，但也通过添性。提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分，但也通过添加四乙基铅等抗爆剂实现。加四乙基铅等抗爆剂实现。安定性：安定性： 指汽油在自然条件下，长时间放置的稳定性。用胶质和诱导指汽油在自然条件下，长时间放置的稳定性。用胶质和诱导期及碘价表征。期及碘价表征。 胶质越低越好，诱导期越长越好，碘价表示烯胶质越低越好，诱导期越长越好，碘价表示

6、烯烃的含量。烃的含量。腐蚀性腐蚀性： 用总硫、硫醇、铜片和酸值表征。用总硫、硫醇、铜片和酸值表征。那么汽车对车用汽油有哪些性能要求呢？那么汽车对车用汽油有哪些性能要求呢？ 1、良好的抗爆性；、良好的抗爆性； 2、适当的蒸发性；、适当的蒸发性； 3、良好的抗氧化安定性；、良好的抗氧化安定性； 4、良好的抗腐蚀性及一定的环保要求。、良好的抗腐蚀性及一定的环保要求。 表征汽油内在质量的检验项目有：汽油的抗爆表征汽油内在质量的检验项目有：汽油的抗爆性（研究法辛烷值、马达法辛烷值、抗爆指数）、硫含性（研究法辛烷值、马达法辛烷值、抗爆指数）、硫含量、蒸汽压、烯烃、芳烃、苯含量、腐蚀、馏程等。量、蒸汽压、烯

7、烃、芳烃、苯含量、腐蚀、馏程等。柴油及其技术指标柴油及其技术指标良好的燃烧性良好的燃烧性:良好良好的燃烧性能是指柴油喷入柴油机燃烧室与高温空气形成均匀的可的燃烧性能是指柴油喷入柴油机燃烧室与高温空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内发火自燃并正常地完全燃烧的性能。燃混合气之后，能在较短的时间内发火自燃并正常地完全燃烧的性能。十六烷值是评定柴油自燃发火性能的指标十六烷值是评定柴油自燃发火性能的指标，指和柴油发火性相同的标准指和柴油发火性相同的标准燃料中所含十六烷体积的百分数，是在规定的单缸柴油机燃料中所含十六烷体积的百分数，是在规定的单缸柴油机(十六烷值机十六烷值机)中测定中测定柴油的十

8、六烷值高低由柴油的化学组成和馏分组成决定。十六烷柴油的十六烷值高低由柴油的化学组成和馏分组成决定。十六烷值高，表明该燃料在柴油机中的发火性能良好，滞燃期短，燃烧均匀且值高，表明该燃料在柴油机中的发火性能良好，滞燃期短，燃烧均匀且完全，燃烧后压力上升平稳，工作比较柔和，柴油机启动性能较好。据完全，燃烧后压力上升平稳，工作比较柔和，柴油机启动性能较好。据试验，使用十六烷值为试验，使用十六烷值为53的柴油，柴油机在的柴油，柴油机在3s内即可启动，而使用十六内即可启动，而使用十六烷值为烷值为38的柴油却需要的柴油却需要45s才能启动。反之，柴油的十六烷值越低，柴油才能启动。反之，柴油的十六烷值越低，柴

9、油机的工作则越粗暴，启动性就越差。工程机械所用高速柴油机的柴油十机的工作则越粗暴，启动性就越差。工程机械所用高速柴油机的柴油十六烷值一般不低于六烷值一般不低于4050。需要说明的是，十六烷值过高也不好，当超需要说明的是，十六烷值过高也不好，当超过过65时，柴油分子量加大，馏分较重，柴油的凝点较高，蒸发性差，易时，柴油分子量加大，馏分较重，柴油的凝点较高，蒸发性差，易裂化以致燃烧不完全，排气冒黑烟，燃油经济性下降。裂化以致燃烧不完全，排气冒黑烟，燃油经济性下降。奥新富通乳化柴奥新富通乳化柴油很好地适应了这一要求。油很好地适应了这一要求。柴油及其技术指标柴油及其技术指标良好良好的低温的低温流动性流

10、动性：柴油的低温流动性直接关系到柴油机供油系统能否向喷油器正常供柴油的低温流动性直接关系到柴油机供油系统能否向喷油器正常供油的问题。低温流动性差的柴油，会造成低温下供油中断，不能保证柴油的问题。低温流动性差的柴油，会造成低温下供油中断，不能保证柴油机在低温下正常工作，因此，柴油的低温流动性是柴油机能否在低温油机在低温下正常工作，因此，柴油的低温流动性是柴油机能否在低温下正常工作的基本保证。下正常工作的基本保证。适当适当的的蒸发性蒸发性：柴油的蒸发性是反映柴油由液态变为气态的能力。柴油的蒸发性好，柴油的蒸发性是反映柴油由液态变为气态的能力。柴油的蒸发性好，混合气形成速度就快，就能适应高速柴油机燃

11、烧时间短的要求，容易完混合气形成速度就快，就能适应高速柴油机燃烧时间短的要求，容易完全燃烧，油耗低、排污少，但蒸发性过高，则会使全部柴油迅速燃烧，全燃烧，油耗低、排污少，但蒸发性过高，则会使全部柴油迅速燃烧，缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴，在贮运和使用过程中因柴油蒸气缸内压力急剧升高，柴油机工作粗暴，在贮运和使用过程中因柴油蒸气太多而不安全。太多而不安全。乳化柴油经过几十年国内外的研究和实践，在其性能上乳化柴油经过几十年国内外的研究和实践，在其性能上有了很大的发展。奥新富通乳化柴油正是在这一基础上发展起来的，在有了很大的发展。奥新富通乳化柴油正是在这一基础上发展起来的，在其燃烧性能和排放指标

12、的研究上，正好达到了一个新的高度。其燃烧性能和排放指标的研究上，正好达到了一个新的高度。柴油使用注意事项柴油使用注意事项(l)不同牌号的柴油可掺兑使用不同牌号的柴油可掺兑使用,因此因此,不需进行专门换季换油。凝点较不需进行专门换季换油。凝点较高的柴油中可掺入裂化煤油高的柴油中可掺入裂化煤油(10%一一40%)以降低其凝点以降低其凝点,如在如在O号柴油中号柴油中掺入掺入40%的裂化煤油的裂化煤油,可获得一可获得一10号柴油。号柴油。(2)柴油中不能掺入汽油柴油中不能掺入汽油,柴油中掺入汽油后柴油中掺入汽油后,发火性能将显著变差发火性能将显著变差,导致导致启动困难甚至不能起动。为改善柴油机低温启动

13、性的启动燃料启动困难甚至不能起动。为改善柴油机低温启动性的启动燃料*不能不能直接加注于柴油箱中八以兔引起气阻甚至火灾。直接加注于柴油箱中八以兔引起气阻甚至火灾。(3)柴油加入油箱前柴油加入油箱前,二定要充分沉淀二定要充分沉淀(不少于不少于48h),仔细过滤仔细过滤,以除去杂以除去杂质质,切实保证净化八以保证柴油机燃料供给系统的精密零件不出故障切实保证净化八以保证柴油机燃料供给系统的精密零件不出故障与延长其使用寿命。与延长其使用寿命。(4)冬季使用桶装高凝点柴油时冬季使用桶装高凝点柴油时,不得用明火加热不得用明火加热,以免爆炸。以免爆炸。(5)油品储存及安全知识详见第十章油品储存及安全知识详见第

14、十章,此处从略此处从略第二节 气体代用燃料 天然气(NG)，是一种多组分的混合气态化石燃料，主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷。 天然气燃烧后无废渣、废水产生，相较煤炭、石油等能源有使用安全、热值高、洁净等优势。气体代用燃料 一般汽车使用的是压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG） CNG指压缩到压力大于或等于10MPa且不大于25MPa的气态天然气，是天然气加压并以气态储存在容器中。 LNG是天然气经压缩、冷却至其沸点（-161.5摄氏度）温度后变成液体，通常液化天然气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内。使用使用CNG和和LNG的某汽车的燃

15、料的某汽车的燃料系统各项指标的对比系统各项指标的对比各项指标各项指标CNGLNG两者之比两者之比储备量/Kg75751储气罐容积/L40017523工作压力/MPa200.15130储气罐个数/个818气罐所需空间/m31.40.62.3储气罐质量/Kg740859储气罐单位容重/Kg101.159CNG与LNG优劣分析 虽然上表显示出LNG作为汽车燃料的展现出的一些优势，但是考虑到经济成本和技术发展的成熟度，LNG就不再有优势了。 CNG的造价比LNG便宜很多，在国内的发展速度较快，技术更加完善。 综合来讲，CNG的性价比更高。气体代用燃料天然气燃料的优势： 天然气在汽车上与空气混合时是气态

16、，因此，与汽油、柴油相比，其混合气更均匀，燃烧更完全。 燃用压缩天然气的CO和HC排放较汽油明显降低，但甲烷的排放增加。此外，使用纯压缩天然气的汽车的NOx排放较高。气体代用燃料 液化石油气（LPG），与石油和天然气一样，是化石燃料。主要成分是丁烯、丙烯、丁烷和丙烷。一般在高压下（2.8 MPa）储藏于钢瓶内。 液化石油气(LPG)与汽油、柴油常规汽车燃料相比，具有燃烧完全、积炭少、污染物排放低等优点。气体代用燃料污染物污染物汽油汽油CNGLPG非甲烷碳氢10.10.50.7甲烷110-一氧化碳10.20.80.81.0氮氧化物10.20.81.0汽车燃用汽油、LPG、CNG排放污染对比气体代

17、用燃料煤气，以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。主要成分为一氧化碳、氢气，氮气，还有少量二氧化碳和微量碳氢化合物。 煤气与常规燃料相比，完全燃烧后产生的污染比较少。气体代用燃料 氢气，最清洁的燃料，资源丰富，热值高。作为汽车动力燃料有两种使用方式，一种是直接燃烧氢气的内燃机，另一种是氢燃料电池。 氢作为燃料，相比常规燃料，无一氧化碳、二氧化碳等污染物。氢燃料汽车第三节 液体代用燃料当前，液体代用燃料主要包括各类醇类燃料（如甲醇和乙醇等）、二甲醚、生物柴油、水煤浆、煤制油等。醇类燃料醇类燃料可以与汽油或柴油按一定比例配制而成混合燃料，亦可以直接采用醇类燃料作为发动机的燃料。与汽油相比，醇类燃

18、料具有较高的输出效率，能耗梁折合油耗量较低，由于燃烧充分，有害气体排放较少，属于清洁能源。1 甲醇甲醇甲醇燃料是利用工业甲醇或燃料甲醇,加变性醇添加剂,与现有国标汽柴油(或组分油),按一定体积(或重量比)经严格科学工艺调配制成的一种新型清洁燃料.可替代汽柴油,用于各种机动车,锅灶炉使用.生产甲醇的原料主要是煤,天然气,煤层气,焦炉气等。车用乙醇燃料也称为乙醇汽油，是指在不含MTBE含氧添加剂的专用汽油组分油（由炼油厂或石油化工厂生产的用于调合车用乙醇汽油的调合油）中，按体积比加入一定比例（我国目前暂定为10%）的变性燃料乙醇，由车用乙醇汽油定点调配中心按国标GB183512004的质量要求，通

19、过特定工艺混配而成的新一代清洁环保型车用燃料。早在20世纪20年代，巴西就开始了乙醇汽油的使用。由于巴西石油资源缺乏，但盛产甘蔗，于是形成了用甘蔗生产蔗糖、醇的成套技术。目前，巴西是世界上最早用乙醇含量已达到20%的乙醇汽油。我国在抗战时，就使用酒精作汽车燃料，在解放战争的时候，解放军为了军用，建立了南阳酒精厂，现在这个厂还是现在生产乙醇汽油用酒精的主要工厂。解放之初，还有用酒精开汽车的，而且还不是现在的科学的乙醇汽油。2 乙醇乙醇3 二甲醚二甲醚二甲醚是一种无色、具有轻微醚香味的气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性。还具有优良的混溶性，能同大多数极性和非极性有机溶剂混溶。作为LPG和石油类的替

20、代燃料，二甲醚是具有与LPG的物理性质相类似的化学品，在燃烧时不会产生破坏环境的气体，能便宜而大量地生产。相比而言，常规发动机代用燃料如液化石油气、天然气、甲醇等的十六烷值都小于10，只适合于点燃式发动机。十六烷值含量是柴油燃烧性能的重要指标，二甲醚的十六烷值高于柴油，具有优良的压缩性，非常适合压燃式发动机，二甲醚替代柴油可降低氮氧化物排放，实现无烟燃烧，是理想的柴油发动机洁净燃料。使用二甲醚，尾气无需催化转化处理，氮氧化物及黑烟微粒排放就能满足美国加利福尼亚燃料汽车超低排放尾气的要求，并可降低发动机噪音。研究表明，现有汽车发动机只需略加改造就能使用二甲醚燃料。二甲醚成本虽高于柴油，但成本和污

21、染都低于液态丙烷等低污染替代燃料。它将与甲烷一样，被期望成为21世纪的能源之一。4 生物柴油生物柴油生物柴油(Biodiesel)提炼自动植物油，普遍用于拖拉机、卡车、船舶等。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油和石化柴油相比含硫量低，使用后可使二氧化硫和硫化物排放大大减少。权威数据显示，二氧化硫和硫化物的排放量可降低约30%。生物柴油不含对环境造成污染的芳香族化合物，燃烧尾气对人体的损害低于石化柴油，同时具有良好的生物降解特性。和石化柴油相比，柴油车尾气中有

22、毒有机物排放量仅为10%,颗粒物为20%，二氧化碳和一氧化碳的排放量仅为10%，排放尾气指标可达到欧洲号和号排放标准。我国主要是以木本油料、废弃油脂和微藻油脂为原料。我国在内蒙古开展了微藻固碳生物能源示范项目，同时，已在四川、贵州、海南启动小油桐生物柴油产业化示范项目。5 水煤浆和煤制油水煤浆和煤制油水煤浆是一种新型、高效、清洁的煤基燃料，是燃料家庭的新成员，它是由65%-70%不同粒度分布的煤，29-34%左右的水和约1%的化学添加剂制成的混合物。经过多道严密工序，筛去煤炭中无法燃烧的成分等杂质，仅将碳本质保留下来，成为水煤浆的精华。它具有石油一样的流动性，热值相当于油的一半，被称为液态煤炭

23、产品。煤制油（Coal-to-liquids,CTL）是以煤炭为原料，通过化学加工过程生产油品和石油化工产品的一项技术，包含煤直接液化和煤间接液化两种技术路线。煤的直接液化将煤在高温高压条件下，通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，并脱除硫、氮、氧等原子。煤的间接液化首先把煤气化，再通过费托合成（以合成气为原料制备烃类化合物的过程）转化为烃类燃料。生产的油品具有十六烷值高、H/C含量较高、低硫和低芳烃以及能和普通柴油以任意比例互溶等特性。同时，CTL具有运动粘度低，密度小、体积热值低等特点。第四节 代用燃料和汽柴油的比较1 气体代用燃料与汽柴油的比较：气体代用燃料与汽柴油的比较：天然气的优势：

24、成本低廉、运行平稳。安全可靠使CNG汽车具有较为广阔的发展前景，CNG作为车用燃料，在环保和能源安全方面有较大的优势是具有发展潜力的汽车替代燃料。天然气的缺点：资源有限（主要工业及民用）、汽车续驶里程短、储运加注等基础设施要求高、投资大、只适用于在富产天然气的地区和大中城市推广。随着CNG运输管网分布范围的扩大以及加气站的增多，CNG汽车的应用范围可以扩大到城市之间。石油气的优势：燃烧清洁、排放污染物少，安全可靠、经济可行等特点石油气的缺点：LPG主要来源于石油，其供应性受到石油供应的限制，价格也会随着石油价格变化而波动；LPG对加气站、管网等基础设施的建设要求也很高。氢气的优势：良好的行进加

25、速性；良好的燃料适应性；低温起动性好；超低排放全工况高效率等优点；氢具有巨大的价格优势；强大的工业基础。氢气的不足：利用可再生能源制氢还存在一定的问题；氢气能量密度最小、储运条件十分苛刻、续驶里程短、加注不方便；目前氢气的制取、储运、加注、氢能汽车成本等存在很多问题，短期内氢气作为汽车能源的发展受到了限制。但氢来源的广泛性、可再生性和燃烧清洁性使氢成为世界各国汽车代用燃料的长期发展战略目标。相对于LNG发动机，CNG发动机和LPG发动机的技术成熟程度、经济成本等都更现实，目前CNG发动机已经广泛应用其第三代电控喷射CNG的技术，采用高压喷射，通过节气门传感器，气体流量传感器，转速传感器，水温传

26、感器，进气温度传感器，压力传感器和氧传感器等经过中央处理单元来控制点火、空燃比等。更先进的LNG缸内直喷技术目前已得到小批试用，动力性、经济性和排放俱佳，但开发难度较大，费用昂贵，成本也高，国内尚未开始研制。2 甲醇与汽柴油比较甲醇与汽柴油比较甲醇的优点：（1）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。（2）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25.2cm/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）甲醇的着火极限比汽油、柴油浓，使用更安全。（4）极佳的冷却作用，可以降低发动机

27、温度，不致过热；极高的抗爆能力，能够在高于优质汽油所容许的压力下燃烧而不会爆震。这正适合高压缩比、高性能的发动机。（5）甲醇可以不必过分集中生产，便于企业投资兴建和产品输送，即使较长距离的输送，也比输煤和输气便利。再加上它是含氧化合物，燃烧完全，在汽车发动机中的能量利用效率高于汽油，其经济性很具有竞争力。甲醇的缺点：（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。（2）甲醇燃烧后会产生醛类等非常规排放物.（3）甲醇不完全燃烧产物中含有酸性物质，易造成发动机润滑油提前酸化。（4）甲醇具有腐蚀性，对橡胶有溶胀作用，因此将甲醇汽油中往往要加入抗腐蚀、抗溶胀的添加剂。3 乙醇与汽柴油的比较乙醇与汽柴油的比较乙醇的优点：（1）增氧性强，助燃效果好。燃料乙醇按10%的比例混配入汽油中，可使氧含量达到3.5%，助燃效果好，汽油燃烧充分，使汽车的有害尾气排放总量降低33%以上。并可使辛烷值提高23个单位，提高了油品的抗爆性