内燃机原理第二章燃料、工质与热化学

1、掌握现代内燃机使用的燃料及其特性；掌握现代内燃机使用的燃料及其特性；掌握燃料主要理化特性对掌握燃料主要理化特性对ICE的影响；的影响；掌握汽柴油机工作模式的差异；掌握汽柴油机工作模式的差异；掌握各种概念；掌握各种概念；掌握理论空气量计算方法；掌握理论空气量计算方法；掌握各种混合气热值的计算方法；掌握各种混合气热值的计算方法；了解烃结构对燃料理化特性的影响。了解烃结构对燃料理化特性的影响。掌握汽柴油不同馏出温度对内燃机性能影响；掌握汽柴油不同馏出温度对内燃机性能影响；燃料燃料空气空气燃烧产物燃烧产物工质对工质对ICE影响：影响：工质的热力学性质工质的热力学性质燃料热值燃料热值pvcc 、ktet

2、uHePebePebICE的工质的工质燃料理化特性燃料理化特性混合气形成方式混合气形成方式着火方式着火方式负荷调节方式负荷调节方式tcePebICE对燃料的要求：对燃料的要求：价格低、资源丰富；价格低、资源丰富；理化特性适合理化特性适合ICE需要；需要；高热值（能量密度大）；高热值（能量密度大）；对人体、环境无害；对人体、环境无害；对对ICE损伤小。损伤小。一、车用一、车用ICE燃料及其分类燃料及其分类常规燃料常规燃料(Conventional Fuel )：汽油、柴油：汽油、柴油代用燃料代用燃料(Alternative Fuel )：其他燃料：其他燃料ICE燃料燃料（一）常规燃料（一）常规燃

3、料成分：成分：C、H、O、N、S（很少）（很少）清洁燃料：低碳燃料清洁燃料：低碳燃料汽油：汽油：C5 C11柴油：柴油：C16 C23（二）代用燃料（二）代用燃料NG（Natural Gas，主要成分：，主要成分：CH4，不可再生不可再生）lLNG（Liquefied Natural Gas）lCNG（Compressed Natural Gas）常压下将气态的天然气冷却至常压下将气态的天然气冷却至-162，使之凝结成液体。，使之凝结成液体。将将NG加压到加压到2025MPa凝结成液态。凝结成液态。LPG（Liquefied Petrol Gas，不可再生不可再生）丙烷、丁烷、戊烷的混合物，丙

4、烷含量丙烷、丁烷、戊烷的混合物，丙烷含量90%以上。以上。将石油气加压到将石油气加压到0.51.0MPa，制成液态。，制成液态。含氧燃料（含氧燃料（可再生燃料可再生燃料生物质生物质）甲醇、乙醇、二甲醚甲醇、乙醇、二甲醚DME（Dimethyl ether）开发中的燃料开发中的燃料l生物柴油（生物柴油（Biodiesel Fuel，BDF，可再生可再生）动、植物油脂经过化工方法制成脂类化合物。动、植物油脂经过化工方法制成脂类化合物。l煤制油（煤制油（Coal-to-liquids，CTL，不可再生不可再生）煤气化（煤气化（H2、CO）后经催化制成低分子烃类液体燃料。）后经催化制成低分子烃类液体燃

5、料。l天然气制油（天然气制油（Gas-to-liquids，GTL，不可再生不可再生）将天然气部分氧化得到将天然气部分氧化得到H2、CO后，经催化制成低分子后，经催化制成低分子烃类液体燃料。烃类液体燃料。氢气（氢气（可再生可再生内燃机最理想燃料内燃机最理想燃料）其它燃料其它燃料l生物质燃料制柴油（生物质燃料制柴油（Biomass-to-liquids, BTL , 可再生可再生）一般用于发电机组一般用于发电机组l高炉煤气高炉煤气用气化炉使生物质（如：农业废弃物、杂草、垃圾等）用气化炉使生物质（如：农业废弃物、杂草、垃圾等）不完全燃烧生成不完全燃烧生成H2、CO、CH4、烃和、烃和N2、CO2。

6、炼铁副产品，主要成分炼铁副产品，主要成分H2、CO、CH4、CO2、N2。l焦炉煤气焦炉煤气烟煤炼焦副产品，主要成分烟煤炼焦副产品，主要成分H2、 CH4 、CO、CO2、N2。将生物质燃料气化得到生物质气经催化制成烃类液体燃料。将生物质燃料气化得到生物质气经催化制成烃类液体燃料。l生物质气（生物质气（可再生可再生）ICE代用燃料分类代用燃料分类分类方法分类方法燃料种类燃料种类燃料燃料按来源分类按来源分类矿物质代用燃料矿物质代用燃料（不可再生）（不可再生）压缩天然气（压缩天然气（CNG）；）；液化天然气（液化天然气（LNG）；）；液化石油气（液化石油气（LPG）；）；煤制甲醇；煤制甲醇；煤制二

7、甲醚（煤制二甲醚（DME）；）；煤制柴油（煤制柴油（CTL）；）；天然气制柴油（天然气制柴油（GTL）生物质代用燃料生物质代用燃料（可再生）（可再生）植物油：菜籽油、豆油、棉籽油、棕植物油：菜籽油、豆油、棉籽油、棕榈油、椰子油、葵花籽油；榈油、椰子油、葵花籽油；生物柴油（生物柴油（BDF）；）；植物或农作物制成的甲醇、乙醇等；植物或农作物制成的甲醇、乙醇等；生物燃料制柴油（生物燃料制柴油（BTL）生物燃料制生物燃料制DME生物质气生物质气ICE代用燃料分类代用燃料分类分类方法分类方法燃料种类燃料种类燃料燃料按着火方式分类按着火方式分类汽油代用燃料汽油代用燃料（SI-ICE）CNG、LNG、LP

8、G、甲醇、乙醇、氢气、甲醇、乙醇、氢气等等柴油代用燃料柴油代用燃料（CI-ICE）生物柴油、生物柴油、DME、BTL、CTL、GTL等等按形态分类按形态分类气体代用燃料气体代用燃料氢气、氢气、CNG、LNG、LPG、DME、煤气、煤气、沼气等沼气等液体代用燃料液体代用燃料甲醇、乙醇、生物柴油、甲醇、乙醇、生物柴油、BTL、CTL、GTL等等固体代用燃料固体代用燃料煤粉（与燃料油或乳化剂混合使用）煤粉（与燃料油或乳化剂混合使用）ICE代用燃料分类代用燃料分类分类方法分类方法燃料种类燃料种类燃料燃料按化学成分分类按化学成分分类烃类代用燃料烃类代用燃料CNG、LNG、LPG、BTL、CTL、GTL等

9、等含氧燃料含氧燃料醇类燃料醇类燃料甲醇、乙醇等甲醇、乙醇等醚类燃料醚类燃料甲基叔丁基醚（甲基叔丁基醚（MTBE）、乙基叔丁）、乙基叔丁基醚（基醚（ETBE）、甲基叔戊基醚）、甲基叔戊基醚（TAME）、二甲醚（）、二甲醚（DME）、二异）、二异丙基醚（丙基醚（DIPE）、二正戊基醚）、二正戊基醚（DNPE）等）等脂类燃料脂类燃料生物柴油、合成脂生物柴油、合成脂氢气代用燃料氢气代用燃料氢气氢气二、二、ICE燃料的主要理化特性及评价燃料的主要理化特性及评价l评价指标评价指标十六烷值（十六烷值（Cetane Number, CN）定义：定义：在无外源点火时燃料自行着火燃烧的能力（温度）。在无外源点火时

10、燃料自行着火燃烧的能力（温度）。CI-ICE燃料自燃着火性能评价燃料自燃着火性能评价（一）自燃性能（自燃温度）（一）自燃性能（自燃温度）化学稳定性化学稳定性l评价方法评价方法把化学稳定性差的正十六烷人为定义把化学稳定性差的正十六烷人为定义CN=100把化学稳定性好的把化学稳定性好的-甲基萘人为定义甲基萘人为定义CN=0规定规定在十六烷值测试机上进行试验在十六烷值测试机上进行试验HCCHHHH. . . . . . .HCCHHHH正正十六烷值十六烷值C16H34CN=100CCCCCCCCCCHHHHHHHCH3甲基萘甲基萘C11H10CN=0十六烷值试验机十六烷值试验机试验条件试验条件燃烧室

11、燃烧室Combustion Chamber涡流燃烧室涡流燃烧室Swirl压缩比压缩比Compression Ratio(CR)可变压缩比可变压缩比Variable（72828）内燃机转速内燃机转速Engine Speed900r/min喷油时刻喷油时刻Start of Injection13CA(BTDC)燃烧始点燃烧始点Start of CombustionTDC着火延迟着火延迟Ignition Delay13CA着火延迟调整着火延迟调整Ignition Delay Adjustment可变压缩比可变压缩比体积份额为体积份额为x%的正十六烷与（的正十六烷与（1-x）%的的-甲基萘混合。甲基萘

12、混合。参比燃料参比燃料:在可变压缩比的十六烷值机上进行试验，被测燃料与参比在可变压缩比的十六烷值机上进行试验，被测燃料与参比燃料具有相同的着火性能时，燃料的十六烷值燃料具有相同的着火性能时，燃料的十六烷值CN=x测试过程测试过程:十六烷指数（十六烷指数（Cetane Index, CI）:51.418lg41.1622050TCI 燃料燃料50%的馏出温度，的馏出温度，；50lgT 燃料燃料20时的密度，时的密度，kg/L。20CN着火性能着火性能高分子烃高分子烃PM排放排放十六烷值十六烷值50SI-ICE燃料抗爆性能评价燃料抗爆性能评价抗爆性：抗爆性：燃料对燃料对ICE发生爆燃的抵抗能力。发

13、生爆燃的抵抗能力。l评价指标评价指标辛烷值（辛烷值（Octane Number，ON）l评价方法评价方法在辛烷值试验机上进行。在辛烷值试验机上进行。VCR辛烷值试验机辛烷值试验机规定：规定：化学稳定性好的异辛烷人为定义化学稳定性好的异辛烷人为定义ON=100；化学稳定性差的正庚烷人为定义化学稳定性差的正庚烷人为定义ON=0CCCCCCCHHHHHHHHHHHHHHHH正庚烷正庚烷C7H16 ON0异辛烷异辛烷C8H18 ON100CCCCCHHHHHHHHHCH3CH3CH3运行条件运行条件operations马达辛烷值马达辛烷值MON研究辛烷值研究辛烷值RON内燃机转速内燃机转速Engine

14、 Speed900r/min600r/min压缩比压缩比Compression Ratio可调节可调节Adjustable点火时刻点火时刻Ignition Timing 1026CA(BTDC)Variable13CA(BTDC)混合气预热混合气预热Pre-heating of Mixture149NO空气预热空气预热Pre-heating of air3852MON和和RON测试手段比较测试手段比较研究法辛烷值研究法辛烷值RON（research octane number）马达法辛烷值马达法辛烷值MON（motor octane number）ON体积份额为体积份额为x%的异辛烷与（的异辛

15、烷与（1-x）%的正庚烷。的正庚烷。参比燃料参比燃料:在可变压缩比的辛烷值机上进行试验。在可变压缩比的辛烷值机上进行试验。测试过程测试过程:马达法测试条件相对马达法测试条件相对RON苛刻，苛刻，MON100）：）：l传统辛烷值机，用芳香烃和正庚烷作为参比燃料；传统辛烷值机，用芳香烃和正庚烷作为参比燃料；l用航空温度法或者电解质法测量。用航空温度法或者电解质法测量。提高燃料抗爆性的方法：提高燃料抗爆性的方法：l抗爆添加剂抗爆添加剂四乙基铅四乙基铅Pb（C2H5）4Pb（C2H5）4PbO2高温分解高温分解ROOH（不活泼）（不活泼）低温多阶段低温多阶段着火落后期加长着火落后期加长爆燃倾向降低爆燃

16、倾向降低Pb污染污染我国汽油我国汽油Pb5mg/LlMMT抗爆剂抗爆剂甲基环戊二烯基三羰基锰（甲基环戊二烯基三羰基锰（CH3C5H4Mn(CO)3,MMT）MMT覆盖火花塞覆盖火花塞失火失火MMT堵塞堵塞TWC中毒、性能下降中毒、性能下降我国汽油我国汽油Mn0.016g/LTWC（Three-way Catalytic Converter）中毒）中毒问题问题问题问题问题：问题： 易形成甲醛易形成甲醛l加入高抗爆指数的醇类、醚类加入高抗爆指数的醇类、醚类l调整燃料成分调整燃料成分烷烃烷烃烯烃烯烃环烷烃环烷烃芳香烃芳香烃抗爆指数抗爆指数弱弱强强问题：问题： 烯烃高臭氧活性烯烃高臭氧活性多环芳香烃多

17、环芳香烃PAH致癌致癌燃料限制成分燃料限制成分l改变炼制工艺改变炼制工艺采用催化裂化工艺采用催化裂化工艺直溜汽油直溜汽油 5868热裂化汽油热裂化汽油 6370催化裂化汽油催化裂化汽油 7880MON问题：问题：成本高成本高diesel：250DME：235BDF：450SICIgas：300400NG：650LPG：365470CH3OH：500C2H5OH：420H2：570燃料自燃性能对燃料自燃性能对ICE影响影响l着火燃烧方式着火燃烧方式SI，or，CI自燃温度自燃温度自燃温度自燃温度BDF自燃温度高，单独使用压缩比过大。自燃温度高，单独使用压缩比过大。一般与柴油配比使用，小于一般与柴

18、油配比使用，小于BD50lCI-ICE的工作平顺性的工作平顺性工作平顺性：工作平顺性：ICE振动、噪音的大小。振动、噪音的大小。自燃温度自燃温度着火落后期着火落后期ddp振动、噪音振动、噪音lSI-ICE的抗爆性的抗爆性自燃温度自燃温度自燃可能性自燃可能性爆燃倾向爆燃倾向（二）蒸发性（二）蒸发性物理稳定性物理稳定性定义：定义：燃料由液态变为气态的性能。燃料由液态变为气态的性能。燃料抗爆性燃料抗爆性评价：评价：馏程和蒸气压馏程和蒸气压l馏程：燃油在规定条件下蒸馏出不同百分比的温度范围。馏程：燃油在规定条件下蒸馏出不同百分比的温度范围。馏程测定装置馏程测定装置加热加热测温测温冰冰-水冷凝槽水冷凝槽

19、量筒量筒冷凝管冷凝管100ml烧瓶烧瓶作用：作用：判定油品中轻、重成分含量的多少。判定油品中轻、重成分含量的多少。不同燃料的蒸馏曲线不同燃料的蒸馏曲线温度温度/ 馏出体积馏出体积/ %航空汽油航空汽油车用汽油车用汽油航空煤油航空煤油轻柴油轻柴油u 初馏点（馏出点）：初馏点（馏出点）： 蒸馏出第一滴燃料时的温度。蒸馏出第一滴燃料时的温度。汽油馏程：汽油馏程：u 10%馏出温度馏出温度代表轻质成分的多少代表轻质成分的多少汽油试样馏出体积达到汽油试样馏出体积达到10%时的温度，时的温度， 。10T 高，轻质成分含量少，冷起动困难，不易气阻。高，轻质成分含量少，冷起动困难，不易气阻。10Tu 50%馏

20、出温度馏出温度代表平均蒸发量代表平均蒸发量汽油试样馏出体积达到汽油试样馏出体积达到50%时的温度，时的温度， 。50T7010T 高，暖机时间长，加速性差，工作平稳性差。高，暖机时间长，加速性差，工作平稳性差。50T12050T u 90%馏出温度馏出温度代表重成分含量的多少代表重成分含量的多少汽油试样馏出体积达到汽油试样馏出体积达到90%时的温度，时的温度， 。90T19090T 易积碳易积碳燃料裂解燃料裂解经济性差经济性差不完全燃烧不完全燃烧磨损严重磨损严重重成分损害壁面油膜重成分损害壁面油膜润滑油消耗大润滑油消耗大稀释润滑油稀释润滑油 高，重成分含量多高，重成分含量多90Tu 终馏点（干

21、点终馏点（干点EP，End boiling Point）汽油的驾驶性指数汽油的驾驶性指数DI（Driveability Index）：）：EtOHMTBETTTDI302 . 735 . 1905010燃料中最重成分的沸点。燃料中最重成分的沸点。燃料中添加甲基叔丁基醚（燃料中添加甲基叔丁基醚（MTBE） ，否则为，否则为0；1MTBE燃料中添加乙醇（燃料中添加乙醇（EtOH） ，否则为，否则为0。1EtOH汽油的蒸发驾驶性指数汽油的蒸发驾驶性指数EDI（Evaporation Driveability Index）：）：EtOHMTBEEEEEDI41156 . 144. 114010070

22、、 、 分别为分别为70 、100 和和140 下燃料蒸发下燃料蒸发的百分比。的百分比。70E140E100EDI越大，蒸发性越差，驾驶性越差。越大，蒸发性越差，驾驶性越差。700540DI EDI越大，蒸发性越好，驾驶性越好。越大，蒸发性越好，驾驶性越好。250100EDI柴油馏程：柴油馏程：u 初馏点（馏出点）：初馏点（馏出点）： 蒸馏出第一滴燃料时的温度。蒸馏出第一滴燃料时的温度。u 50%馏出温度馏出温度代表轻质成分的多少代表轻质成分的多少柴油试样馏出体积达到柴油试样馏出体积达到50%时的温度，时的温度， 。50T 影响影响CI-ICE的冷起动和工作平顺性的冷起动和工作平顺性50Tu

23、90%馏出温度馏出温度代表重成分的多少代表重成分的多少柴油试样馏出体积达到柴油试样馏出体积达到90%时的温度，时的温度， 。90T 高，轻质成分含量少，冷起动困难，且工作粗暴。高，轻质成分含量少，冷起动困难，且工作粗暴。50T冒烟、积碳冒烟、积碳燃料裂解燃料裂解 高高90T混合气形成慢混合气形成慢喷油雾化质量差喷油雾化质量差经济性差经济性差燃烧不良燃烧不良磨损严重磨损严重油膜破坏油膜破坏30050T35590T润滑油消耗大润滑油消耗大燃料稀释润滑油燃料稀释润滑油原油不同分馏段的成分及其主要性能原油不同分馏段的成分及其主要性能名称名称主要成分（主要成分（C原子原子及质量百分数）及质量百分数）沸点

24、沸点/0.1MPa密度密度0，0.1MPa相对分子量相对分子量着火温度着火温度/甲烷甲烷C176C，24H-1620.8kg/m316650石油气石油气C3C583C，17H-4310.510.58(kg/L)2.02.7(kg/m3)4158365470汽油汽油C5C1186C，14H252150.7150.78(kg/L)95120300400煤油煤油C11C1987C，13H1702600.770.83(kg/L)100180250柴油柴油C16C2387C，13H1803600.8150.855(kg/L)180200250渣油渣油C23以上以上360以上以上220280每吨原油产出的

25、每吨原油产出的汽油汽油:柴油柴油=2:1，从燃料讲汽柴油机并存，从燃料讲汽柴油机并存雷德饱和蒸气测定仪雷德饱和蒸气测定仪l蒸气压：液体燃料在雷德（蒸气压：液体燃料在雷德（Reid）饱和蒸气压测定仪中，）饱和蒸气压测定仪中， 按燃料蒸气与液体燃料的体积比为按燃料蒸气与液体燃料的体积比为4:1，水浴温，水浴温 度度37.8 时所测得的最大燃料蒸气压，称之为时所测得的最大燃料蒸气压，称之为 雷德饱和蒸气压（雷德饱和蒸气压（RVP）。）。压力表压力表蒸气室蒸气室V=437.8 恒温水浴恒温水浴燃料室燃料室V=1温度温度/饱和蒸气压（饱和蒸气压（0.133）/kPaC8H18C4H10C5H12C6H6

26、C7H16C6H14C6H5CH3C9H20饱和蒸气压高，蒸发性好，但饱和蒸气压高，蒸发性好，但容易产生气阻（容易产生气阻（Vapor Lock）含有含有10个以上碳原子个以上碳原子的烃，饱和蒸气压为的烃，饱和蒸气压为0。燃料蒸发性对燃料蒸发性对ICE影响影响l混合气形成方式混合气形成方式均质、非均质均质、非均质均质混合均质混合沸点沸点汽油：汽油：25215NG：-162LPG：-42CH3OH：65C2H5OH：78DME：-50H2：-253柴油：柴油：180360 BDF：182238非均质混合非均质混合l冷起动性能冷起动性能蒸发性差，冷起动困难蒸发性差，冷起动困难l油管气阻（油管气阻（

27、Vapor Lock）气阻：气阻：受环境温度影响，油管内燃料气化，形成气泡，受环境温度影响，油管内燃料气化，形成气泡，产生较高的流动阻力。产生较高的流动阻力。蒸发性好，易产生气阻蒸发性好，易产生气阻（三）低温流动性（三）低温流动性低温条件下，液体燃料在内燃机燃料供给系统中能否顺低温条件下，液体燃料在内燃机燃料供给系统中能否顺利进行泵送和通过燃料过滤器，以保证内燃机正常供油。利进行泵送和通过燃料过滤器，以保证内燃机正常供油。汽油的冷凝温度低于汽油的冷凝温度低于-60 ，低温流动性主要用于考察柴油。低温流动性主要用于考察柴油。低温流动性指标：低温流动性指标：u 浊点：油品在规定的冷却过程中，开始析

28、出石蜡结晶的浊点：油品在规定的冷却过程中，开始析出石蜡结晶的 最高温度。最高温度。u 冷滤点：在冷滤点：在200mm水柱抽力下，水柱抽力下，1min内内20mL油样不能油样不能 完全通过一个完全通过一个350目金属滤网过滤器时的最高温度。目金属滤网过滤器时的最高温度。u 倾点：燃料在规定的冷却过程中，能够流动的最低温度。倾点：燃料在规定的冷却过程中，能够流动的最低温度。u 凝点：燃料在规定的冷却过程中，石蜡结晶析出、长大，凝点：燃料在规定的冷却过程中，石蜡结晶析出、长大， 互相连接成三维网状结构，把油包在其中，使油互相连接成三维网状结构，把油包在其中，使油 失去流动性的最高温度。失去流动性的最

29、高温度。u 运动黏度：运动黏度： （mm2/s）/ICE一般用凝点考察流动性一般用凝点考察流动性黏度影响燃料的雾化质量黏度影响燃料的雾化质量因此，生物柴油黏度过大，喷油雾化存在较大问题因此，生物柴油黏度过大，喷油雾化存在较大问题单独使用难度较大。单独使用难度较大。0 . 88 . 1d.174 . 6BDF例如：例如：20 时：时：（四）气化潜热（四）气化潜热对对ICE影响影响l均质混合均质混合MPI（PFI），），TBI冷起动困难冷起动困难气化潜热气化潜热aTaamcl非均质混合非均质混合气化潜热气化潜热冷起动困难冷起动困难aT热值高，并不一定代表性能好，需考察可燃混合气热值。热值高，并不一

30、定代表性能好，需考察可燃混合气热值。如：如：H2“清洁燃料清洁燃料”的气化潜热比较高，需注意冷起动问题。的气化潜热比较高，需注意冷起动问题。燃料燃料汽油汽油柴油柴油NGLPG甲醇甲醇乙醇乙醇氢气氢气DME气化潜热气化潜热(kJ/kg)3103202512705104261100862450460（五）燃料的低热值（五）燃料的低热值1202uHH2899)(2vHumHMJ/kgkJ/m3（六）化学安定性（六）化学安定性燃料在常温液相条件下抵抗氧化变质的能力。燃料在常温液相条件下抵抗氧化变质的能力。三、燃料的结构三、燃料的结构 烷烃（烷烃（Alkanes or Paraffins）single

31、bonds between carbons - CnH2n+2HHHHCmethaneHHHHCethaneHHC甲烷甲烷乙烷乙烷异辛烷异辛烷HHHC2, 2, 4 trimethylpentane(iso-octane)CCCHHCHCCHHCHHHHHHH HHH饱和烃，氧化安定性好；饱和烃，氧化安定性好；异构体结构紧凑，异构体结构紧凑， 不易断链，不易自燃，抗爆能力强。不易断链，不易自燃，抗爆能力强。 烯烃（烯烃（Alkenes or Olefins）one or more double bonds between carbons - CnH2nHHHHCpropene orpropyl

32、eneHCHCHHCethene orethyleneHHCHHC1, 3 butadieneHCHCHHC乙烯乙烯丙烯丙烯丁二烯丁二烯单个或多个双键连接的不饱和烃单个或多个双键连接的不饱和烃不饱和烃安定性差，长期存放容易氧化变质。不饱和烃安定性差，长期存放容易氧化变质。 炔烃（炔烃（Alkynes or Acetylenes） one or more triple bonds between carbons - CnH2n-2HCethyne oracetyleneHC乙炔乙炔多键不饱和烃，键能大，不易断链，不易自燃；多键不饱和烃，键能大，不易断链，不易自燃；不饱和烃安定性差，长期存放容易氧

33、化变质。不饱和烃安定性差，长期存放容易氧化变质。环状结构紧凑，环状结构紧凑， 不易断链，不易断链， 不易自燃，抗爆性好不易自燃，抗爆性好benzene苯苯toluene甲苯甲苯naphthalene萘萘CCCCCCHHHHHHCCCCCCCHHHHHHHHCCCCCCCCCCHHHHHHHH 芳香烃（芳香烃（Aromatics）one or more benzene ring structures 环烷烃（环烷烃（Napthenes）one bond between carbons and ring structure CnH2n环丙烷环丙烷环丁烷环丁烷环戊烷环戊烷环烷烃属饱和烃，性质比较稳定

34、，不易氧化变质；环烷烃属饱和烃，性质比较稳定，不易氧化变质；环状结构，键能较高，不易断链，抗爆能力强。环状结构，键能较高，不易断链，抗爆能力强。 醇（醇（Alcohols）OHHHHCmethanolOHHHHCethanolHHC乙醇乙醇甲醇甲醇 醚（醚（Ethers）contain one or more OH groupscontain an oxygen atom connected to two alkyl or aryl groups (ROR)二甲醚二甲醚燃料含氧可促进燃烧燃料含氧可促进燃烧 酯（酯（Esters）经过酯化处理，黏度可降低到接近柴油水平。经过酯化处理，黏度可降低到

35、接近柴油水平。T/ 运动黏度运动黏度/ mm2/s棉籽油棉籽油-柴油柴油棉籽油甲酯棉籽油甲酯油脂黏度大，油脂黏度大，ICE难以直接使用。难以直接使用。R1COOCH3R3COOCH3+R2COOCH3+油脂制作生物柴油油脂制作生物柴油BDF：植物油甲酯（植物油甲酯（BDF）CH2COOR1CHCOOR2CH2COOR3植物油植物油/脂肪酸脂肪酸3CH3OH+甲醇甲醇CH2OHCHOHCH2OH+甘油甘油催化剂催化剂四、单烃的理化特性及变化规律四、单烃的理化特性及变化规律结构相同，成分不同的烃结构相同，成分不同的烃l C键能键能分子量分子量化学稳定性化学稳定性物理稳定性物理稳定性自燃温度自燃温度

36、沸点沸点l n/m氢含量氢含量热值热值碳含量碳含量CO、CO2成分相同，结构不同的烃成分相同，结构不同的烃l 异构体有支链，键能高，着火温度高；异构体有支链，键能高，着火温度高；l 环状结构，键能高，着火温度高；环状结构，键能高，着火温度高；非直链烃着火温度高，抗爆能力强，但致癌。非直链烃着火温度高，抗爆能力强，但致癌。l 多键烃，键能高，化学稳定性好，着火温度高。多键烃，键能高，化学稳定性好，着火温度高。C原子数原子数沸点沸点/ 正烷烃正烷烃异烷烃异烷烃环烷烃环烷烃烯烃烯烃芳香烃芳香烃多环芳烃多环芳烃高分子烃，沸点高高分子烃，沸点高C原子数原子数RONCH4芳香烃芳香烃环烷烃环烷烃正烷烃正烷

37、烃烯烃烯烃异烷烃异烷烃C原子数原子数十六烷值十六烷值-甲基萘甲基萘芳香烃芳香烃环烷烃环烷烃烯烃烯烃正烷烃正烷烃C原子数原子数H/C烷烃烷烃环烷烃、烯烃环烷烃、烯烃炔烃炔烃烷基苯烷基苯多环芳香烃多环芳香烃高热值高热值高冒烟高冒烟一、影响燃烧和排放的燃料组分一、影响燃烧和排放的燃料组分硫硫(Sulfur)硫可明显降低硫可明显降低TWC功效，高温时对氧传感器有损伤。功效，高温时对氧传感器有损伤。硫天然存在于原油中。硫天然存在于原油中。 烯烃烯烃(Olefins)烯烃可提高汽油的辛烷值。烯烃可提高汽油的辛烷值。烯烃热稳定性差，易形成胶质，增加积碳。烯烃热稳定性差，易形成胶质，增加积碳。烯烃臭氧活性高，

38、形成光化学烟雾烯烃臭氧活性高，形成光化学烟雾严格限制严格限制。高硫燃油会使车载诊断系统高硫燃油会使车载诊断系统(OBD)失灵，使失灵，使TWC监控装置监控装置发送故障信号发送故障信号严格限制严格限制。 芳烃芳烃(Aromatics) 苯苯(Benzene)芳烃辛烷值高，具有高能量密度。芳烃辛烷值高，具有高能量密度。芳烃易增大积碳，芳烃易增大积碳，HC高排放，高排放，PAH（Polycyclic AromaticHydrocarbon）强致癌）强致癌严格限制严格限制。苯具有高辛烷值。苯具有高辛烷值。苯是原油中的天然组分，也是催化重整的产物。苯是原油中的天然组分，也是催化重整的产物。苯是一种致癌物

39、质。苯是一种致癌物质。二、对汽油的要求二、对汽油的要求第一类用于第一类用于EURO 第三类用于第三类用于EURO 第二类用于第二类用于EURO 第四类用于第四类用于EURO 、 世界燃油世界燃油标准：标准：汽油等级汽油等级硫含量硫含量/10-6汽油等级汽油等级最大含量最大含量/10-2芳烃芳烃烯烃烯烃汽油等级汽油等级苯含量苯含量/10-2汽油等级汽油等级最高蒸馏温度最高蒸馏温度/ T10T50T90EP三、对柴油的要求三、对柴油的要求硫含量硫含量/10-6柴油等级柴油等级芳烃芳烃PAH最大含量最大含量/10-2柴油等级柴油等级最小十六烷值最小十六烷值柴油等级柴油等级十六烷值十六烷值十六烷指数十

40、六烷指数柴油等级柴油等级密度密度/(kg/m3)柴油等级柴油等级最高蒸馏温度最高蒸馏温度/ T90T95EP四、中国燃料质量标准四、中国燃料质量标准汽油分类标准汽油分类标准l汽油分类：以研究法辛烷值分类汽油分类：以研究法辛烷值分类90、93、95、97l我国汽油存在问题：我国汽油存在问题：n硫含量高硫含量高TWC中毒；中毒；n添加剂问题。添加剂问题。柴油分类标准柴油分类标准l柴油分类：以流动性（冷凝点）分类柴油分类：以流动性（冷凝点）分类10、0、-10、-20、-35、-50l我国柴油存在问题我国柴油存在问题硫含量高硫含量高PM排放高，排放高，SO2排放高，排放高，DOC中毒。中毒。一、混合

41、气形成方式的差异一、混合气形成方式的差异汽油：汽油：物理稳定性差，易气化，缸外低压喷射（物理稳定性差，易气化，缸外低压喷射（MPI，Multipoint Injection, or ,TBI，Throttle Body Injection），），形成形成均质混合气均质混合气（Homogeneous Mixture）;柴油：柴油：物理稳定性好，不易气化，缸内喷射（物理稳定性好，不易气化，缸内喷射（DI, or, IDI）,形成形成非均质（分层）混合气非均质（分层）混合气（Stratified Mixture）。）。二、着火、燃烧方式差异二、着火、燃烧方式差异汽油：汽油：化学稳定性好，燃点高，采用

42、火花点火（化学稳定性好，燃点高，采用火花点火（SI，Spark Ignition）；）；柴油：柴油：化学稳定性差，燃点低，采用压燃（化学稳定性差，燃点低，采用压燃（CI，Compression Ignition），边喷油、边混合、边燃烧。），边喷油、边混合、边燃烧。负荷率负荷率柴油机柴油机汽油机汽油机三、负荷调节方式差异三、负荷调节方式差异汽油：汽油：预混合，混合气浓度变化不大，节气门控制进入预混合，混合气浓度变化不大，节气门控制进入气缸的混合气量气缸的混合气量量调节量调节；柴油：柴油：分层混合，混合气浓度变化大，油门控制循环喷分层混合，混合气浓度变化大，油门控制循环喷油量油量质调节质调节。现

43、代现代ICE分类分类均质均质火花点火火花点火非均质非均质压燃压燃传统汽油机传统汽油机传统柴油机传统柴油机GDIHCCI一、比热容和比热容比（等熵指数）一、比热容和比热容比（等熵指数）RcccckdTdhcdTducVpVppV/T/KcV、cp/(kJ/kg.k)kcVcpkRn cp, cV 随温度随温度T上升而增加上升而增加n k 随温度随温度T上升而下降上升而下降n 分子中的原子数增多，分子中的原子数增多， cp, cV 增大，增大，k减小减小n k越大，越大， cp, cV 越小，同等加热量下，温升越大，循环效率越高越小，同等加热量下，温升越大，循环效率越高t 浓度增大浓度增大混合气浓

44、度增大，混合气浓度增大，等熵指数下降。等熵指数下降。一、理论空气量计算一、理论空气量计算8 .140gl3 .140dl定义：进气过程结束后，气缸内残余废气量与新鲜充量定义：进气过程结束后，气缸内残余废气量与新鲜充量 的质量比。的质量比。二、残余废气（二、残余废气（Residual Gas）系数）系数r1mmrr不同不同ICE的的 比较比较r；16. 006. 0rgl汽油机压缩比小，余隙容积大汽油机压缩比小，余隙容积大(mr大大)，小负荷新鲜，小负荷新鲜 充量少充量少(m1小小) ；06. 003. 0rd03. 000. 0rTCl柴油机压缩比大，余隙容积小，允许少量扫气柴油机压缩比大，余

45、隙容积小，允许少量扫气(mr小小) ； 对对ICE性能影响性能影响rrc三原子气体三原子气体vcktl增压内燃机扫气量大，残余废气量少增压内燃机扫气量大，残余废气量少(mr小小) 。二、废气再循环率（二、废气再循环率（EGR率）率）E什么什么EGR（Exhaust Gas Recirculation）通过通过EGR阀，按一定规则把部分排气引入到进气管中。阀，按一定规则把部分排气引入到进气管中。EGR的作用的作用废气降低燃烧速率，得到低的燃烧最高温度，废气降低燃烧速率，得到低的燃烧最高温度，降低降低NOx的生成量。的生成量。1mmmrrE EGR率定义率定义进气过程结束时，排气再循环质量进气过程

46、结束时，排气再循环质量与进入气缸的总充量的比值。与进入气缸的总充量的比值。三、分子变化数三、分子变化数燃烧前后燃烧前后ICE气缸内工质分子总数的变化。气缸内工质分子总数的变化。mepiWt12. 107. 1g06. 103. 1d 汽、柴油分子量大，不计体积。汽、柴油分子量大，不计体积。C燃烧前后体积不变，燃烧前后体积不变， H燃烧体积增大，所以，分子变化数大于燃烧体积增大，所以，分子变化数大于1.0；汽油中汽油中H含量高，分子变化数较大；含量高，分子变化数较大；柴油机属于稀燃，大量空气不参与燃烧，分子变化数小。柴油机属于稀燃，大量空气不参与燃烧，分子变化数小。分子变化数对分子变化数对ICE性能影响较小，一般不计性能影响较小，一般不计四、可燃混合气热值四、可燃混合气热值01lHHauum单位：单位：kJ/kg单位质量或单位体积的可燃混合气在标准状态下完全单位质量或单位体积的可燃混合气在标准状态下完全燃烧释放的热量。燃烧释放的热量。质量热值质量热值 摩尔热值摩尔热值01LMHHarumum）（单位：单位：kJ/kmol 体积热值体积热值45.24)(mumvumHH）（单位：单位：kJ/m31koml气体，化学标态：气体，化学标态：0、0.1MPa时，时，22.4m3；1koml气体，热（物理）标态：气体，热（物理）标态：25、0.1MPa时，时，24.45m3；各种燃料