汽车运行材料课件：车用柴油 -

汽车运行材料车用柴油

3.1车用柴油概述

3.1.1车用柴油与车用柴油机1.车用柴油

柴油（dieselfuel，又称油渣）是由原油、页岩油等经直馏或裂化等工艺过程炼制、得到的。柴油的英文名称DieselFuel是由柴油机发明人——德国工程师鲁道夫·狄塞尔的名字Rudolf·Diesel派生而来的，以此纪念Rudolf·Diesel的杰出贡献，并将柴油发动机称为“狄塞尔发动机（DieselEngine）”。狄塞尔及其发明的柴油发动机柴油分为轻柴油（沸点范围约180～370℃）和重柴油（沸点范围约350～410℃）两大类。轻柴油用于高速柴油机，重柴油用于中、低速柴油机。2.车用柴油机

现代车用柴油机广泛采用电控燃油喷射、高压共轨供油、涡轮增压中冷、涡轮增压柴油直接喷射（TDI）等高新技术，在重量、噪声、烟度等方面已取得重大突破，达到了汽油机的水平。大众宝来、帕萨特装备的V10TDI柴油发动机

3.1.2对车用柴油使用性能的要求

为了保证柴油发动机正常、高效地工作，满足排放要求，对车用柴油使用性能的要求主要有：良好的低温流动性；良好的雾化和蒸发性；良好的燃烧性；良好的安定性；对机件等无腐蚀性;柴油本身的清洁性，等等。3.2车用柴油的低温流动性3.2.1车用柴油的低温流动性及其影响1.车用柴油的低温流动性

车用柴油的低温流动性（Flow-ability）是指在低温条件下车用柴油具有的流动性能。

随着温度的降低，柴油的黏度会变大。柴油的黏度越大，则其低温流动性越差。2.低温流动性对柴油机的影响

简而言之，柴油的低温流动性直接影响柴油的泵送性能。3.柴油低温流动性的影响因素及改进措施影响因素：石蜡（即正构烷烃）改进措施：可加入流动性能改进剂（又称柴油降凝剂）3.2.2车用柴油低温流动性的评价指标1.凝点

柴油在一定的试验条件下，冷却到液面不能移动时的最高温度，称为柴油的凝点。也就是说，凝点是柴油在低温环境中失去流动性的最高温度。我国车用柴油的牌号就是按照凝点来划分的。

车用柴油凝点的测定按照GB/T510－1983《石油产品凝点测定法》的规定进行，测试仪器为凝点测定仪。凝点测定仪

柴油低温流动性的评价指标分别为凝点、浊点和冷滤点。在数值上，一般凝点＜冷滤点＜浊点。2.浊点

柴油液体样品在标准状态下冷却至开始出现混浊的最高温度称为柴油的浊点（Cloudpoint）。

车用柴油浊点的测定按照GB/T6986－1986《石油产品浊点测定法》的规定进行，测试仪器为浊点测定仪。

柴油出现浑浊是由于随着温度的降低，油品中开始析出石蜡晶体所致。含石蜡越多的柴油，其浊点也越高。温度达到浊点后，柴油还能保证正常供油，并不影响柴油机的正常工作。因此，浊点并不是车用柴油使用的最低温度。浊点测定仪3.冷滤点

在规定的条件下对柴油进行冷却，并以2kPa的真空对其进行抽吸，柴油不能以20mL/min的流量通过标准规格过滤器的最高温度，称为柴油的冷滤点（coldfilterpluggingpoint）。

与浊点、凝点相比，柴油的冷滤点更具有实际意义，是衡量车用柴油低温流动性能的重要指标。因此，目前国内外评价车用柴油低温流动性时，广泛采用冷滤点。

车用柴油冷滤点的测定按照SH/T0248－2006《柴油和民用取暖油冷滤点测定法》的规定进行，测试仪器为冷滤点测定仪。冷滤点测定仪3.3车用柴油的雾化和蒸发性3.3.1车用柴油的雾化和蒸发性对发动机的影响

柴油的雾化和蒸发性是指柴油在柴油机气缸内经喷油器喷出时分散成液体雾粒及液体雾粒汽化蒸发的能力。柴油自身的雾化和蒸发性决定了可燃混合气形成的品质和速度。

柴油以百万计的细小雾粒喷散在气缸内

如果柴油的雾化和蒸发性能较差，则提高了排气温度，增加了柴油机的热损失，导致有效功率下降。

同时，未及时蒸发的柴油在高温下还将发生热分解，形成难于燃烧的炭粒，使柴油机排气管冒黑烟，导致排放污染物增加，油耗增多。柴油机排气管冒黑烟（公交车）

柴油机排气管冒黑烟（大型货车）3.3.2车用柴油雾化和蒸发性的评价指标1.馏程50％回收温度表征柴油中轻质馏分含量的多少。50%回收温度数值低，说明柴油中轻质馏分较多，柴油的蒸发性好，容易形成均匀的混合气，柴油机易于起动。

柴油中的轻质馏分越多，则柴油机越易于起动。能显著改善柴油机低温起动性能的低温起动液就是基于这一原理配制而成的。低温起动液

90％回收温度和95％回收温度，表征柴油中重质馏分的含量。90%回收温度和95％回收温度高，说明柴油中重质馏分多，蒸发性差，形成的混合气质量差，燃烧不完全，易造成发动机排气管冒黑烟，功率下降，油耗增多，零件磨损增大等。2.运动黏度

黏度（viscosity，也写作粘度）是表征液体在外力作用下发生移动时，液体分子内部摩擦力大小的物理量。黏度小的液体流动性能好，黏度大的液体流动性能差。

运动黏度（kineticviscosity）是表征液体在重力作用下流动时内摩擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力黏度（dynamicviscosity）与其密度之比。在国际单位制中，运动黏度以m2/s为单位，但习惯上使用厘斯为单位。厘斯用cSt表示（1cSt=1mm2/s）。

运动黏度影响柴油的流动性（供油量）和雾化质量（喷油器喷出油束特性）。柴油的运动黏度不可太大，也不可太小。

试验证明，柴油在20℃条件下的运动黏度为5mm2/s左右时，既能保证柴油流动性和精密偶件的润滑要求，又能保证雾化质量和供油量。因此，在我国车用柴油质量标准中规定，车用柴油运动黏度的测定和检验，以20℃为准。

柴油运动黏度的测定按照GB/T265－1988《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》的规定进行。运动黏度测定仪3.密度

柴油的密度过大，将使雾化质量变差，混合气燃烧条件劣化，排气管冒黑烟，发动机经济性下降。

柴油密度的测定按照GB/T1884－2000《原油和液体石油产品密度测定法（密度计法）》的规定进行。

石油密度计4.闪点

在规定的试验条件下，加热油品所产生的蒸气与周围空气形成的混合气接触火焰发生瞬间闪火的最低温度称为闪点，以℃计。

柴油密度大也是柴油中芳烃含量多的标志，将促使发动机工作粗暴现象的发生。

根据测定仪器的不同，闪点有开口闪点和闭口闪点之分。用开口杯闪点测定器测得的闪点称为开口闪点，用闭口杯闪点测定器测得的闪点称为闭口闪点。

一般重质油品（如发动机润滑油、齿轮油等）采用开口闪点，轻质油品（如车用柴油）采用闭口闪点。

柴油的闪点低，则其蒸发性好；反之，则蒸发性差。但闪点过低，蒸发性过好，易使发动机产生工作粗暴现象。开口杯闪点测定器

闭口杯闪点测定器3.4车用柴油的燃烧性3.4.1车用柴油的燃烧性及其影响

车用柴油的燃烧性是指柴油既容易被压燃着火，又能有效防止柴油机工作粗暴的能力。1.车用柴油的燃烧过程

车用柴油的燃烧是一个历时短暂、温度和压力变化剧烈的复杂过程。图3-14车用柴油的燃烧

车用柴油的燃烧过程可分为备燃期、速燃期、缓燃期、后燃期四个阶段。燃烧过程中，气缸压力与曲轴转角的关系如图3-15所示。图3-15气缸压力与曲轴转角的关系Ⅰ-备燃期；Ⅱ-速燃期；Ⅲ-缓燃期；Ⅳ-后燃期2.车用柴油燃烧性对发动机性能的影响

若柴油燃烧性能较差，易造成柴油机工作粗暴；对于燃烧性过好的柴油，易造成柴油燃烧不完全，气缸产生的爆发压力下降，进而使柴油机的输出功率下降。

此外，由于柴油燃烧不完全，还会出现排气管冒黑烟，燃料消耗增大。同时，燃烧性过好的柴油，一般凝点过高，馏分较重，也不利于使用。

车用柴油应具有较好的燃烧性能，但不可过好。3.4.2车用柴油燃烧性的评价指标1.十六烷值

十六烷值（CeaneNumber，略作CN）是表征压燃式发动机燃料燃烧性的一个当量数值。

柴油的十六烷值是在规定条件下的标准发动机试验中，通过和标准燃料进行比较来测定的，采用和被测定燃料具有相同燃烧性能的标准燃料的十六烷值表示。

测定十六烷值的标准燃料是用两种燃烧性能相差悬殊的烃作基准燃料配制而成的。一种是正十六烷，它的燃烧性能最好，规定其十六烷值为100；另一种是α－甲基萘，它的燃烧性能最差，规定其十六烷值为0。按不同体积比例混合即得到多种标准燃料。

十六烷值只表明某一燃料的燃烧性与标准燃料相同，而不是说它真的含有那么多的正十六烷。如乙醚的十六烷值为53，但它并不含正十六烷。

根据GB19147-2009《车用柴油》的规定，我国车用柴油的十六烷值应不小于45。2.十六烷值的测定

柴油十六烷值的测定按照GB/T386－2010《柴油十六烷值测定法》的规定进行。柴油十六烷值测定机3.十六烷指数

柴油十六烷值的测定耗时、费力，比较麻烦。也可以在不做发动机试验的情况下，利用经验公式估算柴油的十六烷值。

这个估算出来的十六烷值称为十六烷指数（Cetaneindex），用CI表示。3.5车用柴油的其他性能3.5.1车用柴油的安定性

车用柴油的安定性包括贮存安定性和热安定性两个指标。贮存安定性表征柴油在运输、贮存和使用过程中保持外观、组成和使用性能不变的能力；热安定性表征柴油在高温条件下以及溶解氧的作用下，不发生变质的能力。1.色度

色度，即油品颜色的深浅，用色号表示。色度可直观反映油品安定性的好坏。

色度测定按照GB/T6540－1986《石油产品颜色测定法》的规定，采用石油产品赛波特颜色测定器进行。石油产品赛波特颜色测定器2.氧化安定性

氧化安定性是指100mL柴油在规定的条件下氧化后所测得的总不溶物的毫克数，以mg/100mL计。

氧化安定性的测定按照SH/T0175－2004《馏分燃料油氧化安定性测定法（加速法）》的规定，采用馏分燃料油氧化安定性测定仪（加速法）进行。燃料油氧化安定性测定仪（加速法）3.10%蒸余物残炭10％蒸余物残炭是指把柴油馏程试验中馏出90％后的蒸余物作为试样，经强烈加热一段时间使其裂解后所形成的残留物。残炭值为残留物质量与原试样质量之比。

根据GB19147-2009《车用柴油》和GB252-2011《普通柴油》的规定，我国车用柴油和普通柴油的10％蒸余物残炭应不大于0.3％。

柴油的10％蒸余物残炭测定按照GB/T268－1987《石油产品残炭测定法》的规定，采用如图3-19所示的石油产品残炭测定仪进行。石油产品残炭测定仪3.5.2车用柴油的腐蚀性

车用柴油的腐蚀性是指柴油对发动机燃料供给系统及其他相关机件产生腐蚀作用的能力。柴油的腐蚀性越小越好。1.硫化物GWKB1.2-2011《车用柴油有害物质控制标准（第四、五阶段）》明确规定，在与实施国家第四阶段机动车排放标准要求相适应的车用柴油中，硫含量应小于50mg/kg；在与实施国家第五阶段机动车排放标准要求相适应的车用柴油中，硫含量应小于10mg/kg。2.有机酸

柴油中的有机酸除对机件具有腐蚀作用外，还会使喷油器头部和燃烧室积炭增多，喷油泵柱塞副磨损加剧，进而导致气缸－活塞组件磨损加剧，喷油器喷出的油束品质劣化、柴油机输出功率降低。3.柴油腐蚀性评价指标

柴油腐蚀性的评价指标是硫含量、酸度和铜片腐蚀试验。有关试验测定方法与测定汽油时的方法相同。3.5.3车用柴油的清洁性

车用柴油的清洁性是指车用柴油中不应含有机械杂质和水分，燃烧不产生灰分等。

车用柴油中机械杂质的测定按照GB/T511－2010《石油产品和添加剂机械杂质测定法》的规定进行；水分的测定按照GB/T260—1977《石油产品水分测定法》的规定进行；灰分的测定按照GB/T508－1985《石油产品灰分测定法》的规定进行。

国家标准中规定车用柴油不允许有机械杂质，水分不大于0.03％（体积分数），即不大于痕迹;灰分含量不大于0.01％（质量分数）。3.5.4车用柴油的清净性

车用柴油自身具有的抑制或消除发动机喷油器喷嘴结焦的能力称为车用柴油的清净性。GWKB1.2-2011《车用柴油有害物质控制标准（第四、五阶段）》明确规定，在与实施国家第四、五阶段机动车排放标准要求相适应的车用柴油中，有害物质含量应符合表3-2的要求；车用柴油中应加入有效的清净剂，且加入清净剂后车用柴油清净性应符合表3-3的要求。序号项目限值检验方法其他要求第四阶段第五阶段1硫含量（mg/kg）≤50≤10SH/T0689可用GB/T11140方法测定，有异议时，以SH/T0689方法的测定结果为准。GB/T111402多环芳烃（%，质量分数）≤11SH/T0606SH/T0806可用SH/T0806方法测定，有异议时，以SH/T0606方法的测定结果为准。表3-2车用柴油有害物质含量要求及检验方法（第四、五阶段）项目限值检验方法喷嘴空气流量损失率（%，平均每喷嘴）第四阶段第五阶段SH/T0764≤75≤60表3-3车用柴油清净性要求及检验方法（第四、五阶段）3.6车用柴油的质量标准及其选用

目前，我国供汽车发动机（高速柴油机）使用的车用柴油执行的国家标准是GB19147-2013《车用柴油（Ⅴ）》。3.6.1车用柴油的产品分类

现行国家标