1、前言前言 內燃機及其燃料的基本內燃機及其燃料的基本知識知識-1 內燃機的一般知識內燃機的一般知識-2內燃機燃料及其提煉內燃機燃料及其提煉-3傳統燃料的使用特性傳統燃料的使用特性-4燃燒燃燒熱化學熱化學-1 內燃機的一般知識內燃機的一般知識 什么是熱機？內燃機？什么是熱機？內燃機？熱機熱機 ：把把內能內能通過通過做功做功的形式的形式轉化轉化為為機械機械 能能的裝置。的裝置。內燃機內燃機：內燃機內燃機是最常見的熱機；是最常見的熱機；汽油機汽油機、 柴油機柴油機是最常見的內燃機是最常見的內燃機。熱機工作時，燃料在汽缸內燃燒，產生的燃氣直接推動活塞做功，這種熱機叫活塞式內燃機內燃機的特點內燃機的特點由

2、于內燃機的由于內燃機的熱效率高熱效率高(是當今熱效率最高的是當今熱效率最高的熱力發動機熱力發動機)、結構簡單結構簡單、比質量比質量(單位輸單位輸出功率的質量出功率的質量)輕輕、移動方便移動方便，因而被廣泛，因而被廣泛應用于交通運輸應用于交通運輸(陸上、內河、海上和航陸上、內河、海上和航空空)、農業機械、工程機械和發電時作為動、農業機械、工程機械和發電時作為動力。力。汽油機的構造汽油機的構造 火花塞火花塞進氣門進氣門活塞活塞連桿連桿曲軸曲軸排氣門排氣門氣缸氣缸汽油機工作原理汽油機工作原理吸氣沖程吸氣沖程 壓縮沖程壓縮沖程 做功沖程做功沖程 排氣沖程排氣沖程吸氣沖程吸氣沖程進氣門打開進氣門打開，排

3、氣門關閉。，排氣門關閉。活塞由上端向下端運動活塞由上端向下端運動，汽油和空氣組成的汽油和空氣組成的燃料混合物從燃料混合物從進氣門吸入氣缸。進氣門吸入氣缸。壓縮沖程壓縮沖程進氣門和排氣門都關閉進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，合物被壓縮，壓強增大，溫度升高。壓強增大，溫度升高。機械能機械能 內能內能做功沖程做功沖程在壓縮沖程末尾在壓縮沖程末尾，火花塞產生，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，生高溫高壓的燃氣，推動活塞推動活塞向下運動向下運動，并通過連桿帶動曲，并通過連桿帶動曲軸轉動。軸轉動。內能內能 機械能機械能

4、排氣沖程排氣沖程進氣門關閉，排氣門打開，進氣門關閉，排氣門打開，活塞由于慣性向上運動，活塞由于慣性向上運動，把廢氣排出氣缸。把廢氣排出氣缸。汽油機工作原理汽油機工作原理1. 1. 在四個沖程中，哪些沖程發生能量的轉化？在四個沖程中，哪些沖程發生能量的轉化？壓縮沖程：壓縮沖程：機械能機械能內能內能做功沖程：做功沖程：內能內能機械能機械能2. 2. 哪個沖程獲得動力？哪個沖程獲得動力？做功沖程做功沖程熱機的效率：熱機的效率： 用來用來做有用功的能量做有用功的能量，與燃料，與燃料完全燃燒完全燃燒放出的能量放出的能量之比之比猜猜看猜猜看:汽油機的效率大約是多少？汽油機的效率大約是多少？汽油機的效率：汽

5、油機的效率：2030%你認為它們的效率比你想象的高？還是低？你認為它們的效率比你想象的高？還是低？熱機中能量的轉化熱機中能量的轉化-2內燃機燃料及其提煉內燃機燃料及其提煉 燃料是內燃機產生動力的來源，直接影響燃料是內燃機產生動力的來源，直接影響內燃機的發展、結構特點以及對環境的污內燃機的發展、結構特點以及對環境的污染。染。一、石油燃料一、石油燃料1、組成與性質、組成與性質 內燃機傳統燃料，汽油與柴油，石油產品，內燃機傳統燃料，汽油與柴油，石油產品，主要成份有碳、氫兩種，占主要成份有碳、氫兩種，占9798%，還含少，還含少量的硫、氧、氮等，微量砷、鈉、鉀、鈣等。量的硫、氧、氮等，微量砷、鈉、鉀、

6、鈣等。石油產品以多種碳氫化合物的混合物形式出現，分石油產品以多種碳氫化合物的混合物形式出現，分子式為子式為CnHm，稱為烴。，稱為烴。（1）碳原子數對燃料性質的影響）碳原子數對燃料性質的影響 由烴分子由烴分子C原子數的不同，其分子量、沸點不同；原子數的不同，其分子量、沸點不同； 構成不同性質的燃料。構成不同性質的燃料。燃料根據不同沸點分餾依次得到：燃料根據不同沸點分餾依次得到： 石油氣石油氣汽油汽油煤油煤油柴油柴油渣油渣油（重油）（重油） C1C4：氣態：氣態石油氣，相對分子質量石油氣，相對分子質量1658； C5C23：液態，其中：液態，其中： C5C11：50200，汽油，汽油， 分子質量

7、分子質量95120； C11C19：180300 ，煤油，煤油， 100180； C16C23: 250360， 輕、重柴油，輕、重柴油，180200 C23以上：以上：360 以上，渣油，以上，渣油，220280從石油氣、汽油、煤油、輕重柴油到渣油，隨碳原子數從石油氣、汽油、煤油、輕重柴油到渣油，隨碳原子數的增大，沸點逐漸升高，相對分子量逐漸增大，質量變的增大，沸點逐漸升高，相對分子量逐漸增大，質量變重，揮發性變差，粘度增大，化學穩定性變差，自燃性重，揮發性變差，粘度增大，化學穩定性變差，自燃性變好，點燃性變差。變好，點燃性變差。（2）分子的化學結構對燃料性能的影響）分子的化學結構對燃料性能

8、的影響碳，氫碳，氫原子數原子數和和排列位置排列位置對燃料性質影很大：對燃料性質影很大：1）烷烴：分子式：）烷烴：分子式：CnH2n+2 ； 化學結構：化學結構： -C-C-C-C-； 直鏈特點：飽和開鏈式，含直鏈特點：飽和開鏈式，含C越高結構越不緊湊，越高結構越不緊湊， 常溫下化學性質穩定，但熱穩定性差，常溫下化學性質穩定，但熱穩定性差， 高溫易分解，自然性好高溫易分解，自然性好柴油的好成分；柴油的好成分；2）烯烴：）烯烴： 分子式：分子式：CnH2n ； 化學結構：化學結構：-C=C-; -C=C-C-C-直鏈直鏈特點：非飽和開鏈式，自發火性差，汽油的成分；特點：非飽和開鏈式，自發火性差，汽

9、油的成分； 常溫下化學穩定性差，易氧化膠質；不易儲常溫下化學穩定性差，易氧化膠質；不易儲存存3）炔烴：分子式：）炔烴：分子式：CnH2n-2 ；化學結構：；化學結構：C C特點：非飽和開鏈，熱裂化產物，不存在原油中；特點：非飽和開鏈，熱裂化產物，不存在原油中； 很不穩定，常溫下易分解；不易作燃料。很不穩定，常溫下易分解；不易作燃料。4）環烷烴：分子式：）環烷烴：分子式：CnH2n; 化學結構：化學結構： 特點：飽和環狀，不易分裂，熱穩定性強，特點：飽和環狀，不易分裂，熱穩定性強， 汽油機的燃料，石油的重要組成部分。汽油機的燃料，石油的重要組成部分。5）芳香烴：）芳香烴：CnH2n-6； 基本化

10、合物是苯：基本化合物是苯：C6H6; 石油中含量少，分子結構堅固；石油中含量少，分子結構堅固； 熱穩定性高，熱穩定性高， 高溫下不易破裂；高溫下不易破裂； 汽油的良好的抗爆劑；汽油的良好的抗爆劑； 石油煉制中產生。石油煉制中產生。 其中，其中， -甲基萘：甲基萘：C11H10， 其抗爆性認為其抗爆性認為100%2、燃料的提煉方法及對燃料性能的影響燃料的提煉方法及對燃料性能的影響 從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程：從石油原油中煉制燃料的典型工藝流程： 直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾；直餾法：將原油在煉油塔中進行加熱蒸餾； 不同分餾溫度得到不同成分的燃油不同分餾溫度得到不同成分的燃油 這一

11、部分這一部分燃料油約占原油的燃料油約占原油的25%40%裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；裂解法：通過加溫加壓方法進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解；催化重整：使用催化劑進行裂解；加氫精制：加氫精制：將蒸餾后的重油等一些高將蒸餾后的重油等一些高分子成分用不同手段裂解分子成分用不同手段裂解為分子量較輕的成分。為分子量較輕的成分。 熱裂解：工藝簡單；熱裂解：工藝簡單； 但燃油的穩定性差，辛烷值低。但燃油的穩定性差，辛烷值低。 催化重整：使正構烷烴或環烷烴催化重整：使正構烷烴或環烷烴異構物烴和異構物烴和 芳香烴；芳香烴； 副產品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。副產品氫氣可作為加氫工藝的氫氣來源。

12、加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳，加氫精制：可使烯烴變成飽和烴，還可以脫碳，脫氮，脫氧以及脫金屬等作用，滿足油品的更高脫氮，脫氧以及脫金屬等作用，滿足油品的更高要求。要求。 為獲得高品質燃料，常采用加氫精制或催化重整為獲得高品質燃料，常采用加氫精制或催化重整工藝。工藝。 二、氣體燃料二、氣體燃料 1、天然氣（、天然氣（CNG） 2、液化石油氣（、液化石油氣（LPG） 三、代用燃料三、代用燃料 1、醇類燃料、醇類燃料 2、植物油燃料、植物油燃料-3傳統燃料的使用特性傳統燃料的使用特性一、柴油一、柴油 高速柴油機：輕柴油；中低速柴油機：重柴油高速柴油機：輕柴油；中低速柴油機：重柴油1. 柴

13、油性能的評價指標：柴油性能的評價指標：1）十六烷值：評價柴油的自燃性。）十六烷值：評價柴油的自燃性。 與發動機的粗暴性、起動性密切相關與發動機的粗暴性、起動性密切相關 十六烷值高：著火延遲期短，工作柔和，起動性十六烷值高：著火延遲期短，工作柔和，起動性好好測定方法：單缸試驗機，壓縮比可調；測定方法：單缸試驗機，壓縮比可調； 標準燃料：十六烷與標準燃料：十六烷與 -甲基萘不同比例制成的甲基萘不同比例制成的混合液；混合液； 規定自燃性：十六烷：規定自燃性：十六烷：100%； -甲基萘：甲基萘：0% 定義：定義：被測柴油的自燃性與標準燃料相同時，標被測柴油的自燃性與標準燃料相同時，標準燃料中十六烷的

14、體積百分數為該柴油的十六烷準燃料中十六烷的體積百分數為該柴油的十六烷值。值。十六烷值：與燃料的十六烷值：與燃料的分子結構分子結構有關；有關； 可通過可通過原油種類、煉制方法、添加劑原油種類、煉制方法、添加劑來控制來控制;直鏈烷烴類、分子量、直鏈烷烴類、分子量、C數增加時十六烷值增加數增加時十六烷值增加; 所以，十六烷值高，便于起動，著火落后期縮短所以，十六烷值高，便于起動，著火落后期縮短; 但，分子量增加，蒸發性變差，粘度增加，冒黑但，分子量增加，蒸發性變差，粘度增加，冒黑煙，經濟性惡化。煙，經濟性惡化。一般，十六烷值：一般，十六烷值：4565，不要過大，不要過大 過大：冒煙過大：冒煙 過小：

15、不易著火過小：不易著火燃料中不同成分對化學安全性的影響燃料中不同成分對化學安全性的影響2）餾程：評價柴油的蒸發性。）餾程：評價柴油的蒸發性。 用餾出某一百分比的溫度范圍表示。如：用餾出某一百分比的溫度范圍表示。如：餾出餾出50%的溫度的溫度T50：表示平均蒸發性；：表示平均蒸發性； T50低，低，輕餾分多，蒸發快，有利于混合；輕餾分多，蒸發快，有利于混合； 主要影響暖機性能、加速性、工作穩定性。主要影響暖機性能、加速性、工作穩定性。餾出餾出90%或或95%溫度溫度T90或或T95：表明柴油中難以：表明柴油中難以 蒸發的重質成分含量；蒸發的重質成分含量； 主要影響燃燒完全主要影響燃燒完全經濟性。

16、經濟性。3）粘度：表示燃料分子間的內聚力）粘度：表示燃料分子間的內聚力抵抗分子間相抵抗分子間相對運動的能力；評定柴油的稀稠度，影響燃料的對運動的能力；評定柴油的稀稠度，影響燃料的流動性和噴霧質量流動性和噴霧質量; 溫度高，粘度小，流動性強；反之相反。溫度高，粘度小，流動性強；反之相反。 4） 熱值：熱值：1kg燃料完全燃燒所釋放的熱量。柴油燃料完全燃燒所釋放的熱量。柴油hu=42700kJ/kg5）凝點：表示柴油失去流動性，開始凝固的溫度，）凝點：表示柴油失去流動性，開始凝固的溫度，評定柴油的低溫流動性。柴油牌號用凝點表示。評定柴油的低溫流動性。柴油牌號用凝點表示。 如：如：RC10，RC0，

17、RC-10，RC-20，RC-30等。等。二、汽油二、汽油1. 汽油性能的評價指標：汽油性能的評價指標：1）辛烷值：評價汽油的抗爆性）辛烷值：評價汽油的抗爆性 爆震現象：點火后，末端氣體的自燃現象。爆震現象：點火后，末端氣體的自燃現象。 測定方法：專用試驗臺，壓縮比可變測定方法：專用試驗臺，壓縮比可變 標準燃料：正庚烷標準燃料：正庚烷易爆震，辛烷值為易爆震，辛烷值為0%； 異辛烷異辛烷抗爆性好，辛烷值為抗爆性好，辛烷值為100% 按不同比列混合而成。按不同比列混合而成。 試驗方法不同：研究法和馬達法試驗方法不同：研究法和馬達法n和溫度和溫度Tb不同不同實驗實驗n及混合及混合氣氣Tb馬達法馬達法

18、研究法研究法 定義：定義：被測汽油的抗爆程度與標準燃料相同時，被測汽油的抗爆程度與標準燃料相同時，標準燃料中異辛烷含量的體積百分數為被測汽油標準燃料中異辛烷含量的體積百分數為被測汽油的辛烷值。的辛烷值。汽油辛烷值：取決于汽油組成、煉制方法、添加劑；汽油辛烷值：取決于汽油組成、煉制方法、添加劑； 辛烷值的高低：烷烴辛烷值的高低：烷烴烯烴烯烴環烷烴環烷烴芳烴芳烴2）餾程：指汽油餾出的溫度范圍，評價蒸發性。）餾程：指汽油餾出的溫度范圍，評價蒸發性。試驗方法：試驗方法： 加熱器，量筒，加熱器，量筒， 冷凝器，溫度計冷凝器，溫度計 初餾點：第一滴初餾點：第一滴 凝結的燃料流入凝結的燃料流入 量筒時的溫度

19、。量筒時的溫度。航空汽油航空汽油車用汽油車用汽油煤油煤油輕柴油輕柴油燃料蒸餾曲線燃料蒸餾曲線10%餾出溫度餾出溫度T10：評價低溫蒸發性，影響起動性：評價低溫蒸發性，影響起動性 T10低，低溫蒸發性好，易于起動；低，低溫蒸發性好，易于起動； 過低，易產生過低，易產生“氣阻氣阻”現象現象50%餾出溫度餾出溫度T50：評價平均蒸發性，：評價平均蒸發性， 影響暖車、加速性，工作穩定性。影響暖車、加速性，工作穩定性。90%餾出溫度餾出溫度T90：評價難以揮發的重質成分數量：評價難以揮發的重質成分數量 影響燃燒完全程度、積碳等。影響燃燒完全程度、積碳等。汽油的牌號：表示其汽油的牌號：表示其辛烷值辛烷值大

20、小。大小。 根據壓縮比選用牌號根據壓縮比選用牌號三、汽油、柴油性能差異對發動機性能的影響三、汽油、柴油性能差異對發動機性能的影響 1. 混合氣形成和負荷調整上的差異混合氣形成和負荷調整上的差異 汽油揮發性強：低溫度下，充分蒸發；汽油揮發性強：低溫度下，充分蒸發； 在在缸外形成缸外形成混合氣，時間充足混合氣，時間充足均勻混合氣均勻混合氣； 用混合氣充量，控制發動機功率用混合氣充量，控制發動機功率量調量調。 柴油蒸發性差：柴油蒸發性差： 200開始餾出，開始餾出，350 結束結束 粘性大，不能低溫下形成混合氣；粘性大，不能低溫下形成混合氣； 故故 用噴嘴強制霧化，在用噴嘴強制霧化，在缸內形成缸內形

21、成混合氣；混合氣； 進氣量不變，噴油量調節功率進氣量不變，噴油量調節功率質調質調40餾出，餾出，200 蒸發完蒸發完純空氣純空氣2. 著火和燃燒上的差異：自燃、點燃溫度不同著火和燃燒上的差異：自燃、點燃溫度不同 汽油自燃點高，點燃溫度低：汽油自燃點高，點燃溫度低： 采用外部能源點燃的方式采用外部能源點燃的方式點火系；點火系； 點火后，混合氣均勻，火焰傳播方式燃燒；點火后，混合氣均勻，火焰傳播方式燃燒； 為防自燃，壓縮比不宜高為防自燃，壓縮比不宜高柴油自燃點低，點燃溫度高：柴油自燃點低，點燃溫度高： 采用壓縮自燃方式；采用壓縮自燃方式； 為促進自燃，壓縮比不宜過低；為促進自燃，壓縮比不宜過低；

22、混合氣不均勻，混合氣不均勻，預預混合燃燒和擴散燃燒。混合燃燒和擴散燃燒。燃燒時間延長燃燒時間延長 -4燃燒燃燒熱化學熱化學了解燃燒過程，燃料、空氣及產物及其數量關系了解燃燒過程，燃料、空氣及產物及其數量關系一、一、1kg燃料完全燃燒所需的理論空氣量燃料完全燃燒所需的理論空氣量 設設燃料燃料主要成分：主要成分：C、H、O；各元素的質量成分；各元素的質量成分 空氣成份：空氣成份：O2（21%）、）、N2（79%）；）； 則則 完全燃燒時的化學反應方程方式：完全燃燒時的化學反應方程方式： 1 kgwwwOHCOHO21HCOOC22222引入引入kmol：以：以kg為單位為單位的某元素數量等于其分子的某元素數量等于其分子量量1kg燃料（燃料（wC+wH+wO）完全燃燒時）完全燃燒時所需氧的所需氧的kmol數：數：所需要的理論空氣量：所需要的理論空氣量：OHkmol2Okmol4HkgCOkmol12Okmol12Ckg2H2H2H2C2CCwwwwwwkg/kg83823. 01kmol/kg3241221. 01O