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同学们好

这节课我们学习

汽油燃料的理化特性

评价燃料理化特性的指标非常多

我们可以将它们大致分为两类

一类是与燃料物理特性

相关的指标

比如密度 黏度 表面张力

蒸气压 沸点 浊点 倾点

冷滤点 凝点等等

另外一类是与燃料的着火

和燃烧特性相关的指标

比如辛烷值 十六烷值

燃料热值 混合气热值

比热容 着火温度等等

对汽油燃料我们着重介绍

影响其抗爆性的辛烷值指标

以及影响其挥发性的

馏程和蒸气压指标

要了解汽油燃料辛烷值的含义

必须对汽油的爆震

即knocking现象有所认识

汽油爆震

是一种不正常的燃烧现象

即当压缩过程

缸内压力和温度过高

气缸末端混合气

在火焰前锋面

还没有传播到达的时候

出现了自燃着火

导致缸内压力急剧升高

并剧烈震荡的一种现象

爆震会损坏发动机

汽油机运行时应尽力避免

燃料对发动机

发生爆震的抵抗能力

称为燃料的抗爆性

一般我们用辛烷值

就是Octane Number

简称ON来评价

根据试验方法不同

辛烷值又可分为马达法辛烷值

也就是Motor Octane Number

简称MON

和研究法辛烷值

Research Octane Number

简称RON 两种

燃料辛烷值的评价试验

是在专用的带有爆燃传感器的

可变压缩比单缸发动机上进行的

两种辛烷值的评价试验条件

如表所示

马达法的试验条件严于研究法

即同一燃料马达法

更容易引起爆燃

因此同一燃料的MON

就是马达法辛烷值

一般要小于

RON研究法辛烷值

国内常用RON值

作为汽油的标号

如93号汽油的RON为93

试验时 先用待测燃料运转

不断提高压缩比

直到发生爆震为止

然后保持压缩比不变

换用参比燃料运转

这里参比燃料实际上有一个

专门的英文缩写来表示

就是Primary Reference Fuels

简称PFR

是由抗爆性很高的异辛烷

它的辛烷值为100

和抗爆性很差的正庚烷

它的辛烷值为0

以不同的容积比混合而成

若参比燃料能产生

与待测燃料同等强度的爆震

则参比燃料中

异辛烷的容积百分比

即为待测燃料的辛烷值

同一燃料的RON和MON的差值

定义为该燃料的灵敏度

也就是说灵敏度 S=RON-MON

燃料灵敏度表征

发动机运转工况强化后

被测燃料与参比燃料相比

何者更为敏感

也就是更容易爆震

相对的敏感程度

灵敏度为正

说明被测燃料较参比燃料

对爆震的工况更敏感

这时候RON是大于MON的

目前常用的燃料

大多数都属于这一类的燃料

若被测燃料为正庚烷或异辛烷

参比燃料

那么显然这种被测燃料的

灵敏度为0

也就是它们的RON和MON

都是0或者是100

早期的化油器汽油机

和进气道喷射汽油机

它们的缸内压力和温度

范围都处于

MON和这个RON的试验范围之内

因此我们可以用RON和MON

能基本反映汽油燃料

在发动机运行工况条件下的

抗爆性

但是随着增压 中冷

直喷 高压缩比 冷却EGR等

先进节能减排技术

在汽油机上的大规模应用

汽油机缸内压力大幅度提升

而混合气的温度却有所下降

那么仅用过去

RON和MON这种体系

难以准确衡量现代汽油机

实际运行工况条件下的

燃料抗爆性

为此Kalghatgi Gautum他们提出了

采用辛烷值指数

也就是Octane Index 简称OI

来评价汽油抗爆性

OI等于(1-K)乘以RON

再加上K乘以MON

也等于RON减去K乘S

S就是我们讲的灵敏度

这里头的K

事实上是一个权重系数

与燃料本身的属性没有关

它反映了发动机的实际运行工况

接近RON和MON

试验工况的一个程度

在过去很长的一段时间

人们认为汽油机的爆震性

用辛烷指数

就是（RON+MON）÷2

来衡量比较合理

比如美国它的汽油标准

抗爆性就是用这个

K=0.5的OI来表示的

那么我国的汽油抗爆性

尽管是用

RON研究法辛烷值来标识

实际上就是个牌号

但也同时指出

也提出了MON的要求

近期许多研究发现

现代汽油机的K值

并不是处在0.5附近

而是绝大部分小于0

甚至为负值

那么这意味着什么呢

意味着燃料的RON不变

燃料敏感度越大

也就是MON越小

发动机的抗爆性反而越高

这跟我们过去要求

RON和MON都高

显然是不一致的

所以如何更好的

真实评价汽油燃料的抗爆性

是一个值得探讨的话题

下面我们探讨汽油燃料的挥发性

燃料由液态转化为气态的性能

叫燃料的挥发性

也称为蒸发性

汽油的挥发性不好

汽油气化不完全

难以形成理想的均匀混合气

不但发动机不易启动

而且在混合气中

有一些悬浮的油滴

进入燃烧室后

燃烧室燃烧不完全

会产生碳烟

那么评定燃料挥发性的

主要指标有两个

一个是馏程 一个是蒸气压

我们先来看馏程

液体燃料在标准条件下

蒸馏石油所得到的沸点范围

称为馏程

汽油燃料不是

单烃或纯化合物

而是复杂的有机混合物

所以它的沸点不是一个常数

而是有一定范围

我们将100毫升燃料

按规定的方法进行加热

使其沸腾

如这个图所示

然后将燃料蒸气

通过冷凝装置冷却为液体

从冷凝管中馏出的

第一滴液体燃料

时的温度

到蒸馏结束时的最高温度

就是燃料的馏程

蒸出第一滴液体燃料时的温度

称为初馏点

蒸出10毫升 50毫升 90毫升时的温度

分别为10% 50% 90%馏出温度

我们这里用T10 T50 T90表示

蒸馏完毕时的最高温度

称为终馏点 有时也叫干点

就是EP（End Point）

T10反映汽油中

轻质组分的多少

与汽油机的冷启动有关

T50反映汽油的平均蒸发性

直接影响发动机的暖车时间

加速性和工作稳定性

而T90和干点

反映了汽油中重质组分的多少

对汽油完全燃烧

和发动机磨损有一定的影响

如果需要全面比较

燃料的蒸发性能

可将所测的各点

绘制成蒸馏曲线

这幅图给出了

几种常用的液体燃料的蒸馏曲线

像航空汽油 车用汽油

航空煤油和轻柴油

为了更全面合理的反映

燃料的蒸馏特性

对汽油车低温冷启动性能的影响

美国合作研究理事会CRC

根据蒸馏曲线

定义了燃料驾驶性指数

Driveability Index 简称DI

燃料含氧

会增加燃料的驾驶性指数

美国CRC给出了

含氧汽油的DI推荐计算公式

如这个所示

除了采用一定馏出体积时的

蒸馏温度

来定义燃料驾驶性指数外

还可以通过一定温度下的

馏出体积百分数

来定义驾驶性指数

那么这种燃料驾驶性

称为蒸发驾驶性指数

Evaporation Driveability Index 简称EDI

由于给定温度下的燃料蒸发量

与掺混的含氧化合物量

成线性关系

这样就便于炼油厂

来控制燃料的驾驶性指数

所以美国这个CRC

给出了含氧汽油的EDI

也就是蒸发性驾驶性指数的

一个表达式

如这个表达式所示

衡量汽油燃料挥发性的

另外一个重要指标是

汽油饱和蒸气压

液体燃料在雷德饱和蒸气压测定器

如这个图所示

那么按照燃料蒸气

与液体燃料的体积比为四比一

水域温度为37.8摄氏度

或者是100华氏度

所测出的最大燃料蒸气压力

就称为雷德饱和蒸气压

简称RVP

液体燃料中所含各种组分的

饱和蒸气压

均随温度的下降而迅速减少

在标准测定条件下

一般来说含有10个碳原子以上的

烃类燃料

如柴油燃料的饱和蒸气压

接近于0

这个图是部分烃类燃料的

一个蒸发曲线

我们看得出柴油它的饱和蒸气压

是接近于0的

蒸汽压是用来判断

汽油发生气阻倾向的大小

饱和蒸气压越高

说明汽油中轻质组分越多

其蒸发性越好

冷启动性能越好

但使用时

发动机燃料系统中

产生气阻的可能性也越大

像我们国家的

第五阶段汽油标准即要求

冬季蒸气压在45到85kPa

而夏季蒸气压在40到65kPa

从这里可以看出

夏季蒸气压

应该要小于冬季蒸气压

关于汽油燃料的抗爆性

和挥发性指标

我们就介绍到这里

同学们再见