当前课程知识点：汽车发动机原理 > 第二章：燃料、工质与热化学 > 2.3 汽油的理化特性 > Video
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
-0.1 总论
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-0.2 车用发动机的种类
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-1.1 示功图及其测取
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-1.2 四冲程发动机示功图分析
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-1.3 二冲程发动机示功图分析
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-1.4 性能指标分类与循环指示功
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-1.5 动力、经济性能指标与测定换算
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-1.6 影响动力、经济性能指标的环节和因素
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-第一章习题(计入课程成绩)--作业
-2.0 导论
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-2.1 燃料的分类
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-2.2 汽油、柴油的炼制
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-2.3 汽油的理化特性
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-2.4 柴油的理化特性
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-2.5 燃料构成与理化特性
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-2.6 汽油、柴油质量标准
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-2.7 燃料与发动机工作模式
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-2.8 工质主要热力参数
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-2.9 燃烧热化学
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-第二章习题(计入课程成绩)--作业
-3.0 导论
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-3.1 热力过程与热机循环的简化
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-3.2 理论循环分类及循环热效率
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-3.3 理论循环热力参数对热效率的影响
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-3.4 工质对循环热效率的影响
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-3.5 真实循环对热效率的影响
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-3.6 机械损失的构成
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-3.7 机械损失的测量方法
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-3.8 机械效率的影响因素
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-3.9 发动机的能量分配与转化效率
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-3.10 发动机的节能途径与技术
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-第三章：工作循环与能量利用--第三章习题(计入课程成绩)
-4.0 导论
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-4.1 四冲程发动机换气系统及换气过程
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-4.2 配气相位对发动机性能的影响
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-4.3 充量系数的解析式
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-4.4 进气阻力对充量系数的影响
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-4.5 其他因素对充量系数的影响
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-4.6 充量系数的速度特性
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-4.7 压力波及其传播特性
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-4.8 单缸机的进排气动态效应
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-4.9 多缸机的进排气动态效应与进气不均匀性
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-4.10 四冲程发动机增压系统及性能
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-4.11 二冲程发动机的换气过程与换气质量
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-第四章习题(计入课程成绩)--作业
-5.0 导论
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-5.1 发动机运行工况
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-5.2 发动机特性曲线分类
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-5.3 发动机速度特性
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-5.4 发动机负荷特性
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-5.5 发动机全特性
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-5.6 发动机外特性与整车动力性
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-5.7 发动机全特性与整车经济性
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-5.8 混合动力专用发动机及其运行特性
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-第五章习题(计入课程成绩)--作业
-期中考试（只有一次答题机会！）--期中测试题（占30%总分）
-6.0 导论
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-6.1 燃烧现象及其分类
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-6.2 可燃混合气的着火与着火理论
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-6.3 湍流及其在燃烧中的作用
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-6.4 均质混合气中的火焰传播
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-6.5 液体燃料的雾化
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-6.6 油滴的蒸发与燃烧
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-6.7 示功图与燃烧放热率
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-第六章习题(计入课程成绩)--作业
-7.1 柴油机燃烧过程分析
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-7.2 柴油机燃烧放热规律
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-7.3 柴油机燃油喷射系统
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-7.4 柴油机喷油过程
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-7.5 柴油机缸内气流运动
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-7.6 柴油机燃烧室的分类及其特性
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-7.7 柴油机混合气形成方式
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-7.8 柴油机粗暴燃烧与燃烧噪声
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-第七章习题(计入课程成绩)--作业
-8.1 汽油机燃烧过程分析
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-8.2 汽油机的不正常燃烧：爆燃和表面点火
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-8.3 汽油机的不规则燃烧：循环波动和各缸不均匀性
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-8.4 汽油机燃油喷射系统及其演变
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-8.5 非直喷汽油机燃烧室及其特性
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-8.6 汽油机进气道喷射与混合气形成
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-8.7 汽油机缸内直喷与混合气形成
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-第八章习题(计入课程成绩)--作业
-9.1 有害排放物种类及其危害
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-9.2.1 NO的生成机理
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-9.2.2 CO和HC的生成机理
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-9.2.3 PM和Soot的生成机理
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-9.3 有害排放物生成的影响因素
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-9.4 汽油机机内净化技术
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-9.5 柴油机机内净化技术
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-9.6 汽油机后处理技术
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-9.7 柴油机后处理技术
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-第九章习题(计入课程成绩)--作业
-10.1 燃烧模式及其分类
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-10.2 汽油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.3 柴油机均质混合气压燃（HCCI）模式
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-10.4 内燃机部分预混压燃（PCCI）模式
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-10.5 均质混合气引燃（HCII）模式
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-10.6 天然气发动机
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-10.7 氢燃料发动机
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-10.8 二甲醚发动机
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-10.9 甲醇发动机
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-10.10 乙醇发动机
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-10.11 生物柴油发动机
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-第十章习题(计入课程成绩)--作业
-期末考试--期末测试题（占30%总分）
