石油加工概论(第一部分第4章石油产品的分类和使用要求.pptx

石油加工概论石油加工概论（第一部分）（第一部分）张张 孔孔 远远1596683*1596683*1350895*1350895*第四章第四章 石油产品的分类和使用要求石油产品的分类和使用要求第一节第一节 石油产品的分类石油产品的分类从石油中能得到上千种产品，我国现将石油产品分为从石油中能得到上千种产品，我国现将石油产品分为以下以下六大类六大类：（1 1）燃料（）燃料（F)F)包括汽油、柴油、喷气燃料（航空煤油）等发动机燃包括汽油、柴油、喷气燃料（航空煤油）等发动机燃料以及灯用煤油、燃料油等。料以及灯用煤油、燃料油等。燃料的数量约占石油产品的燃料的数量约占石油产品的8080，其中发动机燃料占，其中发动机燃料占60%60%石油产品的分类石油产品的分类（2 2）润滑剂及有关产品）润滑剂及有关产品(L)(L)包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机械部件的包括润滑油和润滑脂，主要用于降低机械部件的摩擦和防止磨损，以减少能耗、延长机械寿命。摩擦和防止磨损，以减少能耗、延长机械寿命。产量不多，产量不多，仅占石油产品总量的仅占石油产品总量的2 2左右，但品种左右，但品种达数百种之多。达数百种之多。（3 3）石油沥青（）石油沥青（B)B)用于道路、建筑和防水等方面，产量约占石油产用于道路、建筑和防水等方面，产量约占石油产品总量的品总量的3 3。（4 4）石油蜡）石油蜡(W)(W)轻工、化工和食品工业的原料，产量约占总量轻工、化工和食品工业的原料，产量约占总量1 1（5 5）石油焦）石油焦(C)(C)制造炼铝和炼钢用电极，其产量约为制造炼铝和炼钢用电极，其产量约为2 2。（6 6）溶剂和化工原料）溶剂和化工原料(S)(S)占石油产品产量的占石油产品产量的1010，包括制取乙烯的原料轻，包括制取乙烯的原料轻 油、石油芳烃和各种溶剂油。油、石油芳烃和各种溶剂油。G:G:气体燃料气体燃料甲烷或乙烷或其混合气甲烷或乙烷或其混合气 L:L:液化气燃料液化气燃料C C3 3、C C4 4烷烃和烷烃和/或烯烃或烯烃 D:D:馏分燃料馏分燃料汽、煤、柴、重馏分油汽、煤、柴、重馏分油 R:R:残渣燃料残渣燃料蒸馏残油组成的石油燃料蒸馏残油组成的石油燃料燃料的分类燃料的分类点燃式发动机燃料点燃式发动机燃料-汽油汽油喷气式发动机燃料喷气式发动机燃料-喷气燃料喷气燃料压缩式发动机燃料压缩式发动机燃料-柴油柴油发动机燃料发动机燃料(馏分燃料馏分燃料)的分类的分类第二节第二节石油燃料及其使用要求石油燃料及其使用要求2.1 2.1 汽汽 油油汽油机的工作原理汽油机的工作原理 汽油机又称汽油机又称点燃式发动机点燃式发动机，主要用于轻型汽车、，主要用于轻型汽车、摩托车、小型飞机和快艇。摩托车、小型飞机和快艇。u上止点：上止点：活塞在气缸中上行所能达到的最高位置，活塞在气缸中上行所能达到的最高位置，此时气缸中的容积为燃烧室的体积此时气缸中的容积为燃烧室的体积V V2 2 。u下止点：下止点：活塞在气缸中下行所能达到的最低位置，活塞在气缸中下行所能达到的最低位置，此时气缸中的容积为气缸的总体积此时气缸中的容积为气缸的总体积V V1 1。u压缩比压缩比:V V1 1/V/V2 2，表征汽油发动机性能的一个重要指标。表征汽油发动机性能的一个重要指标。u冲程：冲程：从上止点到下止点的直线距离从上止点到下止点的直线距离 。汽油机上止点与下止点示意图汽油机上止点与下止点示意图 u进气过程：进气过程：活塞由上止点运行到下止点活塞由上止点运行到下止点 ，活塞上方的容，活塞上方的容积增大，气缸内压力降低；积增大，气缸内压力降低；汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室；汽油在喉管处与空气混合，然后进入混合室；在混合室内汽油开始气化并与空气形成可燃性在混合室内汽油开始气化并与空气形成可燃性混合气。混合气。进气阀启开，可燃性混合气经进气阀进入气缸，进气阀启开，可燃性混合气经进气阀进入气缸，被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热，进被气缸和活塞等高温机件及残余废气加热，进气终了的混合气温度可达气终了的混合气温度可达8585130130。u压缩过程：压缩过程：活塞由下止点活塞由下止点 运行至上止点，进气阀与排气运行至上止点，进气阀与排气阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与阀关闭，气缸内可燃性混合气被压缩，温度与压力逐渐升高压力逐渐升高 。压缩终了时，可燃性混合气的温度与压力取决压缩终了时，可燃性混合气的温度与压力取决于压缩比，一于压缩比，一般压力般压力P=0.7P=0.71.5MPa1.5MPa，温度，温度T=300T=300450450。压缩终了活塞接近上止点，火花塞发出电火花即压缩终了活塞接近上止点，火花塞发出电火花即刻点燃混合气，混合气剧烈燃烧，刻点燃混合气，混合气剧烈燃烧，火焰以火焰以202030m/s30m/s的速度向四周传播。气缸内的速度向四周传播。气缸内最高温度可达最高温度可达2000200025002500，最高压力可达，最高压力可达3.03.04.0MPa 4.0MPa。高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活高温高压气体使活塞由上止点运行至下止点。活塞的运动通过连杆使曲轴旋转而对外做功。塞的运动通过连杆使曲轴旋转而对外做功。活塞达到下止点时，做功过程结束，燃气的温度活塞达到下止点时，做功过程结束，燃气的温度降至降至90090012001200，压力降至，压力降至0.40.40.5MPa0.5MPa。做功过程（点火燃烧）做功过程（点火燃烧）u排气过程：排气过程：做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行做功结束后，排气阀启开，活塞由下止点运行至上止点。至上止点。燃烧后的废气被排出气缸，排出的废气温度为燃烧后的废气被排出气缸，排出的废气温度为700700800800。u汽油机经历汽油机经历进气、压缩、膨胀做功和排气进气、压缩、膨胀做功和排气四个过四个过程之后，汽油机完成一个工作循环程之后，汽油机完成一个工作循环u一般汽油机都是由四个或六个气缸按一定顺序组一般汽油机都是由四个或六个气缸按一定顺序组合而连续进行工作的。合而连续进行工作的。u蒸发性能良好；蒸发性能良好；u燃烧性能良好，不产生爆震；燃烧性能良好，不产生爆震；u储存安定性好，生成胶质的倾向小；储存安定性好，生成胶质的倾向小；u对发动机没有腐蚀性。对发动机没有腐蚀性。汽油机对其燃料的要求汽油机对其燃料的要求汽油的蒸发性汽油的蒸发性 汽油在进入气缸之前，能迅速气化并与空气形成汽油在进入气缸之前，能迅速气化并与空气形成可燃性混合气。一般汽油在进气管中的停留时间可燃性混合气。一般汽油在进气管中的停留时间为为0.0050.0050.050.05秒，秒，在气缸中的停留时间为在气缸中的停留时间为0.020.020.030.03秒。秒。如果汽油的蒸发性太差，汽油气化不完全，导致如果汽油的蒸发性太差，汽油气化不完全，导致汽油机的功率降低，起动和加速都较困难。汽油机的功率降低，起动和加速都较困难。如果汽油的蒸发性太强，汽油在输油管中因气化如果汽油的蒸发性太强，汽油在输油管中因气化而产生气阻，造成供油不足。而产生气阻，造成供油不足。反映汽油蒸发性能的质量指标是反映汽油蒸发性能的质量指标是馏程馏程和和饱饱和蒸气压和蒸气压。馏程馏程馏程在一定程度上能大体反映汽油的沸点范围和蒸馏程在一定程度上能大体反映汽油的沸点范围和蒸发性能。发性能。（1 1）10%10%的馏出温度的馏出温度 表示汽油中低沸点组分含量。表示汽油中低沸点组分含量。反映启动性能。反映启动性能。保证发动机的低温起动性能保证发动机的低温起动性能与产生与产生气阻气阻有密切的关系。有密切的关系。我国车用汽油我国车用汽油10%10%馏出温度不高于馏出温度不高于7070 汽油的汽油的10%10%馏出温度与发动机迅速馏出温度与发动机迅速起动的最低温度的关系起动的最低温度的关系 10%10%馏出馏出温度，温度，545460606666717177778282最低起动最低起动温度，温度，-21-21-17-17-13-13-9-9-6-6-2-2汽油汽油10%10%馏出温度与开始产生气阻温度的关系馏出温度与开始产生气阻温度的关系 10%10%馏馏 出出 温温 度，度，40405050606070708080开始产生气阻开始产生气阻温度，温度，-13-13+7+7+27+27+47+47+67+67（2 2）50%50%的馏出温度的馏出温度表示汽油的表示汽油的平均蒸发性能，反映汽油机起动后平均蒸发性能，反映汽油机起动后升温时间长短以及加速升温时间长短以及加速是否及时是否及时有密切关系的有密切关系的质量指标。质量指标。50%50%馏出温度馏出温度低，低，在正常温度下汽油能较多地蒸发，在正常温度下汽油能较多地蒸发，起动时起动时参加燃烧的汽油数量多，发出的热量较多，参加燃烧的汽油数量多，发出的热量较多，可缩短汽油机的升温时间，可缩短汽油机的升温时间，即发动机预热较快，即发动机预热较快，加速性能良好，运转平稳柔和，也不致熄火，同加速性能良好，运转平稳柔和，也不致熄火，同时耗油量也降低。时耗油量也降低。50%50%馏出温度过馏出温度过高高，使汽油机在加速过程中的供油，使汽油机在加速过程中的供油量急剧增加而导致大部分量急剧增加而导致大部分汽油不能气化汽油不能气化，燃烧不燃烧不完全，严重时还会突然熄火完全，严重时还会突然熄火。我国车用汽油规定我国车用汽油规定50%50%馏出温度不高于馏出温度不高于120120。（3 3）90%90%馏出温度和干点（终馏点）馏出温度和干点（终馏点）表示了汽油中重组分含量的多少，与燃料的表示了汽油中重组分含量的多少，与燃料的燃烧是否完全和发动机磨损有一定关系的质燃烧是否完全和发动机磨损有一定关系的质量指标。量指标。90%90%馏出温度和终馏点过高，重组分较多，它们馏出温度和终馏点过高，重组分较多，它们不能完全蒸发和燃烧，容易形成积炭，排气冒黑不能完全蒸发和燃烧，容易形成积炭，排气冒黑烟，导致油耗增加，燃料的使用效率降低。同时烟，导致油耗增加，燃料的使用效率降低。同时没有蒸发的汽油重组分流入曲轴箱稀释润滑油而没有蒸发的汽油重组分流入曲轴箱稀释润滑油而加大汽油机活塞的磨损。加大汽油机活塞的磨损。我国车用汽油规定我国车用汽油规定90%90%馏出温度不高于馏出温度不高于190190，干点不高于干点不高于205205蒸气压主要是由汽油中的蒸气压主要是由汽油中的轻质组分所产生轻质组分所产生，蒸气压高，蒸气压高，表明汽油中含有较多的低分子组分，容易在发动机供表明汽油中含有较多的低分子组分，容易在发动机供油系统中产生气阻，在储存和运输过程中较易产生蒸油系统中产生气阻，在储存和运输过程中较易产生蒸发损失，着火的危险性也较大。发损失，着火的危险性也较大。蒸气压可以作为衡量蒸气压可以作为衡量汽油机燃料供给系统是否产生气阻倾向的指标，也可汽油机燃料供给系统是否产生气阻倾向的指标，也可相对衡量汽油在储存和运输过程中的损耗倾向和安全相对衡量汽油在储存和运输过程中的损耗倾向和安全性。性。饱和蒸气压饱和蒸气压 我国车用汽油规定：我国车用汽油规定：冬用型冬用型(9(9月月1 1日日2 2月月2828日日)：RVP80RVP80或或88KPa 88KPa 夏用型夏用型(3(3月月1 1日日8 8月月3131日日)：RVP67RVP67或或74KPa74KPa。蒸气压大，轻组分多，容易产生气阻蒸气压大，轻组分多，容易产生气阻蒸气压小蒸气压小,蒸发性能差蒸发性能差,启动困难启动困难,燃烧不完全燃烧不完全汽油的安定性汽油的安定性 汽油安定性的定义：汽油安定性的定义：汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力。汽油在常温和液相条件下抵抗氧化的能力。安定性差的汽油，在储存和运输的过程中易安定性差的汽油，在储存和运输的过程中易发生氧化反应生成胶质，使油品颜色变深，发生氧化反应生成胶质，使油品颜色变深，并产生胶状沉淀。并产生胶状沉淀。汽油安定性差的主要原因汽油安定性差的主要原因 存在烯烃、二烯烃和苯烯烃等不饱和物以及苯硫存在烯烃、二烯烃和苯烯烃等不饱和物以及苯硫酚、吡咯等带杂原子的化合物。酚、吡咯等带杂原子的化合物。氧化安定性的表示方法氧化安定性的表示方法 碘值碘值 诱导期诱导期 实际胶质实际胶质汽油的抗爆性汽油的抗爆性 抗爆性：抗爆性：衡量燃料是否易于发生衡量燃料是否易于发生爆震爆震的性质的性质汽油机的正常燃烧汽油机的正常燃烧 焰前反应：焰前反应：在汽油机的压缩过程中，可燃混合在汽油机的压缩过程中，可燃混合气的气的温度和压力上升温度和压力上升很快，汽油开始发生很快，汽油开始发生氧化氧化反应反应并生成一些过氧化物。并生成一些过氧化物。火花塞点火后，在火花附近的火花塞点火后，在火花附近的混合气温度急剧混合气温度急剧增加增加，出现最初的火焰中心。，出现最初的火焰中心。燃烧初期燃烧初期火焰中心形成之后，发生火焰传播现象。火焰中心形成之后，发生火焰传播现象。火焰的前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气火焰的前锋逐层向未燃混合气推进，未燃混合气因受到热辐射而导致其因受到热辐射而导致其温度升高，温度升高，已燃混合气因已燃混合气因燃烧膨胀而压缩未燃混合气导致其燃烧膨胀而压缩未燃混合气导致其压力升高。压力升高。燃烧期燃烧期火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发火火焰以球面形状向周围扩散，使燃料逐层发火燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。燃烧，直到绝大部分燃料燃尽为止。火焰传播速度为火焰传播速度为202030m/s30m/s，压力变化比较压力变化比较平缓。平缓。补燃补燃期期由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能由于混合气中燃料与空气的混合和分布不可能完全均匀，所以明显燃烧期以后和膨胀过程中，完全均匀，所以明显燃烧期以后和膨胀过程中，仍然有少量的未燃气体或燃烧不完全的产物在仍然有少量的未燃气体或燃烧不完全的产物在继续燃烧，直到燃烧结束为止。继续燃烧，直到燃烧结束为止。汽油机正常燃烧时，发动机工作平稳柔顺，动力汽油机正常燃烧时，发动机工作平稳柔顺，动力和经济性能均较好和经济性能均较好 。汽油机的爆震燃烧汽油机的爆震燃烧 爆震现象爆震现象 汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强汽油在发动机中燃烧不正常时，会出现机身强烈振动的情况，并发出金属敲击声，同时发动烈振动的情况，并发出金属敲击声，同时发动机功率下降，排气管冒黑烟。严重时还会导致机功率下降，排气管冒黑烟。严重时还会导致机件损坏，又称为敲缸或爆燃。机件损坏，又称为敲缸或爆燃。爆震燃烧的产生过程：爆震燃烧的产生过程：在燃烧过程的后期，火焰中心在气缸的传播过在燃烧过程的后期，火焰中心在气缸的传播过程中，未燃混合气因受到已燃混合气的热辐射程中，未燃混合气因受到已燃混合气的热辐射和压缩，导致其温度和压力急剧升高，氧化反和压缩，导致其温度和压力急剧升高，氧化反应的速度加快，形成大量的过氧化物并发生分应的速度加快，形成大量的过氧化物并发生分解反应。解反应。在最初的火焰前锋尚未到达之前，未燃混在最初的火焰前锋尚未到达之前，未燃混合气的局部温度已超过其合气的局部温度已超过其自燃点自燃点而发生爆而发生爆炸性燃烧，这样就出现炸性燃烧，这样就出现两个或多个燃烧中两个或多个燃烧中心心，火焰前锋不象正常燃烧时的那样逐层，火焰前锋不象正常燃烧时的那样逐层推进，而是对立推进，产生爆震波，同时推进，而是对立推进，产生爆震波，同时气缸内局部的气缸内局部的温度和压力温度和压力急剧升高。急剧升高。爆震燃烧的特征爆震燃烧的特征 爆震波的推进速度：爆震波的推进速度：200020002300m/s2300m/s燃气局部压力：燃气局部压力：10MPa10MPa以上以上气缸内的局部温度：气缸内的局部温度：2000200025002500 汽油爆震燃烧的危害汽油爆震燃烧的危害爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引起震爆震波撞击燃烧室壁、活塞顶、气缸壁，引起震动，并发出尖锐的金属敲击声，机件磨损增加，动，并发出尖锐的金属敲击声，机件磨损增加，发动机因局部过热而被烧坏。发动机因局部过热而被烧坏。燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料的浪费，能燃料燃烧不完全而冒黑烟，造成燃料的浪费，能耗增加，发动机功率降低耗增加，发动机功率降低 。燃料燃烧不完全的产物排放到大气中后，会造成燃料燃烧不完全的产物排放到大气中后，会造成环境的污染。环境的污染。汽油爆震燃烧产生的原因汽油爆震燃烧产生的原因 原因之一：原因之一：燃料的性质燃料的性质是产生爆震的是产生爆震的内因内因 ，在发动机构造已确定的情，在发动机构造已确定的情况下，燃料抗爆性的好坏对产生爆震具有决定况下，燃料抗爆性的好坏对产生爆震具有决定性的影响，如果燃料的自燃点越低，其抗爆性性的影响，如果燃料的自燃点越低，其抗爆性越差，产生爆震的倾向也就越大。越差，产生爆震的倾向也就越大。原因之二：原因之二：发动机的构造发动机的构造与发动机的压缩比有密切的关系。与发动机的压缩比有密切的关系。与发动机的着火提前角有关。与发动机的着火提前角有关。与气缸尺寸、燃烧室形状及火花塞位置有关。与气缸尺寸、燃烧室形状及火花塞位置有关。正常燃烧与爆震燃烧之间的比较正常燃烧与爆震燃烧之间的比较 项目项目正常燃烧正常燃烧爆震燃烧爆震燃烧T Tmaxmax，18001800200020002000200025002500P Pmaxmax，MpaMpa3 34 410101616火焰传播速度火焰传播速度,m/s,m/s202030302000200023002300评定汽油抗爆性的指标评定汽油抗爆性的指标 汽油的抗爆性是用辛烷值（汽油的抗爆性是用辛烷值（Octane NumberOctane Number，简称，简称ONON）来表示的，）来表示的，辛烷值越高，抗爆性越好。辛烷值越高，抗爆性越好。（1 1）辛烷值的定义辛烷值的定义 规定如下的标准燃料：规定如下的标准燃料：u抗爆性很好的抗爆性很好的异辛烷的异辛烷的ON=100ON=100u抗爆性很差的抗爆性很差的正庚烷的正庚烷的ON=0ON=0两种物质以不同的体积比混合可得到一系列的标两种物质以不同的体积比混合可得到一系列的标准燃料，标准燃料中异辛烷的体积百分数就是其准燃料，标准燃料中异辛烷的体积百分数就是其辛烷值。辛烷值。（2 2）车用汽油辛烷值的表示方法）车用汽油辛烷值的表示方法 马达法辛烷值（简称马达法辛烷值（简称MONMON）研究法辛烷值（简称研究法辛烷值（简称RONRON）用研究法测定时，由于发动机的转速和混合气温用研究法测定时，由于发动机的转速和混合气温度与马达法相比都较低，因而所得的度与马达法相比都较低，因而所得的RONRON比比MONMON要要高高5 51010个单位个单位 。道路辛烷值：是用汽车进行实测或在试验机上道路辛烷值：是用汽车进行实测或在试验机上模拟汽车的行车条件而测得的，它介于模拟汽车的行车条件而测得的，它介于MONMON与与RONRON之间。之间。抗爆指数：抗爆指数：为为MONMON和和RONRON的平均值的平均值，可近似表示，可近似表示汽车的道路辛烷值，也是衡量车用汽油抗爆性汽车的道路辛烷值，也是衡量车用汽油抗爆性的指标之一。的指标之一。汽油的抗爆性与其化学组成的关系汽油的抗爆性与其化学组成的关系 汽油的抗爆性取决于其化学组成。汽油的抗爆性取决于其化学组成。芳香烃芳香烃 异构烷烃和异构烯烃异构烷烃和异构烯烃 正构烯烃和环烷烃正构烯烃和环烷烃 正构烷烃。正构烷烃。10091.142.4072.510088.546.4068.1RON MON7510071100RONMON不同烃类辛烷值变化情况不同烃类辛烷值变化情况我国汽油的牌号我国汽油的牌号 车用汽油与航空汽油均按车用汽油与航空汽油均按辛烷值辛烷值划分牌号。划分牌号。车用无铅汽油：车用无铅汽油：90#90#、93#93#、95#95#，它们的，它们的RONRON分分别不小于别不小于9090、9393、9595。航空汽油：航空汽油：75#75#、95#95#、100#100#，它们的，它们的RONRON分别分别不小于不小于7575、9595、98.698.6。腐蚀性腐蚀性保证汽油对发动机部件、储存容器和管道等金保证汽油对发动机部件、储存容器和管道等金属设备不被腐蚀。属设备不被腐蚀。硫含量、硫醇性硫含量、铜片腐蚀、水溶性酸、硫含量、硫醇性硫含量、铜片腐蚀、水溶性酸、碱、酸度。碱、酸度。清洁性清洁性机械杂质和水机械杂质和水项目质量指标试验方法90号93号95号研究法辛烷值(RON)909395GB/T 5487抗爆指数(RON+MON)/2858890GB/T 503铅含量 g.L-1 0.0050.0050.005GB/T 8020馏程 10%蒸发温度/707070GB/T 653650%蒸发温度/120120120GB/T 653690%蒸发温度/190190190GB/T 6536终馏点/205205205GB/T 6536实际胶质,mg.100ml-1 555GB/T 8019诱导期/min480480480GB/T 8018硫含量/%(m/m)不大于0.050.050.05GB/T 380铜片腐蚀（50，3h）,级111GB/T 5096苯含量，%（v/v）2.52.52.5SH/T 0713烯烃含量，%（v/v）303030GB/T 11132芳烃含量，%（v/v）404040GB/T 11132我国车用无铅汽油标准（我国车用无铅汽油标准（GB 17930GB 1793019991999）u柴油机是柴油机是压燃式发动机压燃式发动机，根据柴油机的转速，应使，根据柴油机的转速，应使用不同类型的柴油。用不同类型的柴油。u1000r/min1000r/min以上的柴油机使用以上的柴油机使用轻柴油轻柴油，而，而1000r/min1000r/min以下的柴油机使用以下的柴油机使用重柴油重柴油。u柴油机主要应用于农用机械、重型车辆、坦克、铁柴油机主要应用于农用机械、重型车辆、坦克、铁路机车、船舶舰艇、工程矿山机械等。路机车、船舶舰艇、工程矿山机械等。2.2 2.2 柴柴 油油柴油机的工作原理柴油机的工作原理 柴油机的原理构造图柴油机的原理构造图 1-油箱油箱;2-粗过滤器粗过滤器;3-输油泵输油泵;4-细过滤器细过滤器;5-高压油泵高压油泵;6-喷油嘴；喷油嘴；7-空气滤清器空气滤清器;8-进气管进气管;9-气缸气缸;10-活塞活塞;11-进气阀进气阀;12-排气阀排气阀;13-排气管排气管;14-消声器消声器;15-连杆连杆;16-曲轴曲轴;17-曲轴箱曲轴箱 进气过程进气过程 压缩过程压缩过程 做功过程做功过程 排气过程排气过程 柴油机的工作循环柴油机的工作循环虽然柴油机与汽油机的工作循环是一样的，虽然柴油机与汽油机的工作循环是一样的，但是二者之间有但是二者之间有本质的差别本质的差别。柴油机和汽油机的工作循环是一样的，都包括柴油机和汽油机的工作循环是一样的，都包括 进气、压缩、膨胀做功、排气进气、压缩、膨胀做功、排气四个过程。四个过程。项项 目目柴油机柴油机汽油机汽油机压缩比压缩比1620810压缩终了温度压缩终了温度,500700300450压缩终了压力压缩终了压力,MPa350.71.5供油方式供油方式高压油泵直喷高压油泵直喷汽化器汽化器启燃方式启燃方式自燃自燃电火花点燃电火花点燃进入气缸的气体进入气缸的气体空气空气油气混合气油气混合气压缩的气体压缩的气体空气空气油气混合气油气混合气燃烧气体的最高温度燃烧气体的最高温度,1500200020002500燃烧气体的最高压力燃烧气体的最高压力,MPa51234相同功率下的相对油耗相同功率下的相对油耗,%7080100 柴油机与汽油机工作过程的比较柴油机与汽油机工作过程的比较u良好的燃烧性能良好的燃烧性能u良好的蒸发性能和雾化性能良好的蒸发性能和雾化性能u适当的粘度和良好的低温性能适当的粘度和良好的低温性能u良好的储藏安定性和热安定性良好的储藏安定性和热安定性u对发动机没有腐蚀和磨损作用对发动机没有腐蚀和磨损作用柴油机对燃料的使用要求柴油机对燃料的使用要求 柴油的燃烧性柴油的燃烧性 柴油良好的燃烧性能是指柴油喷入燃烧柴油良好的燃烧性能是指柴油喷入燃烧室内与空气形成均匀的可燃混合气之后，室内与空气形成均匀的可燃混合气之后，能在较短的时间内发火能在较短的时间内发火自燃自燃并并正常完全正常完全燃烧燃烧 。柴油机内柴油的燃烧过程柴油机内柴油的燃烧过程 柴油在柴油机内的燃烧过程大体分为四个柴油在柴油机内的燃烧过程大体分为四个阶段（从喷油开始到全部燃烧为止），即阶段（从喷油开始到全部燃烧为止），即滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期滞燃期、急燃期、缓燃期、后燃期。柴油机中气缸压力变化柴油机中气缸压力变化 1-滞燃期滞燃期 2-急燃期急燃期 3-缓燃期缓燃期 4-后燃期后燃期（1 1）滞燃期（发火延迟期）滞燃期（发火延迟期）指从喷油开始到混合气着火燃烧为止，即图中的指从喷油开始到混合气着火燃烧为止，即图中的A-BA-B段，时间极短，只有段，时间极短，只有1 13 3毫秒，此段包含两个毫秒，此段包含两个过程：过程：物理延迟：物理延迟：在气缸中在气缸中雾化、受热、蒸发、扩散、雾化、受热、蒸发、扩散、并与空气混合并与空气混合而形成可燃性混合气。而形成可燃性混合气。化学延迟：化学延迟：受热后开始进行燃烧前的氧化链反应，受热后开始进行燃烧前的氧化链反应，即即焰前氧化焰前氧化，生成一些过氧化物。，生成一些过氧化物。（2 2）急燃期（速燃期）急燃期（速燃期）柴油开始燃烧到气缸内的压力不再升高为止，即柴油开始燃烧到气缸内的压力不再升高为止，即图中的图中的B BC C段，这个阶段是柴油的急燃阶段段，这个阶段是柴油的急燃阶段 。燃料发火后，气缸内积累的燃料迅速燃烧，而且燃料发火后，气缸内积累的燃料迅速燃烧，而且喷入的燃料也迅速参与燃烧，此时燃烧速度极快，喷入的燃料也迅速参与燃烧，此时燃烧速度极快，单位时间内放出的热量很多，单位时间内放出的热量很多，气缸内的温度与压气缸内的温度与压力上升很快力上升很快。急燃期中压力升高速率太快，发动机工作就会出现粗急燃期中压力升高速率太快，发动机工作就会出现粗暴现象，严重时气缸内会发出金属敲击声（敲缸）。暴现象，严重时气缸内会发出金属敲击声（敲缸）。（3 3）缓燃期（主燃期）缓燃期（主燃期）是指气缸内压力不再急剧升高到压力开始迅速下降是指气缸内压力不再急剧升高到压力开始迅速下降的这段时间，为图中的的这段时间，为图中的C CD D段。段。这是燃烧的主要阶段，约有这是燃烧的主要阶段，约有505060%60%的燃料是在这段的燃料是在这段时期内燃烧的。时期内燃烧的。气缸内压力变化不大，在后期还稍有降低，气缸内压力变化不大，在后期还稍有降低，P Pmaxmax=5=512MPa12MPa。温度持续升高到最高值后开始下降，而且温度的最温度持续升高到最高值后开始下降，而且温度的最高值一般在压力达到最高值之后出现，高值一般在压力达到最高值之后出现，T Tmaxmax=2000=2000。（4 4）后燃期后燃期指压力迅速降低到燃烧结束为止的这段时期，为指压力迅速降低到燃烧结束为止的这段时期，为图中的图中的D-ED-E段，这是燃烧的最后阶段。段，这是燃烧的最后阶段。在后燃期，喷油虽已停止，但气缸内尚有未燃烧在后燃期，喷油虽已停止，但气缸内尚有未燃烧完的燃料仍在继续燃烧，此时的燃烧是在膨胀过完的燃料仍在继续燃烧，此时的燃烧是在膨胀过程中完成的，因而压力和温度都在逐渐下降程中完成的，因而压力和温度都在逐渐下降 。柴油与汽油燃烧过程的比较柴油与汽油燃烧过程的比较汽油与柴油的启燃方式不同，前者是靠汽油与柴油的启燃方式不同，前者是靠点燃点燃，而，而后者是靠柴油本身的后者是靠柴油本身的自燃自燃。发生发生爆震的时间不一样爆震的时间不一样，汽油汽油的爆震燃烧是在火的爆震燃烧是在火焰传播过程中，即在焰传播过程中，即在燃烧的后期燃烧的后期，而，而柴油柴油的粗暴的粗暴燃烧发生在燃烧发生在燃烧的初期燃烧的初期（即急燃期）。（即急燃期）。对对汽油汽油要求其要求其自燃点高自燃点高，而要求，而要求柴油柴油的的自燃点要自燃点要低低。汽油机爆震与柴油机工作粗暴性的比较汽油机爆震与柴油机工作粗暴性的比较 评定柴油燃烧性能的指标评定柴油燃烧性能的指标十六烷值十六烷值 十六烷值（简称十六烷值（简称CNCN）是衡量柴油在压燃式发）是衡量柴油在压燃式发动机中发火性能的指标。动机中发火性能的指标。（1 1）十六烷值的定义十六烷值的定义人为规定标准燃料：人为规定标准燃料：正十六烷的正十六烷的CN=100CN=100-甲基萘的甲基萘的CN=0 CN=0 将这两种标准燃料按不同的体积比混合，即可将这两种标准燃料按不同的体积比混合，即可配成不同十六烷值的标准燃料，其正十六烷的配成不同十六烷值的标准燃料，其正十六烷的体积百分数即表示该标准燃料的十六烷值。体积百分数即表示该标准燃料的十六烷值。十六烷值高，自燃点低，滞燃期短，燃料的发火性十六烷值高，自燃点低，滞燃期短，燃料的发火性 能好，燃烧完全，发动机工作平稳。能好，燃烧完全，发动机工作平稳。十六烷值低，自燃点高，滞燃期长，燃料发火燃烧十六烷值低，自燃点高，滞燃期长，燃料发火燃烧 困难，发动机工作粗暴。困难，发动机工作粗暴。十六烷值过高，自燃点很低，燃烧过程中形成的过十六烷值过高，自燃点很低，燃烧过程中形成的过氧化物太多，自燃速度极快，燃料来不及燃烧就随氧化物太多，自燃速度极快，燃料来不及燃烧就随废气排出废气排出 。（2 2）柴油的十六烷值与其燃烧性能的关系柴油的十六烷值与其燃烧性能的关系 为了保证柴油具有良好的自燃性，高速柴油机所用为了保证柴油具有良好的自燃性，高速柴油机所用的柴油十六烷值在的柴油十六烷值在45455050之间为宜。之间为宜。（3 3）柴油十六烷值与其化学组成的关系）柴油十六烷值与其化学组成的关系烃类名称烃类名称十六烷值十六烷值正十六烷正十六烷1001001-1-正十四烯正十四烯7979正丙基十氢萘正丙基十氢萘35357,8-7,8-二乙基十四烷二乙基十四烷6767正构烷烃正构烷烃正构烯烃正构烯烃环烷烃环烷烃芳烃芳烃柴油中含烷烃和环烷烃较多、芳烃含量较少时，柴油中含烷烃和环烷烃较多、芳烃含量较少时，其十六烷值较高，自燃点低；其十六烷值较高，自燃点低；芳烃芳烃含量较高，烷烃含量较低时，其十六含量较高，烷烃含量较低时，其十六 烷值就较低，自燃点高。烷值就较低，自燃点高。柴油的蒸发性柴油的蒸发性 柴油喷入气缸后先气化，气化后的柴油蒸气与空柴油喷入气缸后先气化，气化后的柴油蒸气与空 气形成均匀的可燃混合气。气形成均匀的可燃混合气。可燃混合气形成的速度由柴油的可燃混合气形成的速度由柴油的蒸发速度蒸发速度决定，决定，而柴油的蒸发速度又由燃烧室内而柴油的蒸发速度又由燃烧室内空气的温度和压空气的温度和压 力的高低力的高低与与柴油馏分的轻重柴油馏分的轻重两个因素来决定。两个因素来决定。评定柴油蒸发性能的指标评定柴油蒸发性能的指标-馏程、馏程、闭口闪点闭口闪点 （1 1）馏程）馏程 主要指标：主要指标：50%50%馏出温度和馏出温度和90%90%馏出温度。馏出温度。50%50%馏出温度馏出温度 50%50%馏出温度越低，柴油中的轻馏分越多，发动馏出温度越低，柴油中的轻馏分越多，发动机起动时间越短。机起动时间越短。我国的轻柴油规定，我国的轻柴油规定，50%50%馏出温度不高于馏出温度不高于300300。90%90%馏出温度馏出温度 90%90%馏出温度越低，柴油中的重馏分越少，燃馏出温度越低，柴油中的重馏分越少，燃烧越完全。烧越完全。我国的轻柴油规定我国的轻柴油规定90%90%馏出温度不能高于馏出温度不能高于355355。（2 2）闭口闪点闭口闪点 柴油的闪点太低，其蒸发性太强，不安全。柴油的闪点太低，其蒸发性太强，不安全。为了控制柴油的蒸发性不致太强，在标准中规为了控制柴油的蒸发性不致太强，在标准中规 定了柴油的闪点，我国轻柴油闭口闪点不得低定了柴油的闪点，我国轻柴油闭口闪点不得低 于于4545，它是保证柴油安全性的质量指标，它是保证柴油安全性的质量指标 。柴油的流动性柴油的流动性-粘度、粘度、凝点（或倾点）、冷滤点凝点（或倾点）、冷滤点粘度粘度 柴油的粘度对柴油机中柴油的粘度对柴油机中供油量供油量的大小以及的大小以及雾化雾化的好的好坏有密切的关系。坏有密切的关系。粘度过小：粘度过小：易从高压油泵的柱塞与泵筒之间的间隙回漏，易从高压油泵的柱塞与泵筒之间的间隙回漏，导致供油不足，功率下降。导致供油不足，功率下降。柴油雾化后的液滴直径太小，喷出的油流射柴油雾化后的液滴直径太小，喷出的油流射程太短，与空气混合不均，导致燃烧不完全。程太短，与空气混合不均，导致燃烧不完全。粘度过大：粘度过大：泵送困难，导致供油不足。泵送困难，导致供油不足。雾化后油滴直径过大，喷出的油流射程太长，雾化后油滴直径过大，喷出的油流射程太长，使油滴的有效蒸发面积减小，蒸发速度减慢，使油滴的有效蒸发面积减小，蒸发速度减慢，导致混合不均匀、燃烧不完全、耗油量增加。导致混合不均匀、燃烧不完全、耗油量增加。石蜡基原油的柴油因含较多的烷烃，因而粘度石蜡基原油的柴油因含较多的烷烃，因而粘度较小较小 。环烷基原油的柴油因含较多的环状烃，因而粘环烷基原油的柴油因含较多的环状烃，因而粘度较大。度较大。柴油的粘度与其化学组成有密切的关系柴油的粘度与其化学组成有密切的关系凝点（或倾点）和冷滤点凝点（或倾点）和冷滤点凝点和倾点是表示油品开始失去流动性的温度。凝点和倾点是表示油品开始失去流动性的温度。由于冷滤点的测定条件近似柴油的使用条件，由于冷滤点的测定条件近似柴油的使用条件，因而可以用它来粗略判断柴油可能使用的最低因而可以用它来粗略判断柴油可能使用的最低温度。温度。柴油的安定性、腐蚀性、洁净度柴油的安定性、腐蚀性、洁净度 柴油的安定性柴油的安定性 柴油的安定性包括柴油的安定性包括储存安定性储存安定性和和热安定性热安定性。柴油在储存和运输过程中抵抗氧化变质的能力称为柴油在储存和运输过程中抵抗氧化变质的能力称为柴油的储存安定性。柴油的储存安定性。柴油的热安定性是指柴油在较高的温度下抵抗氧柴油的热安定性是指柴油在较高的温度下抵抗氧化变质的能力。化变质的能力。柴油安定性的评定指标：柴油安定性的评定指标：实际胶质和实际胶质和10%10%蒸余物残炭蒸余物残炭（1 1）实际胶质）实际胶质 实际胶质高，造成喷油嘴和滤清器堵塞，导致气缸实际胶质高，造成喷油嘴和滤清器堵塞，导致气缸内沉积物增加，磨损加剧。内沉积物增加，磨损加剧。（2 2）10%10%蒸余物残炭蒸余物残炭 10%10%蒸余物残炭在一定程度上大致反映柴油在喷蒸余物残炭在一定程度上大致反映柴油在喷嘴和气缸中形成积炭的倾向嘴和气缸中形成积炭的倾向 。（3 3）柴油安定性与其化学组成的关系）柴油安定性与其化学组成的关系烷烃、环烷烃及单环芳烃的安定性较好。烷烃、环烷烃及单环芳烃的安定性较好。不饱和烃、环烷芳香混合烃及非烃类是引起柴油不饱和烃、环烷芳香混合烃及非烃类是引起柴油储存安定性差的主要原因。储存安定性差的主要原因。多环芳烃及非烃类是引起柴油热安定性不良的主多环芳烃及非烃类是引起柴油热安定性不良的主要原因。要原因。柴油的腐蚀性柴油的腐蚀性 含硫化合物尤其是含硫化合物尤其是活性硫化物活性硫化物如硫醇对金属有腐如硫醇对金属有腐蚀作用，它的存在会严重影响发动机的工作寿命。蚀作用，它的存在会严重影响发动机的工作寿命。含含硫化合物硫化合物燃烧后生成的燃烧后生成的SO2SO2、SO3SO3不仅严重腐蚀不仅严重腐蚀高温区的零部件，而且还与气缸壁上的润滑油反高温区的零部件，而且还与气缸壁上的润滑油反应，加速漆膜和积炭的生成。应，加速漆膜和积炭的生成。柴油的洁净度柴油的洁净度 表征柴油洁净度的指标是水分和机械杂质。表征柴油洁净度的指标是水分和机械杂质。水分较多，燃烧时降低发热值，在低温容易结水分较多，燃烧时降低发热值，在低温容易结冰，使燃料供给系统堵塞。冰，使燃料供给系统堵塞。柴油中含有机械杂质会堵塞油路，加速磨损。柴油中含有机械杂质会堵塞油路，加速磨损。柴油的品种和牌号柴