汽车材料项目一 汽车燃料ppt课件.ppt
项目一 汽车燃料,本章概述任务一 石油任务二 汽油任务三 柴油任务四 汽车代用燃料,下一页,返回,1,本章概述,汽车的主要燃料包括石油、汽油、柴油和其他代用燃料。石油的组成比较复杂，它既不是由单质组成的，也不是由单一化合物组成，而是由多种化合物组成的混合物，其中碳和氮组成的烃类化合物占95%以上。汽油的使用性能直接影响到汽油机的工作性能，因此要求汽油应具有适宜的蒸发性、良好的抗爆性、抗腐性性、氧化安定性和清洁性。,返回,2,本章概述,柴油的使用性能要求有低温流动性、燃烧性、黏性、腐蚀性及清洁性等。虽然这两种燃料燃烧后的能量转化率低和时环境有污染，但目前汽车上使用的燃料仍主要是汽油和柴油。汽车代用燃料的研究已经成为世界各国研究的课题，石油气、液化天然气、醇类燃料、二甲醚、生物燃料、氢气等也可用作汽车燃料。,返回,3,任务一石油,石油又称原油，是一种黏稠的液体，易燃烧，有特殊的气味，颜色非常丰富，有红、金、墨绿、黑、褐红、淡白色等;原油的颜色与它本身所含胶质、沥青质的含量有关，胶质、沥青质的含量越高原油的颜色越深，原油的颜色越浅其油质越好。原油的密度一般为0.81.0g/cm3，黏度范围很宽，凝固点差别很大，沸点范围为常温到500以上，可溶于多种有机溶剂，但不溶于水，可与水形成乳状液。石油被誉为“黑色的金子”、“工业的血液”，在国民经济中的地位和作用十分重要，它对于经济、政治、军事和人民生活的影响极大。日常生活中到处可见石油产品及其附属品的身影，如汽车上用到的汽油、柴油、石油气、润滑油、制动液以及塑料、纤维等，都是从石油中提炼出来的。,下一页,返回,4,石油有哪些分类？,思考：,5,任务一石油,一、石油的种类1.化学分类 石蜡基石油、环烃基石油、中间基石油。2.关键馏分特性分类 石蜡基、石蜡一中间基、中间一石蜡基、中间基、中间一环烷基、环烷一中间基和环烷基3.工业分类（按密度分类）轻质原油、中质原油、重质原油、特重质原油。4.商品分类（1）按含蜡量分类：低蜡原油、含蜡原油、多蜡原油。（2）按含硫量分类：低硫原油、含硫原油、高硫原油。,上一页,下一页,返回,6,任务一石油,一、石油的种类1.化学分类 根据石油的密度、沸点等物理化学特性，通常将以烷烃为主的石油称为石蜡基石油;以环烷烃、芳香烃为主的石油称环烃基石油;介于二者之间的石油称中间基石油。2.关键馏分特性分类 用特定的仪器将石油在常压250275和减压275300下蒸馏出来的两个关键馏分，根据这两馏分测算出的特性因素，石油可分为:石蜡基、石蜡一中间基、中间一石蜡基、中间基、中间一环烷基、环烷一中间基和环烷基七种原油。,上一页,下一页,返回,7,3.工业分类 4.商品分类(1)按含蜡量分类从石油中取出一馏分，其运动豁度为53 mm2/s(5090)，然后测其凝点。当凝点低于-6时，称低蜡原油;当凝点在-621时，称含蜡原油;当凝点大于21时，称多蜡原油。(2)按含硫量分类含硫量小于0.5%的原油称为低硫原油;含硫量在0.5%2%的原油称为含硫原油;含硫量大于2%的原油称为高硫原油。,上一页,下一页,返回,任务一石油,8,二、石油的化学构成石油的主要化学元素组成石油的各化学元素的含量依次是哪些元素？石油按化学构成主要有哪四类？,上一页,下一页,返回,思考：,9,二、石油的化学构成石油的主要化学元素是碳和氢。组成石油的各化学元素的含量依次是碳(83%-87%),氢(11%14%)、硫(0.06%0.8%)、氮(0.02%1.7%)、氧(0.08%-1.82%)及微量金属元素镍、钒、铁等。各种元素在原油中不是以单质的结构存在，而是以相互结合的各种碳氢或非碳氢化合物存在，由碳和氢化合形成的烃类是石油的主要组成部分，约占95%99%。不同产地的石油中，各种烃类的结构和所占比例相差很大，但主要有烷烃、环烷烃、芳香烃和不饱和烃四类。,上一页,下一页,返回,任务一石油,10,1.烷烃 烷烃是开链的饱和烃，烷烃的分子通式为CnHZn+Z o碳原子在10以内，以甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸命名，10以上者直接用数字十一、十二。烷烃按其结构的不同可分为正构烷烃和异构烷烃两类。凡碳链为直链者为正构烷，有支链者为异构烷。例如,上一页,下一页,返回,任务一石油,11,烷烃的沸点、密度、熔点和折射率随分子量的增大而升高。烷烃的化学性质稳定，不容易变质，发热量大。分子量相同的异构烷比正构烷的沸点低，但其砧度较大，砧温性较差。汽油中含的异构烷烃多，抗爆性较强;反之，含的异构烷烃少，抗爆性较弱。柴油中含正构烷烃多，燃烧性能好，发动机工作平稳，但若含量过多，会使柴油的凝点增高、低温流动性变差。,上一页,下一页,返回,任务一石油,12,2.环烷烃环烷烃是闭链的饱和烃，环烷烃的分子通式是CaH2n。它们的命名方法是在烷烃命名方法的基础上加一“环”字。例如,上一页,下一页,返回,任务一石油,环烷烃的物理化学性质与烷烃近似，一般条件下性质稳定，不易氧化变质。其主要特点是凝点低，润滑性好，因此是燃料和润滑油的理想成分。汽油中环烷烃的抗爆性比正构烷烃好，仅次于异构烷烃和芳香烃;在柴油中环烷烃燃烧性能较正构烷烃差;少环长侧链的环烷烃是润滑油的理想成分。,13,任务一石油,3.芳香烃芳香烃是一种碳原子环状结合，单、双键交替的不饱和烃。例如,上一页,下一页,返回,芳香烃化学性质较为稳定，不易氧化。其抗爆性好、辛烷值高，是汽油的良好组分。但因苯有毒、难于自燃、十六烷值低，因此在汽油中的含量应予以控制，是柴油的不良组分。,14,任务一石油,4.烯烃 烯烃分子结构和烷烃相似，但烯烃碳原子中带有双键。一个双键的称为烯烃，两个双键的则称为二烯烃。烯烃的分子通式为CnH2n。或CnH2n-2等。例如,上一页,下一页,返回,烯烃是不饱和烃，常温下性质不稳定，易氧化成胶质和有机酸，不是燃料的理想成分。石油产品中所含的不饱和烃，主要是在裂化加工过程中一些烷烃、环烷烃分解而成，可通过精制方法将其去除。,15,任务一石油,5.石油产品中的非烃化合物 石油产品中还含有一些非烃化合物，在石油的炼制过程中，多数精制过程都是为了去除非烃化合物。他们对石油产品的使用性能和石油加工都有很大的影响，非烃化合物主要包括含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物及胶质、沥青质等。石油产品中的非烃化合物主要是胶质和沥青质，其含量在石油中占10%40%.(1)含氧化合物石油中的含氧化合物包括酸性氧化物和中性氧化物。酸性氧化物中环烷酸占90%，环烷酸是属于不溶于水的有机酸，对金属有腐蚀作用。在有水存在的条件下，可与多种金属直接反应生成相应环烷酸盐，环烷酸盐对油的氧化起催化作用，在石油中可用碱洗法除去。,上一页,下一页,返回,16,任务一石油,(2)含氮化合物石油中氮化物含量极少，含氮化合物性质很不稳定，易氧化叠合生成胶质，使油品颜色变深、质量下降，并加速油品胶质的生成，影响油料的储存。含氮化合物还可使酸性催化剂中毒。燃料中若有较高的含氮量，燃烧时就会产生难闻的臭味。(3)含硫化合物包括硫化氢、硫醇、硫醚、二硫化物、环硫醚、唆吩及其衍生物等。活性硫化物如硫化氢、硫醇等能直接腐蚀金属;而非活性硫化物如硫醚、噬吩等受热时，会分解或发生氧化反应生成硫酸、硫醇或硫化氢，形成对金属的间接腐蚀。,上一页,下一页,返回,17,任务一石油,(4)胶质和沥青质石油中的胶质和沥青质是由多种元素(碳、氢、硫、氧、氮等)组成的多环化合物。胶质是树脂状豁稠物质，呈现深黄色或棕色;沥青质是非晶固体，呈现深褐色或黑色，全部集中在渣油中。胶质和沥青质可使石油的颜色变深，氧化安定性下降，豁温性变差，燃烧后形成积炭。,上一页,下一页,返回,18,任务一石油,三、石油的馏分构成 石油中各种碳氢化合物都有不同的沸点，因此随着对石油逐步加热，不同的温度使不同沸点的成分蒸发出来。这些蒸发出来的成分，通常称为馏分。将某一温度范围内蒸发出来的成分积聚后再分离出来，就可以得到不同成分含量的石油产品。在低温范围内蒸发出来的称为轻馏分;在高温范围蒸发出来的称为重馏分。石油中的轻馏分是汽油，中馏分是柴油，重馏分是润滑油的原料，重油蒸发剩下的称为沥青，沥青是良好的铺路材料。,上一页,下一页,返回,19,任务一石油,四、石油的提炼组分不同的石油，其加工方法有差别，产品的性能也不同，加工时应当做到物尽其用。根据各炼油厂主要产品的不同，炼油厂可分为三种类型，即燃料型、燃料一润滑油型与燃料一化工型。以下我们仅介绍燃料一润滑油型炼油厂石油炼制的工艺和基本流程。1.石油炼制工艺(1)转化转化工艺有两种。一种是将化学结构转化，如催化重整和异构化;另一种是将化学结构和沸点范围同时转化，如烷基化、热裂化、催化裂化和加氢裂化等。,上一页,下一页,返回,20,任务一石油,(2)分离分离工艺有两种。一种是按沸点不同的范围来分离，即常压、减压蒸馏;另一种是按化学组成分离，如溶剂或分子筛脱蜡等。(3)精制精制工艺也有两种。一种是净化除去硫、氧和氮的化合物，如电化学等;另一种是稳定，将不饱和烃转化为饱和烃，如加氢精制等。,上一页,下一页,返回,21,任务一石油,2.石油炼制的基本流程 以生产燃料和润滑油为目的的炼油厂里，通常是先将原油进行常压、减压蒸馏，依次分离为汽油、煤油、柴油、重柴油，以及轻质、中质和重质润滑油等各种沸点不同的馏分，上述过程属于物理过程，原油中的烃类化合物在结构上没有发生变化，称为一次加工。以一次加工得到的各种馏分为原料，按产品质量的要求，分别进行加工，可生产不同品种、规格的燃料和润滑油等石油产品。在加工过程中有化学反应发生且原料中的烃类化合物在结构上也发生变化，称为二次加工。石油炼制过程中属于一次加工工艺的主要是常压与减压蒸馏;属于二次加工中的转化工艺的主要有热裂化、催化裂化、加氢裂化、延迟焦化、催化重整与烷基化;属于二次加工中精制工艺的主要有酸碱精制、溶剂精制、加氢精制、润滑油加氢处理、白土补充精制、丙烷脱沥青、脱蜡等。,上一页,下一页,返回,22,任务一石油,五、我国的主要石油产品目前以原油为原料，我国已能制成2500多种性能相异的不同石油产品，以及3000多种石油化学品。石油产品虽多，但可分成以下七大类:气体类产品、燃料类产品(F)、润滑油脂(L)、柏油类产品(B)、溶剂类产品(S)、石油化学品及其他产品。,上一页,返回,23,24,任务二 汽油,汽油是点燃式发动机(即汽油发动机)的专用燃料，它是从石油中提炼而来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。汽油是一种密度小而易于蒸发的液体燃料，自燃点高(S l OqC-530qC)。汽油的外观一般为水白色透明液体，密度一般在0.71群cm，一0.75群cm，之间，有特殊的汽油芳香味。汽油发动机使用的是车用汽油，汽油分为航空汽油、工业汽油和车用汽油3种。,下一页,返回,25,任务二 汽油,一、车用汽油的性能指标 1.蒸发性能 汽油的蒸发性是指汽油由液体转化为气体状态的性能。汽油发动机在工作时，汽油先由液体汽化，并与一定比例的空气混合成为可燃混合气后，才能在汽缸内燃烧。汽油的蒸发性越好，就越容易汽化，与空气混合越均匀，燃烧速度越快，燃烧越彻底，能保证发动机迅速启动、加速和正常运转;反之，蒸发性越差，就越不能完全燃烧，造成油耗增加，功率下降，同时未燃尽的油滴还附在汽缸壁上破坏润滑油膜，加剧磨损。但是汽油的蒸发性也不宜太好，否则易使汽油在储存、运输中大量蒸发消耗，并且也容易使汽油机在高原或夏季工作时油路产生“气阻”现象。因此，汽油应具有适宜的蒸发性。,上一页,下一页,返回,26,任务二 汽油,评定汽油蒸发性能的指标有两个:馏程和饱和蒸汽压。(1)馏程将l oo ml汽油倒入蒸馏烧瓶中，按规定的测定步骤和装置进行加热蒸馏时，流出第一滴汽油时的温度称为初馏点;馏出10 mL,50 mL,90 mL时的温度分别称为10%,50%,90%馏出温度;蒸馏完毕时的温度称为终馏点或干点。从初馏点到终馏点的温度范围，称为馏程。.初馏点和10%馏出温度表示汽油中轻质馏分的含量。这两个温度关系到冬季发动机的启动性能和夏季是否会发生气阻。此两个温度低表明汽油中所含的轻质馏分多，蒸发性好，发动机在低温易启动;但若过低，则在夏季或高原地区易产生气阻。一般车用汽油的初馏点约为35 45,10%馏出温度则以60 65为宜。10%馏出温度与汽油机可能启动的最低气温见表1-1.,上一页,下一页,返回,27,任务二 汽油,50%馏出温度表示汽油的平均蒸发性。该温度低，对发动机启动后的预热时间、加速性能和工作的稳定性有利。国家标准要求该温度不高于120.90%馏出温度和终馏点表示汽油中重质馏分的含量。90%馏出温度和终馏点愈高汽油的质量愈差。若汽油中的重质馏分多，蒸发性差，会使汽油燃烧不完全，耗油大，同时残留的重质馏分还会冲刷汽缸壁上的润滑油膜，加剧机件磨损。国家标准要求汽油的90%馏出温度不高于19090，终馏点不高于205.,上一页,下一页,返回,28,任务二 汽油,另外，汽油蒸发后仍有的少量不蒸发物称为残留物。它们会堵塞化油器或喷油器等，从而影响到发动机的正常工作。因此应严格将汽油的残留量控制在2%(V/V)以下。(2)饱和蒸汽压它是表示汽油蒸发性的另一个指标。饱和蒸气压又称蒸气压，是在一定的温度下与同种物质液态处于平衡状态时的蒸汽对容器壁产生的压强。主要用于判断汽油发生气阻现象的倾向和汽油在储存、运输过程中蒸发损耗的倾向。汽油的蒸汽压越高，蒸发性越好，发动机就容易启动，但产生气阻的倾向和蒸发损失也越多。蒸汽压的大小与大气温度及压力有关，温度高、压力低，蒸汽压就高。汽油不产生气阻的最大饱和蒸汽压与气温的关系见表1-2.,上一页,下一页,返回,29,任务二 汽油,2.抗爆性能 抗爆性是指汽油在发动机中燃烧时抵抗爆燃的能力。混合气在汽缸内燃烧时，当过氧化物积聚到一定量后，在高温高压条件下不等正常火焰前沿到达混合气就自行爆炸性燃烧，引起局部区域压力过高，产生气体冲击波，撞击汽缸壁和活塞，发出尖锐的敲击声，这种现象成为爆震燃烧，简称爆震。爆震燃烧会使发动机过热，功率下降，甚至造成活塞、活塞环、气门等机件损坏。产生爆震的主要因素有燃料的质量、发动机的压缩比以及燃烧室的结构形状等。,上一页,下一页,返回,30,任务二 汽油,辛烷值是表示汽油在汽油机中燃烧时的抗爆性指标。汽油辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。辛烷值是指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，用和被测定燃料具有相同抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分比表示的一个数值。辛烷值的常用测定方法有研究法(RON)和马达法(MON)两种。(1)国家标准GB/T 5487-1995汽油辛烷值测定(研究法)研究法辛烷值是指以较低的混合气温度(一般不加热)和较低的发动机转速(一般不超过600 r/min)的中等苛刻条件为其特征的试验中，标准发动机测得的辛烷值。测定时按GB/T 5487-1995规定进行。,上一页,下一页,返回,31,任务二 汽油,先选定两种标准液:一种是异辛烷，其抗爆性相当好，规定其辛烷值为100;另一种是正庚烷，其抗爆性相当差，规定其辛烷值为零。这两种标准燃料以不同的体积比混合起来，可得到各种不同的抗爆性等级的参比用标准燃料。再把待测燃料加到标准的试验用可变压缩比单缸发动机中，通过改变汽缸高度逐渐加大压缩比使之发生爆燃，并达到标准的爆燃强度(可从仪表上读出)，然后，在发动机相同的工作条件下选择辛烷值接近的标准燃料与之进行对比试验，当某种标准燃料与进行对比试验的待测燃料相同时，该标准燃料中的异辛烷的体积百分比即为待测燃料的辛烷值。,上一页,下一页,返回,32,任务二 汽油,(2)国家标准GB/T 503-1996汽油辛烷值测定(马达法)马达法辛烷值是指以较高的混合气温度(一般加热至149)和较高的发动机转速(一般达900 r/min)的苛刻条件为其特征的试验中，标准发动机测得的辛烷值。其测定的方法与研究法基本相同。(3)我国抗爆性能研究研究法辛烷值表示汽油机在轻负荷条件下低速运行时的抗爆性，而马达法辛烷值表示汽油机在重负荷条件下高速运转的抗爆能力，但它们都不能全面反映车辆运行中燃烧的抗爆性能。因此，我国增加了一个新的抗爆性指标抗爆指数AKI,它是同种汽油研究法和马达法辛烷值的平均数。抗爆指数表示在一般条件下汽油的平均抗爆性能。,上一页,下一页,返回,33,任务二 汽油,我国以前一直用马达法辛烷值来划分车用汽油的牌号，而现在则用研究法辛烷值表示汽油的牌号。美国用抗爆指数AKI作为抗爆性的评定指标，大部分国家和地区，如日本、欧盟等都采用研究法辛烷值作为汽油抗爆性的评定指标。(4)提高辛烷值途径由于汽油的抗爆性对发动机的影响很大，所以必须提高汽油的辛烷值。以前采用在汽油中加人四乙基铅抗爆剂来提高汽油的辛烷值，但由于铅对人体有害，并能使三元催化器中毒，同时燃烧后还污染环境，因此已被禁止使用，由无铅汽油替代。目前提高汽油的辛烷值主要的途径有两种:,上一页,下一页,返回,34,任务二 汽油,.用先进的汽油炼制工艺。如催化裂化、加氢裂化和催化重整等。.汽油中加入辛烷值改善组分。如汽油加入甲基叔丁基醚后，具有提高辛烷值、降低油耗、改善发动机的加速性和低温启动性、降低有害物的排放等优点，且成本不高，所以是目前应用较广的一种方法。3.氧化安定性能 汽油的氧化安定性能是指汽油在储存和使用过程中抵抗氧化生胶的能力。由于汽油在储存和运输过程中受到空气中氧气以及光线和温度的影响，氧化安定性差的汽油易发生氧化反应，生成酸性物质和胶质物，使汽油的颜色变深、酸性增加、辛烷值降低，易造成燃料供给系统堵塞，积炭量增加，气门关闭不严，气缸散热不良和引起爆震燃烧等。因此，汽油应具有良好的氧化安定性。,上一页,下一页,返回,35,任务二 汽油,评定汽油氧化安定性的主要指标包括实际胶质和诱导期。(1)实际胶质指在规定条件下测得燃料蒸发残留物。国家标准中规定汽油的实际胶质不大于5 mg/100 ml。实际胶质用以判断汽油生成胶质量的多少，从而决定是否可以使用。(2)诱导期指在规定的加速氧化条件下，油品处于稳定状态所经历的时间周期，其单位为min。国家标准中规定汽油的诱导期不小于480 min。汽油的诱导期越长，越不易氧化，安定性越好，生成胶质的倾向越小，越适宜长期储存。,上一页,下一页,返回,36,任务二 汽油,4.清洁性能 汽油的清洁性是指汽油在生产、运输、储存和使用过程中不应混人炼制工艺以外的杂质以提高汽油的清洁度。因此，汽油在运输、储存、罐装和使用过程中应做好防护措施，防止灰尘、水分和机械杂质等混入油中，从而减少汽油对发动机的损害。5.腐蚀性能 汽油中的各种烃本身是没有腐蚀性的，倘若汽油中含有硫及硫化物、有机酸和水溶性酸或碱、水等物质，就会腐蚀发动机机件。因此，汽油中应严格控制这些有害物质的含量，以降低汽油在使用、储存与运输过程中对金属的腐蚀，减少燃烧后对金属的腐蚀以及对环境的污染。,上一页,下一页,返回,37,任务二 汽油,二、车用汽油的规格、牌号及选用 1.汽油的规格、牌号 采用研究法辛烷值划分汽油可分为含铅汽油和无铅汽油两类，车用含铅汽油根据国家标准GB484-1993规定，划分为90号、93号、97号3个牌号。从2000年1月1日起，我国所有汽油生产企业一律停止生产车用含铅汽油，2000年7月1日，全国实现汽油无铅化，我国现在使用的车用汽油都是无铅汽油。车用汽油根据国家标准GB 17930-2006车用汽油(表1-3、表1-4)规定，划分为90号、93号和97号三个牌号。在国家质量监督检验检疫总局发布的GB 17930-2006车用汽油中做了修改，新标准更加关注环保问题，倡导在全国范围内使用高标准清洁汽油。高标准清洁汽油产品硫含量低、烯烃含量低、不含铅、辛烷值高、稳定性好、抗爆以及蒸发性能好，可以减少喷嘴以及汽缸的积炭和臭氧的生成，有利于排放和三元催化转化器长期稳定工作。,上一页,下一页,返回,38,任务二 汽油,2.汽油的选用标准(1)根据车辆使用说明书的要求选用在车辆使用说明书中推荐选用的汽油牌号已经综合考虑该型发动机的压缩比、结构、工作情况等因素，并且经过试验证明可以保证该型汽油机能可靠工作的汽油牌号。(2)根据发动机的使用时间来选用使用时间长的汽油机，由于燃烧室积炭、水套积垢等原因，使爆燃的倾向增加，应选用高一级牌号的汽油。(3)根据发动机的压缩比选用压缩比大，选用高牌号的汽油;反之，压缩比小，选用低牌号的汽油。如果压缩比大的发动机选用低牌号的汽油，发动机易引起爆震燃烧，从而使发动机动力下降，油耗增加;反之，如果压缩比小的发动机选用高牌号的汽油，则会造成浪费，增加成本，还会使发动机过热。因此，必须正确选用汽油的牌号。,上一页,下一页,返回,39,任务二 汽油,(4)根据使用条件选用高原地区大气压力小，空气稀薄，汽油机工作时爆震的倾向减小，可以适当降低汽油的辛烷值。一般海拔每上升100 m，汽油辛烷值可以降低约0.1个单位。但若是经常在大负荷低转速下工作的汽油机，应选择较高辛烷值。,上一页,返回,40,41,任务三 柴油,柴油和汽油一样也是从石油中提炼出来的由碳、氢元素组成的烃类化合物。柴油分为轻柴油、重柴油和军用柴油等，汽车柴油机用的柴油是轻柴油，简称为柴油。轻柴油与汽油相比较，具有馏分重、自燃点低(350-380),豁度及相对密度大、挥发性差、储存和运输过程中损耗少、热效率高、燃料经济性好、使用安全等特点。因此，轻柴油作为汽车燃料的需求量也越来越大。一、柴油的使用性能要求 为了保证柴油在柴油发动机中能正常燃烧，根据柴油发动机工作的特点，对柴油的使用性能有下列几点要求。1.低温流动性能 柴油的低温流动性是指柴油在低温条件下具有一定的流动状态的性能。评定柴油的低温流动性的指标有凝点、冷滤点、浊点。,下一页,返回,42,任务三 柴油,(1)凝点凝点又称凝固点，是指柴油在一定的试验条件下，遇冷开始凝固而失去流动性的最高温度。通过凝点可以判断该柴油适宜于在什么样的气温下使用。柴油在低温下运输、装卸、使用时，都要求其凝点低于环境温度5以上。柴油的凝点越低，其使用的气温和地区范围就越广。因此，车用柴油要有良好的低温流动性。(2)冷滤点冷滤点是指在规定的冷却条件下，柴油在1.96 kPa压力进行抽吸试验，1 min时间内通过缝隙宽度45 m金属网的柴油体积少于20 ml时的最高温度。由于冷滤点测定的条件近似使用条件，所以冷滤点与柴油的实际使用最低温度有良好的对应关系，可作为根据气温选择柴油牌号的依据。(3)浊点浊点是指柴油中开始析出石蜡晶体，柴油失去透明时的最高温度。浊点测定标准是GB/T 6986-1986石油产品浊点测定法。柴油达到浊点后虽未失去流动性，但在燃料供给系中易造成油路堵塞，使供油减少甚至会使供油中断。,上一页,下一页,返回,43,任务三 柴油,对于低温流动性的评定，各国所用的指标不同，我国使用凝点和冷滤点，欧美则使用冷滤点。2.燃烧性能 柴油的燃烧性是指柴油喷人汽缸后立即自行着火燃烧的性能。柴油的燃烧性是以十六烷值来表示。柴油的十六烷值与汽油的辛烷值相似，将发火性能好的正构十六烷C16H3;的十六烷值定为100;将发火性能差的a一甲基蔡C11H1。的十六烷值定为0，将他们按不同比例混合在一起，可获得十六烷值为0一100的标准燃料。其他柴油的十六烷值测定是按GB/T386-1991柴油着火性质测定法(十六烷值法)规定，在可变压缩比的单缸十六烷值测定柴油机上试验，与标准燃料比较而定的。,上一页,下一页,返回,44,任务三 柴油,3.蒸发性能 柴油的蒸发性是指柴油从液态转化为气态的性能。通常用馏程和闪点两个指标来衡量柴油的蒸发性。(1)馏程一般用300时的馏出量来评定柴油的蒸发性。300时的馏出量百分数越大，说明柴油中轻馏分越多，蒸发速度越快，燃烧越完全，单位油耗也越低。若馏分过重，则柴油燃烧不完全，积炭增多，并稀释机油，加剧机件磨损;若馏分过轻，其十六烷值小，自燃点高，着火延迟期长，容易产生工作粗暴。因此，柴油的馏分过轻过重都不适宜。,上一页,下一页,返回,45,任务三 柴油,(2)闪点闪点是将油料置于一定试验条件下加热，其蒸气与周围的空气形成混合气，当接近火焰时，开始发出闪火的温度。闪点越低，蒸发性越好。闪点不仅是蒸发性指标，还是安全性的指标。闪点过低时蒸发太快，易造成汽缸压力突然升高，产生爆震，安全性较差。4.安定性能 柴油的安定性能是指柴油在储存和使用过程中能保持其外观颜色、组成和使用性能不变的能力。安定性差的柴油容易生成胶质，从而堵塞滤清器和喷油器，并使燃烧室积炭严重。影响柴油安定性的主要因素是柴油的化学成分，其次是外部环境的影响，如存放柴油的容器、空气中的氧气以及光线和温度等的影响。安定性能评定指标有实际胶质、10%蒸余物残炭等。,上一页,下一页,返回,46,任务三 柴油,5.豁度 豁度是用以表示柴油稀稠程度的一项指标:柴油的豁度随温度升高而降低。柴油豁度与流动性、蒸发性、燃烧性和润滑性都有很大关系。柴油的砧度大，雾化质量变差，燃烧不完全，排气冒黑烟，油耗增大;柴油的砧度也不宜过小，否则会降低对柴油供给装置中各精密偶件的润滑，使磨损加剧。因此，柴油的砧度必须适宜。,上一页,下一页,返回,47,任务三 柴油,6.清洁性 柴油的清洁性在规格标准中用灰分、机械杂质、水分三个指标来评价。(1)灰分灰分是指不能燃烧的矿物质，它会起到磨料的作用，造成机件的磨损加剧。(2)机械杂质机械杂质会使喷油泵和喷油器中的精密偶件磨损，影响燃油量的控制和发动机的工作。(3)水分柴油中水分含量较多时，冬季会因结冰而使燃料系统堵塞，燃烧时水分还会使柴油的热量降低，同时还会促使硫化物生成酸性物质从而腐蚀机件。,上一页,下一页,返回,48,任务三 柴油,7.腐蚀性能 柴油的腐蚀性能是指硫分、酸分、水溶性酸或碱对金属的破坏作用，尤以酸分腐蚀的影响最大。柴油中的硫化物，燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫，它们与水蒸气作用生成亚硫酸和硫酸，并在汽缸内壁形成一层酸性薄膜，腐蚀机件。另外，硫化物燃烧后还会生成硬质积炭，造成气缸壁、活塞、活塞环等的磨损。因此，应该严格控制柴油中酸分和碱分的含量，以减少对发动机的腐蚀。因此，柴油应严格控制灰分、水分的含量，绝对不允许车用柴油中存在机械杂质。,上一页,下一页,返回,49,任务三 柴油,二、柴油的牌号、规格与选用 1.柴油的牌号、规格 国产柴油根据国家标准GB252 2000规定，将国产柴油按照其凝点的高低划分为10号、5号、0号、-10号、-0号、-35号、-50号7种，其凝点分别不高于1090,59C,09C、-1090、-2090、-35 9C、-5090。该标准规定十六烷值不低于45;硫含量优质品控制不大于0.2%0 2009年国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会发布了车用柴油国家标准GB 19147-2009，该标准按凝点将车用柴油分为:5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号六个牌号。,上一页,下一页,返回,50,任务三 柴油,2.柴油的选用 柴油应根据不同地区和季节进行选用。气温较高的地区，选用凝点较高的柴油;反之，气温较低的地区，选用凝点较低的柴油。一般选用柴油的凝点应比当地当月环境最低气温低5以上，以保证在柴油最低气温时不致凝固。,上一页,返回,51,52,任务四汽车代用燃料,据有关数据表明，我国煤的保有储量约占世界的30%，可采年数达数百年，石油的保有储量仅占世界的2.4%。自1993年起我国已成为石油纯进口国，2004年我国石油总需求的40%已从国外进口，预测2010年我国石油总需求的50%需进口。在另一方面，我国的汽车排放已成为城市大气环境的一个主要污染源。据统计，近年来部分大城市城区内机动车排放的C0,HC和NO二已分别占总排污负荷的86%,90%和56%，城市机动车排放污染日趋严重。随着我国经济的迅速发展和汽车保有量的高速增长，正面临汽车能源需求与环境保护的双重巨大压力。因此，如何在后石油时代，针对我国自然条件和资源，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，实现发动机高效、低污染的燃烧，以控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，这些已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。,下一页,返回,53,任务四汽车代用燃料,一、汽车代用燃料的各项指标 能够代替汽油或柴油作为汽车发动机的燃料，必须符合下列几点要求:1.热值高、能量大，携带少量燃料就能有足够的续航里程。2.安全性高，无毒或低毒，对环境没有污染。3.来源广泛，容易制取，最好能与现有汽车的供油系统兼容，或只需进行简单的改装即可使用。价格便宜，储存、运输和使用方便。,上一页,下一页,返回,54,任务四汽车代用燃料,二、主要汽车代用燃料及代用汽车 1.天然气(NG)和液化石油气(LPG)天然气(NG)和液化石油气(LPG)由于具有低的污染物排放被认为是内燃机较理想的代用燃料，已经被成功地应用于汽油机。作为车用燃料LPG的主要成分是丙烷、丁烷和少量烯烃和戊烷。LPG辛烷值较高，燃料成本比酒精、汽油、柴油等便宜，C0,NO二等有害排放量低于汽油排放，基本上消除黑烟和颗粒物(PM)，发动机工作噪声低。天然气的主要成分是甲烷(一般为83%-99%)及少量其他烃类和COz等，它具有较高的辛烷值，抗爆性能好，与汽油相比，燃烧更完全。天然气凭借其良好的排放特性及丰富的储量而成为各种代用燃料汽车的首选。,上一页,下一页,返回,55,任务四汽车代用燃料,2.醇类燃料 醇类燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点。醇类燃料自身含氧，在发动机燃烧中可提高氧燃比;CO和HC的排放较汽油和柴油低，几乎无碳烟排放。另外，由于汽化潜热大，可降低进气温度，提高充气效率，使最高燃烧温度低，发动机的NOx排放较低。醇类燃料主要包括甲醇和乙醇。(1)甲醇甲醇燃料会产生有毒的醛类，甲醇对人体毒性较大，它对金属有腐蚀作用，对橡胶皮革有溶胀作用，会使塑料提早老化，这些缺点使甲醇在实际应用中受到了较大限制。(2)乙醇乙醇燃料以掺烧或纯烧方式已成功地用于汽油机上，但乙醇在柴油机上应用要远逊于汽油机上，其主要原因是柴油与乙醇不能互溶，掺烧困难，此外乙醇燃料十六烷值低，在柴油机上需用柴油引燃或点火塞点燃，要对燃烧系统做较大改动。,上一页,下一页,返回,56,任务四汽车代用燃料,甲醇可由一氧化碳和氢气合成制得，因此它可从煤、天然气等中制取。乙醇可利用发酵的方法，从甘蔗、玉米、薯类等农作物及木质纤维素中提取，这些原料不仅储量大，而且大都可再生，是一种可再生能源。但是乙醇制取能耗较大、成本较高，约为汽油的两倍，需在生产技术上寻求突破，降低能耗和成本，从而才能使乙醇燃料具有非常广泛的应用前景。,上一页,下一页,返回,57,任务四汽车代用燃料,3.生物燃料 生物燃料是指从农作物或动物的脂肪中提取的可再生燃料。地球变暖已引起世界各国的关注，人们正在开发来源广泛的生物能源，目前已研制成功并投入使用的植物油型燃料有菜籽油、棉籽油、棕桐油、豆油、甲醇醋混合油等。将植物油和动物脂肪与酒精反应，脱去甘油三酸醋转变成甲醋或乙基醋之后就可以在柴油机上使用这些醋类物“生物柴油”。“生物柴油”中的富氧可以加快燃烧速度，减少C0,HC和微粒排放。一般的醋化燃料十六烷值较高，燃料的性质与轻柴油接近，但发动机喷油系统金属会受到甲醋的腐蚀。生物燃料是一种可再生能源，特别是植物在生产过程中会吸收大气中的CO2，有助于减轻地球温室效应。,上一页,下一页,返回,58,任务四汽车代用燃料,4.二甲醚 二甲醚(Dimethylether)，简称DME，是一种含氧燃料。二甲醚具有无毒性，常温常压下为气态，常温时可在5个大气压下液化，与液化石油气具有相似的物理性。二甲醚无C-C链，其十六烷值大于55，具有优良的压燃性，非常适合于压燃式发动机和柴油机的代用燃料。国内外相关研究表明燃用二甲醚燃料的发动机，在对原柴油机的燃油系统进行必要改造即在保持原柴油机高热效率前提下，可使氮氧化物大幅度降低，碳烟排放为零，且没有加速烟度，发动机燃烧噪声可降低10 dB(A)左右。使发动机氮氧化物、微粒、一氧化碳、非甲烷碳氢和醛类有害排放具有达到超低排放标准的潜力，显示了二甲醚燃料可十分理想地作为洁净代用燃料，实现柴油机汽车高效率、低噪声、超低排放的前景。,上一页,下一页,返回,59,任务四汽车代用燃料,二甲醚燃料的制取可以煤、天然气、生物有机物等为原料产生合成气、一氧化碳、二氧化碳和氢气，然后通过二步法先制得甲醇，进一步脱水制成二甲醚。近年来国外已成功开发出了以天然气为原料产生合成气，由合成气一步法高效制备二甲醚的工艺，大大降低了二甲醚的生产成本。5.氢气(H2)氢气在地球上的蕴藏量极为丰富。H:主要用作宇宙飞船、航天飞机的燃料，现也逐渐应用在汽车上。燃氢发动机可在空气过量系数较大的范围内稳定燃烧，点火能量低，不到汽油最低点火能量的1/10，且氢燃料的火焰传播速度快，低温下易启动。汽油车较易改成氢能车，其排放物主要是H20,N2,02和少量NOx。但H:的缺点为沸点低(约-253)，它以液态方式储存时成本高，易受外部温度影响而蒸发，不适宜长期储存，还有易爆炸、回火、早燃等问题尚待解决。若成本及储存等问题解决，那么HZ则有可能批量使用。,上一页,下一页,返回,60,任务四汽车代用燃料,6.代用汽车(1)复式动力汽车国外研制的液(气)压蓄能复式动力客车，利用汽车制动时蓄能、加速时释能的原理，使此类车比柴油车排放的NOx降低2.7%,黑烟减少20%。若发动机为燃用甲醇的直喷式柴油机，NO二可减少50%;使用LPG柴油机，黑烟可减少40%。但此类车需增加一定的设备，质量亦较大，成本相对较高，工作时噪声大。(2)电动汽车(EV)EV作为“零排放”汽车，已成为当前汽车行业关注的热点。电动汽车本身并不排放C0,N0 x、CO2和其他有害气体，但电能制造方法可造成环境污染，若电能取之于非化石燃料(如太阳能、核能、风能)，则也无气体排放。,上一页,下一页,返回,61,任务四汽车代用燃料,当前影响电动汽车发展的主要问题是电池，已开发的电动汽车蓄电池类型有镍氢电池、镍锌电池、钠硫电池和燃料电池，目前还尚未开发出一种能规模应用、容量高、充电次数多且价格便宜的蓄电池。随着科学技术的发展，将会开发出越来越多的汽车代用燃料以及代用汽车，以降低汽车能源消耗和对环境的污染，使得人们在享受汽车带来便利的同时，减少或消除汽车给环境带来的危害。,上一页,返回,62,63,表1-1汽油机可能启动的最低气温和10%馏出温度,返回,64,表1-2汽油不产生气阻的最大饱和蒸汽压与气温的关系,返回,65,表1-3车用汽油(II)的技术要求和试验方法(下页续),返回,66,表1-3车用汽油(II)的技术要求和试验方法(下页续),返回,67,表1-3车用汽油(II)的技术要求和试验方法,返回,68,表1-4车用汽油(l)的技术要求和试验方法(下页续),返回,69,表1-4车用汽油(l)的技术要求和试验方法(下页续),返回,70,表1-4车用汽油(l)的技术要求和试验方法(下页续),返回,71,表1-4车用汽油(l)的技术要求和试验方法,返回,72,
