柴油机技术与检修C.pdf

第二篇 内燃机的燃料与燃烧 第二篇 内燃机的燃料与燃烧 第一章 燃料概述 第一节 内燃机与燃料的关系 内燃机与其燃料的关系是相互依存、互相促进的关系。近百年来内燃机和石油及其制品 的发展史，可以说是它们伴生而相随的发展史。尽管我国很早就发现石油并懂得它可以燃烧， 但直到 1859 年美国人（E ．L ．Drake ）首先在宾夕法尼亚州用机械化方法开采石油之前， 我国始终未能用机械化方法大规模开采石油。 19 世纪 60 年代，美国人开始懂得用间歇法蒸馏石油而分割其不同馏分。1862 年美国人 首次用分馏法分离出来的重油，代替煤和木炭作为炉用和工业用燃料。而开始发现石油时， 仅把它当作点灯来用。 1886 年德国人（Daimler ）发明了汽油机。这种发动机按奥托（Otto ）循环工作，并燃 用石油中的汽油馏分。从此，石油中的汽油馏分（40～200 ℃的馏分）得到了广泛的发展和 应用。 1893 年德国人 R ．Diesel （狄赛尔）首创柴油机。这种发动机按狄赛尔循环工作，并燃 用石油的中间馏分（180～360℃）。这就为石油中柴油馏分的使用创造了广阔的途径。 至此，内燃机与石油结下了不解之缘。由于内燃机的发明和发展，使石油的身价大为提 高，开采量和加工量飞速发展。 在内燃机发展的带动下，1912 年 M ．J ．Trumbl 发明了管式加热炉与精馏塔组合的连续 蒸馏装置，并开始在加利福尼亚州投入生产。从此，石油被大量用来生产汽油、柴油、重油 及其他组分。 与此同时，美国在其中西部和南部不断发现油气田，并开始进入大规模的开采。 1913 年 W ．MBurton 发明了用热裂化装置，从重油中生产汽油和柴油。这就为从石油 中生产更多的汽油和柴油找到了有效的方法。 这一时期，不仅汽车工业获得了长足的发展，而且把汽油机用作飞机的发动机。从第一 次世界大战至第二次世界大战，航空工业的产品用于军事得到了飞速的发展，这就带动了汽 油机的发展和汽油品质的提高。 20 世纪 30 年代，德国人发明用加氢裂化重油方法而能得到更多的轻油。1936 年出现 固定床催化裂化重油的方法。1939 年用烷基化装置制造汽油的方法成功。1940 年又创制 了用丁烷异构化方法制造汽油。40 年代期间，从重油中经二次加工而获得汽油、煤油和柴 油（三者统称轻质油）的各种方法获得长足的发展。至 1949 年，催化重整的炼油方法开 始应用。 与此同时，坦克、装甲车用的强化式发动机的发展，促进了汽油的发展；喷气式飞机 的航速不断增加，促进了喷气燃料品质的不断提高。汽油机的压缩比和热效率不断提高， 促进了汽油的抗爆性、挥发性、安定性和洁净性等性能的改进。汽油品质的提高，也推动 - 167 - 《最新内燃机技术与检修实用手册》 了汽油机性能的不断提高，至 50～60 年代，汽车和发动机工业以及炼油工业都已达到很 高水平。 但是，人们发现：汽油机的压缩比不是愈高愈好。有一段时期，西方国家曾将汽油机的 压缩比提高到 10.5，试验室内曾达到 13。为满足这种高压缩比的汽油机所用汽油的高辛烷 值需要，炼油工业为此多消耗的能量超过汽油机因压缩比提高而降低的油耗，得不偿失。据 此，西方国家的厂商才放弃追求过高的压缩比和相应的过高汽油辛烷值的做法。实践证明： 汽油机的压缩比维持在 8.5～9.5 的水平上，而相应地汽油的研究法辛烷值（RON ）维持在 92～98 的水平上为最佳综合经济状态。并且把汽油分成两个等级，其中高级汽油的RON 在 98 左右，普通汽油的 RON 在 92 左右，以满足不同汽车的需要。这是发动机和燃料互相促 进，又互相制约关系的生动实例。 1973 年中东战争和石油危机以后，发动机各种代用燃料的研究和使用逐步兴起。80 年 代初，德国在汽油机的基础上创制了甲醇发动机。由于甲醇的热值远比汽油低，因而每循环 供油量比汽油高，而甲醇的辛烷值明显高于汽油，加上二者的粘度、表面张力、挥发性以及 燃烧性能方面的差异，使甲醇发