汽车材料摸块一汽车燃料课件.ppt

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1、摸块一汽车燃料, 燃料是指能将化学能通过化学反应（燃烧）转变为热能的物质，其来源大部分来自石油。 汽车燃料主要指汽油机（点燃式发动机）用燃料和柴油机（压燃式发动机）用燃料，它们是当前汽车运行的主要动力来源。, 就世界范围而言，最成功的代用燃料是液化石油气（LPG）和压缩天然气（CNG）。 现在对电动汽车（见图1-1）的研究和推广力度也越来越大。,课题一 车用汽油,【基础知识】 一、石油的组成及石油的炼制方法 石油，也称原油，是一种黏稠的、深褐色（有时略呈绿色）液体。,1石油的组成,（1）元素组成。 其中所含的化学元素主要有碳、氢、硫、氧和氮5种。, 其中碳含量为83%87%，氢的含量为l1%1

2、4%，硫、氧、氮3种元素的含量为l%4%。 原油中也含有少量其他元素如镍、钒、铁、钾、钠、钙、镁、铜、铝、氯、碘、磷、砷、硅等，但合计含量极微，一般在0.003%以下。,（2）石油的烃类组成。, 烃是指仅由碳和氢两种元素组成的有机化合物。 但组成石油的多为烷烃、环烷烃和芳香烃3类，少数原油中含有烯烃。,（3）非烃类组成。, 石油中的非烃类物质对原油加工和产品质量会带来不利影响，是燃料和润滑油的有害成分。 非烃类物质主要有含硫化合物、含氧化合物、含氮化合物和胶质及沥青质。,2石油的炼制方法,（1）常压、减压蒸馏。 将原油加热气化，经分馏、冷凝和冷却，从而得到几个不同馏分的过程，叫做蒸馏过程，如图

3、1-2所示。, 它包括常压蒸馏和减压蒸馏两个阶段。 在蒸馏塔内的压力与大气压力相同的条件下对原油进行的蒸馏叫做常压蒸馏。 常压蒸馏的目的是从原油中分离出汽油、煤油和柴油馏分。, 在减低蒸馏塔内压力的条件下对常压蒸馏剩余重油进行的蒸馏叫做减压蒸馏。 减压蒸馏主要用于生产润滑油，因为润滑油馏分是由沸点较高的烃组成，要使这些烃气化，必须提高加热温度，但当提高到450以上时，高沸点烃就会裂解为低沸点烃，同时发生缩合反应生成焦炭。,（2）燃料油的生产。, 目前主要采用各种二次加工工艺来提高石油的加工深度和产品质量，二次加工可分为转化工艺和精制工艺两类。, 转化工艺。, 转化工艺主要包括催化裂化、加氢裂化

4、、延迟焦化、催化重整和烷基化。 催化裂化是在热裂化工艺上发展起来的，是提高原油加工深度，生产优质汽油、柴油最重要的工艺操作。, 加氢裂化是在高温、高压、有氢气和催化剂的作用下进行反应，把重质原料转化成汽油、煤油、柴油和润滑油。, 延迟焦化是在较长反应时间下，使原料深度裂化，以生产固体石油焦炭为主要目的，同时获得气体和液体产物。, 催化重整（简称重整）是在催化剂和氢气作用下，将常压蒸馏所得的轻汽油转化成含芳烃较高的重汽油的过程。, 烷基化是在催化剂作用下，烷烃和烯烃的化学加成反应（称烷基化），它以异丁烷和丁烯烷等为主要原料，目前我国生产的工业异辛烷可作为汽油组分使用，以提高抗爆性。, 精制工艺。

5、, 精制工艺主要包括酸碱精制和加氢精制两步。, 酸碱精制是在电场作用下，进行酸洗和碱洗，可去除燃油中的非烃类化合物。 加氢精制与加氢裂化反应类似，可以使不饱和烃转为饱和烃，并能去除油中的硫、氮、氧、金属杂质等有害成分。,二、车用汽油的使用性能及评价指标,1抗爆性 抗爆性是指汽油在发动机气缸内燃烧时抵抗爆震的能力，常用辛烷值表示。 爆震是一种不正常的燃烧形式，它会破坏发动机的正常工作，降低发动机的功率，缩短发动机的使用寿命，增加燃油消耗。,（1）汽油抗爆性的评价指标。, 通常采用辛烷值作为汽油抗爆性的评定指标。 测试辛烷值的方法有研究法（Research Octane Number，RON）和马

6、达法（Motor Octane Number，MON）两种，分别得到研究法辛烷值和马达法辛烷值。, 研究法（RON）辛烷值表示汽油机在中等负荷、低转速运转条件下汽油的抗爆性。 马达法（MON）辛烷值则表示汽油机在重载负荷、高速运转条件下汽油的抗爆性。, 马达法辛烷值研究法辛烷值0.810 马达法辛烷值和研究法辛烷值的平均值称为抗爆指数。,（2）改善抗爆性的方法。, 采用新的炼制工艺，在低辛烷值汽油中加入抗爆剂。 在汽油中调入辛烷值高的改善组分。,2蒸发性, 汽油的蒸发性是指汽油从液态转化为气态的能力。,（1）蒸发性对发动机工作的影响。, 蒸发性好，发动机在低温、冷车情况下起动性能好，燃烧迅速、

7、加速能力强、功率大；蒸发性差，雾化不良，将有部分汽油以液态进入气缸，使可燃混合气品质降低，不易着火，发动机起动困难、功率下降、油耗增加，有害气体排放增大，气缸磨损加剧。,（2）汽油蒸发性的评价指标。, 通常用馏程和饱和蒸气压来衡量汽油的蒸发性。 馏程是指油品在规定条件下蒸馏所得出的温度范围。 汽油馏程以初馏点、10%馏出温度、50%馏出温度、90%馏出温度、终馏点和残留量来表示。, 初馏点指对100mL汽油在规定条件下蒸馏时，从冷凝管流出第一滴油时的温度。 10%馏出温度指对100 mL汽油在规定条件下蒸馏时，得到l0mL汽油馏分的温度。 l0%馏出温度越低，说明汽油中轻质馏分越多，挥发性越好

8、，发动机易在低温下起动，起动时间短、耗油少。, 汽油l0%馏出温度与起动温度关系如表l-1所示。, 50%馏出温度指对100mL汽油在规定条件下蒸馏时，得到50mL汽油馏分的温度。 它表示汽油的平均蒸发性。, 国家标准规定50%馏出温度不高于l20145。 汽油50%馏出温度与发动机预热的关系如表1-2所示。, 90%馏出温度指对100 mL汽油在规定条件下蒸馏时，得到90 mL汽油馏分的温度。 它表示汽油中含重质成分的多少。 该温度越高，汽油的挥发性就越差，在燃烧过程中易产生燃烧不完全、冒黑烟的现象，耗油量多，对气缸的磨损加剧。, 国家标准规定各牌号汽油的终馏点不能高于205。 终馏点与气缸

9、磨损、耗油量的关系如表1-3所示。, 残留量指对100mL汽油在规定条件下蒸馏结束后，残留物质的体积分数，是指汽油中最不易蒸发的重质成分和储存过程中生成的氧化胶状物的含量。, 饱和蒸气压是指在规定的试验条件和装置中，油品饱和蒸气所产生的最大压力。 汽油的饱和蒸气压高，说明汽油中轻质馏分的含量多，蒸发性就好，发动机能在较低的温度下迅速起动。, 各种环境温度下不致引起汽油“气阻”的最大饱和蒸气压如表1-4所示。,3安定性, 汽油的安定性是指汽油在储存、运输、加注和其他作业时抵抗氧化生胶的能力。, 评价汽油安定性的主要指标有以下两项。 实际胶质：是指在规定条件下测得的发动机燃料的蒸发物，以mg/l0

10、0mL表示其质量浓度。, 诱导期：, 是指在规定的加速氧化条件下，油品处于稳定状态下所经历的时间周期，以min表示。 诱导期越长，越不易氧化，生成胶质的倾向越小，其安定性越好，适宜长期储存。,4防腐性, 汽油的防腐性是指汽油阻止与其相接触的金属被腐蚀的能力。 汽油的防腐性用硫含量、博士试验、铜片腐蚀试验、酸度、水溶性酸、水溶性碱等指标来评价。, 汽油中硫含量高，使汽车排放尾气中有害物质增多，污染严重，硫还能使催化转化器中的催化剂中毒，使催化剂活性下降，甚至失效。,5清洁性, 汽油的清洁性是指汽油是否含有机械杂质和水分。 车用汽油中应严格控制机械杂质和水分混入。 汽油清洁性的评价指标是机械杂质和

11、水分含量。,三、车用汽油的牌号, 我国车用汽油均采用无铅汽油，有90号、93号、95号3个牌号（SH 00411993），为了与国际接轨，按照国家新标准随后又增加了97号汽油。, 其牌号是按照研究法（RON）辛烷值划分的，汽油牌号中的数字就是辛烷值。 例如，90号汽油的研究法辛烷值为90个单位 ，从2000年1月起我国禁用含铅汽油。,【课题实施】,操作一 汽油质量的辨别 1气味 优质汽油闻起来没有刺鼻的气味，劣质汽油会有一种刺鼻的臭味，臭味是含铅造成的，或是其他低牌号油或油中混入水分。,2颜色, 优质汽油的颜色一般比较清澈，略呈黄色。 劣质汽油或者经过人工调和的汽油虽然各项检测数据合格，但是经

12、过一段时间放置后颜色发红、发暗，多数数据指标超过允许范围。, 劣质油品颜色一般发暗、乳白色或呈混浊，颜色发暗是掺配劣质汽油或汽油存放期过长，乳白色或有混浊是因为混入杂质。,3鉴别甲醇汽油的简便方法, 在量筒或类似的玻璃量器中加入少量水并在水的液面画一刻线，然后加入4倍的汽油震荡，如下层水的液面升高，说明汽油中含有甲醇。,操作二 车用汽油牌号的选择,1不当标号汽油给车辆带来的危害 将低标号的汽油加在高压缩比的发动机上，除了会产生爆震外，还会连锁产生诸如功率下降、油耗上升、发动机内部零件损坏（如活塞顶部烧蚀、脱顶等），严重缩短发动机的正常寿命。, 高标号的汽油加在低压缩比发动机上，除用车成本增加外

13、，还会产生着火慢、燃烧时间长，导致功率下降，此外还容易因燃烧气体温度过高而烧坏进排气门的座圈，导致气门关闭不严。,2选择汽油牌号的方法,（1）根据汽车使用说明书的要求选择汽油牌号。 目前，我国大部分汽车采用93号汽油，少数轿车使用97号汽油。,（2）根据汽车发动机压缩比选择汽油牌号。, 以正常条件下发动机不发生爆燃为前提，选择适当牌号的车用汽油。 具体汽油牌号的具体运用如表l-5所示。, 在电喷发动机上，微机控制的电子点火系统可根据燃油的品质及发动机运行工况自动调节点火提前角，使发动机的点火提前角工作在最佳值，消除了爆震。,（3）根据使用条件选择汽油牌号。, 高原地区大气压力小，空气稀薄，汽油

14、机工作时爆震倾向小。 可以适当降低汽油的辛烷值。,（4）根据使用时间选择汽油牌号。, 发动机使用时间较长后，由于燃烧室积炭、水套积垢等会使发动机压力增加，此时，再使用原牌号汽油时发动机会产生爆燃，因此，这类汽车在维护后应该使用高一号的汽油。,3使用汽油的注意事项,（1）发动机长期使用后，由于燃烧室积炭、水套积垢等原因，爆燃倾向增加，应及时维护发动机；如压缩比有所改变，原牌号汽油不能满足需要，可考虑更换汽油牌号。,（2）原用汽油由低牌号改用高牌号时，可适当提前点火提前角，以发挥高牌号汽油的优良性能；反之，应将点火提前角适当滞后，以免发生爆燃。,（3）在炎热的夏季和高原地区，由于气温高、气压低，易

15、发生气阻，应加强发动机散热，使油管和汽油泵隔热，或者换用饱和蒸气压较低的汽油。 （4）汽车从平原驶到高原地区后，可换用较低辛烷值的汽油或适当调前点火提前角。,（5）汽油不能掺入煤油或柴油，后者挥发性和抗震性差，会引起爆燃并严重破坏发动机润滑，导致发动机损坏。,（6）不要使用由于长期存放而变质的汽油，使用后会造成结胶、积炭严重，这对电喷发动机工作的影响更大；同时，尽可能加满油箱，避免蒸发损失。 汽油易燃、易爆、易产生静电，使用时要注意安全。,课题二 车用柴油,【基础知识】 柴油也是从石油中提炼得到的，柴油分为轻柴油、重柴油、军用柴油等。 汽车所用的柴油机属于高速柴油机，使用的是轻柴油（一般可简称

16、为柴油）。,一、柴油的主要使用性能及评定指标, 柴油发动机对轻柴油的要求是要具有良好的燃烧性、安定性、低温流动性、抗腐蚀性和适当的蒸发性及黏度。,1柴油的燃烧性, 柴油的燃烧性是指柴油的自燃能力，也称为抗工作粗暴性，柴油的燃烧性用十六烷值表示，而柴油的十六烷值，在数值上等于和它燃烧性相同的标准燃料中所含正十六烷的体积百分数。, 十六烷值高说明该柴油的燃烧性好，发火延迟期短，发动机工作平稳。 十六烷值低说明该柴油燃烧困难，发火延迟期长，容易导致发动机工作粗暴。,（1）柴油十六烷值。, 柴油十六烷值是指在规定的对比测试条件下，采用和被测柴油具有相同着火延迟期的标准燃料中正十六烷所占的体积百分数表示

17、。,（2）柴油十六烷值对柴油机工作的影响。, 柴油的十六烷值高，其自燃点低，着火延迟期短，燃烧平稳，柴油机工作柔和，且低温起动性好。, 但柴油十六烷值不是越高越好，过高会使柴油的凝点升高，蒸发性变差，以致不能完全燃烧，使发动机功率下降、油耗增加。 而柴油的十六烷值过低，则会使着火延迟期增长，容易出现工作粗暴和低温起动困难等现象。,2低温流动性, 柴油低温流动性是指柴油在低温下不致因凝固而失去流动能力的性能。,（1）凝点。, 凝点是指油品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。 凝点是柴油的重要性能指标之一，我国轻柴油的牌号是按柴油的凝点划分的，是判断柴油适宜在何种气温下使用的依

18、据。,（2）冷滤点。, 冷滤点是指在规定条件下，试油开始不能通过过滤器20mL的最高温度。 冷滤点表示柴油开始失去流动性时的温度，通常比其凝点高46。,3蒸发性, 柴油从喷油器喷出要经过蒸发、与空气混合，才能燃烧，由于其经历的时间很短，柴油的蒸发性就直接影响到燃料蒸发以及形成混合气的速度。,（1）馏程。, 柴油馏程的测定方法与汽油馏程的测定方法基本相同，但其馏出温度分别为50%、90%和95%。, 50%馏出温度表示柴油的平均蒸发性。 该温度低，柴油中轻质馏分多，蒸发性就好，有利于形成良好的混合气，使柴油机易于起动。, 国标规定柴油50%馏出温度不高于300，如表1-6所示。, 90%和95%

19、馏出温度表示柴油重质馏分的含量。 其温度越低，柴油的重质馏分越少，燃烧越完全，可提高柴油机的动力性并降低油耗。 反之，则重质馏分多，蒸发性差，会使燃烧不完全，造成发动机排气冒黑烟，功率下降，气缸磨损和油耗增加。,（2）闪点。, 闪点是指在规定试验条件下，加热油品所产生的蒸气和周围空气形成的混合物与火焰接触时发出瞬间闪火的最低温度。 柴油的闪点既是控制柴油蒸发性的指标，也是保证柴油安全性的指标。 柴油闪点低，蒸发性好，但过低时，会因蒸发太快，而产生工作粗暴。,4黏度, 柴油的黏度是指20时的运动黏度。 柴油的黏度与柴油的雾化性能、燃烧性能和润滑性能有密切关系。, 柴油黏度大，其分子间作用力也大，

20、这种作用力在柴油从喷油嘴喷出时有阻止油柱分散的作用，因此柴油喷出的油滴直径大，喷出的油流射程远，圆锥角小，使蒸发速度减慢，混合气形成不均匀，燃烧不完全，油耗增大；柴油黏度过小，虽然可使喷出的雾滴直径小，且容易扩散，但油流射程近，圆锥角大，有部分空气未被利用，同样会造成混合气形成不均匀。,5腐蚀性, 柴油的腐蚀性是用硫含量、硫醇硫含量、酸度以及水溶性酸或碱等指标来评定的。 其意义和测定方法与汽油基本相同，但柴油中的硫和硫醇硫含量对柴油机的影响更大。, 硫元素和硫醇硫经燃烧后所生成的硫的氧化物，不仅对机件有很强的腐蚀作用，而且会使积炭变得坚硬，容易擦伤气缸壁，加剧机件磨损。,6安定性, 柴油的安定

21、性是指柴油在储运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堵塞滤清器和喷油器，并使燃烧室积炭严重。,二、车用轻柴油的牌号,1轻柴油 轻柴油按质量分为优等品、一等品和合格品3个等级。 每个等级的轻柴油按凝点分为六个牌号，即10号、0号、10号、20号、35号、50号。,2军用柴油, 军用柴油按质量分为优级品和一级品两个等级。 每个等级的产品按凝点分为3个牌号，即10号、35号和50号。,3城市车用柴油的质量指标, 我国没有车用柴油的标准。 在2000年中国石化集团发布了城市车用柴油质量指标企业标准，如表1-7所示。,【课题实施】,操作一 柴油质量的辨别

22、以0号柴油为例。 1看颜色 合格的0号柴油颜色一般为淡黄色或黄色，且清澈、透明。,2闻味道, 合格的0号柴油，有油腻味或刺激性气味，若发现有臭味时，多为不合格品。,3测密度, 常温下，0号柴油的比重为0.85左右，若密度太高，则说明该柴油干点过高，发动机在正常工作过程中容易燃烧不完、冒黑烟、积炭；若太低，则说明该柴油的低碳成分过多，机械正常工作过程容易产生爆震、机械加速无力或闪点过低。,4闪点, 闪点是衡量柴油着火危险性的指标，闪点越低，则发生着火的危险性越大。,5凝点, 柴油的标号是以凝点作为指标，因此，0号柴油的凝点为0。 因此，凝点高不会对机械产生太大的影响，但在冬季，若凝点过高，则会造

23、成机械输油管堵塞、熄火。,操作二 柴油的选用,1根据GB 2522000标准要求，选用轻柴油牌号应遵照以下原则。 （1）10号轻柴油适用于有预热设备的高速柴油机。 （2）5号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在8以上的地区。,（3）0号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在4以上的地区。 （4）10号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在5以上的地区。,（5）20号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在14以上的地区。 （6）35号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在29以上的地区。 （7）50号轻柴油适用于风险率为10%的最低气温在44以上的地区。,2使用注意事项,（1）不同牌号的柴油可

24、以混合使用，并可根据气温的高低酌情调配，以改变柴油凝点的高低，满足使用要求。,（2）在低温下，缺乏低凝点柴油不易起动时，可以向柴油中掺入l0%40%的裂化煤油以降低其凝点，或采用适当的预热措施，也可使用柴油机低温起动液起动。,（3）柴油不能与汽油混合，因为汽油的自燃点高，会使柴油机起动因难，甚至无法起动。,（4）做好柴油的净化工作。, 柴油在使用前必须沉淀48h，并经滤网过滤，以防机械杂质混入，引起供油系统磨损或出现故障。,课题三 汽车新能源,【基础知识】 汽车是石油产品的主要消耗者，据统计全世界的石油产品约有46%被汽车所消耗。 世界汽车在20202060年，预计可达1225亿辆，而预测石油

25、资源只能供给全世界使用到20402050年。,一、电能, 电动汽车是以电能为动力的汽车，如图1-3所示。 目前，电动汽车常用的蓄电池主要有铅蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锂电池以及燃料电池。,1优势, 无污染，工作噪声低。 能源效率高。 结构简单，使用维修方便。,2劣势, 成本高，持续行驶里程短，动力性差。 充电不方便。 汽车充电时间较长，而且在国内的汽车充电站还比较少，制约了电动汽车的长途行驶。,3现状与前景, 电动汽车已经成为全球汽车工业发展的潮流和方向。,二、氢燃料, 氢气汽车是用氢气作为燃料的汽车，如图1-4所示。 是从水中通过裂解制取，或者各种工业副产品。,1优势, 能量转化效率高

26、。 环保。,2劣势, 成本高。 携带不便。 加氢站缺乏。,3氢燃料电池汽车的现状与前景, 世界氢燃料电池汽车将近万辆，其市场构成比例如下：欧洲占40.5%，美国占38.0%，日本约占20.3%。 我国在“十一五”期间，加大了对氢燃料电池汽车的研发投入，推动核心技术产业化。,三、天然气, 天然气的主要成分是甲烷，其余为乙烷、丙烷、丁烷和少量其他物质。 天然气可分为压缩天然气（CNG）和液化天然气（LNG）两种，目前汽车上广泛使用压缩天然气。 图1-5所示为由天然气动力驱动汽车思域GX。,1优势, 污染小。 抗爆性好。 使用成本低。,2劣势, 着火温度高。 火焰传播的速度慢，需要较高的点火能量。,

27、3液化天然气汽车的现状与前景, 因此，在未来一段时间内，我国天然气汽车发展仍然以压缩天然气为主，在沿海发达地区液化天然气汽车会得到一定的发展。,四、液化石油气, 液化石油气（LPG，简称液化气）是石油在提炼柴油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石油尾气，通过一定程序、对石油尾气加以回收利用，采取加压的措施，使其变成液体，装在受压容器内（液化气的名称即由此而来）。, 图1-6所示为宇通ZK6110HGVLPG单燃料客车。,1优势,（1）热值高。（2）抗暴性能好。（3）燃烧完全、积炭少、排放污染物低。,2劣势, 着火温度高，火焰传播的速度慢，需要较高的点火能量。,3液化石油气汽车的现状与前景

28、, 目前有近400万辆使用液化石油气的汽车。,五、醇类燃料, 醇类燃料汽车是指用甲醇或乙醇为燃料的汽车。 甲醇主要从煤和天然气中提练。,1优势, 辛烷值较高。 储带方便。 可燃界限宽。 继承了传统发动机技术，特别是使用汽油醇类混合燃料时，发动机结构不需要太大的改变。,2劣势, 蒸发潜热大。 热值低。 沸点低，蒸气压高，容易产生气阻。 有毒。 醇混合燃料容易发生分层。,3醇类燃料汽车的现状与前景, 巴西制取乙醇的原料以甘蔗为主，近30年来巴西已经投入了数十亿美元来开发和推广使用乙醇燃料。 巴西现为世界上唯一不供应纯汽油的国家。,六、中国电动汽车状况分析,1路线图有待明确 在技术路线选择上，目前主

29、流观点大致可以分为三类。, 其中，“直接发展纯电动车”路径的支持者主张，中国电动汽车产业应当这样“跳跃式”发展，才能在未来领先世界；“从混合动力电动车开始发展”的支持者认为在市场环境不成熟的情况下，不能跨越必要的技术阶段；“百花齐放”路径则认为，多种技术应当得到共同的发展，以满足不同的市场需求。,2技术和产业化瓶颈犹存, 电动汽车的关键技术包括“三电（电池、电动机、电控）”、底盘与整车等。 其中，底盘和整车更多基于传统汽车基础上，“三电”技术是电动车区别于传统汽车的新技术。 但在这两方面，中国与国外的差距仍大，存在投资晚、规模小、技术落后等问题。,3基础设施缺失, 基础设施建设是电动汽车未来规模应用的必要前提。 但遗憾的是，中国目前充电站等基础设施尚未开展大规模建设，甚至可以说只是在起步阶段。,4电动车高成本带来市场化难题, 汽车作为消费品，价格决定着其市场化走向。 一项调查显示，在中国超过70%的潜在电动车购买者优先考虑的仍然是价格和使用成本，他们不希望购买比传统汽车更贵、使用成本更高的车型，哪怕是所谓的环保车型。, 但高成本恰恰是电动车普及的难题。 其中的关键是，动力电池成本高昂。 综合多方面因素，电动汽车在中国前景光明，但道路曲折。,