燃料的使用特性及其在发动机原理与汽车理论中的关键作用

汽油、柴油不是单一成分和结构的物质，都是由几百种有机物组成的混合物，最初使用的汽油、柴油是原油在直馏时不同分馏段的产物，图3.2所示为原油蒸馏曲线的一例。

图3.1　燃料中的不同成分对化学安定性的影响

图3.2　原油蒸馏曲线的一例

1—轻柴油；2—煤油；3—车用汽油；4—航空汽油

一、汽油的性能

车用汽油的性能中，影响汽油机性能的关键性指标主要是辛烷值和馏程等。

1.辛烷值

汽油机在燃烧过程中，由于压缩比及气缸内气体温度的升高，可能出现一种不正常的燃烧现象，称为爆震。影响汽油机爆震的关键因素之一是燃料的品质，辛烷值是用来表征汽油抗爆性的一项指标，汽油的辛烷值越高，抗爆震能力越强，国产汽油就是用辛烷值来标号的。

为了提高汽油的辛烷值，常在汽油中加入少量的抗爆添加剂，它是由四乙铅[Pb（C2H5）4]和溴化乙烷（C2H4Br2）组成的混合物，可明显地提高汽油的辛烷值。由于四乙铅有毒，常被限制使用，含有四乙铅的汽油都加色标明，以引起使用者的注意。

2.馏程

汽油及其他石油产品都是多种烃类的混合物，它们没有一定的沸点，随着温度的上升，按照不同的馏分由轻到重逐次沸腾，汽油馏出温度的范围称为馏程，馏程是用来评价汽油蒸发性的一项指标。为了评价汽油的挥发性，常以10％、50％和90％的馏出温度作为几个有代表意义的点。

（1）10％的馏出温度，汽油馏出10％的温度标志着它的起动性。

（2）50％的馏出温度，汽油馏出50％的温度标志着它的平均蒸发性。

（3）90％的馏出温度，汽油馏出90％的温度标志着它含有难以挥发的重质成分的数量。

二、柴油的性能

柴油分为轻柴油和重柴油，高速柴油机中使用轻柴油，中、低速柴油机中使用重柴油，车用柴油机中主要使用轻柴油。

我国生产的轻柴油的牌号按凝点不同分为5号、0号、-10号、-20号、-35号、-50号六级，其凝点分别不高于5℃、0℃、-10℃、-20℃、-35℃、-50℃。影响柴油机性能的主要有以下关键性指标。(www.xing528.com)

1.十六烷值

自燃性好的燃料着火延迟期短，在着火延迟期内，气缸中形成的混合气少，着火后压力升高速度低，工作柔和，冷起动性能亦随之改善，十六烷值就是评定柴油自燃性好坏的一项指标。

柴油的十六烷值与燃料的分子结构及分子量均有密切关系，可以通过选择原油种类、炼制方法及添加剂来予以控制。一般地，直链烷烃比环烷烃的十六烷值高，在直链烷烃中分子量越大，十六烷值越高，尽管燃料的十六烷值高对缩短滞燃期及改善冷起动有利，但十六烷值的增大将带来燃料分子量加大、油的蒸发性变差及黏度增加、排气冒烟加剧及燃油经济性下降等不利影响，因此，国产柴油的十六烷值规定为45～50，不必过大。

2.馏程

馏程表示柴油的蒸发性，其用燃油馏出某一百分比的温度范围来表示。燃料馏出50％的温度低，说明这种燃料轻馏分多、蒸发快，有利于混合气形成，90％和95％馏出温度标志柴油中所含难以蒸发的重馏分的数量，如果重馏分过多，则在高速柴油机中来不及蒸发和形成均匀混合气，燃烧不容易及时和完全。

3.黏度

黏度是燃料流动性的尺度，是表示燃料内部摩擦力的物理特性，它影响柴油的喷雾质量。当其他条件相同时，黏度越大，雾化后油滴的平均直径也越大，使燃油和空气混合不均匀、燃烧不及时或不完全、燃油消耗率增加、排气带烟。喷油泵柱塞、喷油器的喷针都是靠燃油润滑，所以柴油应具有一定的黏度，一般轻柴油的运动黏度在20℃时为（2.5～8）×10-6m2/s。

三、汽油、柴油性能差异对发动机的影响

表3.1所示为常规汽油、柴油成分及主要性能指标——沸点与着火温度的差异。正是由于燃料之间的差异，传统的汽油机与柴油机在混合气形成、着火燃烧模式及负荷调节方式上有着一系列差别，并由此导致了两种机型的各种性能差异。

1.混合气形成方式的差异

汽油的沸点较低、蒸发性能好，因而进入汽油机气缸中的混合气通常可以是汽油与空气在缸外形成的预制均匀混合气，而柴油沸点高达180～360℃，不适合在缸外混合，即便加热后能在缸外汽化混合，也因空气密度下降而减少进入气缸的充量，同时也消耗额外预热的能量。传统上，柴油机采用缸内高压燃油喷射、与空气雾化混合的混合气形成方式。

2.着火燃烧模式的差异

汽油机中，缸外预制均匀混合气进入气缸后，只能采用外源强制点火，在混合气中进行火焰传播燃烧，因为若进行预混合压燃，则由于缸内各点同时点火，近于爆炸，这是不允许的。柴油机实行喷雾混合，因其着火温度较低、准备时间短，喷雾后不久立即着火，若初期适于燃烧的混合气量不多，则工作粗暴的情况会得到缓解。

3.负荷调节方式的差异

混合气形成方式的差异带来了负荷调节方式的不同，汽油机气缸内的均匀混合气能点燃的过量空气系数范围小，故只能靠改变节气门的开度，控制混合气进气量来调节负荷。这种方式称为负荷的量调节，而因柴油机在较大范围的过量空气系数条件下都可以压燃着火，所以可以靠调节循环供油量来调节负荷，由于吸入的空气量基本上是不变的，过量空气系数会随负荷大幅度变化。