目录一、柴油发动机中燃料的燃烧二、ASTM-CFR试验机的组成三、试验机的维护和保养四、柴油十六烷值测定方法简介五、CFR(F5)型柴油十六烷值机作业指导书六、影响十六烷值测定结果的因素及处理方法附件1：GB/T386-2010柴油十六烷值测定法一、柴油发动机中燃料的燃烧1、柴油机中燃料的燃烧过程柴油发动机中燃料的燃烧过程和点燃式发动机中燃料的燃烧过程是不一样的，主要区别在柴油发动机中的燃料是直接喷射到被压缩的高温高压空气中而自行发火燃烧的，而点燃式发动机则需要外界的能源进行点火燃烧。柴油发动机的供油方式以及可燃混合气的形成与点燃式发动机也有显著的不同。柴油机是通过高压油泵往气缸中喷油，喷入到气缸的柴油在气缸中与高温高压空气混合形成混合气而自行着火燃烧。而汽油机是燃料与空气在气缸外汽化器中混合而吸入气缸中，压缩后用火花塞点火燃烧的。在柴油机的进气行程中吸入的是加过温的纯净的空气，在压缩行程将要终了时，也就是在活塞运行到离上止点13（飞轮转角）时，才将燃料喷入到气缸内，这时气缸内的空气压力一般不低于30/2，温度不低于500700。由于这个温度超过了燃料的发火温度，最初喷入气缸内的部分雾化燃料很快受热蒸发与空气混合后即着火燃烧，继续喷入的燃料在高温下也随即蒸发燃烧，放出热量，膨胀做功。燃料在柴油机中的燃烧过程，从喷油开始到全部燃烧终结，大体可分为四个阶段，即发火延迟期（滞燃期）、急燃期、缓燃期和后燃期。（1）发火延迟期（滞燃期）发火延迟期通常是指从开始喷油到燃料开始燃烧的时间间隔，这个时间很短，只有13毫秒。在这一时期的前部，燃油喷入气缸后进行雾化、受热、蒸发、扩散以及与空气混合组成可燃混合气等一系列燃烧前的物理准备，所以这部分时间又称物理延迟。同时，燃油受热后开始焰前氧化进行一系列的链反应，直至在对发火具有最有力的条件的那些能量中形成最初的发火原点，这就是化学延迟。由于柴油的发火温度远低于气缸内压缩后空气的温度，因此柴油与空气组成的混合气在经过物理延迟与化学延迟后便开始着火燃烧。应该知道，物理延迟与化学延迟的时间是部分重叠的，这是因为蒸发和氧化等过程都是互相影响、交错进行的，氧化反应释放出的热量促进了燃料的蒸发和扩散，而蒸发和迅速的扩散又促进了燃油的氧化。发火延迟期的长短对以后的燃烧过程影响很大，因为这一时期结束时，气缸内已积累了大量柴油，而且经过了不同程度的物理和化学准备，因此发火后反应极为迅速，喷入的燃料就会立即燃烧，使气缸中的压力急剧上升。发火延迟期愈长，积累的燃料愈多，压力上升愈剧烈，发动机工作粗暴甚至会出现敲缸现象。柴油发火延迟期可以因下列条件而缩短： 增加发动机的压缩比 给进入气缸的空气加温 减少喷雾颗粒，改善雾化条件。（2）急燃期（速燃期）燃料在气缸内的急燃阶段是指燃料开始着火到气缸压力不再急剧升高为止的时间。在延迟期的末期，气缸内已经喷入了大量的柴油。由于这些柴油受到被高度压缩高温空气的加热，细小的油滴被完全蒸发。喷入较晚的或较大的油滴也大部分蒸发成气体状态，气缸内的混合气已进行了不同程度的氧化反应，所以当一处或几处的混合气氧化过程达到一定程度而开始着火时，即转入急燃期。这时气缸内的温度、压力均比汽化器发动机要高，火焰传播速度也大得多。因此，燃料发火后，不仅气缸内积累的燃料迅速燃烧，而且继续喷入的燃料也迅速参与燃烧。同时，燃烧又是在活塞正处于上止点附近的较小气缸容积中进行的，接近“定容燃烧”，这一时期的特点是燃烧速度很高，单位时间内放出的热量很多，气缸内温度和压力上升很快。气缸内压力升高速率的大小对柴油发动机的工作影响很大。如速率太大，即气缸内压力猛增，发动机就会出现粗暴，严重时会敲缸。敲缸会给发动机带来很大危害，会使发动机动力不足，功率下降，排气冒黑烟，耗油率增加，使曲轴连杆机构受到很大的冲击力，加剧机件的磨损甚至造成损坏，严重影响发动机的工作可靠性和使用寿命。因此，为了保证发动机工作的稳定性和可靠性，压力升高速度不能太大。但是速率也不能太小，否则发动机的功率和经济性都要降低。急燃期中压力升高速度的大小，取决于延迟期的持续时间，即延迟期愈短，发动机工作愈柔和。（3）缓燃期（慢燃期、渐燃期、主燃期）缓燃期是柴油机中燃烧过程的主要阶段。大量的燃料（约占喷入油量的5060）是在这个阶段燃烧掉的。所谓缓燃期是指从气缸压力不再急剧升高时起，到压力开始迅速下降时（通常与喷油终止点重合）为止的这一段时间。这个时期的特点是气缸内压力变化不大，在后期还稍有下降，而温度则继续升高达最高值，然后下降。温度的最高值一般在最高压力之后出现。这是因为经过急燃期后，气缸内的温度、压力已迅速升高，在此阶段中，喷入的燃料的发火延迟期大大缩短，几乎随喷随着，因此，气缸内的压力继续有所上升。但是此时活塞已经越过上死点向下运行，且速度逐渐加快，气缸容积也逐渐增大，因而使气缸内压力增长很小或逐渐下降，其增长或下降的情况随燃油的喷射量及活塞运行时容积变化程度而定。实践证明，燃烧最大压力在上止点后510左右时出现，经济性最佳。燃烧最大压力为5120/2，在高增压时可达150/2。燃料在柴油机中燃烧时，应保证在缓燃期内燃烧大量的燃料，从而取得较大的功率和较高的效率，但最大压力又不能过高。在此阶段中，应努力改善燃料与空气的混合，如加强燃烧室内的扰动与涡流，采用较多的过量空气等，都有利于提高反应速度，使燃烧反应趋于完全，以释放出最大的热值。燃烧的最高温度也不应太高，否则会引起燃烧产物的严重分解，使发动机的效率降低。（4）后燃期（补燃期、余燃期）后燃期是燃料燃烧的最后阶段，从压力迅速下降开始到燃烧结束为止。在后燃期中，那些在急燃期和缓燃期中没来得及燃烧完的燃料以及中间产物在此时进行补充燃烧。由于燃烧是在膨胀行程中即活塞由上死点往下死点运行中进行的，活塞继续向下运行，气缸容积迅速增大，散热面积增加，所以气缸压力迅速降低，温度也逐渐下降。显然，后燃期应尽量缩短，避免过多的燃料在膨胀行程中才进行燃烧，因为这样会使排气温度升高，通过气缸壁损失的热量增大，燃料热能的利用效率降低。实践证明，调整好的柴油发动机，燃料总热量的80%以上的热量应在急燃期和缓燃期中释放出来，后燃期中释放出来的热量不宜超过20%，燃烧应在上止点后60左右结束，不宜拖长。2、柴油动机的工作过程一般柴油发动机均是四冲程的压燃发动机，四个冲程分别是进气行程、压缩行程、工作行程和排气行程。在四个行程中，只有工作行程是有价值的，其它三个行程都是为工作行程服务的。发动机曲轴旋转两圈完成一个燃烧循环。 进气行程曲轴转动，活塞在气缸内由上向下运行，进气阀开启，排气阀关闭，空气被吸入气缸，等活塞运行到下止点时，气缸内充满了加过温的新鲜空气。 压缩行程曲轴继续转动，活塞在气缸内由下向上运行时进气阀关闭，于是活塞就压缩吸入气缸中的空气。 工作行程当活塞向上运行到上止点前时，气缸内的空气被压缩为高温高压，柴油喷入气缸并开始自行燃烧，燃气膨胀产生动力推动活塞由上向下运行，通过连杆带动曲轴转动。排气行程活塞完成了工作行程后，借惯性又由下向上运行，此时排气阀已大开，燃烧过的废气就开始从气缸中排出，此行程将尽时，进气阀微开，排气阀关闭，开始又一个循环。3、影响柴油机中燃烧过程的主要因素影响柴油机中燃料燃烧过程的因素很多，在此主要从燃料的使用性质和发动机维护运转角度来讨论柴油的燃烧性能、柴油的雾化、喷油时气缸的热状态、喷油提前角等因素的影响。（1）燃料的理化性质影响柴油机燃烧过程最重要的因素之一就是燃料的理化性质，其中主要是柴油的发火性能和蒸发性能。我们知道，柴油机燃料的发火性能用十六烷值或十六烷值指数来评定。十六烷值或十六烷值指数愈高，则柴油的自燃性能愈好，发火延迟期愈短，发动机工作愈平稳。但是十六烷值也不能过高，否则不仅发火性能很少改善，而且在高温时分解出难于燃烧的碳粒，随废气排出气缸，使发动机冒黑烟，燃料单位消耗量增大，污染环境。燃料的蒸发性能良好时，一般易于和空气形成可燃混合气，有利于在低温下启动发动机，在喷射时容易形成细小的油滴，因而发火延迟期可以缩短，发动机工作平稳，而且蒸发性良好的燃料燃烧比较迅速完全。但燃料馏分过轻时，在延迟期中蒸发的数量过大，当燃料发火时，几乎所喷射的燃油全部参加燃烧过程，结果会导致压力增长过快，发动机工作不平稳。（2）燃料的雾化质量燃料雾化质量良好，可以缩短燃料发火的物理延迟时间，整个延迟期也因之缩短，使发动机工作平稳。雾化良好的燃料有利于使燃料和空气均匀混合，保证燃烧迅速而完全。燃料的雾化质量的好坏主要取决于燃料的粘度和表面张力的大小。燃料的表面张力较小时，雾化的颗粒较细。燃料粘度过大或过小，对油束在燃烧室内的均匀分布都不利。当喷油器针阀关闭不严而漏油时，会出现喷油压力降低，雾化质量变化，所以必须保证柴油机喷油器的喷射压力。ASTM试验机的喷射压力规定为10.300.31 MPa 。（3）气缸的热状态压缩行程终了时，气缸内的空气温度对发火延迟期有很大影响。如该温度和压力较高，则燃料着火前的化学反应速度加快，蒸发也较快，因而发火延迟期缩短，发动机工作柔和；反之，该温度压力不高，则燃料的物理和化学延迟均增长，发动机工作不平稳。气缸内的压缩空气温度和压力的高低取决于发动机压缩比的大小、气缸的冷却状态以及活塞运行的良好状态。提高发动机的压缩比，也就提高了压缩终了时空气的温度和压力。在冬季冷车状态下启动柴油发动机，由于空气及气缸温度变低，压缩后热能损失大，使压缩后空气温度降低，造成起动困难。因此，柴油机在冷起动时必须暖缸，以改善起动性能。当活塞环张力不足或损坏时，则气缸产生漏气，压缩压力不足。气缸漏气不仅使压缩终了时空气温度压力降低，而且气缸中充气量减少，结果都引起燃烧不良。(4)喷油提前角柴油机的功率与经济性不仅取决于燃料的理化性质，而且与开始喷油时间的正确与否有密切关系。因为喷入气缸的柴油，必须经一段发火延迟期才能着火燃烧。如果喷油时间过早，燃料着火燃烧并产生最大压力时，活塞还在由下往上运行，燃烧气体就会给活塞以很大的反压力，使柴油机工作不平稳，功率和经济性都会显著降低。如果喷油时间过晚，即喷油提前角过小时，燃烧将在活塞离开上止点由上往下运行、气缸容积逐渐增大的情况下进行，这时气缸内温度和压力已经降低，结果最大压力也大大降低，使发动机功率减少，经济性降低。同时，喷油过晚，燃烧不易完全，后燃严重，耗油量增大，排气冒黑烟，污染环境。(5) 气缸内涡流强度适当增加气缸内空气的涡流强度，可以加速柴油与空气的混合，改善高温空气对柴油的加热，使发火延迟期缩短，燃烧速度加快，燃烧也较完全。但涡流强度过大，则热能损失增加，对燃烧也不利。(6)发动机转速柴油发动机转速提高时，由于气体的涡流增强，燃料的雾化蒸发条件改善。同时，压缩过程的时间缩短，漏气和散热损失减少，使得压缩终了时的温度升高，因此，转速升高后燃料混合气形成的时间可以缩短，燃烧也较迅速完全。但是转速很高时，由于四冲程循环的总时间间隔缩短，如不加大喷油提前角，往往不易保证在上止点附近燃烧完毕，后燃期延长，耗油量增加。4、十六烷值和燃料组成的关系十六烷值的高低决定于燃料的化学组成。一般正构烷烃的十六烷值最高，异构烷烃次之，环烷烃的十六烷值较低，而芳香烃的十六烷值最低。无论环烷烃或芳香烃，侧链越长，分支越少，则十六烷值越高。因此，含烷烃越多的燃料，其十六烷值也就越高，含芳香烃多的燃料最不适合于柴油机使用。同时，组成相近的烃，分子量越大，其十六烷值也越高。如正庚烷的十六烷值为55，而正十六烷的十六烷值为100。烃的分子量增大，其热安定性相对降低，高温下易于分解而产生自由基，加速着火前的链反应，因而发火延迟期缩短，十六烷值增加。正或异构烷烃在高温下较易分解而