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l.內(nèi)燃機的燃燒方式
內(nèi)燃機所用的液體燃料中，主要是柴油和汽油，也有些是采用煤油作燃料。這些燃料都是從石油中煉制出來的。通常，汽化器式內(nèi)燃機(汽油機)，如汽車、小型拖拉機、農(nóng)業(yè)機械和快速艦艇等，采用汽油作燃料;載重汽車和拖拉機等各種高速、中速壓燃式內(nèi)燃機，多半采用輕柴油作燃料;大型固定式柴油機和船用柴油機多半采用重柴油作燃料。由于這些燃料性質(zhì)的不同，使得內(nèi)燃機的結構、燃燒方式等有很大差別。
對于氣體燃料或蒸發(fā)性較好的汽油，它們同空氣混合都非常均勻，所得混合燃料氣一旦點火，就能很快地燃燒起來。使用這類燃料的內(nèi)燃機，要求燃料和空氣先在氣缸外部混合，然后送入氣缸。氣缸頭部裝有點火用的火花塞，在通過電流時能夠產(chǎn)生火花，使可燃混合氣點著燃燒，因此這類內(nèi)燃機有外部混合式或點燃式之稱。
根據(jù)這種燃燒方式，要求燃料汽油具有良好的蒸發(fā)性，保證在各種條件下發(fā)動機容易起動、加速和運轉正常。汽油的蒸發(fā)性越好，就越易汽化，在冷車或低溫下也能使發(fā)動機順利起動和正常工作。反之，若蒸發(fā)性不好，不僅起動困難，而且在混合氣中有一些懸浮的油滴迸人燃燒室，使發(fā)動機工作不穩(wěn)定，燃燒不完全，增大燃料消耗。此外，這些沒有完全燃燒的油滴，還會因活塞環(huán)密封不嚴而附著在氣缸壁上，破壞潤滑油膜，甚至流入曲軸箱稀釋機油，增加磨損。
但汽油的蒸發(fā)性也不宜太好，否則會使汽油在保管時損耗加大。而且在夏季使用時，汽油沒進入汽化器以前就蒸發(fā)成為氣體，使汽油泵、輸油管等彎曲處或油管較熱的部位形成氣泡，從而堵住油管，妨礙汽油流通，使供油不暢甚至申斷，造成發(fā)動機熄火停車，這種現(xiàn)象稱為"氣阻"。因此，汽油的蒸發(fā)性要適宜，不能太好也不能太差。在汽油規(guī)格中有標志汽油蒸發(fā)性的指標，即餾程范圍和蒸氣壓。
至于柴油燃料，其蒸發(fā)性很差，粘度較汽油大得多，不能和空氣均勻混合，必須用強制的辦法便其混合。一般，是使柴油成霧狀地噴到氣缸里去，并且要求在重新凝聚起來以前，就很快燃燒。因此，在噴油之前要先把氣缸里的空氣壓縮到很高壓力，一般為3.0~4.0MPa。這時空氣溫度已升高到500℃以上，大大超過了柴油的自燃溫度(在3.0MPa的壓力下柴油的自燃溫度約為205℃)。柴油噴入氣缸和高溫空氣相遇，就立刻自燃起來。采用這種工作方式就不需要在氣缸外面制備混合氣體，也不需要點火裝置，但要在氣缸頭部安裝噴油嘴，用高壓油泵強迫柴油通過噴油嘴中非常微小的孔，呈霧狀并以相當大的噴射速度(大約為150~400m/s)噴入氣缸。因此，噴油時雖然氣缸內(nèi)的空氣壓力只有3.0lMPa左右，高壓油泵卻常常需要將柴油壓到8.0~15.0MPa。根據(jù)這些特點，這類內(nèi)燃機稱為壓燃式(或混合式)內(nèi)燃機。
上述兩種不同的燃燒方式，究竟采取哪一種，不僅取決于燃料的蒸發(fā)性，并且取決于燃料自燃溫度的高低。
此外，不同燃燒方式的選用也取決于燃料的粘度。汽油粘度小，流動性好，但容易漏泄。若將汽油置于高壓油泵中加壓，就會從油泵活塞周圍的縫隙里漏出去，給噴油工作帶來很大困難，影響噴油數(shù)量和時間。而且汽油沒有潤滑作用，高壓油泵活塞的潤滑也是個大問題。而柴油的粘度較大，油泵的泄漏很少，而且有點兒微量的泄漏還能起到很好的潤滑作用。
由此可見，點燃式和壓燃式兩種工作方式有著很大的不同，這是所用燃料的性質(zhì)不同而引起的。相反，工作方式的不同又對燃料的性質(zhì)提出不同的要求。很顯然，柴油機和汽油機兩者使用的燃料是不能隨意互換的。
2.汽油機工作過程和對燃料性能的要求
汽油機的工作過程，一般包括吸氣、壓縮、做功和排氣四個階段(即四沖程)。也可以是二沖程的工作過程，即把四沖程循環(huán)中吸氣和排氣兩個單獨的沖程去掉，而把它們合并到壓縮和膨脹兩個沖程里去。
汽油機的熱效率高低，取決于壓縮程度的高低，用壓縮比來表示。它是當活塞在下止點時，氣缸的總容積和活塞在上止點時，燃燒室容積的比值，即
壓縮比=氣缸總容積/燃燒室容積
例如，解放CA10B汽車的氣缸總容積是1.l1L，燃燒室容積是0.185L，它的壓縮比是1.l1L/0.185L=6.0。
汽油在燃燒室內(nèi)燃燒后，所產(chǎn)生的最高膨脹壓力，一般比最大的壓縮壓力大3~4倍。壓縮比高，發(fā)動機的有效功率越高，汽油消耗量也降低。但發(fā)動機容易發(fā)生爆震，損壞零部件。所以，壓縮比不能過度增加。
不同燃料的抗爆震能力不一樣。即使都是汽油，由于原油和加工方法及組合成分不同，調(diào)合出不同牌號的汽油，其抗爆震能力不相同。一般將辛烷值作為表示汽油抗爆性能的指標，它是車用汽油重要的質(zhì)量指標之一。車用汽油的牌號就是根據(jù)其辛烷值來區(qū)分，例如，70號汽油，表示其辛烷值不低于70;85號汽油，則表示其辛烷值不低于85。
因為內(nèi)燃機的壓縮比都是固定不變的，所以要便燃料工作時不發(fā)生爆震，就必須根據(jù)壓縮比來選用合適的燃料。壓縮比高的，應選用牌號(即辛烷值)較高的汽油;壓縮比低的，應選用牌號較低的汽油。如果選用不當，壓縮比高的發(fā)動機使用低辛烷值的汽油，則易引起爆震，使功率下降、耗油量增加，而且導致部件損壞;反之，壓縮比低的發(fā)動機如使用辛烷值高的汽油，會造成浪費。目前汽油的牌號有70號、85號(GB489-1986)和90號、93號、97號(GB484-1988)五種。
為了提高熱效率，汽油辛烷值的提高就顯得非常重要。目前，提高汽油辛烷值的主要途徑有兩種，一種途徑是采用新的煉制工藝，使之能生產(chǎn)出含有高辛烷值烴類成分的汽油。另一種途徑是往辛烷值較低的汽油中加入抗爆劑和高辛烷值成分，以提高其辛烷值。目前，最有效的抗爆劑是四乙基鉛，簡稱四乙鉛，分子式是Pb(C2H5)4。但四乙鉛毒性極強，污染大氣，已逐步禁用。
目前，使用工業(yè)異辛烷、異丙苯、異戊烷以及甲基叔丁基醚(MTBE)等來提高辛烷值。
另外，汽油的安定性必須符合要求。以免發(fā)生爆震、過熱和加大磨損等。
3.汽油機工作過程和對燃料性能的要求
柴油機與汽油機相比，其基本部件，如氣缸、活塞等，有很多共同之處。因此乍看起來，汽油機和柴油機的外形確實很相似。但是只要稍加注意，就會發(fā)現(xiàn)它們兩者之間還是有著根本的差別。柴油機不需要點火，沒有點火裝置，可是柴油機的氣缸上多了一個噴油裝置。從燃料的燃燒過程來看，點火能使整個氣缸里的混合氣體在極短的時間里燃燒起來，因此壓力增長極快，而自燃則受噴油速度的限制，基本上是邊噴邊燃燒，壓力增長較緩慢。
柴油機壓縮過程所壓縮的是純凈的空氣，壓縮的程度必須保證獲得足以引起柴油自燃的溫度。為了達到這一目的，柴油機都具有較大的壓縮比，一般壓力為3.0~4.0MPa。
同樣，柴油機的工作狀況與燃料(柴油)的性質(zhì)也有著密切的關系，最主要的是燃料的燃燒性能。
當壓縮沖程快要結束之前，把柴油噴迸氣缸，剛剛噴入的柴油還不能立即燃燒，需要和空氣先接觸一段時間。在這段時間里燃料逐漸被氧化，到一定程度才開始著火。燃燒的這一著火準備階段，通常叫做滯燃期或稱延遲著火時間。這一時間越長，在著火之前噴入氣缸暫時積存在氣缸內(nèi)空氣中的燃料量就越多，一旦發(fā)生著火，壓力增長就越猛，以致產(chǎn)生很大的震音，即爆震，也叫敲缸，同樣會造成柴油機活塞、連桿和軸承等零件上突然增加的負擔過重，甚至造成損壞。柴油機的壓縮程度本來就很高;到壓縮結束時，這些零件上己經(jīng)承受著很大的壓力，如果再有急劇的壓力上升，對機件的壽命是十分有害的。因此，作為柴油機的燃料，應該要求滯燃期短些。
柴油機的爆震與汽油機的爆震在本質(zhì)上很不相同。汽油機是由于點火燃著的火焰前沿還沒傳播到的那部分混合氣生成過氧化物，自行燃燒而引起的，一般發(fā)生在燃燒的末期;而柴油機的爆震卻是由于柴油不能及時自燃和滯燃期過長而引起的，一般發(fā)生在燃燒的初期。因此，影響汽油機和柴油機產(chǎn)生爆震的各種因素也完全不同。
通常柴油的燃燒性能用十六烷值來表示。十六烷(C16H34)的燃燒性能良好，自燃點低，滯燃期短;而α-甲基奈(C10H7CH3)的燃燒性能很差。如果相對地把這兩種物質(zhì)的燃燒性能分別定為100和0，那么任何一種柴油的燃燒性能都可以用相當于這兩種物質(zhì)的混合物中兩者的百分比來表示。例如，某種柴油的燃燒性能恰好與45%的十六烷和55%的α-甲基奈的混合物相同，這種柴油的十六烷值就是45。目前，我國輕柴油的十六烷值一般在50以上。顯然，在一定的壓縮比下，柴油的十六烷值愈高，柴油機愈能穩(wěn)定工作，不發(fā)生敲缸。但是，柴油的十六烷值也并不是越高越好，當超過一定數(shù)值后，非但沒有必要，反而會加大耗油量。同時，十六烷值高的柴油，一般凝點也較高，餾程也較重。通常，柴油的十六烷值在40~60之間即可。
除了燃燒性能，即十六烷值之外，另一個值得注意的性能就是柴油的凝點。輕柴油的牌號就是按凝點來區(qū)分的。目前，輕柴油的牌號有10號、0號、-10號、-20號及-35號、-50號六種，其凝點分別在l0℃、0℃、-l0℃、-20℃及-35℃、-50℃以下。
使用柴油時，應根據(jù)不同地區(qū)和季節(jié)，選用不同牌號的柴油。氣溫低的地區(qū)，選用凝點較低的柴油;氣溫較高的地區(qū)，則可選用凝點較高的柴油。一般選用柴油的凝點時應比使用的最低氣溫低4-6℃，以保證在最低氣溫下不致凝固，以免影響使用。
不同牌號的柴油，根據(jù)需要可以摻兌使用，并按照氣溫高低酌情適當調(diào)配，以充分利用燃料，解決急需。
為了保證柴油在發(fā)動機中能正常燃燒使用，除了上述與燃燒性能有關的一些性能以外，通常還要求柴油具有好的低溫流動性，合適的粘度，較好的蒸發(fā)性和安定性。同時，對機械零件不能有腐蝕，其具體性能指標可參看有關柴油的規(guī)格。
責任編輯：Honey
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