中文版序

譯者的話

導論

第1章能源與交通運輸燃料的展望
1.1全球能源需求
1.2全球能源及供應
1.2.1化石燃料
1.2.2可再生能源
1.2.3核能
1.2.4能效改善
1.3交通能源及燃料
1.3.1傳統交通燃料
1.3.2替代交通燃料
1.3.3電動化
1.4總結及展望
1.5參考文獻

第2章內燃機典型燃料的加工、組分及性質
2.1典型燃料的加工和組分
2.2燃料的組分和性質及其對發動機性能和排放的影響
2.2.1汽油
2.2.2柴油
2.3燃料添加劑
2.3.1汽油性能添加劑
2.3.2柴油性能添加劑
2.3.3燃料儲存及運輸添加劑
2.4參考文獻

第3章內燃機中的沉積物
3.1沉積物的特點和形成
3.1.1噴油器沉積物
3.1.2進氣繫統沉積物
3.1.3燃燒室沉積物
3.2發動機沉積物對其性能和排放的影響
3.2.1噴油器沉積物的影響
3.2.2進氣門沉積物的影響
3.2.3燃燒室沉積物的影響
3.3沉積物控制
3.4其他沉積物
3.5參考文獻

第4章燃油對預混繫統中自燃的影響——點燃式發動機的爆燃及均質壓燃式發動機的燃燒
4.1自燃
4.1.1化學反應動力學模型
4.1.2滯燃期和Livengood-Wu積分
4.1.3實際燃料的自燃特性
4.2SI發動機中的爆燃和燃料的抗爆特性
4.2.1爆燃強度和爆燃極限的點火提前角
4.2.2爆燃極限特性
4.2.3實際燃料的抗爆性能——辛烷指數和K值
4.2.4辛烷值需求
4.3燃料對均質壓燃的作用
4.3.1基於辛烷指數的HCCI發動機燃料作用框架
4.3.2描述HCCI發動機中燃料特性的其他方法
4.3.3HCCI發動機的燃料需求
4.4一種新的測試來評估燃料的自燃特性的必要性
4.5本章小結
4.6參考文獻

第5章點燃式渦輪增壓發動機中的早燃和超級爆震
5.1早燃
5.1.1點火條件
5.1.2起始條件
5.1.3量化早燃的方法
5.1.4壓力和溫度對早燃的影響
5.1.5混合氣濃度對自燃的影響
5.1.6燃料對早燃的影響
5.2超級爆震
5.3本章小結
5.4參考文獻

第6章燃料對壓燃的影響——對於先進柴油機而言低辛烷值的汽油是否是燃料
6.1預混壓燃
6.2常規柴油機運行時柴油自燃範圍內燃料的影響
6.2.1對放熱過程和噪聲的影響
6.2.2對預混壓燃柴油機運行參數、燃燒相位及排放的影響
6.2.3對柴油機大負荷工況的影響
6.2.4柴油燃料壓燃點火燃燒綜述
6.3長滯燃期燃料對預混壓燃的影響
6.3.1小負荷
6.3.2大負荷
6.3.3汽油性質對預混壓燃的影響
6.3.4噴油壓力、噴射策略以及噴油器設計對汽油預混壓燃的影響
6.3.5雙燃料或活性控制壓燃技術
6.3.6全負荷工況的汽油壓燃
6.3.7汽油壓燃的燃料經濟性
6.3.8汽油預混壓燃模型
6.4本章小結
6.5參考文獻

第7章未來運輸燃料
7.1SI發動機發展趨勢對燃料的影響
7.1.1抗爆性能要求
7.1.2其他燃料規格
7.2壓燃式發動機發展趨勢對燃料的影響
7.3本章小結
7.4參考文獻

交通隻是能源消耗情景中的一部分，能源消耗情景是由政治和經濟因素決定的，包括能源安全和當地環境問題，以及氣候變化等全球問題。全世界對能源的總體需求正在迅速增加，特別是對運輸領域應用到的能源需求更為迫切。其中，商業運輸領域預計會是運輸能源需求增長的主要來源。以石油衍生的液體燃料作為主要燃料的內燃機（ICE），在過去的一個世紀中一直是交通運輸領域的主要動力來源，在可預見的未來，很可能仍將保持如此。即使以電力為動力來源的交通運輸工具在未來也將發揮重要的作用。然而，發動機領域正在發生著深刻的變革，高熱效率是變革的主要驅動力。未來發動機不僅要滿足嚴格的排放法規，而且還要兼顧消費者的購買力以及消費需求，如更好的舒適性，更好的駕駛性能。為了進一步減小自身在生產和使用過程中對環境的危害，燃料也在持續進步。在可預見的未來，傳統的化石燃料將依舊是汽車燃料的主要組成部分，但它們必須做出改變以適應發動機技術的變化。生物燃料、天然氣合成油（GTL）、壓縮天然氣（CNG） 和液化石油氣（LPG）等非常規燃料也將發揮作用。如果可以克服氫氣在生產、輸送、儲存和安全方面遇到的重大障礙，它可能會成為一種可行的清潔燃料。而且，氫燃料電池也將變得可行。
本書第1章簡要介紹了這些背景問題，第2章介紹了實際生活中的交通燃料。第3章討論了一個關於燃料對發動機影響的重要的實際應用性話題，這在發動機的教科書中通常沒有被考慮到,發動機的沉積物問題。但是，本書的重點是關於內燃機發展趨勢對未來燃料的影響。實際燃料的自燃現像提供了發動機變革對燃料影響的關鍵線索。因此，本書嘗試對涉及自燃的各種基礎研究進行綜述，例如，激波管中滯燃期的測量和內燃機的實驗研究。
汽油機強化的技術路線雖然能夠提高汽油機的熱效率，但是也會增加缸內的溫度和壓力。這將增加爆燃（一種限制效率的異常燃燒現像） 的可能性。為了滿足強化汽油機的使用要求，燃料需要具有足夠的抗爆性能。燃料的抗爆性能參數包括研究法辛烷值（RON）和馬達法辛烷值（MON）。RON和MON測量主要基於基礎參考燃料（PRF），其自燃化學特性與實際燃料區別很大。在給定的溫度條件下，與PRF相比，隨著氣缸中壓力的增加，實際燃料抗爆性更強。自20世紀30年代以來，隨著發動機變得更加高效，MON的重要性已經逐漸下降。實際上，現代汽車使用的燃料都是以RON作為抗爆性指標，在給定RON指標下，燃料的MON值越低，其抗爆性越高。但是，目前的燃料規格假設高的MON是有利於燃料抗爆性的，因此在美國，抗爆特性定義為（RON＋MON）/2，而在歐洲，的MON規格定為85。從某種意義上說，已經開始達不到預期，因為煉油廠在花費更多的資金和能源制造可能不太適合現代發動機的燃料。隨著發動機變得更加高效，燃料規格和發動機要求之間的這種不匹配將變得更加明顯，因此需要改變燃料規格以適應現代發動機的需求。
在HCCI（均質壓燃）發動機中，燃料和空氣被完全預混（在點燃式發動機中也一樣），並且通過自燃進行能量釋放，這種現像在點燃式（SI） 發動機中就會導致爆燃。HCCI發動機也可以運行在特定溫度和壓力的SI發動機工況下。同時，對HCCI發動機的研究極大地幫助我們更加深入地認識燃料對自燃的影響。未來的渦輪增壓SI發動機也將更容易發生自燃，這可能會導致非常嚴重的爆燃，稱為超級爆燃。第4章和第5章討論了這些問題。
在柴油發動機中，可以通過低溫燃燒來降低氮氧化合物，並且可以通過高比例預混燃燒來降低炭煙。如果可以避免炭煙的生成，則可以使用高比例的廢氣再循環（EGR）來控制氮氧化合物而不增加發動機的炭煙排放。但是，如果柴油燃料在噴入氣缸後很快就被點燃，那麼柴油會很難實現預混燃燒。實際上，柴油發動機為了延長柴油滯燃期，實現預混燃燒，采用了昂貴且復雜的技術（例如，高噴射壓力）。不僅如此，為了滿足更加嚴格的排放法規，還需要采用復雜且昂貴的後處理繫統來降低氮氧化合物和顆粒物的排放。近的研究表明，十六烷值更低的汽油燃料更容易在壓燃式發動機上實現超低的氮氧化合物和炭煙排放。
此外，與現今的汽油相比，未來發動機的燃料的辛烷值要低得多，且生產環節更少，因此與傳統汽油或柴油相比，其生產所需的能源更少。在壓燃（CI）發動機中使用較輕餾分（如石腦油） 的技術，也將有助於使未來的燃料需求與燃料供應相匹配。否則，如果期待的燃料需求向更重的組分發展，那麼這些輕組分燃料將會是過剩的。使用這種燃料的CI發動機，噴射繫統將采用與直噴式SI發動機相當的低噴射壓力，並且後處理繫統主要用於降低HC和CO而不是氮氧化合物。該發動機至少與目前的柴油發動機一樣高效。因此，未來的高效CI發動機相比於現在的CI發動機而言，將會更加簡單和便宜，其使用的燃料在生產過程中的能耗也會低於目前的柴油生產能耗。但是，采用這種燃料的發動機還有一些實際問題需要解決，例如，冷起動、燃油噴射繫統、EGR以及渦輪增壓（第6章）。第７章討論了這種發動機技術的發展對未來燃料的影響。根據未來動力繫統的發展方向以及市場預測，SI發動機占比將會變小，CI發動機將會占大多數，因為CI發