车用汽油及其使用

汽油是汽车发动机的主要燃料。汽油是密度小、易于挥发的液体燃料,自燃点为415℃～530℃。按照提炼方法不同,汽油可分为直馏汽油和裂化汽油。

在汽油机工作时,汽油应能在很短的时间内形成良好的可燃混合气,保证汽油机能在各种条件下可靠启动、平稳运转、正常燃烧,充分发挥汽油机的使用性能。

1.汽油的使用性能

汽油的使用性能主要包括蒸发性、抗爆性、腐蚀性、清净性及化学安定性。

(1)蒸发性。

汽油由液态转化为气态的性质,叫作汽油的蒸发性。评定汽油蒸发性的指标是馏程和饱和蒸汽压。

现代汽油机的转速都很高,燃烧过程短,要求燃料供给系统必须在0.02～0.04s内形成均匀良好的可燃混合气。若汽油的蒸发性不好,将有部分汽油以液态进入气缸,液态燃油在气缸内不仅不能正常燃烧,还会造成点火不良、破坏润滑、有害排放物增加,使发动机功率下降、耗油增加。

汽油的蒸发性越强,汽油机的低温启动性能越好,预热时间越短,加速越灵敏,运行越稳定。但蒸发性过强会使燃油系统在夏季产生气阻,使汽油在存放和使用中的蒸发损失增大。

(2)抗爆性。

汽油抗爆性是表示汽油在汽油机燃烧室中燃烧时防止爆燃的能力。汽油的抗爆性取决于碳氢化合物的结构及其含量,评定汽油抗爆性的指标是辛烷值。

汽油机正常燃烧时,火焰的传播速度在30～40m/s。火焰以火花塞为中心,迅速向燃烧室四周传播,使可燃混合气绝大部分燃烧并释放出热能。此时,气缸内的压力升高率每度曲轴转角不大于200kPa,温度上升均匀,汽油机工作柔和平稳,动力性能得到充分发挥。当使用了抗爆性不好的汽油时,就会发生爆燃。爆燃是在正常火焰前锋到达之前,由于火焰前锋的压缩和热辐射作用与温度的急剧升高所发生的自燃着火。它形成的多个火焰中心,使火焰传播速度高达1500～2500m/s,燃气压力在局部区域内瞬间可达16MPa左右,撞击燃烧室壁、活塞顶和气缸壁产生尖锐的敲击声,并引起发动机振动。发生爆燃时,汽油机功率降低,油耗增加,严重时会使活塞、活塞环、气门等机件烧毁,轴承和其他零件损坏。

现代汽油机的压缩比都有不同程度的提高,增加压缩比可以提高汽油机的热效率,但是压缩比越高,压缩终了气缸内可燃混合气的压力和温度越高,越易产生爆燃,因此对汽油的抗爆性提出了很高的要求。

(3)腐蚀性。

汽油对储油容器和机件应无腐蚀,但当汽油中所含的有害元素如硫、活性或非活性硫化物、水溶性酸或碱等超过一定限制时,就会对金属产生直接或间接腐蚀作用。评定汽油腐蚀性的指标是硫含量、酸度、铜片腐蚀试验及水溶性酸或碱的浓度。

汽油中的硫元素在燃烧后生成二氧化硫,遇到冷凝水或水汽时会形成亚硫酸和硫酸,对工作温度较高的气缸、排气管具有强烈的腐蚀作用。同时,硫的含量过高还会降低汽油的辛烷值。因此,要严格控制汽油中硫的含量。

(4)清净性。

汽油的清净性用汽油中含有机械杂质和水分的多少表示。评定汽油清净性的指标是机械杂质和水分。

汽油在生产、运输、灌注、储存和使用过程中,会受到机械杂质 (锈、灰尘、各种氧化物等)和水分的污染。机械杂质会加速喷油嘴和汽油滤清器等部件的磨损。机械杂质进入燃烧室,又会使燃烧室积炭增多,引起气缸壁、活塞和活塞环的加速磨损和堵塞。水分在低温下易结冰,会堵塞油路,同时还能加速汽油的氧化,加速腐蚀作用,所以车用汽油应严格控制机械杂质和水分的混入。

(5)化学安定性。

汽油的化学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。评定汽油化学安定性的指标是实际胶质和诱导期。

化学安定性不好的汽油在使用过程中,受到空气中的氧、环境温度和光等的作用,会发生氧化缩合而生成胶质,使汽油颜色变黄并产生黏稠沉淀。这些胶状物黏附在滤清器、汽油管道、汽油泵和喷油器喷口处,不仅会破坏汽油的正常供给,甚至中断供油;还会使喷油器、汽油泵等部件堵塞,造成混合气变稀、发动机运转不稳、耗油量增大。胶状物积聚在进气门密封面,会影响气门的正常开闭和进气通道的截面,如果在高温下进一步氧化,将导致气门上的胶质在高温下分解生成积炭,沉积在活塞顶、活塞环槽、燃烧室壁和火花塞上,使气缸散热不良、发动机过热,引起爆燃和加剧磨损。此外随着胶质的增多,会使汽油的辛烷值下降,酸度增加。

2.汽油主要使用性能的评价指标

(1)汽油蒸发性的评定指标。

1)馏程。

馏程是指在石油产品馏程测定仪上对100m L油品蒸馏时,从初馏点到终馏点的温度范围。评定汽油的蒸发性能的指标是汽油的初馏点、10%蒸发温度、50%蒸发温度、90%蒸发温度和终馏点、残留量。

①初馏点。对100m L汽油在规定条件下蒸馏时,得到第一滴汽油时的温度,叫作初馏点。

②10%蒸发温度。对100m L汽油在规定条件下蒸馏时,得到10%汽油馏分的温度,叫作10%蒸发温度。

10%蒸发温度表示汽油中含轻质馏分的多少,对汽油机冬季启动的难易和夏季是否发生“气阻”有很大的影响。10%蒸发温度越低,汽油的蒸发性越好,就能迅速形成可燃混合气,在低温条件下就容易启动 (表4-1)。国家有关标准规定各牌号汽油的10%蒸发温度不高于70℃,但10%的蒸发温度也不能过低,否则在夏季将使汽油机燃料供给系统内产生 “气阻”的倾向增大。

表4-1 汽油10%蒸发温度与汽油机可能启动的最低气温 ℃

③50%蒸发温度。对100m L汽油在规定条件下蒸馏时,得到50%汽油馏分的温度,叫作50%蒸发温度。

50%蒸发温度表示汽油的平均蒸发性。其温度低,对汽油机的加速性、工作稳定性及启动后迅速升温 (暖车)有利。当50%蒸发温度高,汽油机由低速骤然变为高速时,节气门突然开大,由于汽油蒸发量少,会使可燃混合气变稀,汽油机不能发出需要的功率,运转不平稳,加速时间长,并在加速时车辆出现抖动现象,所以国家有关标准中规定各牌号汽油50%蒸发温度不高于120℃。

④90%蒸发温度和终馏点。对100m L汽油在规定条件下蒸馏时,得到90%汽油馏分的温度,叫作90%蒸发温度;当100m L汽油完全蒸馏时的温度称为终馏点。

90%蒸发温度和终馏点表示汽油中含重质成分的多少。其温度越高,汽油的质量越差。因含重质成分过多,汽油在点火爆发前处于未蒸发状态数量多,在沿气缸壁下流的同时,将冲洗掉气缸壁上的润滑油膜,稀释润滑油,导致气缸、活塞等零件以及其他配合副机械磨损加剧。同时也造成混合气燃烧不完全,尾气排放及耗油量增加,汽油机工作不稳定。国家标准中规定汽油90%蒸馏温度不高于190℃,汽油终馏点不高于205℃。

⑤残留量。对100m L汽油在规定条件下蒸馏时,所得残留物质的体积百分数,叫作残留量。

残留量表示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。残留量多,会使燃烧室积炭增加,影响汽油机正常工作。残留量的多少用体积百分数来表示,国家标准规定车用汽油残留量 (V/V)应不大于1.5%或2%。

2)饱和蒸汽压。

在一定温度下,与同种物质液态处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫作饱和蒸汽压。

馏程反映汽油馏分本身的蒸发性,而饱和蒸汽压除反映汽油馏分本身的蒸发性外,还要考虑到大气压强和环境温度的影响。汽油饱和蒸汽压越高,汽油含轻馏分越多,低温下汽油机越容易启动,蒸发性越好。大气压强越低或环境温度越高,汽油饱和蒸汽压也随之提高。但饱和蒸汽压不能过高,否则易产生 “气阻”,影响汽油机的正常工作。各种气温条件下不一致引起气阻的汽油最大饱和蒸气压见表4-2。

表4-2 各种气温条件下不一致引起气阻的汽油最大饱和蒸气压

(2)汽油抗爆性的评定指标。

1)辛烷值。

辛烷值是表示点燃式发动机燃料抗爆性的一个约定数值。在规定条件下的标准发动机试验中,通过与标准燃料进行比较来测定,采用和被测定燃料具有相同抗爆性的标准燃料中异辛烷的体积百分数表示。辛烷值越高,则抗爆性就越好。

标准燃料是用两种烷烃调配。一种是异辛烷 (C8H18),它的抗爆性很高,定其辛烷值为100;另一种是正庚烷 (C7H16),它的抗爆性很低,定其辛烷值为0。把它们按不同的体积比混合,可得到辛烷值0～100的各号标准燃料。

辛烷值测定方法分为马达法和研究法两种。在说明汽油辛烷值的同时,还应明确测定方法。

马达法辛烷值是在苛刻试验条件下测得的辛烷值,缩写成MON。研究法辛烷值是在缓和条件下测得的辛烷值,缩写成RON。同一种汽油的马达法辛烷值要比研究法辛烷值低约10个百分点。从使用角度可认为,马达法辛烷值表示汽油机在重负荷、高转速运转条件下汽油的抗爆性,研究法辛烷值则表示汽油机在中负荷、低转速运转条件下汽油的抗爆性。

我国原来用马达法辛烷值作为汽油的抗爆性指标,并以此划分汽油牌号,现已改用研究法辛烷值。为反映汽油的灵敏度,汽油规格标准采用了抗爆指数这一新指标。抗爆指数是汽油研究法辛烷值与马达法辛烷值之和的1/2。即:

抗爆指数= (MON+RON)/2

抗爆指数反映一般运行条件下汽油的平均抗爆性。

2)提高车用汽油抗爆性的方法。

目前提高汽油抗爆性的方法主要有两种:采用二次加工的炼制工艺和加入抗爆添加剂。

抗爆添加剂的种类很多,其中最有效的是四乙基铅 [Pb(C2H5)4]。这是过去为了提高汽油的抗爆性所采用的最有效的方法。四乙基铅无色、有毒,密度为1.65g/cm3,沸点为200℃,不溶于水,能溶于各种液体燃料中。在直馏汽油中加入0.13%的四乙基铅,辛烷值可提高20～30个单位。但使用加铅汽油会给人类和环境造成严重危害,同时,含铅汽油还会影响装有电控燃油喷射系统汽车上的氧传感器和废气排放中的三元催化转换器的正常工作。为了防止铅中毒,往往在含铅汽油中加入少量的染料使其带有一定的颜色,如黄色、红色、蓝色等。

自20世纪70年代以来,随着世界汽车保有量迅猛增加,汽车排出的废气给人类环境带来的危害越来越大,许多国家相继制定了汽车废气排放控制标准和环境保护法规。美国从1992年1月起禁止四乙基铅抗爆剂的使用,我国从1997年开始在北京等大城市禁用加铅汽油。自2000年开始,我国城市汽车全部禁止使用含铅汽油。汽油含铅临界量是0.013g/L,国际以此数据作为界定无铅汽油的标准。

3.车用汽油牌号及规格

车用汽油牌号中的数字表示辛烷值含量的高低,牌号的数字越大,其辛烷值越高。汽油的质量水平主要体现在辛烷值、铅含量、硫含量、苯含量、蒸汽压及烯烃、芳烃含量等各种指标上。其中采用无铅汽油和严格控制硫及烯烃的含量是最重要的指标。

我国最早的无铅汽油标准是石化行业标准SH0041—1993。该标准控制铅含量已达到20世纪90年代国际水平,但硫含量较美、日两国颁布的无铅汽油规格偏高。我国汽油的发展经历了高辛烷值化、无铅化,已向清洁化方向发展。目前,我国车用汽油标准执行的是车用汽油GB17930—2006。GB17930—2006将车用汽油按研究法辛烷值分为90号、93号和97号三个牌号,牌号的含义为研究法辛烷值 (RON)。例如:90号汽油表示该汽油RON值不小于90。车用汽油的技术要求和试验方法见表4-3。

表4-3 车用汽油的技术要求和试验方法

续表

4.汽油选用注意事项

(1)根据汽车使用说明书的要求,按汽车的压缩比选用汽油牌号,以汽油机在正常条件下运行不发生爆燃为原则。压缩比高的发动机应选择高标号的汽油,压缩比低的发动机应选择低标号的汽油。若高压缩比的发动机选择低牌号的汽油,汽油发动机容易产生爆燃,发动机长时间爆燃,容易出现活塞烧结、活塞环断裂等故障,加速发动机部件的损坏;若低压缩比的发动机选用高牌号汽油,虽然能避免发动机爆燃,但高牌号汽油配低压缩比的发动机会改变点火时间,造成气缸内积炭增加,长期使用会缩短发动机的使用寿命。

(2)在汽油的供应上,若一时不能满足需要,则可以用牌号相近的汽油暂时代用,但必须对汽油机进行适当的调整。用辛烷值较低的汽油代替辛烷值较高的汽油时,应适当推迟点火提前角;相反,用辛烷值较高的汽油代替辛烷值较低的汽油时,则应适当提前点火。

(3)高原山区条件下使用时,由于大气压力小、空气稀薄,汽油机工作时爆震倾向减小,故可以适当降低汽油的辛烷值。一般海拔每上升100m,汽油辛烷值可降低约0.1个单位。

(4)经常在大负荷、低转速下工作的汽油机,应选择较高辛烷值汽油。

(5)发动机长期使用,由于燃烧室积炭、水套积垢等会使发动机缸压升高,导致爆震。因此,这类汽车在维护后应该燃用高一级的汽油。

(6)汽油的蒸发性受季节温度影响,差异较大,汽油的供应部门应根据季节变化,认真做好汽油供给工作。