汽油的使用性能

5.1　汽油的使用性能

汽油机的主要燃料是汽油，它是从石油提炼而得到的密度小、易于挥发的液体燃料，自燃点为415°C～530°C。按照提炼方法，汽油可分为直馏汽油和裂化汽油。将石油加热，在35°C～200°C的温度范围内蒸发出来的轻馏分蒸汽冷凝后即成为直馏汽油。汽油的裂化法有热裂化和催化裂化。利用催化裂化法可以从石油中获得更多的优质汽油。

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起动、平稳运转、正常燃烧，在油路中不挥发形成“气阻”，不发生爆炸，在贮存和使用过程中不发生显著的质量变化，燃烧后无沉积物，不应引起发动机零件的腐蚀、不应有机械杂质及水分以及对环境的污染少等，这些要求要靠一系列性能指标来保证。因此，了解汽油的性能、评价指标等内容对正确合理地选用汽油显得十分必要。过去曾采用在汽油中添加四乙基铅以提高抗爆性，但含铅汽油因会对环境造成严重污染而不再使用，无铅汽油是目前汽油机广泛应用的燃料。

5.1.1　无铅汽油的性能指标

无铅汽油的性能指标主要有:汽油的挥发性、汽油的抗爆性、汽油的安定性、汽油的防腐性和汽油的清洁性。

1.汽油的挥发性

汽油由液体状态转化为气体状态的性能叫做汽油的挥发性。汽油进入发动机气缸前必须经过汽化并与空气混合。汽油挥发性好就易汽化，与空气混合均匀，燃烧速度快，燃烧完全，发动机易启动，加速及时，各工况间转换灵敏柔和。但挥发性太好则可能会在油管中形成气泡，产生“气阻”。挥发性不好的汽油汽化比较不完全，造成燃烧不完全，增加油耗及排放污染，没有完全燃烧的油滴还可能破坏润滑膜，增加磨损。评定汽油挥发性的指标有:

(1)馏程。是油品在规定条件下蒸馏所得到的，以初馏点和终馏点表示其蒸发特征的温度范围。馏程的测定是按GB/T6536《石油产品馏程测定法》的规定进行的，它是将100ml试样按规定条件进行蒸馏，系统观察温度计读数和冷凝液体体积，并根据这些数据计算和报告结果。

试验时将试样加入蒸馏烧瓶中，按要求调节加热速度，从冷凝管下端滴下第一滴冷凝液所观察到的温度叫做初馏点;量筒内回收到10ml、50ml、90ml冷凝液时的温度分别称为10%、50%、90%馏出温度;当全部液体从蒸馏烧瓶底部蒸发后的温度称为终馏点。

10%馏出温度表示汽油中含轻质馏分的量，对汽油机冬季启动的难易程度和夏季是否发生“气阻”有很大影响。该温度低时，发动机易启动，启动时间短，耗油少，所以要求不高于70°C;但也不宜过低，过低时，在夏季易产生“气阻”。

50%馏出温度表示汽油的平均挥发性。该温度低可改善发动机的加速性、工作稳定性和启动后的暖车升温性能，所以要求不高于120°C。

90%馏出温度和终馏点表示汽油中含重馏分的数量，该温度高，汽油挥发性差，即汽油在点火爆发前处于未蒸发状态的数量多，将冲刷汽缸壁土的油膜，稀释润滑油，加剧磨损。由于燃烧不完全，还会造成油耗大、污染增加。90%的馏出温度要求不高于190°C，终馏点不高于205°C。

汽油蒸发后仍有一些残留物，它表示汽油中重质馏分和在贮存中氧化生成的胶质含量，这些物质会结胶或沉积在进气门、化油器量孔或电喷发动机的喷嘴上，影响混合气的配制精度及发动机正常工作。

(2)饱和蒸气压。在一定温度下，汽油的液气两相达到平衡时的蒸汽压强叫做汽油的饱和蒸气压。饱和蒸气压的测定详见GB/T8017《发动机燃料饱和蒸汽压测定法(雷德法)》。

汽油饱和蒸气压主要用来控制车用汽油挥发性上限(下限由馏程控制)。汽油的饱和蒸气压过高，使汽车在夏季工作时，特别是在高原地区易发生“气阻”，增大汽油在贮存与使用中的蒸发损失。在国家标准中规定汽油蒸汽压春夏季不得大于74kPa，秋冬季不得大于88kPa。

2.汽油的抗爆性

汽油的抗爆性是指汽油在发动机的气缸内燃烧时防止产生爆燃的能力。爆燃是汽油机的一种不正常燃烧。它是在特定的情况下，当混合气已燃烧了2/3～3/4时，由于受到气缸温度、压力上升的影响，在未燃部分的混合气中产生大量不稳定的过氧化物，在正常火焰前锋未达到前，由于剧烈氧化而自燃，产生许多火焰中心，火焰传播极快，形成压力脉冲，使气缸内产生清脆的金属敲击声。爆燃使机件过快磨损，热负荷增加，噪声增大，功率下降，油耗上升。影响爆燃的因素很多，如发动机结构与工作条件等，其中最重要的是压缩比。高压缩比的发动机易产生爆燃。抗爆性好的汽油允许发动机采用较高的压缩比，从而提高了动力性和经济性。

汽油的抗爆性用辛烷值评定。辛烷值是代表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实验中，通过和标准燃料进行比较来测定，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。测定的方法有研究法(RON)和马达法(MON)两种。

研究法辛烷值(RON):以较低的混合气温度(一般不加热)和较低的发动机转速(一般在600r/min)在中等苛刻条件下进行，先选定两种标准液:一种是异辛烷，其抗爆性相当好，规定辛烷值为100;另一种是正庚烷，其抗爆性很差，规定辛烷值为0，把它们按不同的体积比混合即可获得各种不同抗爆的参比用标准燃料。再把测试油加到标准的爆燃强度(可从仪表上读出)。然后，在相同条件下选择辛烷值接近的标准燃料进行对比试验，当某种标准燃料与进行对比的测试油相同时，该标准燃料中异辛烷的体积百分数即为测试油辛烷值。

马达法辛烷值(MON):以较高的混合气体温度(一般加热至149°C)和较高的发动机转速(一般达900r/min)的苛刻条件下为其特征的实验室标准发动机测得辛烷值。其测定的方法与研究法的辛烷值基本相同。

从测定条件可知:马达法辛烷值表示汽油在发动机重负荷条件下高速运转的抗爆能力，它模拟载货汽车在公路条件下行驶的工况。同一种汽油用研究法测定的辛烷值比马达法测定的辛烷值要高6～10个单位，这一差值叫做汽油的灵敏度，可用来反映汽油抗爆性随运转工况激烈程度的增加而降低的情况，汽油灵敏度越小越好。

由于研究法辛烷值和马达法辛烷值都不能全面反映车辆运行中燃料的抗爆性能，一些国家引用一个叫抗爆指数的指标，它是同一种汽油研究法辛烷值与马达法辛烷值的平均数，即:

抗爆指数也叫平均辛烷值，可反映在一般条件下汽油的平均抗爆性能。

由于汽油的抗爆性对发动机工作影响很大，人们一直致力于提高汽油辛烷值。提高汽油辛烷值常用的方法有:

采用先进的汽油炼制工艺。汽油各种组分的辛烷值有很大区别。一般来说，用常压蒸馏获得的直馏汽油辛烷值只有40～55;用热裂化和延迟焦化制取的汽油，辛烷值达50～65;催化裂化、加氢裂化和催化重整炼出的汽油辛烷值达70～85以上。因此，采用先进的炼油工艺是提高汽油辛烷值的有效途径。

在汽油中调入辛烷值改善组分。汽油中调入烷基化油、异构化油和适量的苯、甲苯等。它们都能提高抗爆性，但芳香烃的苯等不容易燃烧完全，有毒。20世纪70年代起国外出现了新的高辛烷值汽油调合成分——含氧化合物，如甲基叔丁醚(MTBE)等。MTBE的研究法辛烷值为117，不仅抗爆性好，因含氧，燃烧性能好，可减少芳香烃调入量，使车用汽油在有较高辛烷值的同时，排放更加干净。

3.汽油的安定性

汽油在正常的贮存和使用条件下，保持其性质不发生永久变化的能力，称为汽油的安定性。安定性不好的汽油，容易发生氧化反应，生成胶状物质和酸性物质，使辛烷值降低，酸值增加，颜色变深。使用这种汽油，易堵塞电喷式发动机的喷嘴，气门粘结关闭不严，积炭增加，气缸散热不良，火花塞积炭导致点火不良等。评定汽油安定性的指标主要有实际胶质和诱导期。

(1)实际胶质。是指在规定的条件下测得的车用汽油蒸发残留物的正庚烷不溶部分。测定时按GB/T8019车用汽油和航空汽油实际胶质测定法(喷射蒸发法)，使已知量的汽油在控制温度和空气流的条件下蒸发，再在残留物中加入一定量正庚烷，按规定除去正庚烷溶液后剩余部分便为实际胶质，用100ml试样中所含毫克数(mg/100ml)表示。它可用来判断汽油在汽油机中生成胶质的倾向，通过这一指标来鉴别汽油能否使用和继续储存的可能性。国家标准规定实际胶质不超过5mg/100m l。

(2)诱导期。是指在规定的加速氧化条件下，油品处于稳定状态所经历的时间周期，可评定汽油在贮存期间产生氧化和形成胶质的倾向。诱导期越长，汽油越不易被氧化。测定时，按GB/T256汽油诱导期测定法，将试样置于密闭容器68.8kPa的氧气中，在温度为100℃下，保持压力不下降所经历的时间，以分钟计。要求车用汽油的诱导期不小于480min。

由于诱导期的测定只考虑了氧的消耗量，因此它只反映汽车中胶质形成以及氧化占优势的情形，而对于以聚合、缩合与烯烃共聚占优势的汽油氧化，因氧化过程中吸氧较少，故诱导期不能反映燃料的氧化安定性。为了克服诱导期的不足，不安定系数用来评定汽油的安定性。它是130ml汽油在测定条件下(93°C，储存16h)的吸氧率和胶质增长量之积:

不安定系数BZ16值越小，汽油的氧化安定性越好。

为了提高汽油的安全性，一是通过炼制工艺，使易氧化的活泼的烃类及非烃类尽量减少;二是在汽油中加入一些助剂，如提高汽油氧化安定性的抗氧防胶剂，抑制金属Ni、V、Na等对催化裂化催化剂的污染金属钝化剂。

4.汽油的防腐性

汽油的防腐性是指汽油阻止其接触的金属被腐蚀的能力，用下列指标评定:

(1)硫含量。是指存在于油品中硫及其衍生物的含量，以质量百分数表示。汽油中的硫燃烧后生成二氧化硫和三氧化硫，遇到冷凝水或水汽时，会生成亚硫酸和硫酸，对金属有强烈的腐蚀作用，所以应严格控制硫含量。测定时按GB/T380石油产品硫含量测定法(燃灯法)，将试样放在灯中燃烧，用碳酸钠水溶液吸收生成的二氧化硫，并用容量分解法计算硫含量。国家标准规定车用汽油的硫含量不大于0.15%。

(2)硫醇硫含量和博氏试验。石油中还有一些含硫化合物，其中硫化氢和低分子硫醇(RSH)，同元素硫(S)一样，都能腐蚀金属，称为活性硫化物，汽油中不允许存在。测定时需按SH/T0714《芳烃和轻质石油产品硫醇定性试验法(博氏实验法)》标准执行。将有亚铅酸钠溶液的试样加在量筒中，经摇动，观察混合液外观变化，判断其中是否存在硫醇和硫化物。再通过添加硫磺粉，摇动并观察溶液的最后外观变化，进一步确认硫醇的存在。1993年车用汽油的国家标准还增加了对硫醇含量进行定量试验的要求。试验时按GB/T1792《馏分燃料中硫醇硫含量测定法(电位滴定法)》标准执行，要求硫醇硫含量不大于0.001%。

(3)铜片腐蚀试验。是指在规定条件下，测定油品对于铜的腐蚀倾向，测定时按GB/ T5096《石油产品钢片腐蚀试验法》，把一块已磨光的铜片浸没在一定量的试样中，并按要求维持在50℃±1℃的温度，保持3h±5min，待试验周期结束时取出铜片，经洗涤后与腐蚀标准色板进行比较，确定腐蚀级别。

1级:轻度变色，淡橙色，几乎与新磨好的铜片一样，深橙色。

2级:中度变色，紫红色、淡紫色、银色、金黄色、黄铜色。

3级;深度变色，洋红色覆盖在黄铜色上的多彩色，孔雀绿，但不带灰色。

4级:腐蚀，透明的黑色，石墨黑色或无光泽的黑色，有光泽的黑色或乌黑发亮的黑色。

(4)酸度是指中和100ml油品中的酸性物质所需要的氢氧化钾的毫克数，以mgKOH/ 100ml表示。测定时按GB/T379《含乙基液汽油酸度测定法》，用85%乙醇溶液抽出汽油中的有机酸，再用氢氧化钾与醇溶液进行中和滴定，国家标准规定，车用汽油的酸度不大于3mgKOH/100ml。

(5)水溶性酸和碱。水溶性酸是指无机酸和低分子有机酸。水溶性碱是指氢氧化钠和氢氧化钾等。它们是在石油炼制过程中残留下来的，对金属有强烈腐蚀作用，汽油中不允许存在。测定时按GB/T259《石油产品中水溶性酸及碱测定法》，用蒸馏水或乙醇水溶液抽提试样中水溶性酸和碱，然后分别用甲基橙或酚酞指示剂检查抽样出液的颜色变化情况，或用酸度计测定其pH值，以判定无水溶性酸或碱的存在。

5.汽油的清洁性

汽油的清洁性是指汽油是否含有机械杂质或水分。

炼油厂炼制的成品汽油是不含有机械杂质和水分的，但在运输、灌注、贮存和使用过程中，机械杂质(锈、灰尘、各种氧化物等)和水分会混入汽油中。机械杂质会加速喷油器的磨损，或堵塞喷油器和汽油滤清器。机械杂质进入燃烧室，又会使燃烧室积炭增多，引起气缸、活塞和活塞环的加速磨损。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。所以车用汽油中应严格控制机械杂质和水分的混入。

评定汽油清洁性的指标是机械杂质和水分，按GB/T511《石油产品和添加剂机械杂质测定法(重量法)》和GB/T260《石油产品水分测定法》进行评定。简易的判断方法是将汽油注入清洁干燥的100ml量筒中沉淀12～18h，若油色透明并且没有悬浮物和沉淀物以及水分，则认为合格。

5.1.2　车用汽油的标准

世界各国都根据本国的汽油发动机的结构特点、使用条件和石油的炼制水平来制定本国的汽油标准，同时随着发动机技术、石油炼制技术的发展而不断进行修订。大多数国家汽油分为优质汽油和普通汽油两种，英国、美国和法国另有一种超级汽油。英国的超级汽油、优质汽油和普通汽油的辛烷值分别为100.5、97.5和90.5;日本分为1号和2号汽油，研究法辛烷值分别大于95和85。国外根据其环保法规定，绝大多数用无铅汽油。为了保证电喷汽油机的充分发挥和长寿命运行，以及符合美国1990年颁布的清洁空气法的要求，国外开始生产新配方汽油(RFG)。这种汽油除辛烷值符合发动机的要求外，为了保护环境，还需严格控制芳香烃、苯和烯烃的含量，不准使用含金属添加剂等，同时要求增加含氧量并必须加有适量的抗沉积物的添加剂等，这是因为电喷发动机喷油器易被沉积物堵塞。美国联邦清洁空气修正案规定，自1995年1月起，全美国的汽油必须加有含抗沉积物的添加剂。同时汽油中大量调入甲基叔丁醚(MTBE)一类含氧化合物。

我国车用无铅汽油目前均用研究法辛烷值划分牌号，有90、93和95三个牌号，其执行标准为GBl7930－1999。我国目前市售车用汽油的质量与发达国家相比，还有一定的差距。

5.1.3　车用汽油的选用

1.车用汽油的选择

应按汽车使用说明书的要求，以在正常运行条件下不发生爆燃为原则，选用适当辛烷值牌号的车用汽油，在没有使用说明书时，也可以根据发动机的压缩比等因素来选择汽油牌号。一般来说，压缩比高时，爆燃倾向严重，应选用辛烷值较高的汽油。如压缩比在7.0以下的发动机可选用90号车用汽油，压缩比在7.0～8.0间的发动机选用90号、93号车用汽油;压缩比大于8.0的发动机选用93号、97号车用汽油。但爆燃还受其他因素的影响，如进气道结构、燃气室形状与面积比、火花塞及气门的布置、发动机冷却强度，以及是否安装爆燃传感器等。所以，传统强调的压缩比与辛烷值的对应关系已越来越模糊，在没有使用说明书时，汽油的牌号往往靠驾驶员凭经验进行选择。

2.汽油使用注意事项

(1)发动机长期使用后，由于燃烧时积炭、水套积垢等原因，使压缩比等因素发生变化，爆燃倾向增加，此时应及时维护发动机，如压缩比变化了，原牌号汽油不能满足要求，可考虑更换汽油牌号。

(2)原用低牌号汽油改用高牌号汽油时，可把点火提前角适当提前，以发挥高牌号汽油优良性能;反之，点火提前角应适当迟后，以免发生爆燃。

(3)在炎热夏季和高原地区，由于气温高，气压低，易发生气阻，应加强发动机散热，使油管和汽油泵隔热，或者换用饱和蒸气压较低的汽油。

(4)汽车从平原驶到高原地区后，可换用较低辛烷值汽油，或适当调前点火提前角。

(5)汽油不能渗入煤油或柴油。后者挥发性和抗爆性差，会引起爆燃和严重破坏发动机润滑，导致发动机损坏。

(6)不要长期存放变质的汽油，否则结胶、积炭严重，这对电喷发动机的影响更大。尽可能加满油箱，以避免蒸发损失。

(7)汽油易燃、易爆、易产生静电，使用中要注意安全。