2022年11月28日星期一

汽油标号

无论是国内还是国外,市面上往往提供三种类型的汽油。在中国,它们的标号分别为92号,95号以及98号。汽油的标号指代的什么,又会影响什么呢?

现代汽油来自于原油的蒸馏加工等分离工序。这样的分离使得汽油在某个蒸馏温度区间(60 ~ 220 度)中达到沸点而得以被分离。原油之所以可以被如此分离,是由于其中的不同分子具有不同、甚至差异较大的分子量,因而沸点不同;而分子量是由碳(C)与氢(H)原子的个数和比例接决定的。在汽油中,单个分子的碳原子个数介于5到12个。其中比例最高的组成分子为戊烷pentane(C5H12)到辛烷octane(C8H18)。不同的碳氢化合物具有不同的爆燃性质。

自上个世纪初以来,家用汽车多采用四冲程汽油机。它具有进气,压缩,做功和排气四个冲程。

其中最关键的两个过程,压缩和做功,决定着发动机的性能。压缩过程是指将混入空气与汽油地发动机压缩到较小的体积,以便燃烧做功;做功时,发动机的火花塞点燃混合气,燃烧放热并驱动发动机做功,准备进行下一次循环。

但由于汽油的燃烧的特性,在与空气充分混合后,很可能由于高温高压自动爆燃;而在压缩阶段,混合气温度、压力升高,很可能触发爆燃,这个现象被称为“敲缸”,它不仅影响发动机的性能,还会损害发动机本身,影响其使用寿命。

因此,研究汽油的爆燃特点是非常重要的。

汽油的防爆值,学术上称为辛烷值(Octane number),就是衡量汽油的防爆能力的。辛烷值是一个比较指标,按照如下方法定义的:

由于辛烷的异构体异辛烷具有较好的抗爆性能,规定其为辛烷值100的燃料;反之,正庚烷(C7H16)的防爆性能较差,规定为0. 对于辛烷值未知的汽油燃料,将其与异辛烷和正庚烷的混合物做防爆测试比较,在同样的测试条件(如发动机转速、发动机温度等)下,如果得到相同或相近的防爆结果,则给予该汽油相应的辛烷值。如,某汽油与90%异辛烷加10%正庚烷的混合物具有相同的防爆性能,则给予90% * 100 + 10% * 0 = 90的辛烷值。

这样的测试基于不同的条件,分为研究法辛烷值(Research Octane number)与马达法辛烷值(Motor Octane number),前者对应发动机的中低负荷运行,而后者对应高强度下的发动机运行。高强度下,由于温度,转速等较高,爆燃性能必然会打折扣,因此马达法的辛烷值较研究法的更低。中国与欧洲现采用研究法辛烷值为商用标准,而美国则取两者的平均值,这也是为什么美国的几个汽油标号为 87, 89, 91等。

原油蒸馏得到的汽油辛烷值仅有70左右,完全达不到商用标准,因此,工业上一般通过裂化与异构化等工艺进行加工,或是添加某些抗暴剂。其中,最臭名昭著的就是四乙基铅 Pb(C2H5),这是由美国化学家托马斯·米基利发现的一种效果明显的防爆剂,曾在上个世纪被广泛使用。然而,混合了铅化合物的汽油在燃烧后会将铅释放到空气中,进而进入人体,严重影响成人的身体健康和青少年的神经发育,现已被明令禁止。因此,现如今看到无铅汽油就是为了避免人们因可能含铅而拒绝消费的。

不同的车型、发动机之所以适应不同的辛烷值的汽油,正是因为发动机本身的压缩比不同。发动机的压缩比即在第三个冲程中,压缩前后的发动机容积,一般介于8:1到12:1之间,性能更好的汽车压缩比往往较高;但较高的压缩比使得爆燃的发生更为频繁。因此,越好的发动机越应当使用防爆系数更高的汽油作为燃料,以保证性能,延长寿命。而普通的发动机完全没有使用高防爆系数的汽油的需求。

所以,没有最好的,只有合适的!

Ref:

https://www.thoughtco.com/gasoline-and-octane-ratings-overview-602180

https://www.shobserver.com/sgh/detail?id=573505

https://zhuanlan.zhihu.com/p/34929244

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