车用汽油的品质及经济性评价

刘 初 春

（大连西太平洋石油化工有限公司， 辽宁 大连 116600）

车用汽油的品质及经济性评价

刘 初 春

（大连西太平洋石油化工有限公司， 辽宁 大连 116600）

介绍了评价汽油品质的综合指标，对汽油池组分构成与汽油辛烷值标号、密度、发热值之间的关系进行了分析；评述了汽车发动机特性对汽油品质的要求及对汽油燃效的影响，研究了不同辛烷值标号、不同调和组分汽油的使用经济性，提出了正确选择辛烷值标号的方向。

汽油品质；辛烷值；发热值；燃烧效果；压缩比；经济性

汽油品质越来越受到政府和消费者的关注，过去很多人把辛烷值标号当成了汽油品质档次的代名词，这显然是消费者对汽油这样一个目前已成为大众消费的商品缺乏全面而有深度的了解，尤其对汽油品质与汽油经济性的关系人们关注不多；随着汽车业的蓬勃发展及环境保护要求的提高，汽油质量在升级，品质随之发生变化，汽油生产成本上升，消费者和生产者除关注汽油品质外，更关注汽油的经济性。

世界发达国家在汽车产业发展、节能减排的历史进程中，目标基本一致，但路径各有差别，如欧盟的一些发达国家较大比例的使用高标号辛烷值汽油，同时也较大比例的生产和使用高压缩比汽车发动机，而美、日、韩等国则使用相对低标号辛烷值的汽油和压缩比相对低的汽车发动机，这两种模式都解决了环境友好问题，但谁更具经济性目前似没有定论。

我国正处在汽车业大发展、加快汽油质量升级的关键时刻，采取何种发展模式，对产业投资影响巨大；主流观点认为采用高压缩比汽车发动机、使用高标号清洁汽油是趋势，可以达到节能减排之目的，但笔者认为这一观点值得商榷，本文重点评述汽油品质与经济性问题，为汽车和汽油生产者及汽油消费者提供参考。

1 汽油品质及热值

汽油辛烷值标号只是汽油品质的其中一项指标，对汽油品质的评价应是广义的，主要指标包括辛烷值、苯含量、硫含量、芳烃含量、烯烃含量、蒸汽压等及MTBE等氧化物含量，当然还有如馏程、各种微量金属等杂质含量,这些指标通常作为评价汽油质量的依据；但汽油作为燃料，因燃烧发热而产生动力，其发热值尽管未作为品质指标而受关注，显然发热值是评价汽油经济性的关键指标，单位发热值高低直接影响汽油消耗量；汽油品质与汽油发热值没有密切的关联。

1.1 汽油品质评价

一般来说，高标号汽油中MTBE等氧化物含量、芳烃含量或烯烃含量等高辛烷值组分相对较高，由此密度也相对较大；在过去对环保要求不严的时代，辛烷值标号高的汽油就认为是好汽油，而今天，辛烷值与清洁性（有毒物质含量）都成了重要指标。

1.1.1 汽油综合品质评价

汽油质量升级的本质是不断降低汽油中硫、苯、芳烃、烯烃等有害物质的含量，在国Ⅱ升级到国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ标准中，主要把苯、芳烃、烯烃控制到了一个合适范围，并以大幅降低硫为主要目标，从而减少汽车尾气排放对大气的污染，为了弥补因降低苯、芳烃、烯烃含量所带来的辛烷值下降，放宽了氧含量（国Ⅱ为1.8%（w），国Ⅲ、国Ⅳ、国Ⅴ为2.7%（w）），以便可多加入高辛烷值组分MTBE等氧化物，表1所列某厂汽油品质基本代表了我国行业清洁汽油池组分构成，属于优质汽油，也是未来的发展趋势。

表1 某厂国Ⅴ汽油品质Table 1 National V Mogas Spec of one refinery

表2 两种汽油组分组成与辛烷值、密度之间的关系Table 2 The relationship between components and RON, density in two kinds of Mogas

1.1.2 汽油辛烷值与组成关系

通常对于研究法辛烷值（RON）, 各烃类辛烷值高低顺序为芳烃＞烯烃＞环烷烃＞烷烃[1]，而可调汽油的单组分氧化物（MTBE、叔戊基甲基醚、乙醇等）有各自辛烷值，表2列出了炼厂两种汽油组分的物化性质，从表2可看出辛烷值与烃类组成的关系。

1.1.3 汽油辛烷值与密度关系

对烃类来说，密度与烃类分子的碳/氢比、分子结构有关，一般来说碳/氢比越高的烃类密度越大，表3列出了C7的各类烃密度与碳/氢比之间关系，综合表1、表2可看出高辛烷值汽油中密度较大的芳烃、烯烃、高辛烷值氧化物等含量相对较高，因此，高辛烷值汽油其密度相对较大。

表3 以C7为代表的各类烃燃烧热25 ℃液态为基准Table 3 Calorific Value of different Hydrocarbons at 25 ℃ Liquid State

表4 国内可调汽油的含氧化物燃烧热Table 4 Calorific value of oxycompound to be blended into Mogas in China

1.2 汽油发热值

汽油发热值（燃烧热）是指单位体积或单位重量汽油经燃烧所产生的热量；因此，其热值高低主要和汽油中的碳、氢、氧含量有关，表3也列出了以C7为代表的甲苯、环庚烷、庚烯、庚烷（即芳烃、环烷、烯烃、烷烃）的密度、碳/氢比、燃烧热三者之间的关系，从表3可看出，总体趋势芳烃、环烷烃、烯烃、烷烃辛烷值逐步下降，碳/氢比下降，密度逐步下降、体积发热值下降。表4列出了国标允许可调汽油的含氧化物高辛烷值组分发热值等性质，这些含氧烃因氧的存在，燃烧热明显降低，且燃烧热随氧在分子中所占比例而存在差别，氧含量越高，燃烧热越低。可以推断，在氧含量一定的情况下，碳/氢比越高的汽油（如汽油中富含芳烃、环烷烃、烯烃），密度越大，辛烷值越高，其体积发热值越高，重量发热值越低；碳/氢比低的汽油（如富含烷烃），密度小，辛烷值低，其体积发热值低，重量发热值高；含氧量高低无疑也对汽油发热值产生影响，随着氧含量增高发热值降低。对于同一发动机，热值越高的汽油消耗汽油量越少，反之亦反。

2 汽车发动机技术与汽油辛烷值、燃效

汽车发动机效率的提高是汽车技术发展的主要课题，也是汽车节能减排的方向；汽油在发动机气缸中燃烧放热而使发动机做功产生动力，汽车发动机效率高低及功率大小与汽车自身、汽油品质有着紧密联系。

2.1 汽油燃烧效果

汽油燃烧效果的好坏是燃油效率的重要因素，如果进入气缸的汽油燃烧不完全，则意味着汽油浪费，潜在热量未能释放，而导致汽油燃烧不完全的原因可能有过剩空气系数（空/燃比）、汽油雾化混合效果、点火提前角、汽油燃烧性能（辛烷值高低）。过剩空气系数合理性取决于汽车设计和汽车控制调节系统水平；汽油雾化混合效果取决于汽油喷嘴的雾化效果，近年来，广泛使用的电喷、多点电喷技术大大改善了雾化，使燃油和空气混合更加均匀；汽油燃烧性能取决于燃油的烃族组成（表征为辛烷值），气缸中燃油燃烧为快速强氧化反应，如燃烧过程中发生爆震，就会影响到燃烧速度，导致燃烧不完全。汽车电控技术和多点电喷技术的应用不仅提高了汽油燃烧效率，同时还有效减轻了因燃烧不完全而产生的汽油烃及一氧化碳的排放[2]。

2.2 发动机压缩比

很多介绍汽车技术的人认为提高发动机压缩比可以提高发动机功率降低油耗，其理由是压缩比提高后，在压缩冲程中压力提高，燃油点火燃烧后因温度升高，燃烧室压力升高幅度更大，在作功冲程中对活塞的推动力更大，从而提高了发动机功率并节省耗油[3,4]；笔者以为这种解释不准确，根据热力学原理发动机能作功的能量来源是燃油的燃烧，发热量的高低取决于燃油的多少和是否完全燃烧，这是根本；燃油效率的第一环节是燃烧效果好坏，汽车节油高效是如何改善燃烧环境，把燃油中碳、氢全部转化成二氧化碳和水。而提高压缩比尽管在做功冲程中可释放较大功率，但压缩冲程中需要消耗能量、损失功率。

高压缩比从理论上说确实能提高发动机效率，但笔者认为之所以高压缩比能提高发动机功率和效率主要是气缸容积效率提高；高压缩比气缸燃烧室容积变小，在排气冲程中残留于气缸中的废气减少，吸气冲程中可进入的空气量增加，压缩冲程中燃烧室压力升高、残留废气比例降低，以致氧分压大幅提高，使燃烧速度加快，有利于“完全燃烧”并提高发动机效率，发动机压缩比与功率和耗油率的关系见表5。

表5 汽车发动机压缩比与功率和耗油率的关系[3]Table 5 The relationship between compression ratio and power rate of work, as well as oil consumption

压缩比提高后，燃烧室压力高且容积变得更“小”，汽油燃烧速度将变得更快时间更短，辛烷值低的汽油可能会出现爆振，影响燃烧效果甚至损坏缸体，因此，高压缩比发动机建议使用高辛烷值汽油，从而实现更大功率、更省油、更经济之目的；需要指出的是近年来汽车技术通过改进空/燃比控制、改善雾化、优化点火提前角使燃烧效果变好，美、欧等著名汽车生产商相继推出高压缩比发动机可以使用相对低标号的汽油。

2.3 自然吸气与涡轮增压

对于同样排气量发动机，采用涡轮增压与自然吸气相比，第一是节省油耗，它利用了排气过程中的能量带动涡轮压缩空气，提高了燃油效率；第二是在同样压缩比下，吸气冲程中因注入压缩空气，压力比自然吸气压力高，进入的空气量比自然吸气多，可燃烧更多的燃油，因此提高了功率。

2.4 发动机效率

汽车发动机效率是指发动机消耗的单位燃料所输出功率与单位燃料理论发热值之比；它与燃料燃烧效果、机械效率、气缸容积效率、空/燃比、压缩比等有关,现代汽车技术的发展都在追求提高发动机效率[5,6]，在此不多赘述。

3 使用汽油的经济性

汽油的经济性是指特定汽车消耗单位汽油所获得的功率；前已述及，它与汽车的技术水平及汽油品质有关，对于某一特定汽车，燃烧环境及转换效率已基本确定，汽车特性也已形成，有影响的主要是汽油品质。

3.1 汽油品质与辛烷值、发热值

我们可以通过改变汽油品质观察发热值变化，案例一（通过提高氧化物辛烷值组分）：以满足国Ⅴ标准并不含氧化物辛烷值组分的92#汽油为基础油，向基础油中加入MTBE提高3个辛烷值单位，约需加入11.54%（w）的MTBE，调和后的新汽油辛烷值为95，新汽油中氧含量为2.08%（w）（满足≤2.7%的国标），由此，新汽油的单位体积发热值较92#汽油下降约1.69%，即使用此种高标号汽油将增加油耗1.69%。案例二（通过提高高辛烷值烃类组分）：以满足国Ⅴ标准并含氧化物辛烷值组分和少量芳烃的92#汽油为基础油，向基础油中加入芳烃（如二甲苯）提高3个辛烷值单位，约需加入芳烃12%（w）, 调和后的新汽油辛烷值为95，由此，新汽油的单位体积发热值较92#汽油上升约1%，即使用此种高标号汽油将降低油耗1%。

3.2 汽油的经济性评价

对于汽油生产商、经销商、最终消费者而言，因国家对成品油的流通定价机制差别，如生产商出厂到经销商是以重量计价，经销商到最终消费者是以体积计价，评价汽油经济性在很多时候存在差异。对最终消费者来说，汽油的经济性主要看同样标号汽油（其它指标满足国家标准）其发热值的差异，使用发热值更高的汽油无疑更省油，但全球通用的做法并不以发热值来定价，而是以辛烷值标号来定价，辛烷值高的汽油价格高；前面两案例已充分说明汽油发热值与辛烷值没有必然联系，高辛烷值汽油的发热值有可能高也有可能低，它取决于汽油池组分的构成及国家的标准；按照目前我国的成品油定价机制，辛烷值每变化1个单位，价格相差约1.5%，如果单以汽油消耗成本来评价汽油的经济性，其结论是：(1)同样标号辛烷值汽油，使用低含氧化物辛烷值组分汽油经济性优于高含氧化物辛烷值组分汽油；(2)同样含量氧化物辛烷值组分汽油，低标号辛烷值汽油比高标号辛烷值汽油更具经济性；(3)同样标号辛烷值、同样含氧量汽油，大密度汽油比低密度汽油更具经济性。

4 结 语

汽车产业的发展对环境、对人们的生活影响越来越大，汽油质量的升级对汽车产业的发展是一个有力的支持，作为消费者，在使用汽油时应考虑汽车的特性需求和经济性。

（1）汽油品质是广义的，它包括辛烷值、清洁性、发热值等综合指标，汽车尾气排放污染物与辛烷值标号没有密切关系。

（2）汽油标号的选用主要视汽车的特性需求，压缩比高的发动机并不一定要用高标号汽油。

（3）汽车油耗高低主要取决于汽车本身和汽油品质，对最终消费者来说，使用相对低标号汽油和低含氧量汽油、大密度汽油更具经济性；综合考虑汽油生产商、最终消费者的利益，推广使用相对低标号汽油是上策，提升汽油清洁性的空间更大。

［1］陈俊武,曹汉昌.催化裂化工艺与工程[M].第一版.北京:中国石化出版社,1995:695-700.

［2］李军,张世艺,杨立众,何为.燃油品质对汽车发动机排放性能影响分析[J].重庆大学学报,2008,31(10):1107-1112[1].

［3］冯明星,柴志明,董黎明.成品油销售企业要引导用户科学选用汽油[J].国际石油经济, 2002, 10（5）: 42-45.

［4］乔莉.汽车发动机压缩比与用油[J].石油商技, 2004, 22(4):25-27.

［5］李君,习纲,栗工.提高汽车燃油经济性的技术路线与可行性研究[J].上海汽车, 2010(9):51-54.

［6］胡平,周荣,徐达.汽车燃油经济性优化方法[J].汽车工程师, 2010(3):35-38.

Evaluation of the Quality and Economy of Motor Gasoline

LIU Chu-chun
（Dalian West Pacific Petrochemical Co., Ltd., Liaoning Dalian 116600, China）

Composite indicators to evaluate the gasoline quality were introduced, and the relation between gasoline component, octane number, density and calorific value was analyzed. The requirements of motor-engine performance for the gasoline quality were discussed as well as the influence of engine performance on the combustion efficiency of gasoline. Meanwhile, the economy in use of gasoline with different octane numbers and components was researched. At last, how to properly choose octane numbers was pointed out.

Quality of gasoline; Octane number; Calorific value; Combustion efficiency; Compression ratio；Economy

TE 624

： A

： 1671-0460（2015）02-0321-04

2014-07-13

刘初春（1963-），男，湖南娄底人，教授级高级工程师，1983年毕业于大庆石油学院炼油工程专业，长期从事石油炼制和经营管理工作。E-mail：liuchuchun@wepec.com。