车用汽油驱动性指数研究

刘 倩，刘顺涛，郑 煜

（中国石化石油化工科学研究院，北京100083）

车用汽油驱动性指数研究

刘 倩，刘顺涛，郑 煜

（中国石化石油化工科学研究院，北京100083）

车用汽油驱动性指数（DI）综合考虑了汽油各个馏分的分布，能较好地表征汽车冷起动性能和暖机性能。对DI的提出、研究进展及用途进行了阐述，并对我国车用汽油样品DI值分布情况进行了初步分析研究。考察了不同季节、不同区域DI值的分布情况，并考察了车用汽油质量升级对DI值的影响。结果表明：我国汽油DI值分布范围较宽，不同地区的DI值差别很大；被考察地区不同季节DI值差别明显，冬季汽油DI值整体偏低；同一季节有些地区汽油DI值差别不大，但有的地区汽油DI值跨度很大。被考察的两个地区近几年随着油品的升级DI值变化不大。有些地区的部分样品DI值较高，应给予关注。

车用汽油 挥发性 驱动性能 驱动性指数

挥发性作为车用汽油关键性能之一，直接影响着汽油机的起动、暖机、加速等驱动性能，一直是业内关注和研究的重点，汽油产品标准对挥发性的规范也是很重要的一部分［1－4］。汽油挥发性的评价方法一般为蒸气压和馏程。蒸气压应足够高以保证发动机容易起动，但又不宜太高，否则容易形成气阻，恶化驱动性能以及增加蒸发排放损失。馏程用蒸发体积分数为10%，50%，90%时的蒸发温度（T10，T50，T90）和终馏点来表示，可以表征汽油机的启动能力、汽油机升温时间及加速能力、充分燃烧情况及燃烧沉积物生成程度。欧盟标准EN228用70，100，150℃蒸馏出汽油的百分比（E70，E100，E150）来规定汽油的蒸发性能。为了保证良好的汽车驱动性能，特别是冷起动性能和暖机性能，国外发展了驱动性指数（简称DI）来表示汽油的挥发性能［57］。DI由含T10，T50，T90的关联式计算得出，综合考虑了汽油各个馏分段，可以控制汽油馏程均匀分布在一个正常合理的范围。美国材料和试验协会对车用汽油DI值范围进行了规定，DI在国际上也受到越来越多的关注，并得到持续不断的研究。在我国，一些炼油厂内部已经对某些调合油进行DI的测定和监控，一些油品销售公司也开始将DI值作为内控指标。随着燃油质量的快速升级，汽油组分发生变化，可能使汽油挥发性降低。我国市场上存在一些由轻组分的石脑油和重组分的重芳烃等简单调合而成的汽油，尽管馏程和蒸气压指标都合格，但馏程分布极不均匀。我国目前对DI的研究报道很少［8］，DI关联式对我国油品的适用性及对汽车驱动性能的表征能力还有待研究。因此，开展DI对汽车驱动性能影响研究，对汽油的生产、销售及储存规范具有重要意义。本文对DI的提出、研究进展等进行阐述，并采用DI关联式对我国车用汽油样品DI值分布情况进行分析，为DI的进一步深入研究提供支持。

1 国外驱动性指数研究发展

20世纪60年代末至70年代初，美国由于排放法规的要求，汽车发动机的改变导致的冷起动问题变得严重，美国协调研究委员会（CRC）研究发现，随着汽油挥发性的增加或（和）环境温度的升高很多冷起动故障会减少［6，9－10］。因此CRC和油企、车企共同开始了一系列的冷起动研究，旨在寻找一种测试方法来评估不同环境温度下的汽车驱动性能（将驱动性能定义为在规定驾驶条件下驾驶员对车辆总体性能的评价）。CRC于1970年开始汽车冷起动与汽油挥发性的研究，首次用含T10，T50，T90的关联式预测汽车冷起动性能［910］。随后CRC和其它机构将蒸发温度、蒸发体积和蒸气压这些参数组合起来作为独立变量，开发了一些计算式以关联驱动性能［6，10－12］。经过一系列研究，最终发现用蒸发温度关联式预测驱动性能最合理，并将其称为驱动性指数（DI）。

在上述研究中，驱动性能评价是在标准的测试规范下，通过冷起动、怠速、轻踩油门加速、节气门全开加速等一系列测试操作，由经过专业培训的有资质的驾驶员或评分员根据车辆在测试过程中所出现的故障及其严重性进行评分。CRC目前最常用的标准程序是CRC E－28－94冷起动和暖机性能测试程序［13－14］。对所有操作故障分数进行加权可以得到总加权故障分数（TWD）并以此来表征车辆的驱动性能。将所有汽油的TWD值经过数据处理后与DI计算值作图［15］，进行线性回归，回归系数越接近于1，表明DI关联式对驱动性能的预测性越好。

1988年美国材料和试验协会（ASTM）驱动性能工作组通过6家实验室对336辆汽车、92种汽油在12个环境温度下（－20～21℃）进行试验，得到DI关联式为DI＝1.5×T10＋3.0×T50＋1.0×T90，由于T10，T50，T90在ASTM D4814中已有规范，也是汽油生产过程中通常的控制参数，此式于1998年加入到ASTM D4814中。研究前期，汽油样品都为烃类汽油，上述DI关联式也由烃类汽油样品得到。由于汽油中经常含有氧化物，氧化物对汽油蒸发性有影响，尤其是乙醇对馏程的前期馏出温度影响极大。CRC从1984年开始对含氧汽油进行DI研究，并对之前的DI关联式进行修订［13－14，16－19］。2003—2005年CRC提出乙醇汽油的DI修订式为DI＝1.5×T10＋3.0×T50＋1.0×T90＋2.403×EtOH（EtOH为乙醇体积分数，DI单位为℉），此式已被ASTM D4814采用［14］。

CRC研究表明，DI值越低汽油挥发性越好，冷起动和暖机性能越好。CRC第605号报告指出，对29种燃油（9种碳氢燃料，11种含10%乙醇，9种含15%MTBE）的测试数据表明，随着DI的增加，所有汽油的驱动性能问题增多。2005年CRC对10个燃油（4个碳氢燃料，6个乙醇汽油）在－1～－4℃环境温度下进行测试，研究结果表明，DI值在1 250～1 300℉范围内时，随着DI值的增加，冷起动和暖机性能变差［14］。当汽油DI值超过1 250℉后，冷起动和暖机性能急剧变差［20］。有文献指出，一旦驱动性能达到后，没有必要再进一步降低DI值［21］。据CRC文献报道，对DI进行规范是为了使汽油有足够的挥发性以保证好的冷起动和暖机性能，可以通过减少汽油T10，T50，T90中2个或3个参数接近规格值的可能性以避免差的驱动性能，DI规格值的建立不是为了提高产品质量，而是防止汽油组分变化导致挥发性减少，防止非主流质量的汽油进入市场［6］。

2 实 验

试验用汽油样品为国内成品汽油，样品采集地点均为市区。

仪器为法国ISL AD86 5G2自动常压蒸馏仪。

汽油蒸馏特性按GB?T 6536《石油产品常压蒸馏特性测定法》进行检测，得到T10，T50，T90和终馏点。汽油DI按ASTM D4814《汽车火花点火发动机燃料规范》中计算式进行计算，即DI＝1.5× T10＋3.0×T50＋1.0×T90＋1.33×EtOH（EtOH为乙醇体积分数，DI单位为℃）。

3 结果与讨论

3.1 不同季节DI值分布

为了考察我国车用汽油冬季和夏季DI分布情况，对广东省、福建省和浙江省的汽油产品进行DI测定及规律研究，汽油样品种类均为车用汽油。其中广东省样品数为80个，冬季和夏季各40个，福建省、浙江省样品数量为24个，冬季和夏季各12个。每个地区的汽油DI值分布见图1～图3。从图1～图3可以很明显地看出，3个地区夏季DI值整体上比冬季高，DI最小值均在冬季中出现，除广东省外，DI最大值均在夏季中出现。冬季汽油DI值低可能是由于我国汽油标准中冬季蒸气压限值高的原因，因此T10和T50会有不同程度的降低，使汽油具有更强的挥发性以保证汽车的冷起动。从图1～图3还可以看出：福建省和浙江省汽油样品的DI值范围较窄；广东省汽油样品DI值范围较宽，最大值与最小值的差值近130℃，DI值为550～600℃的样品较多。

图1 广东省汽油DI值分布

图2 福建省汽油DI值分布

图3 浙江省汽油DI值分布

3.2 不同地区DI值分布

为了使比较更为合理，考察同一季节（冬季）不同区域的DI值分布差异。考察地区为黑龙江、北京、天津、陕西、湖南、浙江、上海和广东8个省市。所有省市样品数量均为12个。黑龙江省汽油样品为车用乙醇汽油，其它省市均为车用汽油。不同省市DI值比较如图4所示。由图4可以看出：我国DI值分布范围宽，最小值不到450℃，最大值超过620℃，相差170℃之多；不同地区DI值差别较大，按平均值进行比较，北京市、广东省、上海市车用汽油DI值较大，而陕西省、湖南省、浙江省DI值较小，8省市平均值相差达110℃；按最大值进行比较，广东省汽油DI值的最大值超过620℃，北京市超过590℃，上海市近590℃，浙江省不到490℃，8省市DI最大值相差达130℃；温度较低的黑龙江省、天津市DI平均值低于530℃，但北京市DI平均值大于580℃，最大值超过590℃，而ASTM D4814规定DI最大值为597℃，因此建议考察此类汽油样品是否满足汽油机冷起动、暖机、加速等性能要求。广东省部分样品的DI值高于600℃，建议对此类汽油产品也应给予关注。

图4 不同省市DI值比较

3.3 近几年DI值分布

对2010—2014年北京市第一季度车用汽油进行了DI值分析，结果见图5。近5年时间北京车用汽油标准从DB 11?238—2007升级到DB 11? 238—2012，其中，2010—2011年考察样品执行DB 11?238—2007标准，2012—2014年样品执行DB 11?238—2012标准。从图5可以看出，DI平均值变化幅度不大，波动范围为540～570℃，DI最大值变化小于20℃。由此可以看出，油品升级后DI值变化不大。

图5 北京市近5年DI值比较

对广东省2009—2014年的车用汽油进行了DI值分析，结果见图6。考察样品执行标准包括GB 17930（Ⅱ）、GB 17930（Ⅲ）和DB 44?694—2009（简称粤Ⅳ）。由图6可知，近几年广东省汽油的DI平均值基本不变，DI最大值略有浮动。通过对GB 17930（Ⅲ）汽油和粤Ⅳ汽油的DI值进行比较，发现后者的平均值和最大值都偏大，比前者提高约30℃，这一现象可能与汽油的组成结构差异有关。

图6 广东省近几年DI值比较

4 结束语

我国汽油DI值分布范围较宽，不同地区的DI值差别很大；被考察地区不同季节DI值差别明显，冬季DI值整体偏低；有些地区同一季节汽油DI值差别不大，但有的地区汽油DI值跨度很大。北京市和广东省近几年随着油品的升级DI值变化不大。根据研究结果，北京市冬季汽油DI值较高，广东省部分汽油样品DI值也较高，应给予关注。建议结合油品特点及各地区气候、季节变化情况，选择合适的汽油DI值。

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STUDY ON DRIVEABILITY INDEX FOR MOTOR GASOLINE

Liu Qian，Liu Shuntao，Zheng Yu
（SINOPEC Research Institute of Petroleum Processing，Beijing100083）

The driveability index（DI）considering the distribution of fractions of motor gasoline can indicate the cold－start and warm－up performance of the vehicle engine.The history，developments and applications of DI were stated.The DI distributions in China were analyzed considering different seasons and different areas.Through the analysis of a large number of samples，the effect of quality upgrading of gasoline on DI was also investigated.The results show that the DI values change widely with regions and seasons in China.The DI value is obviously lower as a whole in winter than in summer.At the same season there are big differences in DI value for some region，but for some other areas the span of gas DI value is very large.DI value in recent years changes very little though the quality of gas is upgraded in the two regions investigated.It is noteworthy that the samples in some regions have higher DI values that need careful attention.

motor gasoline；volatility；driving performance；driveabilityindex

2015－10－29；修改稿收到日期：2015－12－08。

刘倩，硕士，工程师，从事石油产品性能评价及研究工作。

刘倩，E－mail：liuqian.ripp＠sinopec.com。