劉 倩，劉順濤，鄭 煜

（中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083）

車用汽油驅(qū)動性指數(shù)研究

劉 倩，劉順濤，鄭 煜

（中國石化石油化工科學(xué)研究院，北京100083）

車用汽油驅(qū)動性指數(shù)（DI）綜合考慮了汽油各個餾分的分布，能較好地表征汽車?yán)淦饎有阅芎团瘷C(jī)性能。對DI的提出、研究進(jìn)展及用途進(jìn)行了闡述，并對我國車用汽油樣品DI值分布情況進(jìn)行了初步分析研究?？疾炝瞬煌竟?jié)、不同區(qū)域DI值的分布情況，并考察了車用汽油質(zhì)量升級對DI值的影響。結(jié)果表明：我國汽油DI值分布范圍較寬，不同地區(qū)的DI值差別很大；被考察地區(qū)不同季節(jié)DI值差別明顯，冬季汽油DI值整體偏低；同一季節(jié)有些地區(qū)汽油DI值差別不大，但有的地區(qū)汽油DI值跨度很大。被考察的兩個地區(qū)近幾年隨著油品的升級DI值變化不大。有些地區(qū)的部分樣品DI值較高，應(yīng)給予關(guān)注。

車用汽油 揮發(fā)性 驅(qū)動性能 驅(qū)動性指數(shù)

揮發(fā)性作為車用汽油關(guān)鍵性能之一，直接影響著汽油機(jī)的起動、暖機(jī)、加速等驅(qū)動性能，一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注和研究的重點，汽油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對揮發(fā)性的規(guī)范也是很重要的一部分［1－4］。汽油揮發(fā)性的評價方法一般為蒸氣壓和餾程。蒸氣壓應(yīng)足夠高以保證發(fā)動機(jī)容易起動，但又不宜太高，否則容易形成氣阻，惡化驅(qū)動性能以及增加蒸發(fā)排放損失。餾程用蒸發(fā)體積分?jǐn)?shù)為10%，50%，90%時的蒸發(fā)溫度（T10，T50，T90）和終餾點來表示，可以表征汽油機(jī)的啟動能力、汽油機(jī)升溫時間及加速能力、充分燃燒情況及燃燒沉積物生成程度。歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN228用70，100，150℃蒸餾出汽油的百分比（E70，E100，E150）來規(guī)定汽油的蒸發(fā)性能。為了保證良好的汽車驅(qū)動性能，特別是冷起動性能和暖機(jī)性能，國外發(fā)展了驅(qū)動性指數(shù)（簡稱DI）來表示汽油的揮發(fā)性能［57］。DI由含T10，T50，T90的關(guān)聯(lián)式計算得出，綜合考慮了汽油各個餾分段，可以控制汽油餾程均勻分布在一個正常合理的范圍。美國材料和試驗協(xié)會對車用汽油DI值范圍進(jìn)行了規(guī)定，DI在國際上也受到越來越多的關(guān)注，并得到持續(xù)不斷的研究。在我國，一些煉油廠內(nèi)部已經(jīng)對某些調(diào)合油進(jìn)行DI的測定和監(jiān)控，一些油品銷售公司也開始將DI值作為內(nèi)控指標(biāo)。隨著燃油質(zhì)量的快速升級，汽油組分發(fā)生變化，可能使汽油揮發(fā)性降低。我國市場上存在一些由輕組分的石腦油和重組分的重芳烴等簡單調(diào)合而成的汽油，盡管餾程和蒸氣壓指標(biāo)都合格，但餾程分布極不均勻。我國目前對DI的研究報道很少［8］，DI關(guān)聯(lián)式對我國油品的適用性及對汽車驅(qū)動性能的表征能力還有待研究。因此，開展DI對汽車驅(qū)動性能影響研究，對汽油的生產(chǎn)、銷售及儲存規(guī)范具有重要意義。本文對DI的提出、研究進(jìn)展等進(jìn)行闡述，并采用DI關(guān)聯(lián)式對我國車用汽油樣品DI值分布情況進(jìn)行分析，為DI的進(jìn)一步深入研究提供支持。

1 國外驅(qū)動性指數(shù)研究發(fā)展

20世紀(jì)60年代末至70年代初，美國由于排放法規(guī)的要求，汽車發(fā)動機(jī)的改變導(dǎo)致的冷起動問題變得嚴(yán)重，美國協(xié)調(diào)研究委員會（CRC）研究發(fā)現(xiàn)，隨著汽油揮發(fā)性的增加或（和）環(huán)境溫度的升高很多冷起動故障會減少［6，9－10］。因此CRC和油企、車企共同開始了一系列的冷起動研究，旨在尋找一種測試方法來評估不同環(huán)境溫度下的汽車驅(qū)動性能（將驅(qū)動性能定義為在規(guī)定駕駛條件下駕駛員對車輛總體性能的評價）。CRC于1970年開始汽車?yán)淦饎优c汽油揮發(fā)性的研究，首次用含T10，T50，T90的關(guān)聯(lián)式預(yù)測汽車?yán)淦饎有阅埽?10］。隨后CRC和其它機(jī)構(gòu)將蒸發(fā)溫度、蒸發(fā)體積和蒸氣壓這些參數(shù)組合起來作為獨立變量，開發(fā)了一些計算式以關(guān)聯(lián)驅(qū)動性能［6，10－12］。經(jīng)過一系列研究，最終發(fā)現(xiàn)用蒸發(fā)溫度關(guān)聯(lián)式預(yù)測驅(qū)動性能最合理，并將其稱為驅(qū)動性指數(shù)（DI）。

在上述研究中，驅(qū)動性能評價是在標(biāo)準(zhǔn)的測試規(guī)范下，通過冷起動、怠速、輕踩油門加速、節(jié)氣門全開加速等一系列測試操作，由經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的有資質(zhì)的駕駛員或評分員根據(jù)車輛在測試過程中所出現(xiàn)的故障及其嚴(yán)重性進(jìn)行評分。CRC目前最常用的標(biāo)準(zhǔn)程序是CRC E－28－94冷起動和暖機(jī)性能測試程序［13－14］。對所有操作故障分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)可以得到總加權(quán)故障分?jǐn)?shù)（TWD）并以此來表征車輛的驅(qū)動性能。將所有汽油的TWD值經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后與DI計算值作圖［15］，進(jìn)行線性回歸，回歸系數(shù)越接近于1，表明DI關(guān)聯(lián)式對驅(qū)動性能的預(yù)測性越好。

1988年美國材料和試驗協(xié)會（ASTM）驅(qū)動性能工作組通過6家實驗室對336輛汽車、92種汽油在12個環(huán)境溫度下（－20～21℃）進(jìn)行試驗，得到DI關(guān)聯(lián)式為DI＝1.5×T10＋3.0×T50＋1.0×T90，由于T10，T50，T90在ASTM D4814中已有規(guī)范，也是汽油生產(chǎn)過程中通常的控制參數(shù)，此式于1998年加入到ASTM D4814中。研究前期，汽油樣品都為烴類汽油，上述DI關(guān)聯(lián)式也由烴類汽油樣品得到。由于汽油中經(jīng)常含有氧化物，氧化物對汽油蒸發(fā)性有影響，尤其是乙醇對餾程的前期餾出溫度影響極大。CRC從1984年開始對含氧汽油進(jìn)行DI研究，并對之前的DI關(guān)聯(lián)式進(jìn)行修訂［13－14，16－19］。2003—2005年CRC提出乙醇汽油的DI修訂式為DI＝1.5×T10＋3.0×T50＋1.0×T90＋2.403×EtOH（EtOH為乙醇體積分?jǐn)?shù)，DI單位為℉），此式已被ASTM D4814采用［14］。

CRC研究表明，DI值越低汽油揮發(fā)性越好，冷起動和暖機(jī)性能越好。CRC第605號報告指出，對29種燃油（9種碳?xì)淙剂希?1種含10%乙醇，9種含15%MTBE）的測試數(shù)據(jù)表明，隨著DI的增加，所有汽油的驅(qū)動性能問題增多。2005年CRC對10個燃油（4個碳?xì)淙剂希?個乙醇汽油）在－1～－4℃環(huán)境溫度下進(jìn)行測試，研究結(jié)果表明，DI值在1 250～1 300℉范圍內(nèi)時，隨著DI值的增加，冷起動和暖機(jī)性能變差［14］。當(dāng)汽油DI值超過1 250℉后，冷起動和暖機(jī)性能急劇變差［20］。有文獻(xiàn)指出，一旦驅(qū)動性能達(dá)到后，沒有必要再進(jìn)一步降低DI值［21］。據(jù)CRC文獻(xiàn)報道，對DI進(jìn)行規(guī)范是為了使汽油有足夠的揮發(fā)性以保證好的冷起動和暖機(jī)性能，可以通過減少汽油T10，T50，T90中2個或3個參數(shù)接近規(guī)格值的可能性以避免差的驅(qū)動性能，DI規(guī)格值的建立不是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，而是防止汽油組分變化導(dǎo)致?lián)]發(fā)性減少，防止非主流質(zhì)量的汽油進(jìn)入市場［6］。

2 實 驗

試驗用汽油樣品為國內(nèi)成品汽油，樣品采集地點均為市區(qū)。

儀器為法國ISL AD86 5G2自動常壓蒸餾儀。

汽油蒸餾特性按GB?T 6536《石油產(chǎn)品常壓蒸餾特性測定法》進(jìn)行檢測，得到T10，T50，T90和終餾點。汽油DI按ASTM D4814《汽車火花點火發(fā)動機(jī)燃料規(guī)范》中計算式進(jìn)行計算，即DI＝1.5× T10＋3.0×T50＋1.0×T90＋1.33×EtOH（EtOH為乙醇體積分?jǐn)?shù)，DI單位為℃）。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同季節(jié)DI值分布

為了考察我國車用汽油冬季和夏季DI分布情況，對廣東省、福建省和浙江省的汽油產(chǎn)品進(jìn)行DI測定及規(guī)律研究，汽油樣品種類均為車用汽油。其中廣東省樣品數(shù)為80個，冬季和夏季各40個，福建省、浙江省樣品數(shù)量為24個，冬季和夏季各12個。每個地區(qū)的汽油DI值分布見圖1～圖3。從圖1～圖3可以很明顯地看出，3個地區(qū)夏季DI值整體上比冬季高，DI最小值均在冬季中出現(xiàn)，除廣東省外，DI最大值均在夏季中出現(xiàn)。冬季汽油DI值低可能是由于我國汽油標(biāo)準(zhǔn)中冬季蒸氣壓限值高的原因，因此T10和T50會有不同程度的降低，使汽油具有更強(qiáng)的揮發(fā)性以保證汽車的冷起動。從圖1～圖3還可以看出：福建省和浙江省汽油樣品的DI值范圍較窄；廣東省汽油樣品DI值范圍較寬，最大值與最小值的差值近130℃，DI值為550～600℃的樣品較多。

圖1 廣東省汽油DI值分布

圖2 福建省汽油DI值分布

圖3 浙江省汽油DI值分布

3.2 不同地區(qū)DI值分布

為了使比較更為合理，考察同一季節(jié)（冬季）不同區(qū)域的DI值分布差異?？疾斓貐^(qū)為黑龍江、北京、天津、陜西、湖南、浙江、上海和廣東8個省市。所有省市樣品數(shù)量均為12個。黑龍江省汽油樣品為車用乙醇汽油，其它省市均為車用汽油。不同省市DI值比較如圖4所示。由圖4可以看出：我國DI值分布范圍寬，最小值不到450℃，最大值超過620℃，相差170℃之多；不同地區(qū)DI值差別較大，按平均值進(jìn)行比較，北京市、廣東省、上海市車用汽油DI值較大，而陜西省、湖南省、浙江省DI值較小，8省市平均值相差達(dá)110℃；按最大值進(jìn)行比較，廣東省汽油DI值的最大值超過620℃，北京市超過590℃，上海市近590℃，浙江省不到490℃，8省市DI最大值相差達(dá)130℃；溫度較低的黑龍江省、天津市DI平均值低于530℃，但北京市DI平均值大于580℃，最大值超過590℃，而ASTM D4814規(guī)定DI最大值為597℃，因此建議考察此類汽油樣品是否滿足汽油機(jī)冷起動、暖機(jī)、加速等性能要求。廣東省部分樣品的DI值高于600℃，建議對此類汽油產(chǎn)品也應(yīng)給予關(guān)注。

圖4 不同省市DI值比較

3.3 近幾年DI值分布

對2010—2014年北京市第一季度車用汽油進(jìn)行了DI值分析，結(jié)果見圖5。近5年時間北京車用汽油標(biāo)準(zhǔn)從DB 11?238—2007升級到DB 11? 238—2012，其中，2010—2011年考察樣品執(zhí)行DB 11?238—2007標(biāo)準(zhǔn)，2012—2014年樣品執(zhí)行DB 11?238—2012標(biāo)準(zhǔn)。從圖5可以看出，DI平均值變化幅度不大，波動范圍為540～570℃，DI最大值變化小于20℃。由此可以看出，油品升級后DI值變化不大。

圖5 北京市近5年DI值比較

對廣東省2009—2014年的車用汽油進(jìn)行了DI值分析，結(jié)果見圖6?？疾鞓悠穲?zhí)行標(biāo)準(zhǔn)包括GB 17930（Ⅱ）、GB 17930（Ⅲ）和DB 44?694—2009（簡稱粵Ⅳ）。由圖6可知，近幾年廣東省汽油的DI平均值基本不變，DI最大值略有浮動。通過對GB 17930（Ⅲ）汽油和粵Ⅳ汽油的DI值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者的平均值和最大值都偏大，比前者提高約30℃，這一現(xiàn)象可能與汽油的組成結(jié)構(gòu)差異有關(guān)。

圖6 廣東省近幾年DI值比較

4 結(jié)束語

我國汽油DI值分布范圍較寬，不同地區(qū)的DI值差別很大；被考察地區(qū)不同季節(jié)DI值差別明顯，冬季DI值整體偏低；有些地區(qū)同一季節(jié)汽油DI值差別不大，但有的地區(qū)汽油DI值跨度很大。北京市和廣東省近幾年隨著油品的升級DI值變化不大。根據(jù)研究結(jié)果，北京市冬季汽油DI值較高，廣東省部分汽油樣品DI值也較高，應(yīng)給予關(guān)注。建議結(jié)合油品特點及各地區(qū)氣候、季節(jié)變化情況，選擇合適的汽油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。

劉倩，碩士，工程師，從事石油產(chǎn)品性能評價及研究工作。

劉倩，E－mail：liuqian.ripp＠sinopec.com。