車用汽油辛烷值測定準(zhǔn)確度相關(guān)影響因素

麻 磊

（陜西省能源質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，陜西 西安710054）

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，市場對汽車的需求量也隨之攀升。 車用汽油作為汽車專用燃料，辛烷值是其質(zhì)量主要指標(biāo)之一：它表示汽油抗爆性能。 辛烷值測定方法有研究法和馬達(dá)法兩種。 研究法辛烷值是指在標(biāo)準(zhǔn)操作條件下將汽油試樣與已知辛烷值的參比燃料（異辛烷與標(biāo)準(zhǔn)80 號汽油的混合物）的爆震傾向?qū)Ρ榷_定。 CFR 辛烷值機(jī)，是測量汽油辛烷值的主要設(shè)備，也是美國試驗與材料協(xié)會（ASTM）公認(rèn)的測定辛烷值唯一設(shè)備。

目前，我國采用研究法測定辛烷值的方法是GB/T5487。通過深入理解檢測方法、接受儀器使用培訓(xùn)以及長達(dá)800h 的使用經(jīng)驗，對影響車用汽油辛烷值測定結(jié)果準(zhǔn)確性因素進(jìn)行分析。

1 影響辛烷值的主要因素

對于車用汽油辛烷值試驗機(jī)，穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性是儀器性能的關(guān)鍵要素。 一臺好的辛烷值機(jī)不僅需要一套精準(zhǔn)可靠的控制系統(tǒng)做支撐，還需要正確的使用方法、定期的保養(yǎng)維護(hù)以及長期的工作經(jīng)驗積累。

1.1 辛烷值參比燃料配置

測定車用汽油的研究法辛烷值，所用的參比燃料是異辛烷與標(biāo)準(zhǔn)80 號汽油的混合物， 按照其比例與各自辛烷值不同而確定混合參比燃料的辛烷值。因此，配置過程中能否準(zhǔn)確得到異辛烷與標(biāo)準(zhǔn)80 號汽油的體積分?jǐn)?shù)對結(jié)果有很大影響。 國標(biāo)中規(guī)定了配樣器允差為±0.2%。 以500mL 量筒為例，其體積允許差為1.0%，這已經(jīng)超過了標(biāo)準(zhǔn)方法的規(guī)定。 因此，配置標(biāo)準(zhǔn)參比燃料時，不能選擇量筒類粗制量器。但Waukesha 公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)自動配樣器價格昂貴， 大多數(shù)實驗室未配備。 我們采取的方法是，將標(biāo)準(zhǔn)80 號汽油用A 級移液管移取到已檢定過的容量瓶中，再用異辛烷稀釋至刻度。

1.2 大氣壓力校正

由于辛烷值機(jī)是在標(biāo)準(zhǔn)實驗條件下進(jìn)行的，因此，要根據(jù)檢測時的大氣壓進(jìn)行儀器校正。 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，要根據(jù)實際大氣壓進(jìn)行進(jìn)氣溫度和計數(shù)器補(bǔ)償，此外，調(diào)節(jié)氣缸高度也需進(jìn)行大氣壓修正。

1.3 最大油氣比調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)最大油氣比是為了使標(biāo)準(zhǔn)參比燃料與試樣獲得最大爆震強(qiáng)度。大量實驗證明，在固定壓縮比條件下，同一燃料的爆震值隨液面高度（油氣比）而變化。因此，測試過程中，對每個樣品測定都要進(jìn)行油氣比調(diào)節(jié)。

1.4 辛烷值機(jī)溫度控制精度

大量實驗證明，進(jìn)氣溫度與混合氣溫度對試樣辛烷值測定結(jié)果有較大影響。 對于研究法辛烷值，當(dāng)進(jìn)氣溫度每變化2℃左右時，其結(jié)果會變化0.1；對于馬達(dá)法辛烷值，進(jìn)氣溫度對其結(jié)果影響較小，而混合氣溫度則影響較大，其每變化2℃左右，其結(jié)果會變化0.1。

通過分析得知，汽車用油主要成分是C5H12～C12H26之烴類混合物。當(dāng)汽油蒸氣在汽缸內(nèi)燃燒(活塞將汽油與空氣混合壓縮后，火星塞再點火燃燒) 時，常因燃燒急速而發(fā)生引擎不正常燃爆現(xiàn)象，稱為爆震(震爆)?；旌蠚怏w在火花塞燃燒點火過程中，過氧化部分分解使得剩余氣體立即點火，以爆炸形式進(jìn)行燃燒，沖擊波對缸體產(chǎn)生金屬敲擊聲；當(dāng)混合氣溫度升高，過氧化物變多，產(chǎn)生爆震結(jié)果變強(qiáng)。因此造成測試結(jié)果偏低；反之混合氣溫度降低，導(dǎo)致結(jié)果偏高。

1.5 辛烷值機(jī)壓縮比調(diào)節(jié)精度

車用汽油辛烷值試驗機(jī)是一種可連續(xù)改變壓縮比的單缸四沖程發(fā)動機(jī)。其辛烷值是通過參比燃料在發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)模擬條件下測量試樣產(chǎn)生爆震強(qiáng)度而得到的，而發(fā)動機(jī)的壓縮比則是測試過程中最關(guān)鍵的參數(shù)。

發(fā)動機(jī)壓縮比的測量是通過測量氣缸高度得來的。測量方法一般有兩種：一是通過測量曲軸箱內(nèi)蝸桿轉(zhuǎn)動圈數(shù)而獲得氣缸位移；另一種是通過安裝在氣缸壁上的位移傳感器直接測量氣缸位移。由于壓縮比對爆震強(qiáng)度具有決定性作用，因此，壓縮比的測量精度和穩(wěn)定性直接影響到實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。

CFR 辛烷值機(jī)基礎(chǔ)氣缸壓縮比的調(diào)節(jié)過程是： 首先預(yù)熱發(fā)動機(jī)30 min 左右，提高計數(shù)器使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生爆震聲，并使各個溫度都在正常操作范圍之內(nèi)，待發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)溫度狀態(tài)后，關(guān)閉進(jìn)樣閥及點火鈕，快速停機(jī)，放掉所有燃料杯中燃料，調(diào)節(jié)計數(shù)器上、下讀數(shù)均為930，脫開計數(shù)器軟管，快速取下爆震傳感器，換上氣缸壓力表，重新啟動機(jī)器后，不開點火鈕、不供燃料，然后調(diào)節(jié)計數(shù)器上、下讀數(shù)均為930，觀察氣缸壓力表是否滿足當(dāng)?shù)卮髿鈮合?，對?yīng)壓縮壓力數(shù)值，查閱壓縮比與基礎(chǔ)高度圖，在讀取壓力表數(shù)值前要釋放壓力表的按鈕1～2 次，調(diào)整氣缸高度，并滿足數(shù)值要求。 之后接上軟管，計數(shù)器進(jìn)行大氣壓力補(bǔ)正后以下行讀數(shù)為準(zhǔn)，在其他壓力比下驗證壓縮壓力成線性關(guān)系。 根據(jù)不同大氣壓與計數(shù)器讀數(shù)的校正值表查計數(shù)器校正值。再看壓縮比數(shù)值是否在11.88±0.14 kg/cm2（169±2 磅/英寸2）。 如超允許差范圍，重復(fù)上述操作過程，直至滿足要求。每次在辛烷值機(jī)大修或搬動情況下都應(yīng)進(jìn)行氣缸高度標(biāo)定。

1.6 辛烷值機(jī)儀器校準(zhǔn)

測定過程中，不僅要定期檢查一些計量器具，如壓力表、參比燃料配置器具、進(jìn)氣溫度計、冷卻液溫度計與調(diào)節(jié)基礎(chǔ)氣缸高度用壓力表等，還需經(jīng)常檢查儀器工作狀態(tài)是否正常，經(jīng)常用甲苯標(biāo)準(zhǔn)燃料進(jìn)行標(biāo)定，定期參與能力驗證與實驗室比對。 繪制質(zhì)量控制圖來記錄發(fā)動機(jī)的整體有效性：測定一個或多個質(zhì)量控制樣品，將測得的辛烷值與平均值進(jìn)行比較，當(dāng)偏離較大時及時檢查設(shè)備。

1.7 其他影響因素

（1）試樣保存。 GB/T5487 中沒有規(guī)定試樣存儲條件，而ASTM D 2699 中規(guī)定樣品應(yīng)保存在2～10℃環(huán)境中。 因為樣品溫度過低影響其氣化效果，同時使吸入空氣密度增加，從而造成結(jié)果偏離，且樣品應(yīng)用棕色玻璃瓶保存。實驗證明，樣品在進(jìn)行較多項目分析時，應(yīng)優(yōu)先測試試樣辛烷值， 否則由于樣品組分變化可能造成試樣辛烷值降低0.1～0.4 個單位。

（2）積碳影響。 積碳是由發(fā)動機(jī)燃料和潤滑油在燃燒及高溫氧化條件下形成的，積碳可在氣化室、進(jìn)氣閥與閥桿上形成，嚴(yán)重時可影響氣門的關(guān)閉，造成數(shù)據(jù)偏離。 因此，運行100 h 后要及時清理積碳。 研究證明，長期積碳可使辛烷值測試結(jié)果最多偏低1 個單位。

（3）環(huán)境影響。 燃料如果受到小于550 nm 紫外光照射，即使照射時間很短，也會對辛烷值結(jié)果造成很大影響。此外，電壓的瞬間變化會改變辛烷值的操作條件而影響爆震表的性能，導(dǎo)致影響辛烷值的測定結(jié)果。 另外，還應(yīng)盡量保持檢測環(huán)境溫度穩(wěn)定性。

2 結(jié)論

通過對CFR-F2U 辛烷值機(jī)的長期測試及對標(biāo)準(zhǔn)的理解，從環(huán)境、儀器控制、儀器校準(zhǔn)等方面初步討論了影響辛烷值機(jī)測定準(zhǔn)確度的相關(guān)因素。 工作中，只要逐漸累積經(jīng)驗，按照操作規(guī)程完成實驗，相信一定會取得滿意結(jié)果。

［1］GB/T5487-1995 汽油辛烷值測定法（研究法）[S].

［2］楊迎春.CFR 辛烷值及測定誤差分析[J].石油庫與加油站，2006，15（4）：23-25.

［3］李保，李茂生.ASTM-CFR 試驗機(jī)測定汽油辛烷值的影響因素分析[J].河南化工，2005，22（4）：37-39.