我國車用汽油的發展與研究

魏厚敏，何 鵬，王 銳，黃德軍

（1.中國汽車工程研究院 排放與節能試驗研究部，重慶 401122；2.中國汽車工業協會 技術部，北京 100823；3.中國汽車工程研究院 整車試驗研究部，重慶 401122）

汽車已經成為人類現代生活中不可或缺的元素，在交通、物流運輸等領域發揮著舉足輕重的作用。然而，世界汽車工業的快速發展也給全球帶來了相應的能源危機和環保壓力，汽車產業的可持續發展面臨嚴峻的挑戰，迫使世界主要汽車市場都針對性地制定了嚴格的汽車燃油消耗法規和排放污染物標準。同時，隨著先進、高效的內燃機技術，如渦輪增壓、缸內直噴、尾氣后處理等技術的發展與應用，汽車對汽油的應用指標逐步規范，技術要求也日益嚴格，進而推動了世界車用汽油規范的發展，并逐步形成了系統、科學的車用汽油質量控制體系和標準法規。

1 《世界燃油規范》的發展與研究

1.1 《世界燃油規范》發展簡介

1998年6月，在比利時布魯塞爾舉行的第3屆世界燃料會議上，歐盟汽車制造商協會（ACEA）、汽車制造商聯盟（Alliance）、日本汽車制造商協會（JAMA）和（美國）發動機制造商協會（AAMA）代表全球汽車行業聯合發表了《世界燃油規范》（Worldwide Fuel Charter，WWFC），第一次在世界范圍內對車用燃油(包括車用汽油、車用柴油)提出了科學、明確、詳細的技術指標，旨在促進對車用燃油質量要求的理解和規范，以及在全球范圍內協調燃油質量和汽車應用技術的發展，以應對全球日益嚴格的汽車油耗法規和不斷升級的排放標準需求。

1.2 《世界燃油規范》的發展歷程

《世界燃油規范》的第1版于1998年12出版。其中，將車用燃油分成3個等級；2000年4月，第2版《世界燃油規范》將車用燃油分為4個等級，增加了一個體現未來發展的IV類燃油。

一類：主要用于對汽車排放不控制或要求很低的市場。

二類：主要用于對排放有嚴格控制要求的市場。

三類：主要用于對排放有超前控制要求的市場。

四類：主要用于對排放有更超前控制要求的市場（如美國加州）。

2012年11月，《世界燃油規范（第5版）》征求意見稿形成[1]，正式對外公開征求修改建議和意見。《世界燃料規范》對車用燃油的規定要求極為苛刻，且未能充分與全球石化行業協商就單方面推出，但是，其對世界范圍內的車用燃油和汽車工業的發展產生了巨大的影響，世界主要國家和地區在制定和修訂車用燃油標準法規時都積極參考其內容。

1.3 《世界燃油規范》對車用汽油的發展要求和對比分析

通過對比分析《世界燃油規范》歷來版本中車用汽油的各項應用指標和技術條件（表1），不難看出，隨著現代汽車工業的技術應用和發展趨勢，車用無鉛汽油的發展呈現出以下幾個主要特點和趨勢。

1.3.1 應用指標逐步規范，技術條件日益嚴格

從表1中可以明顯看出，從《世界燃油規范》的第1版到如今的第5版（征求意見稿），對車用燃油的應用指標越來越多，也越來越規范。除了最初提出的相關應用指標外，烯烴含量、沉淀物、硫化腐蝕、微粒污染物、進氣閥清潔度、粘度等指標項也被逐步加入其中。

同時，對各項技術條件的要求也是日益嚴格。如最低氧化穩定性限值由最初的360 min提升至目前的480 min，最大硫含量限值從1 000 mg/kg降至10 mg/kg，最大芳烴含量限值由50.0%降至35.0%，最大苯含量限值由5.0%降至1.0%等。

隨著車用汽油的發展和完善，微粒污染物、硫化腐蝕、燃燒室積碳等技術條件都作為硬性指標逐步被加入到《世界燃油規范》中，對相關技術指標的要求也越來越高。而且，可以想象的是，隨著汽車技術和石化工業的發展、升級，未來會有更多、更嚴的技術指標被加入其中。

1.3.2 高辛烷值是未來車用汽油的發展趨勢

由表1可知，最新發布的《世界燃油規范》第5版（征求意見稿）中已經取消了91號規格的無鉛汽油，僅剩下95號和98號兩種規格。盡管這只是第5版的征求意見稿，但是，也明確傳遞了一種信息，即低辛烷值的無鉛汽油在現代汽車中的應用今后可能會逐步取消，而高辛烷值則是未來車用汽油的一種發展趨勢。

另外，從車用發動機的技術發展和應用來看，增壓中冷、高壓縮比、缸內直噴等應用技術都得到了很好的開發和利用，都要求有高辛烷值、高質量的汽油作為技術支撐和配套使用。

以發動機壓縮比ε與熱效率ηt的示意圖為例（圖1），隨著壓縮比ε的增加，熱效率ηt逐步提高。當壓縮比ε從8增加至12時，發動機的熱效率能夠明顯提高。但是，當ε＞20以后，隨著ε的增加，熱效率提高趨緩。目前，市場上車用汽油發動機的壓縮比普遍在8～12之間，還有很大的提升空間，因此，對汽油機來說，提高壓縮比、使用高辛烷值的汽油是提高其燃油經濟性、降低油耗非常有效的措施。

表1 《世界燃油規范》中無鉛汽油的技術規范

1.3.3 低硫化是車用汽油未來發展的必然趨勢

硫元素作為石化工業的必然產物，是車用汽油性質的一個重要指標，可以用來表征車用汽油的腐蝕性能，也直接影響著汽車排氣污染物的水平。汽油機工作過程中，燃油里絕大部分的硫在燃燒過程中轉化為SO2，其余極少部分(約2%左右)作為硫酸鹽排放[2]。SO2通過催化器的作用轉化成硫酸鹽，最終成為排氣顆粒物(PM)中的一部分。依據美國環境保護局的定義，汽車排氣污染物中的PM包含以碳(C)為主的碳煙、未氧化或未完全氧化的碳氫化合物（HC）、硫酸鹽以及硫酸鹽結合的水和雜質，降低汽油中硫含量也就相應降低了PM和排氣煙度。因此，硫含量越高，汽車排氣污染物中顆粒比重越大，反之，則越少[3]。

從表1來看，《世界燃油規范》中關于最大硫（S）含量限值從最初的1 000 mg/kg迅速降至10 mg/kg，僅為當初的1%，降幅和趨勢都很明顯。隨著今后相應技術手段的升級，為滿足日益苛刻的排放標準法規的要求，車用汽油中硫含量的濃度只會越來越低，甚至完全消除，低硫化已經成為車用汽油未來發展的必然趨勢[4]。

2 我國《車用汽油》標準的發展研究

2.1 我國汽車市場的發展現狀

近年來，國民經濟的高速發展也帶動了國內汽車工業的快速發展，國內汽車保有量也越來越大，這也導致原油需求量的大幅提高。同時，隨著我國汽車標準法規體系的建設和完善，汽車油耗、排放水平逐步與世界先進水平接軌，這對我國車用汽油的供應量、質量管理以及相關標準法規體系的落實與實施都提出了新的挑戰，主要包括以下幾個方面。

2.1.1 汽車保有量迅速增加

汽車市場的快速發展，直接導致國內汽車保有量的大幅增加。來自中國環保部和中國汽車工業協會的統計數據顯示：2011年，全國汽車保有量已經增加到9 266萬輛，其中汽油車約占81.4%，達到7 542.8萬輛，而摩托車的保有量更是超過了1億輛；同時，2012年全國汽車銷量達到1 930.64萬輛，其中轎車銷量達到1 074.5萬輛，而占比超過99%的轎車為汽油車[5]。

至此，結合2012年投放到市場上的新車和報廢車輛等因素，目前我國汽車實際保有量約為1億輛。

2.1.2 對原油的需求量大幅提高

社會汽車保有量的快速提高，直接導致我國對原油的需求量高速增長，原油的進口量和對外依存度也逐年增加。來自中國海關總署的數據顯示：2012年，我國原油生產20 748萬t，進口27 109萬t，出口244萬t；原油凈進口總量為26 865萬t，較上年增長6.9%，原油表觀消費總量為47 613萬t，較上年增長7.1%，原油對外依存度達56.4%。而從2002年至2012年，我國原油表觀消費總量年均增長率達7%左右，而原油凈進口量年均增長率接近16%。

據不完全統計，目前我國汽車消費原油量約占全年總量的30%左右，汽車已經成為我國原油消耗大戶。因此，龐大的汽車保有量以及消費市場的快速增長，勢必造成原油消費總量的快速增長以及較高的對外依存度，給我國能源消耗造成巨大的壓力和潛在的風險。

2.1.3 汽車排氣污染物嚴重

來自中國環保部的統計數據顯示：2011年，全國汽車一氧化碳（CO）排放量為2 796萬t，碳氫化合物（HC）排放量為339.2萬t，氮氧化物（NOx）排放量為576.4萬t，顆粒物（PM）排放量為59.0萬t。其中，汽油車的CO排放量為2 304.3萬t，HC排放量236萬t，NOx排放量為169.8萬t，分別占全年汽車排放總量的82.4%、69.6%和29.5%[6]。

汽車保有量的大幅增加，直接產生大量的排氣污染物，導致城市環境污染嚴重，給城市環境和社會生活帶來巨大的環保壓力。

2.2 汽車油耗、排放法規日益嚴格

隨著汽車保有量的大幅提高所帶來的能源危機和環保壓力，我國積極借鑒國際先進的標準體系建設經驗，加快了汽油車油耗、排放等標準法規建立、完善的步伐，并逐步與國際先進水平接軌。

2004年9月，我國正式頒布GB 19578—2004《乘用車燃料消耗量限值（第Ⅰ、Ⅱ階段）》國家標準，并于2005年7月開始實施第Ⅰ階段，于2008年1月開始實施第Ⅱ階段；2011年12月，頒布GB 27999—2011《乘用車燃料消耗量評價方法及指標》，并于2012年1月開始實施。圖2為世界主要汽車市場油耗水平的發展趨勢[7]。

同時，2001年4月國家頒布GB 18352.2—2001 《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（Ⅱ）》，2005年4月修訂為GB 18352.3—2005 《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）》，并于2007年7月開始正式實施,對相關汽油車實行了嚴格的排放要求。

2.3 我國《車用汽油》的發展研究

隨著我國汽車產業和應用技術的發展，汽車保有量的快速增加、原油自給能力的不足、汽車油耗、排放標準法規的日趨嚴格等，這些都對車用汽油的需求量、品質要求越來越高，也促進了我國車用汽油的不斷發展和完善。

2.3.1 我國《車用汽油》標準的發展歷程

1959年，我國第一個《普通車用汽油》標準SYB 1002—59頒布，其中規定馬達法辛烷值56/66/70，鉛含量WPb≤1.3 g/kg，硫的質量分數WS≤0.15%[8]。

1991年，我國第一個《車用無鉛汽油》標準SH 0041—91頒布，要求鉛含量CPb≤0.013 g/L，硫的質量分數WS≤0.15%。

1999年，頒布國家標準GB 17930—1999《車用無鉛汽油》，并于2000年1月1日全國停止生產含鉛汽油，2000年7月1日全國停止銷售和使用含鉛汽油，加油站在2000年7月1日前允許車用無鉛汽油鉛含量CPb≤0.013 g/L。同時，標準規定“從2000年7月1日起，在北京、上海和廣州執行硫的質量分數WS不大于0.08%。從2003年1月1日起，在全國范圍內執行硫的質量分數WS不大于0.08%”。

2005年，北京實施硫的質量分數WS≤0.015%的DB 11/238—2004《車用汽油》標準（第Ⅲ階段）；全國實施硫的質量分數WS≤0.05%的GB 17930—2006《車用汽油》標準（第Ⅱ階段）。

2008年，北京實施硫的質量分數WS≤0.005%的DB 11/238—2004《車用汽油》標準（第Ⅳ階段）。

2010年，全國實施硫的質量分數WS≤0.015%的GB 17930—2006《車用汽油》標準（第Ⅲ階段）。

2012年，北京實施硫的質量分數WS≤0.001%的DB 11/238—2012《車用汽油》標準，與國際接軌。

2014年，全國將實施硫的質量分數WS≤0.005%的GB 17930—2011《車用汽油》第Ⅳ階段標準。

經過大半個世紀的發展，我國車用汽油的標準體系經歷了從無到有、逐步建立和完善的過程，質量控制大幅提高，市場管理日益規范，尤其是近些年，車用汽油的品質和供給能力都有了較大的進步，以滿足我國汽車產業的快速發展和不斷膨脹的社會需求。高品質的汽油不僅有助于先進、高效的內燃機技術的發展和應用，有助于汽油車發揮更好的動力性、經濟性和更低的排放污染物，而且為現代汽車工業的可持續發展提供了良好的支撐，有利于我國汽車產業節能減排戰略的實施。

2.3.2 我國《車用汽油》標準的發展動態及特點

目前，我國絕大部分地區的車用汽油正在實施標準GB 17930—2011《車用汽油》第Ⅲ階段，只有極少數地區如北京、上海、廣州等地走在前列，相繼提前發布并實施了有關地方標準。2012年8月，國家標準化管理委員會針對第Ⅴ階段的《車用汽油》標準廣泛征求社會意見，并于同年11月形成了GB 17930—20XX《車用汽油（送審稿）》[9]，有關車用汽油的技術條件見表2。

從表2中的技術條件對比分析來看，我國車用汽油第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段（送審稿）發展過程呈現出以下幾個特點。

（1）辛烷值呈現下降趨勢。第Ⅲ、Ⅳ階段車用汽油的辛烷值為90、93、97，而到了第Ⅴ階段（送審稿）則對應調低至89、92、95，高辛烷值下降尤為明顯。

（2）錳含量大幅降低。由第Ⅲ階段至第Ⅳ階段，錳含量由0.016 g/L 下降至0.008 g/L，第Ⅴ階段（送審稿）則進一步降至0.002 g/L，整體出現大幅下降。

表2 我國《車用汽油》不同階段的技術條件（部分）

（3）低硫化趨勢明顯。由第Ⅲ→Ⅳ階段，硫含量由150×10-6下降至50×10-6， 第Ⅴ階段（送審稿）則進一步降至10×10-6，明顯呈現低硫化趨勢。

（4) 蒸氣壓指標不斷完善，限值范圍逐步縮窄。

（5）其它主要技術指標變化不大。除了烯烴含量出現了一定的下降以外，其它主要技術指標均變化不大。

2.3.3 我國《車用汽油》標準與《世界燃油規范》的發展比較

通過對比《世界燃油規范》與我國《車用汽油》標準，我們不難看出其中存在一定的差異，包括辛烷值發展趨勢、技術指標完善程度等。

《世界燃油規范》中汽油指標值明顯朝著高辛烷值的方向發展，而我國《車用汽油》標準中辛烷值卻在逐步走低,由原來的97號、93號、90號依次調整為95號、92號、89號，這值得我們引起重視。目前，市場上的在用車輛大多數是按辛烷值為93號、97號的汽油燃料開發的，改用相應的92號、95號汽油，是否會對在用車輛帶來動力性、經濟性及排放等方面的不利影響？而且，從汽車技術發展的角度來看，缸內直噴、增壓等技術是今后汽油機發展與應用的趨勢，這些技術的應用需要和較高辛烷值的汽油燃料配合使用，以便更好地發揮其在降低油耗、排放等方面的優勢。

另外，從整體發展歷程和技術水平來看，盡管我國從20世紀中期就開始加強對《車用汽油》標準體系的研究和建設，但是，到目前為止，我國《車用汽油》標準體系與《世界燃油規范》仍存在一定的差異，技術指標還有待進一步完善和提高。

3 我國車用汽油的發展現狀

我國《車用汽油》標準體系經歷了從無到有，直至逐步與國際先進水平接軌，但是，在與其它相關汽車標準體系的配合實施方面仍存在著標準相對滯后的現象。同時，終端銷售市場的車用汽油的品質參差不齊，其質量控制和監督管理都還有待提高。

3.1 我國市場車用汽油的質量現狀

從2010年開始，中國汽車工業協會連續組織開展“中國境內市售車用燃油質量抽樣檢測”活動，針對中國境內終端銷售市場提供的車用燃油進行抽樣調查。以2011～2012年度的抽樣檢測結果為例，車用汽油共抽取90個樣本（包括93號、97號及車用乙醇汽油等），其中普通93號、97號車用汽油共計74個樣本，合格樣本11個，整體合格率僅14.9%；車用乙醇汽油樣本共計16個，合格樣本2個，整體合格率僅12.5%。不合格的指標項主要包括辛烷值、甲醇含量、溶劑洗膠質等方面（表3）。

表3 2011～2012中國汽車工業協會組織車用汽油抽樣檢測活動結果(部分)

3.2 我國車用汽油發展存在的主要問題

3.2.1 車用汽油質量現狀不容樂觀

從表4的統計結果來看，盡管國內市售車用汽油的品質在逐步提高，但仍存在明顯的缺陷和不足：主要技術指標合格率不高，總體質量狀況不容樂觀。

3.2.2 車用汽油相關標準的實施嚴重滯后

從國外發達汽車市場的發展經驗以及市場供求關系來看，車用汽油的標準發展階段往往先于相關汽車排放標準執行和實施，至少也要保證同步。而我國的實際情況卻不太樂觀，往往出現《車用汽油》的標準比相關排放標準滯后實施的現象。例如，標準GB 18352.3—2005《輕型汽車污染物排放限值及測量方法（中國Ⅲ、Ⅳ階段）》中規定的第Ⅳ階段排放于2012年7月1日開始實施，而與之相對應的GB 17930—2011《車用汽油》第Ⅳ階段卻要到2014年1月1日才開始實施，兩者在實施時間上存在嚴重的錯位。這種車用汽油與排放標準嚴重不匹配的現象，也讓汽油車排放標準的實施條件不到位，實際排放效果大打折扣，在很大程度上影響了汽車節能減排戰略實施的效果。

3.2.3 車用汽油的標準有待完善和提高

以汽油蒸氣壓指標項為例（表4）， GB 17930—2013《車用汽油》標準的技術指標與環保標準GWKB1.1—2011《車用汽油有害物資控制標準（第四、五階段）》存在一定的矛盾[10]。

通過對比分析可以看出，《車用汽油》標準存在明顯不合理的地方。

（1）《車用汽油》標準中的第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ階段對蒸氣壓限值要求不符合環保標準GWKB1.1—2011中的規定，各階段蒸氣壓的最大限值均超出GWKB1.1—2011標準中的上限。

（2）GWKB1.1—2011標準對蒸氣壓限值進行了劃區域、按季節的細分，而《車用汽油》標準則只是按季節區分，在全國實行統一的標準，缺乏必要的合理性和科學性。我國是一個幅員遼闊的國度，南北方的氣候、溫差都比較大。尤其是廣東、海南等南方地區，其年平均氣溫都在20℃以上，倘若對汽油蒸氣壓上限值規定得過高，極易造成汽油的揮發，形成二次污染。

表4 車用汽油蒸氣壓指標項對比情況

4 對我國車用汽油發展的思考和建議

綜合來看，無論是相關技術指標的完善程度，還是技術條件的限值要求，我國車用汽油的發展與《世界燃油規范》還存在一定的差距，這與我國汽車工業和石化產業的起步相對較晚有關。因此，借鑒國際發達地區的發展特點和經驗，結合當前我國汽車產業的發展趨勢和車用汽油市場的發展基礎、質量現狀及未來趨勢，仍有許多地方值得我們學習和思考，并提出以下幾點參考建議。

4.1 加強市場監管力度

建議讓煉油企業和經銷商設立綜合性油品達標管理方案，以確保供應油品的達標。同時，環保部門通過報告審核、隨機抽樣檢測等判斷生產企業的油品合格情況，禁止銷售有害于公共安全、有損于汽車總體性能的燃料，并有權進行查處。另外，建議有關行業或機構、社會團體積極關注汽車節能、環保，協同監督并加強車用汽油質量的改善。

4.2 建設權威或官方的汽車排放與油品測試分析中心

通過建設權威或官方的汽車排放與油品測試分析中心，加強汽車排放與油品質量管理的協調、監督能力，推動汽車排放和油品質量的共同進步，保障高品質車用汽油和先進汽車技術的良好結合與應用，共同實現節能減排的目標。

4.3 建立科學的激勵機制和合理的鼓勵政策

面對汽車產業快速發展、油品質量狀況堪憂、環保壓力大的復雜局面，建議通過出臺科學的激勵機制和合理、有效的鼓勵政策，對提供高品質車用汽油和節能環保汽車的相關企業給予稅收、財政方面的優惠，逐步實現油價的市場化，利用市場化調節來緩解油品與汽車產業之間的矛盾，促進共同的良性循環發展。

4.4 加快煉油技術的進步和創新

目前，車用汽油質量升級的重點和難點是降低催化裂化汽油硫含量和烯烴含量，可針對性地鼓勵相關技術進步和創新，彌補高品質車用汽油生產和供應的不足。例如，可抓緊開發、推廣應用第二代催化裂化降烯催（助）化劑，加強選擇性加氫脫硫、加氫異構化的技術應用，加快烷基化改造和建設等。

4.5 加深對車用汽油標準與汽車排放法規的系統研究

歐美國家的汽油以脫硫汽油、重整汽油和烷基化汽油為商品汽油的主要調合組份，而我國的車用汽油則以催化汽油為主要調合組份。因此，我們在制定車用汽油標準與汽車排放法規時，不能一味參照相關國外標準，一定要結合我們的國情基礎，通過深化研究來提出切合實際的結論性意見，制定出科學、合理的相關標準法規，以促進車用汽油和汽車產業的合理約束、共同進步。

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