車用汽油驅動性指數研究

劉 倩，劉順濤，鄭 煜

（中國石化石油化工科學研究院，北京100083）

車用汽油驅動性指數研究

劉 倩，劉順濤，鄭 煜

（中國石化石油化工科學研究院，北京100083）

車用汽油驅動性指數（DI）綜合考慮了汽油各個餾分的分布，能較好地表征汽車冷起動性能和暖機性能。對DI的提出、研究進展及用途進行了闡述，并對我國車用汽油樣品DI值分布情況進行了初步分析研究。考察了不同季節、不同區域DI值的分布情況，并考察了車用汽油質量升級對DI值的影響。結果表明：我國汽油DI值分布范圍較寬，不同地區的DI值差別很大；被考察地區不同季節DI值差別明顯，冬季汽油DI值整體偏低；同一季節有些地區汽油DI值差別不大，但有的地區汽油DI值跨度很大。被考察的兩個地區近幾年隨著油品的升級DI值變化不大。有些地區的部分樣品DI值較高，應給予關注。

車用汽油 揮發性 驅動性能 驅動性指數

揮發性作為車用汽油關鍵性能之一，直接影響著汽油機的起動、暖機、加速等驅動性能，一直是業內關注和研究的重點，汽油產品標準對揮發性的規范也是很重要的一部分［1－4］。汽油揮發性的評價方法一般為蒸氣壓和餾程。蒸氣壓應足夠高以保證發動機容易起動，但又不宜太高，否則容易形成氣阻，惡化驅動性能以及增加蒸發排放損失。餾程用蒸發體積分數為10%，50%，90%時的蒸發溫度（T10，T50，T90）和終餾點來表示，可以表征汽油機的啟動能力、汽油機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。歐盟標準EN228用70，100，150℃蒸餾出汽油的百分比（E70，E100，E150）來規定汽油的蒸發性能。為了保證良好的汽車驅動性能，特別是冷起動性能和暖機性能，國外發展了驅動性指數（簡稱DI）來表示汽油的揮發性能［57］。DI由含T10，T50，T90的關聯式計算得出，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。美國材料和試驗協會對車用汽油DI值范圍進行了規定，DI在國際上也受到越來越多的關注，并得到持續不斷的研究。在我國，一些煉油廠內部已經對某些調合油進行DI的測定和監控，一些油品銷售公司也開始將DI值作為內控指標。隨著燃油質量的快速升級，汽油組分發生變化，可能使汽油揮發性降低。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合而成的汽油，盡管餾程和蒸氣壓指標都合格，但餾程分布極不均勻。我國目前對DI的研究報道很少［8］，DI關聯式對我國油品的適用性及對汽車驅動性能的表征能力還有待研究。因此，開展DI對汽車驅動性能影響研究，對汽油的生產、銷售及儲存規范具有重要意義。本文對DI的提出、研究進展等進行闡述，并采用DI關聯式對我國車用汽油樣品DI值分布情況進行分析，為DI的進一步深入研究提供支持。

1 國外驅動性指數研究發展

20世紀60年代末至70年代初，美國由于排放法規的要求，汽車發動機的改變導致的冷起動問題變得嚴重，美國協調研究委員會（CRC）研究發現，隨著汽油揮發性的增加或（和）環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境溫度下的汽車驅動性能（將驅動性能定義為在規定駕駛條件下駕駛員對車輛總體性能的評價）。CRC于1970年開始汽車冷起動與汽油揮發性的研究，首次用含T10，T50，T90的關聯式預測汽車冷起動性能［910］。隨后CRC和其它機構將蒸發溫度、蒸發體積和蒸氣壓這些參數組合起來作為獨立變量，開發了一些計算式以關聯驅動性能［6，10－12］。經過一系列研究，最終發現用蒸發溫度關聯式預測驅動性能最合理，并將其稱為驅動性指數（DI）。

在上述研究中，驅動性能評價是在標準的測試規范下，通過冷起動、怠速、輕踩油門加速、節氣門全開加速等一系列測試操作，由經過專業培訓的有資質的駕駛員或評分員根據車輛在測試過程中所出現的故障及其嚴重性進行評分。CRC目前最常用的標準程序是CRC E－28－94冷起動和暖機性能測試程序［13－14］。對所有操作故障分數進行加權可以得到總加權故障分數（TWD）并以此來表征車輛的驅動性能。將所有汽油的TWD值經過數據處理后與DI計算值作圖［15］，進行線性回歸，回歸系數越接近于1，表明DI關聯式對驅動性能的預測性越好。

1988年美國材料和試驗協會（ASTM）驅動性能工作組通過6家實驗室對336輛汽車、92種汽油在12個環境溫度下（－20～21℃）進行試驗，得到DI關聯式為DI＝1.5×T10＋3.0×T50＋1.0×T90，由于T10，T50，T90在ASTM D4814中已有規范，也是汽油生產過程中通常的控制參數，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關聯式也由烴類汽油樣品得到。由于汽油中經常含有氧化物，氧化物對汽油蒸發性有影響，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行DI研究，并對之前的DI關聯式進行修訂［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為乙醇體積分數，DI單位為℉），此式已被ASTM D4814采用［14］。

CRC研究表明，DI值越低汽油揮發性越好，冷起動和暖機性能越好。CRC第605號報告指出，對29種燃油（9種碳氫燃料，11種含10%乙醇，9種含15%MTBE）的測試數據表明，隨著DI的增加，所有汽油的驅動性能問題增多。2005年CRC對10個燃油（4個碳氫燃料，6個乙醇汽油）在－1～－4℃環境溫度下進行測試，研究結果表明，DI值在1 250～1 300℉范圍內時，隨著DI值的增加，冷起動和暖機性能變差［14］。當汽油DI值超過1 250℉后，冷起動和暖機性能急劇變差［20］。有文獻指出，一旦驅動性能達到后，沒有必要再進一步降低DI值［21］。據CRC文獻報道，對DI進行規范是為了使汽油有足夠的揮發性以保證好的冷起動和暖機性能，可以通過減少汽油T10，T50，T90中2個或3個參數接近規格值的可能性以避免差的驅動性能，DI規格值的建立不是為了提高產品質量，而是防止汽油組分變化導致揮發性減少，防止非主流質量的汽油進入市場［6］。

2 實 驗

試驗用汽油樣品為國內成品汽油，樣品采集地點均為市區。

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《石油產品常壓蒸餾特性測定法》進行檢測，得到T10，T50，T90和終餾點。汽油DI按ASTM D4814《汽車火花點火發動機燃料規范》中計算式進行計算，即DI＝1.5× T10＋3.0×T50＋1.0×T90＋1.33×EtOH（EtOH為乙醇體積分數，DI單位為℃）。

3 結果與討論

3.1 不同季節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品進行DI測定及規律研究，汽油樣品種類均為車用汽油。其中廣東省樣品數為80個，冬季和夏季各40個，福建省、浙江省樣品數量為24個，冬季和夏季各12個。每個地區的汽油DI值分布見圖1～圖3。從圖1～圖3可以很明顯地看出，3個地區夏季DI值整體上比冬季高，DI最小值均在冬季中出現，除廣東省外，DI最大值均在夏季中出現。冬季汽油DI值低可能是由于我國汽油標準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，使汽油具有更強的揮發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DI值分布

為了使比較更為合理，考察同一季節（冬季）不同區域的DI值分布差異。考察地區為黑龍江、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DI值差別較大，按平均值進行比較，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110℃；按最大值進行比較，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冷起動、暖機、加速等性能要求。廣東省部分樣品的DI值高于600℃，建議對此類汽油產品也應給予關注。

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行了DI值分析，結果見圖5。近5年時間北京車用汽油標準從DB 11?238—2007升級到DB 11? 238—2012，其中，2010—2011年考察樣品執行DB 11?238—2007標準，2012—2014年樣品執行DB 11?238—2012標準。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年的車用汽油進行了DI值分析，結果見圖6。考察樣品執行標準包括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值進行比較，發現后者的平均值和最大值都偏大，比前者提高約30℃，這一現象可能與汽油的組成結構差異有關。

圖6 廣東省近幾年DI值比較

4 結束語

我國汽油DI值分布范圍較寬，不同地區的DI值差別很大；被考察地區不同季節DI值差別明顯，冬季DI值整體偏低；有些地區同一季節汽油DI值差別不大，但有的地區汽油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。根據研究結果，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，應給予關注。建議結合油品特點及各地區氣候、季節變化情況，選擇合適的汽油DI值。

［1］ 歐風.石油產品應用技術手冊［M］.北京：中國石化出版社，1998：69－71

［2］ ASTM D 4814－14b.Standard Specification for Automotive Sparkignition Engine Fuel［S］

［3］ EN228－2012.Automotive Fuels—Unleaded Petrol：Requirements and Test Methods［S］

［4］ GB 17930—2013.車用汽油［S］

［5］ Baudino J H，Copeland L C.A typical fuel volatility effects on driveability，emissions，and fuel economy of stratified charge and conventionally powered vehicles［R］.SAE Paper 780610

［6］ Barker D，Gibbs L，Steinke E.The development and proposed implementation of the ASTM driveability index for motor gasoline［R］.SAE Technical Paper 881668，1988

［7］ Nasution A S，Jasjfi E.Driveability index of commercial gasoline in ASEAN countries［J］.LEMIGAS Scientific Contributions to Petroleum Science ＆Technology，2006，29（3）：38－42

［8］ 王維民.國Ⅴ車用汽油標準的探討［J］.石油庫與加油站，2014，23（2）：26－28

［9］ Driveability evaluation in cool weather［R］.CRC Report No. 439，Alpharetta，GA：Coordinating Research Council，1970

［10］Benson J，Bigley H，Keller J.Passenger car driveability in cool weather［R］.SAE Technical Paper 710138，1971

［11］Shibata G，Omata T，Isoda T，et al.The development of driveability index and the effects of gasoline volatility on engine performance［R］.SAE Technical Paper 952521，1995

［12］2000CRC intermediate－temperature volatility program［R］. CRC Report No.626，Alpharetta，GA：Coordinating Research Council，2001

［13］2003CRC intermediate－temperature volatility program［R］. CRC Report No.638，Alpharetta GA：Coordinating Research Council，2004

［14］Jewitt C，Gibbs L，Evans B.Gasoline driveability index，ethanol content and cold－start?warm－up vehicle performance［R］. SAE Technical Paper 2005－01－3864，2005

［15］SAS user’s guide：Statistics［R］.Version 5edition，SAS Institute Inc，Cary，North Carolina，1985

［16］1984CRC intermediate temperature driveability program using gasoline－alcohol blends［R］.CRC Report No.554，Alpharetta，GA：Coordinating Research Council，1987

［17］CRC low and intermediate－temperature driveability program using gasoline－alcohol blends［R］.CRC Report No.568，Alpharetta，GA：Coordinating Research Council，1990

［18］Effect of volatility and oxygenates on driveability at intermediate ambient temperatures［R］.CRC Report No.578，Alpharetta，GA：Coordinating Research Council，1992

［19］CRC 1995－97CRC study of fuel volatility effects on coldstart and warm－up driveability with hydrocarbon，MTBE，and ethanol gasolines：Summary report for phases 1，2and 3［R］. CRC Report No.613，Alpharetta GA：Coordinating Research Council，1998

［20］Baustian J，Wolf L.Cold－start?warm－up vehicle performance and driveability index for gasolines containing isobutanol［J］. SAE Int J Fuels Lubr，2012，5（3）：1300－1309

［21］Lew Gibbs，Bob Anderson，Kevin Barnes，et al.Motor gasolines technical review［EB?OL］.http：??www.chevron.com? documents?pdf?MotorGasTechReview.pdf

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，從事石油產品性能評價及研究工作。

劉倩，E－mail：liuqian.ripp＠sinopec.com。