我国车用汽油的发展与研究

魏厚敏，何 鹏，王 锐，黄德军

（1.中国汽车工程研究院 排放与节能试验研究部，重庆 401122；2.中国汽车工业协会 技术部，北京 100823；3.中国汽车工程研究院 整车试验研究部，重庆 401122）

汽车已经成为人类现代生活中不可或缺的元素，在交通、物流运输等领域发挥着举足轻重的作用。然而，世界汽车工业的快速发展也给全球带来了相应的能源危机和环保压力，汽车产业的可持续发展面临严峻的挑战，迫使世界主要汽车市场都针对性地制定了严格的汽车燃油消耗法规和排放污染物标准。同时，随着先进、高效的内燃机技术，如涡轮增压、缸内直喷、尾气后处理等技术的发展与应用，汽车对汽油的应用指标逐步规范，技术要求也日益严格，进而推动了世界车用汽油规范的发展，并逐步形成了系统、科学的车用汽油质量控制体系和标准法规。

1 《世界燃油规范》的发展与研究

1.1 《世界燃油规范》发展简介

1998年6月，在比利时布鲁塞尔举行的第3届世界燃料会议上，欧盟汽车制造商协会（ACEA）、汽车制造商联盟（Alliance）、日本汽车制造商协会（JAMA）和（美国）发动机制造商协会（AAMA）代表全球汽车行业联合发表了《世界燃油规范》（Worldwide Fuel Charter，WWFC），第一次在世界范围内对车用燃油(包括车用汽油、车用柴油)提出了科学、明确、详细的技术指标，旨在促进对车用燃油质量要求的理解和规范，以及在全球范围内协调燃油质量和汽车应用技术的发展，以应对全球日益严格的汽车油耗法规和不断升级的排放标准需求。

1.2 《世界燃油规范》的发展历程

《世界燃油规范》的第1版于1998年12出版。其中，将车用燃油分成3个等级；2000年4月，第2版《世界燃油规范》将车用燃油分为4个等级，增加了一个体现未来发展的IV类燃油。

一类：主要用于对汽车排放不控制或要求很低的市场。

二类：主要用于对排放有严格控制要求的市场。

三类：主要用于对排放有超前控制要求的市场。

四类：主要用于对排放有更超前控制要求的市场（如美国加州）。

2012年11月，《世界燃油规范（第5版）》征求意见稿形成[1]，正式对外公开征求修改建议和意见。《世界燃料规范》对车用燃油的规定要求极为苛刻，且未能充分与全球石化行业协商就单方面推出，但是，其对世界范围内的车用燃油和汽车工业的发展产生了巨大的影响，世界主要国家和地区在制定和修订车用燃油标准法规时都积极参考其内容。

1.3 《世界燃油规范》对车用汽油的发展要求和对比分析

通过对比分析《世界燃油规范》历来版本中车用汽油的各项应用指标和技术条件（表1），不难看出，随着现代汽车工业的技术应用和发展趋势，车用无铅汽油的发展呈现出以下几个主要特点和趋势。

1.3.1 应用指标逐步规范，技术条件日益严格

从表1中可以明显看出，从《世界燃油规范》的第1版到如今的第5版（征求意见稿），对车用燃油的应用指标越来越多，也越来越规范。除了最初提出的相关应用指标外，烯烃含量、沉淀物、硫化腐蚀、微粒污染物、进气阀清洁度、粘度等指标项也被逐步加入其中。

同时，对各项技术条件的要求也是日益严格。如最低氧化稳定性限值由最初的360 min提升至目前的480 min，最大硫含量限值从1 000 mg/kg降至10 mg/kg，最大芳烃含量限值由50.0%降至35.0%，最大苯含量限值由5.0%降至1.0%等。

随着车用汽油的发展和完善，微粒污染物、硫化腐蚀、燃烧室积碳等技术条件都作为硬性指标逐步被加入到《世界燃油规范》中，对相关技术指标的要求也越来越高。而且，可以想象的是，随着汽车技术和石化工业的发展、升级，未来会有更多、更严的技术指标被加入其中。

1.3.2 高辛烷值是未来车用汽油的发展趋势

由表1可知，最新发布的《世界燃油规范》第5版（征求意见稿）中已经取消了91号规格的无铅汽油，仅剩下95号和98号两种规格。尽管这只是第5版的征求意见稿，但是，也明确传递了一种信息，即低辛烷值的无铅汽油在现代汽车中的应用今后可能会逐步取消，而高辛烷值则是未来车用汽油的一种发展趋势。

另外，从车用发动机的技术发展和应用来看，增压中冷、高压缩比、缸内直喷等应用技术都得到了很好的开发和利用，都要求有高辛烷值、高质量的汽油作为技术支撑和配套使用。

以发动机压缩比ε与热效率ηt的示意图为例（图1），随着压缩比ε的增加，热效率ηt逐步提高。当压缩比ε从8增加至12时，发动机的热效率能够明显提高。但是，当ε＞20以后，随着ε的增加，热效率提高趋缓。目前，市场上车用汽油发动机的压缩比普遍在8～12之间，还有很大的提升空间，因此，对汽油机来说，提高压缩比、使用高辛烷值的汽油是提高其燃油经济性、降低油耗非常有效的措施。

表1 《世界燃油规范》中无铅汽油的技术规范

1.3.3 低硫化是车用汽油未来发展的必然趋势

硫元素作为石化工业的必然产物，是车用汽油性质的一个重要指标，可以用来表征车用汽油的腐蚀性能，也直接影响着汽车排气污染物的水平。汽油机工作过程中，燃油里绝大部分的硫在燃烧过程中转化为SO2，其余极少部分(约2%左右)作为硫酸盐排放[2]。SO2通过催化器的作用转化成硫酸盐，最终成为排气颗粒物(PM)中的一部分。依据美国环境保护局的定义，汽车排气污染物中的PM包含以碳(C)为主的碳烟、未氧化或未完全氧化的碳氢化合物（HC）、硫酸盐以及硫酸盐结合的水和杂质，降低汽油中硫含量也就相应降低了PM和排气烟度。因此，硫含量越高，汽车排气污染物中颗粒比重越大，反之，则越少[3]。

从表1来看，《世界燃油规范》中关于最大硫（S）含量限值从最初的1 000 mg/kg迅速降至10 mg/kg，仅为当初的1%，降幅和趋势都很明显。随着今后相应技术手段的升级，为满足日益苛刻的排放标准法规的要求，车用汽油中硫含量的浓度只会越来越低，甚至完全消除，低硫化已经成为车用汽油未来发展的必然趋势[4]。

2 我国《车用汽油》标准的发展研究

2.1 我国汽车市场的发展现状

近年来，国民经济的高速发展也带动了国内汽车工业的快速发展，国内汽车保有量也越来越大，这也导致原油需求量的大幅提高。同时，随着我国汽车标准法规体系的建设和完善，汽车油耗、排放水平逐步与世界先进水平接轨，这对我国车用汽油的供应量、质量管理以及相关标准法规体系的落实与实施都提出了新的挑战，主要包括以下几个方面。

2.1.1 汽车保有量迅速增加

汽车市场的快速发展，直接导致国内汽车保有量的大幅增加。来自中国环保部和中国汽车工业协会的统计数据显示：2011年，全国汽车保有量已经增加到9 266万辆，其中汽油车约占81.4%，达到7 542.8万辆，而摩托车的保有量更是超过了1亿辆；同时，2012年全国汽车销量达到1 930.64万辆，其中轿车销量达到1 074.5万辆，而占比超过99%的轿车为汽油车[5]。

至此，结合2012年投放到市场上的新车和报废车辆等因素，目前我国汽车实际保有量约为1亿辆。

2.1.2 对原油的需求量大幅提高

社会汽车保有量的快速提高，直接导致我国对原油的需求量高速增长，原油的进口量和对外依存度也逐年增加。来自中国海关总署的数据显示：2012年，我国原油生产20 748万t，进口27 109万t，出口244万t；原油净进口总量为26 865万t，较上年增长6.9%，原油表观消费总量为47 613万t，较上年增长7.1%，原油对外依存度达56.4%。而从2002年至2012年，我国原油表观消费总量年均增长率达7%左右，而原油净进口量年均增长率接近16%。

据不完全统计，目前我国汽车消费原油量约占全年总量的30%左右，汽车已经成为我国原油消耗大户。因此，庞大的汽车保有量以及消费市场的快速增长，势必造成原油消费总量的快速增长以及较高的对外依存度，给我国能源消耗造成巨大的压力和潜在的风险。

2.1.3 汽车排气污染物严重

来自中国环保部的统计数据显示：2011年，全国汽车一氧化碳（CO）排放量为2 796万t，碳氢化合物（HC）排放量为339.2万t，氮氧化物（NOx）排放量为576.4万t，颗粒物（PM）排放量为59.0万t。其中，汽油车的CO排放量为2 304.3万t，HC排放量236万t，NOx排放量为169.8万t，分别占全年汽车排放总量的82.4%、69.6%和29.5%[6]。

汽车保有量的大幅增加，直接产生大量的排气污染物，导致城市环境污染严重，给城市环境和社会生活带来巨大的环保压力。

2.2 汽车油耗、排放法规日益严格

随着汽车保有量的大幅提高所带来的能源危机和环保压力，我国积极借鉴国际先进的标准体系建设经验，加快了汽油车油耗、排放等标准法规建立、完善的步伐，并逐步与国际先进水平接轨。

2004年9月，我国正式颁布GB 19578—2004《乘用车燃料消耗量限值（第Ⅰ、Ⅱ阶段）》国家标准，并于2005年7月开始实施第Ⅰ阶段，于2008年1月开始实施第Ⅱ阶段；2011年12月，颁布GB 27999—2011《乘用车燃料消耗量评价方法及指标》，并于2012年1月开始实施。图2为世界主要汽车市场油耗水平的发展趋势[7]。

同时，2001年4月国家颁布GB 18352.2—2001 《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（Ⅱ）》，2005年4月修订为GB 18352.3—2005 《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》，并于2007年7月开始正式实施,对相关汽油车实行了严格的排放要求。

2.3 我国《车用汽油》的发展研究

随着我国汽车产业和应用技术的发展，汽车保有量的快速增加、原油自给能力的不足、汽车油耗、排放标准法规的日趋严格等，这些都对车用汽油的需求量、品质要求越来越高，也促进了我国车用汽油的不断发展和完善。

2.3.1 我国《车用汽油》标准的发展历程

1959年，我国第一个《普通车用汽油》标准SYB 1002—59颁布，其中规定马达法辛烷值56/66/70，铅含量WPb≤1.3 g/kg，硫的质量分数WS≤0.15%[8]。

1991年，我国第一个《车用无铅汽油》标准SH 0041—91颁布，要求铅含量CPb≤0.013 g/L，硫的质量分数WS≤0.15%。

1999年，颁布国家标准GB 17930—1999《车用无铅汽油》，并于2000年1月1日全国停止生产含铅汽油，2000年7月1日全国停止销售和使用含铅汽油，加油站在2000年7月1日前允许车用无铅汽油铅含量CPb≤0.013 g/L。同时，标准规定“从2000年7月1日起，在北京、上海和广州执行硫的质量分数WS不大于0.08%。从2003年1月1日起，在全国范围内执行硫的质量分数WS不大于0.08%”。

2005年，北京实施硫的质量分数WS≤0.015%的DB 11/238—2004《车用汽油》标准（第Ⅲ阶段）；全国实施硫的质量分数WS≤0.05%的GB 17930—2006《车用汽油》标准（第Ⅱ阶段）。

2008年，北京实施硫的质量分数WS≤0.005%的DB 11/238—2004《车用汽油》标准（第Ⅳ阶段）。

2010年，全国实施硫的质量分数WS≤0.015%的GB 17930—2006《车用汽油》标准（第Ⅲ阶段）。

2012年，北京实施硫的质量分数WS≤0.001%的DB 11/238—2012《车用汽油》标准，与国际接轨。

2014年，全国将实施硫的质量分数WS≤0.005%的GB 17930—2011《车用汽油》第Ⅳ阶段标准。

经过大半个世纪的发展，我国车用汽油的标准体系经历了从无到有、逐步建立和完善的过程，质量控制大幅提高，市场管理日益规范，尤其是近些年，车用汽油的品质和供给能力都有了较大的进步，以满足我国汽车产业的快速发展和不断膨胀的社会需求。高品质的汽油不仅有助于先进、高效的内燃机技术的发展和应用，有助于汽油车发挥更好的动力性、经济性和更低的排放污染物，而且为现代汽车工业的可持续发展提供了良好的支撑，有利于我国汽车产业节能减排战略的实施。

2.3.2 我国《车用汽油》标准的发展动态及特点

目前，我国绝大部分地区的车用汽油正在实施标准GB 17930—2011《车用汽油》第Ⅲ阶段，只有极少数地区如北京、上海、广州等地走在前列，相继提前发布并实施了有关地方标准。2012年8月，国家标准化管理委员会针对第Ⅴ阶段的《车用汽油》标准广泛征求社会意见，并于同年11月形成了GB 17930—20XX《车用汽油（送审稿）》[9]，有关车用汽油的技术条件见表2。

从表2中的技术条件对比分析来看，我国车用汽油第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段（送审稿）发展过程呈现出以下几个特点。

（1）辛烷值呈现下降趋势。第Ⅲ、Ⅳ阶段车用汽油的辛烷值为90、93、97，而到了第Ⅴ阶段（送审稿）则对应调低至89、92、95，高辛烷值下降尤为明显。

（2）锰含量大幅降低。由第Ⅲ阶段至第Ⅳ阶段，锰含量由0.016 g/L 下降至0.008 g/L，第Ⅴ阶段（送审稿）则进一步降至0.002 g/L，整体出现大幅下降。

表2 我国《车用汽油》不同阶段的技术条件（部分）

（3）低硫化趋势明显。由第Ⅲ→Ⅳ阶段，硫含量由150×10-6下降至50×10-6， 第Ⅴ阶段（送审稿）则进一步降至10×10-6，明显呈现低硫化趋势。

（4) 蒸气压指标不断完善，限值范围逐步缩窄。

（5）其它主要技术指标变化不大。除了烯烃含量出现了一定的下降以外，其它主要技术指标均变化不大。

2.3.3 我国《车用汽油》标准与《世界燃油规范》的发展比较

通过对比《世界燃油规范》与我国《车用汽油》标准，我们不难看出其中存在一定的差异，包括辛烷值发展趋势、技术指标完善程度等。

《世界燃油规范》中汽油指标值明显朝着高辛烷值的方向发展，而我国《车用汽油》标准中辛烷值却在逐步走低,由原来的97号、93号、90号依次调整为95号、92号、89号，这值得我们引起重视。目前，市场上的在用车辆大多数是按辛烷值为93号、97号的汽油燃料开发的，改用相应的92号、95号汽油，是否会对在用车辆带来动力性、经济性及排放等方面的不利影响？而且，从汽车技术发展的角度来看，缸内直喷、增压等技术是今后汽油机发展与应用的趋势，这些技术的应用需要和较高辛烷值的汽油燃料配合使用，以便更好地发挥其在降低油耗、排放等方面的优势。

另外，从整体发展历程和技术水平来看，尽管我国从20世纪中期就开始加强对《车用汽油》标准体系的研究和建设，但是，到目前为止，我国《车用汽油》标准体系与《世界燃油规范》仍存在一定的差异，技术指标还有待进一步完善和提高。

3 我国车用汽油的发展现状

我国《车用汽油》标准体系经历了从无到有，直至逐步与国际先进水平接轨，但是，在与其它相关汽车标准体系的配合实施方面仍存在着标准相对滞后的现象。同时，终端销售市场的车用汽油的品质参差不齐，其质量控制和监督管理都还有待提高。

3.1 我国市场车用汽油的质量现状

从2010年开始，中国汽车工业协会连续组织开展“中国境内市售车用燃油质量抽样检测”活动，针对中国境内终端销售市场提供的车用燃油进行抽样调查。以2011～2012年度的抽样检测结果为例，车用汽油共抽取90个样本（包括93号、97号及车用乙醇汽油等），其中普通93号、97号车用汽油共计74个样本，合格样本11个，整体合格率仅14.9%；车用乙醇汽油样本共计16个，合格样本2个，整体合格率仅12.5%。不合格的指标项主要包括辛烷值、甲醇含量、溶剂洗胶质等方面（表3）。

表3 2011～2012中国汽车工业协会组织车用汽油抽样检测活动结果(部分)

3.2 我国车用汽油发展存在的主要问题

3.2.1 车用汽油质量现状不容乐观

从表4的统计结果来看，尽管国内市售车用汽油的品质在逐步提高，但仍存在明显的缺陷和不足：主要技术指标合格率不高，总体质量状况不容乐观。

3.2.2 车用汽油相关标准的实施严重滞后

从国外发达汽车市场的发展经验以及市场供求关系来看，车用汽油的标准发展阶段往往先于相关汽车排放标准执行和实施，至少也要保证同步。而我国的实际情况却不太乐观，往往出现《车用汽油》的标准比相关排放标准滞后实施的现象。例如，标准GB 18352.3—2005《轻型汽车污染物排放限值及测量方法（中国Ⅲ、Ⅳ阶段）》中规定的第Ⅳ阶段排放于2012年7月1日开始实施，而与之相对应的GB 17930—2011《车用汽油》第Ⅳ阶段却要到2014年1月1日才开始实施，两者在实施时间上存在严重的错位。这种车用汽油与排放标准严重不匹配的现象，也让汽油车排放标准的实施条件不到位，实际排放效果大打折扣，在很大程度上影响了汽车节能减排战略实施的效果。

3.2.3 车用汽油的标准有待完善和提高

以汽油蒸气压指标项为例（表4）， GB 17930—2013《车用汽油》标准的技术指标与环保标准GWKB1.1—2011《车用汽油有害物资控制标准（第四、五阶段）》存在一定的矛盾[10]。

通过对比分析可以看出，《车用汽油》标准存在明显不合理的地方。

（1）《车用汽油》标准中的第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ阶段对蒸气压限值要求不符合环保标准GWKB1.1—2011中的规定，各阶段蒸气压的最大限值均超出GWKB1.1—2011标准中的上限。

（2）GWKB1.1—2011标准对蒸气压限值进行了划区域、按季节的细分，而《车用汽油》标准则只是按季节区分，在全国实行统一的标准，缺乏必要的合理性和科学性。我国是一个幅员辽阔的国度，南北方的气候、温差都比较大。尤其是广东、海南等南方地区，其年平均气温都在20℃以上，倘若对汽油蒸气压上限值规定得过高，极易造成汽油的挥发，形成二次污染。

表4 车用汽油蒸气压指标项对比情况

4 对我国车用汽油发展的思考和建议

综合来看，无论是相关技术指标的完善程度，还是技术条件的限值要求，我国车用汽油的发展与《世界燃油规范》还存在一定的差距，这与我国汽车工业和石化产业的起步相对较晚有关。因此，借鉴国际发达地区的发展特点和经验，结合当前我国汽车产业的发展趋势和车用汽油市场的发展基础、质量现状及未来趋势，仍有许多地方值得我们学习和思考，并提出以下几点参考建议。

4.1 加强市场监管力度

建议让炼油企业和经销商设立综合性油品达标管理方案，以确保供应油品的达标。同时，环保部门通过报告审核、随机抽样检测等判断生产企业的油品合格情况，禁止销售有害于公共安全、有损于汽车总体性能的燃料，并有权进行查处。另外，建议有关行业或机构、社会团体积极关注汽车节能、环保，协同监督并加强车用汽油质量的改善。

4.2 建设权威或官方的汽车排放与油品测试分析中心

通过建设权威或官方的汽车排放与油品测试分析中心，加强汽车排放与油品质量管理的协调、监督能力，推动汽车排放和油品质量的共同进步，保障高品质车用汽油和先进汽车技术的良好结合与应用，共同实现节能减排的目标。

4.3 建立科学的激励机制和合理的鼓励政策

面对汽车产业快速发展、油品质量状况堪忧、环保压力大的复杂局面，建议通过出台科学的激励机制和合理、有效的鼓励政策，对提供高品质车用汽油和节能环保汽车的相关企业给予税收、财政方面的优惠，逐步实现油价的市场化，利用市场化调节来缓解油品与汽车产业之间的矛盾，促进共同的良性循环发展。

4.4 加快炼油技术的进步和创新

目前，车用汽油质量升级的重点和难点是降低催化裂化汽油硫含量和烯烃含量，可针对性地鼓励相关技术进步和创新，弥补高品质车用汽油生产和供应的不足。例如，可抓紧开发、推广应用第二代催化裂化降烯催（助）化剂，加强选择性加氢脱硫、加氢异构化的技术应用，加快烷基化改造和建设等。

4.5 加深对车用汽油标准与汽车排放法规的系统研究

欧美国家的汽油以脱硫汽油、重整汽油和烷基化汽油为商品汽油的主要调合组份，而我国的车用汽油则以催化汽油为主要调合组份。因此，我们在制定车用汽油标准与汽车排放法规时，不能一味参照相关国外标准，一定要结合我们的国情基础，通过深化研究来提出切合实际的结论性意见，制定出科学、合理的相关标准法规，以促进车用汽油和汽车产业的合理约束、共同进步。

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