车用汽油辛烷值测定准确度相关影响因素

2014-04-22麻磊

科技视界 2014年23期

麻磊

（陕西省能源质量监督检验所，陕西西安710054）

0 引言

随着汽车工业的发展，市场对汽车的需求量也随之攀升。车用汽油作为汽车专用燃料，辛烷值是其质量主要指标之一：它表示汽油抗爆性能。辛烷值测定方法有研究法和马达法两种。研究法辛烷值是指在标准操作条件下将汽油试样与已知辛烷值的参比燃料（异辛烷与标准80 号汽油的混合物）的爆震倾向对比而确定。 CFR 辛烷值机，是测量汽油辛烷值的主要设备，也是美国试验与材料协会（ASTM）公认的测定辛烷值唯一设备。

目前，我国采用研究法测定辛烷值的方法是GB/T5487。通过深入理解检测方法、接受仪器使用培训以及长达800h 的使用经验，对影响车用汽油辛烷值测定结果准确性因素进行分析。

1 影响辛烷值的主要因素

对于车用汽油辛烷值试验机，稳定性、准确性是仪器性能的关键要素。一台好的辛烷值机不仅需要一套精准可靠的控制系统做支撑，还需要正确的使用方法、定期的保养维护以及长期的工作经验积累。

1.1 辛烷值参比燃料配置

测定车用汽油的研究法辛烷值，所用的参比燃料是异辛烷与标准80 号汽油的混合物，按照其比例与各自辛烷值不同而确定混合参比燃料的辛烷值。因此，配置过程中能否准确得到异辛烷与标准80 号汽油的体积分数对结果有很大影响。国标中规定了配样器允差为±0.2%。以500mL 量筒为例，其体积允许差为1.0%，这已经超过了标准方法的规定。因此，配置标准参比燃料时，不能选择量筒类粗制量器。但Waukesha 公司生产的标准自动配样器价格昂贵，大多数实验室未配备。我们采取的方法是，将标准80 号汽油用A 级移液管移取到已检定过的容量瓶中，再用异辛烷稀释至刻度。

1.2 大气压力校正

由于辛烷值机是在标准实验条件下进行的，因此，要根据检测时的大气压进行仪器校正。按标准规定，要根据实际大气压进行进气温度和计数器补偿，此外，调节气缸高度也需进行大气压修正。

1.3 最大油气比调节

调节最大油气比是为了使标准参比燃料与试样获得最大爆震强度。大量实验证明，在固定压缩比条件下，同一燃料的爆震值随液面高度（油气比）而变化。因此，测试过程中，对每个样品测定都要进行油气比调节。

1.4 辛烷值机温度控制精度

大量实验证明，进气温度与混合气温度对试样辛烷值测定结果有较大影响。对于研究法辛烷值，当进气温度每变化2℃左右时，其结果会变化0.1；对于马达法辛烷值，进气温度对其结果影响较小，而混合气温度则影响较大，其每变化2℃左右，其结果会变化0.1。

通过分析得知，汽车用油主要成分是C5H12～C12H26之烃类混合物。当汽油蒸气在汽缸内燃烧(活塞将汽油与空气混合压缩后，火星塞再点火燃烧) 时，常因燃烧急速而发生引擎不正常燃爆现象，称为爆震(震爆)。混合气体在火花塞燃烧点火过程中，过氧化部分分解使得剩余气体立即点火，以爆炸形式进行燃烧，冲击波对缸体产生金属敲击声；当混合气温度升高，过氧化物变多，产生爆震结果变强。因此造成测试结果偏低；反之混合气温度降低，导致结果偏高。

1.5 辛烷值机压缩比调节精度

车用汽油辛烷值试验机是一种可连续改变压缩比的单缸四冲程发动机。其辛烷值是通过参比燃料在发动机标准模拟条件下测量试样产生爆震强度而得到的，而发动机的压缩比则是测试过程中最关键的参数。

发动机压缩比的测量是通过测量气缸高度得来的。测量方法一般有两种：一是通过测量曲轴箱内蜗杆转动圈数而获得气缸位移；另一种是通过安装在气缸壁上的位移传感器直接测量气缸位移。由于压缩比对爆震强度具有决定性作用，因此，压缩比的测量精度和稳定性直接影响到实验结果的准确性与可靠性。

CFR 辛烷值机基础气缸压缩比的调节过程是：首先预热发动机30 min 左右，提高计数器使发动机产生爆震声，并使各个温度都在正常操作范围之内，待发动机运转达到标准温度状态后，关闭进样阀及点火钮，快速停机，放掉所有燃料杯中燃料，调节计数器上、下读数均为930，脱开计数器软管，快速取下爆震传感器，换上气缸压力表，重新启动机器后，不开点火钮、不供燃料，然后调节计数器上、下读数均为930，观察气缸压力表是否满足当地大气压下，对应压缩压力数值，查阅压缩比与基础高度图，在读取压力表数值前要释放压力表的按钮1～2 次，调整气缸高度，并满足数值要求。之后接上软管，计数器进行大气压力补正后以下行读数为准，在其他压力比下验证压缩压力成线性关系。根据不同大气压与计数器读数的校正值表查计数器校正值。再看压缩比数值是否在11.88±0.14 kg/cm2（169±2 磅/英寸2）。如超允许差范围，重复上述操作过程，直至满足要求。每次在辛烷值机大修或搬动情况下都应进行气缸高度标定。

1.6 辛烷值机仪器校准

测定过程中，不仅要定期检查一些计量器具，如压力表、参比燃料配置器具、进气温度计、冷却液温度计与调节基础气缸高度用压力表等，还需经常检查仪器工作状态是否正常，经常用甲苯标准燃料进行标定，定期参与能力验证与实验室比对。绘制质量控制图来记录发动机的整体有效性：测定一个或多个质量控制样品，将测得的辛烷值与平均值进行比较，当偏离较大时及时检查设备。

1.7 其他影响因素

（1）试样保存。 GB/T5487 中没有规定试样存储条件，而ASTM D 2699 中规定样品应保存在2～10℃环境中。因为样品温度过低影响其气化效果，同时使吸入空气密度增加，从而造成结果偏离，且样品应用棕色玻璃瓶保存。实验证明，样品在进行较多项目分析时，应优先测试试样辛烷值，否则由于样品组分变化可能造成试样辛烷值降低0.1～0.4 个单位。

（2）积碳影响。积碳是由发动机燃料和润滑油在燃烧及高温氧化条件下形成的，积碳可在气化室、进气阀与阀杆上形成，严重时可影响气门的关闭，造成数据偏离。因此，运行100 h 后要及时清理积碳。研究证明，长期积碳可使辛烷值测试结果最多偏低1 个单位。

（3）环境影响。燃料如果受到小于550 nm 紫外光照射，即使照射时间很短，也会对辛烷值结果造成很大影响。此外，电压的瞬间变化会改变辛烷值的操作条件而影响爆震表的性能，导致影响辛烷值的测定结果。另外，还应尽量保持检测环境温度稳定性。