汽油与柴油的性能和使用：汽车维护与保养的必备知识

【任务实施】

1.汽油

汽油是应用于点燃式发动机(即汽油发动机)的专用燃料。汽油一般为水白色透明液体,密度一般为0.71 ～0.75 g /cm3,有特殊的汽油芳香味。

1)物化性质

汽油是油品的一大类,是复杂烃类(碳原子数4 ～12)的混合物。

汽油是无色至淡黄色的易流动液体,沸点范围为30 ～205 ℃,空气中含量为74 ～123 g/m3 时遇火会爆炸。其主要组分是四碳至十二碳烃类,易燃。

汽油的热值约为44 000 kJ/kg。燃料的热值是指1 kg 燃料完全燃烧后所产生的热量。

2)制备

汽油由石油分馏或重质馏分裂化制得。原油蒸馏、催化裂化、热裂化、加氢裂化、催化重整等过程都产生汽油组分。但从原油蒸馏装置直接生产的直馏汽油,不单独作为发动机燃料,而是将其精制、调配,有时还加入添加剂(如抗爆剂四乙基铅)以制得商品汽油。

3)分类

根据制造过程可分为直馏汽油、热裂化汽油、催化裂化汽油、重整汽油、焦化汽油、叠合汽油、加氢裂化汽油、裂解汽油、烷基化汽油、合成汽油等。

根据用途汽油可分为航空汽油、车用汽油、溶剂汽油3 大类。在加油站销售的汽油一般为车用汽油。我国车用汽油的牌号是以研究法辛烷值的大小为划分依据的。

汽油广泛用于汽车、摩托车、快艇、直升机、农林业用机等。溶剂汽油用于橡胶、油漆、油脂、香料等工业。汽油可以溶解油污等水无法溶解的物质,起到清洁油污的作用。汽油作为有机溶液,还可以作为萃取剂使用,目前作为萃取剂最广泛的应用为国内大豆油主流生产技术——浸出油技术。

4)重要性能

汽油最重要的性能为蒸发性、抗爆性、安定性和腐蚀性。

(1)蒸发性

蒸发性是指汽油在汽化器中蒸发的难易程度。它对发动机的启动、暖机、加速、气阻、燃料耗量等有重要影响。汽油的蒸发性由馏程、蒸气压、气液比3 个指标综合评定。

馏程:汽油馏分从初馏点到终馏点的温度范围。航空汽油的馏程范围要比车用汽油的馏程范围窄。

蒸气压:在标准仪器中测定的38 ℃蒸气压,是反映汽油在燃料系统中产生气阻的倾向和发动机起机难易的指标。车用汽油要求有较高的蒸气压,航空汽油要求的蒸气压比车用汽油低。

气液比:是指在标准仪器中,液体燃料在规定温度和大气压下,蒸气体积与液体体积之比。气液比是温度的函数,用它评定、预测汽油气阻倾向,比用馏程、蒸气压更为可靠。

(2)抗爆性

抗爆性是指汽油在各种使用条件下抗爆震燃烧的能力。车用汽油的抗爆性用辛烷值表示。辛烷值是这样给定的:异辛烷的抗爆性较好,辛烷值给定为100,正庚烷的抗爆性差,给定为0,汽油辛烷值的测定是以异辛烷和正庚烷为标准燃料,使其产生的爆震强度与试样相同,标准燃料中异辛烷所占的体积百分数就是试样的辛烷值。辛烷值高,抗爆性好。汽油的等级是按辛烷值划分的。高辛烷值汽油可以满足高压缩比汽油机的需要。汽油机压缩比高,则热效率高,可以节省燃料。汽油抗爆能力的大小与化学组成有关。带支链的烷烃以及烯烃、芳烃通常具有优良的抗爆性。提高汽油辛烷值主要靠增加高辛烷值汽油组分,也可通过添加四乙基铅等抗爆剂实现。

(3)安定性

安定性是指汽油在自然条件下,长时间放置的稳定性。用胶质和诱导期及碘价表征。胶质越低越好,诱导期越长越好,碘价表示烯烃的含量。

(4)腐蚀性

腐蚀性用总硫、硫醇、铜片和酸值表征。

5)#汽油

#是指汽油辛烷值指标,如92 号,95 号。所谓的95 号汽油,就是95%的异辛烷、5%的正庚烷。在引擎压缩比高者应采用高辛烷值汽油,若压缩比高而用低辛烷值汽油,会引起不正常燃烧,造成震爆、耗油及汽车行驶无力等现象。

汽油标号的高低只是表示汽油辛烷值的大小,应根据发动机压缩比的不同来选择不同标号的汽油。压缩比为8.5 ～9.5 的中档轿车一般应使用92 号汽油;压缩比大于9.5的轿车应使用95 号或98 号汽油。目前国产轿车的压缩比一般都在9 以上,最好使用92号或95 号汽油。

高压缩比的发动机如果选用低标号汽油,会使汽缸温度剧升,汽油燃烧不完全,机器强烈震动,从而使输出功率下降,机件受损。低压缩比的发动机硬要用高标号油,就会出现“滞燃”现象,即压到了头它还不到自燃点,一样会出现燃烧不完全现象,对发动机也没什么好处。

车辆越高档对燃油质量的要求也越高,例如,30 万元以上的中高档车,就只能加95号或98 号汽油,而这里说的95 号汽油和98 号汽油代表的只是汽油中的辛烷值能量的大与小,并不能说明98 号汽油就比92 号汽油清洁。高档汽车对汽油的要求较高,如果汽油的标号不够,对车辆的影响很快就能表现出来,如加完油后汽车马上出现加速无力的现象;如果汽油杂质过多,对汽车的影响就要一段时间后才能反映出来,因为积碳或胶质增多到一定程度才会影响汽车行驶。

并不是汽油标号越高越好,要根据发动机压缩比合理选择汽油标号。在汽车发动机的参数中,大多数崇尚动力性的车友都只注意到功率和扭矩这两个指标,但另一个重要指标却往往被人忽视,这就是压缩比。一般来说,在发动机的其他设计不变的情况下,压缩比越高的车功率越大,效率越高,燃油经济性方面也会好一些。但是压缩比过高会造成稳定性下降,发动机寿命缩短。而且压缩比也不可能无限制地提高,因为可燃混合气在压缩过程中温度会急剧提高,如果在没有到活塞的上止点处温度就已经超过可燃混合气的燃点,则可燃混合气就会爆燃,这就是俗称的敲缸,可以听到明显的金属撞击声,严重的爆燃甚至会使发动机倒转,给发动机造成致命的伤害。

6)辛烷值

辛烷值是表示汽油抗爆性的指标,它是汽油最重要的质量指标。我国车用汽油的标号采用研究法测定的数值,92 号汽油表示它的辛烷值不低于92 号,以此类推。发动机根据压缩比的不同应选用不同标号的汽油,这在每辆车的使用手册上都会标明。当加入的汽油标号过低时,会产生爆震、发动机功率下降、车子无力等现象。

7)实际胶质

实际胶质是评定汽油安定性,判断汽油在发动机中生成胶质的倾向,判断汽油能否使用和能否继续储存的重要指标。国家标准规定,每100 mL 汽油实际胶质不得大于5 mg。为什么会有实际胶质这个概念呢? 因为我国的汽油不是清洁汽油,不管是92 号、95 号、98 号汽油都有同样数值的烯烃,在常温下它会沉淀结胶,而结胶在高温下会碳化,形成积碳(积碳的形成原因并不是单一的。另外一种情况是:常温下的结胶会糊住喷油嘴,使雾化变差,不能充分燃烧而生成积碳)。

当加入的汽油实际胶质过高时,会在油路形成结胶,腐蚀油路。而不均匀的油路结胶(油管变细,喷油嘴被糊住了),导致燃烧室的供油量下降,破坏正常的空燃比(空燃比是设计发动机时一个很重要的技术参数),这样就会造成火花塞点燃汽油之前汽油自燃对外做功(也就是爆震),从而损伤发动机,影响使用寿命。燃烧室里的胶质在高温下形成积碳,使燃烧室空间变小,破坏了空燃比,从而损坏发动机,严重时冷热车均发动机异响,动力严重不足,甚至发动机无法启动。

8)闪点

闪点是表示汽油蒸发和安全性能的指标。闪点过低,说明汽油中混有少许轻质油,发动机工作粗暴,并将对汽油储存、运输、使用以及发生交通事故后的安全性带来极大的安全隐患,国家标准严格规定的闪点值为≥55 ℃。

2.柴油(www.xing528.com)

柴油是在260 ～350 ℃内从石油中提炼出来的,主要由碳、氢和部分氧组成。柴油按馏分轻重分重柴油和轻柴油两种,其中,重柴油适用于1 000 r/min 以下的中、低速柴油机,轻柴油则适用于1 000 r/min 以上的高速机。

车用柴油(国标)和轻柴油(非标)最根本的区别是硫含量不同,轻柴油的硫含量不大于0.2%,而车用柴油的硫含量不大于0.035%。

1)规格及用途

柴油按凝点可分为10 号、5 号、0 号、-10 号、-20 号、-35 号和-50 号7 个牌号,气温低,应选用凝点较低的柴油;反之,则应选用凝点较高的柴油。

2)性能指标及要求

柴油的主要指标有燃烧性、蒸发性、流动性、安定性和腐蚀性等。

(1)燃烧性(着火性)

柴油燃烧性的高低直接影响柴油机的工作。十六烷值是表示柴油在发动机中着火和燃烧性能的重要指标。柴油的十六烷值直接影响燃料在柴油机中的燃烧过程。

柴油的十六烷值高,其自燃点低,在柴油机汽缸中容易自燃,发动机工作平稳。柴油的十六烷值如果过低,燃料着火困难,会产生不正常燃烧,降低发动机的功率。但柴油的十六烷值也不宜过高,如果过高,柴油不能完全燃烧,耗油量增大。

柴油的十六烷值与其化学组成有关。正构烷烃的十六烷值最高,环烷烃次之,多环芳香烃的十六烷值最低。通常车用柴油的十六烷值应为45 ～60。

(2)蒸发性

要使发动机启动和正常工作,要求柴油具有良好的蒸发性。但蒸发性也不能太强,因为蒸发速度过快,燃烧时会积聚大量柴油,使发动机工作不稳定。同时,蒸发性强,即馏分轻,黏度必然小,不仅会增大喷油泵磨损,而且降低喷雾质量,使燃烧过程恶化。也就是说,柴油的蒸发性过强或过差,即馏分过轻或过重都不适宜。

柴油的蒸发性主要用馏程和闪点来评定。

①馏程。

a.50%回收温度:该温度越低,说明柴油中轻质组分越多,蒸发性越好,使柴油易于启动。标准中规定50%回收温度不高于300 ℃。

b.90%回收温度和95%回收温度:该温度越低,说明柴油中重质组分越少,可以提高柴油的燃烧性能和柴油机的动力性能,降低油耗,减少机械磨损。标准中规定90%回收温度和95%回收温度分别不高于355 ℃和365 ℃。

②闪点。柴油闪点既是控制柴油蒸发性的项目,也是保证柴油安定性的项目。一般认为轻质燃料在储运时,其闪点高于35 ℃就是安全的。标准中规定0 号柴油的闪点不低于55 ℃。

(3)流动性

柴油的流动性主要由黏度、凝点、冷滤点来表示。

①黏度。黏度是柴油重要的使用性能项目,它与柴油额供给量、雾化性、燃烧性和润滑性均有密切的关系。高速柴油机在运行时,喷油时间每次只有0.001 ～0.002 s,要在如此短的时间内使喷入的柴油气化自燃,雾滴直径不能超过0.025 mm,才能保证完全燃烧。

雾化好坏取决于黏度,黏度过大则雾滴大,与空气混合不均匀,燃烧不完全形成积碳;黏度过小,雾化虽好,但喷射角大而近,也不能与空气混合完全,同时对喷油嘴等部件的润滑性能变差,增大磨损。

标准中要求0 号柴油在20 ℃时的运动黏度为3.0 ～8.0 mm2/s,只有在这个范围内,才能保证柴油对发动机燃油供给系统有较好的润滑性,保证柴油有较好的雾化性能和供给量,从而使柴油有较好的燃烧性能。

②凝点、冷滤点。凝点和冷滤点是评定柴油低温流动性两个主要的指标,我国柴油就是按凝点划分牌号的,凝点是柴油不能流动的最高温度。但实际使用中,在柴油完全凝固前,便有蜡结晶析出,结晶达到一定尺寸,就可能造成过滤器滤网堵塞,使柴油并未达到凝点前便不能使用。

在规定条件下柴油不能通过滤网的最高温度称为柴油的冷滤点。冷滤点是衡量轻柴油低温性能的重要指标,冷滤点能够反映柴油低温实际使用性能,最接近柴油的实际最低使用温度。5 号轻柴油的冷滤点为8 ℃,0 号轻柴油的冷滤点为4 ℃,-10 号轻柴油的冷滤点为-5 ℃,-20 号轻柴油的冷滤点为-14 ℃。(用户在选用柴油牌号时,应同时兼顾当地气温和柴油牌号对应的冷滤点)。

(4)安定性

柴油的安定性对发动机的影响与汽油类似。柴油安定性差,容易氧化变质,颜色加深变黑,沉淀物和胶质增大,堵塞过滤器,容易在燃烧室形成大量积碳,柴油喷射系统形成漆膜并使活塞环黏结和加大磨损,对柴油的储存和使用有很大影响。

柴油的安定性指标主要用10%蒸余物残炭和总不溶物表示,同时色度的大小及变化也可以反映出柴油安定性的好坏。

(5)腐蚀性

柴油的腐蚀性基本同汽油腐蚀性一样,它通过硫含量、酸度、铜片腐蚀3 个指标加以控制。

①酸度。酸值、酸度表示石油产品中酸性物质的总和。通常,柴油用酸度来表示。酸度大的柴油不但腐蚀机件,而且会增加喷油嘴和燃烧室的结焦和积垢。国家标准规定柴油的酸度不大于7 mg KOH/100 mL。

②腐蚀试验。腐蚀试验是评定油品对一种或几种金属的腐蚀作用的一种定性的试验,目的是检验油品中是否含有对金属产生腐蚀作用的硫醇、活性硫或游离硫及酸性物质、碱性物质和水分等物质。国家标准规定铜片腐蚀不大于一级。

③硫含量。硫含量是指存在于油品中的硫及其衍生物的含量,是保证用油的机械不受腐蚀和操作人员不致损害健康以及防止环境污染的指标。燃料中硫含量较多时,活性硫可以腐蚀油品的储运设备和机械的供油系统;非活性硫燃烧后形成SO2 和SO3,遇水形成亚硫酸和硫酸而腐蚀机械,而SO2 和SO3 排入大气会造成污染。标准中规定轻柴油的硫含量不大于0.2%,车用柴油不大于0.035%。

(6)密度

石油的密度随着其组成中的碳、氧、硫的含量的增加而增大。由于密度随温度的升高而减小,我国一般用20 ℃下测定的密度,称为标准密度。柴油的标准密度一般为0.81 ～0.86 g/mL。视密度是指在试验温度(环境温度)下的密度,一般客户在接受油品测的密度为视密度。柴油密度过小,会使发动机产生爆震,耗油量增大;密度过大,则柴油不能充分燃烧,并在汽缸内和喷嘴上产生积碳,造成汽缸的磨损和堵塞油路,使耗油量增大。

(7)水分和机械杂质

水分和机械杂质是大多数石油产品的重要质量指标。油品在储运过程中可能种种原因混入水分和机械杂质,这对油品的使用是有害的,会堵塞供油系统管线和过滤器,增加用油机械设备的磨损。柴油中含水时,不但设备增加腐蚀和降低效率,且会使燃料过程恶化。在低温情况下,燃料中的水分会结冰堵塞发动机油路,影响供油。

(8)色度

色度是表示柴油颜色的指标。国家标准中规定轻柴油的色度不大于3.5。柴油的色度跟原油品质、炼油工艺、精制程度有关系。不同炼厂出品的柴油颜色会有较大差异。