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辛烷值详解

[ 2007-07-14 ] 来源于: 中国化工信息网

  爆震(震爆Knocking)
  
  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时(活塞将汽油与空气混合压缩后,火星塞再点火燃烧),常因燃烧急速而发生引擎不正常燃爆现象,称为爆震(震爆) 。在燃烧过程中如果火焰传播速度或火焰波之波形发生突变,如引起燃烧室其它地 方自动着火(非火星塞点火漫延),燃烧室内之压力突然增高此压力碰击四周机件而 产生类如金属的敲击声,有如爆炸,故称为爆震(震爆)。汽油一旦辛烷值过低,将使引擎内产生连续震爆现象,造成机件伤害连续的震爆容易烧坏气门,活塞等机件。
  爆震之原因:
  
  (1) 汽油辛烷值太低。(2)压缩比过高。(3)点火时间太早。(4)燃烧室局部过热。 (5)混合汽温度或压力太高。(6)混合汽太稀。(7)预热。(8)汽缸内部积碳。(9)其他如冷却系或故障等。
  
  减少爆震方法:
  
  (1) 提高汽油辛烷值。(2)减低压缩比。(3)校正点火正时。(4)降低进汽温度.(5) 减少燃烧室尾部混合汽量。(6)增加进汽涡流。(7)缩短火焰路程。(8)保持冷却系作用良好。
  
  
  辛烷值
  
  爆震时大大减低引擎动力,实验显示,烃类的化学结构在震爆上有极大的影响。燃烧的抗震程度以辛烷值表示,辛烷值越高表示抗震能力愈高。其中燃烧正庚烷 CH3(CH2)5CH3的震爆情形最严重,定义其辛烷值为0。异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷) 的辛烷值定义为100。辛烷值可为负,也可以超过100。
  
  当某种汽油之震爆性与90%异辛烷和10%正庚烷之混合物之震爆性相当时,其辛烷值定为90。如环戊烷之辛烷值为85,表示燃烧环戊烷时与燃烧85%异辛烷和15%正庚烷之混 合物之震爆性相当。
  
  此为无铅汽油标示来源,目前有辛烷值为92,95,98等级之无铅 汽油,此类汽油含有高支链成分及更多芳香族成分之烃类,如苯,芳香烃,硫合物等。
  
  例如95无铅汽油的抗震爆强度相当于标准油中含有百分之九十五的异辛烷及百分之五的正庚烷的抗震爆强度。
  
  汽油亦可藉再加入其它添加物而提升辛烷值。如普通汽油辛烷值不高(约为50),若 再加入四乙基铅(C2H5)4Pb时,其辛烷值提高至75左右,此为含铅汽油之来源,为除去铅在引擎内之沈积,再加入二溴乙烷,使产生PbBr2之微粒排放出来,但造成环境之污染。一般无铅汽油不含四乙基铅,改用甲基第三丁基醚,甲醇,乙醇,第三丁醇等添加物。
  
  某一汽油在引擎中所产生之爆震,正好与98%异辛烷及2%正庚烷之混合物的爆震程度相同,即称此汽油之辛烷值为98。此燃油若再渗合其它添加剂,辛烷值可大于98或小于98甚或超过100。
  
  一般所谓的95、92无铅汽油即是指其辛烷值,所以95比92的抗爆性来的好。
  
  辛烷值只是一个相对指标,而不是真的只以正庚烷或异辛烷来混合,所以有些燃油再渗合其它添加剂时的辛烷值可以超过100,可以为负。
  
  若车辆『压缩比』在9.1以下者应以92无铅汽油为燃料;压缩比 9.2至9.8使用95无铅汽油;压缩比9.8以上或者涡轮增压引擎车种才需要使用98无铅汽油。
  
  品名   辛烷值   品名       辛烷值
  正壬烷 -45 异辛烷 100
  正辛烷   -17    甲苯       103.5
  正庚烷  0    甲醇        107
  正戊烷 62.5    乙醇        108
  2-戊烯   80     苯       115
  1-丁烯  97  甲基第三丁基醚     116
  乙基苯 98.9
  
  辛烷值愈高,代表抑制引擎震爆能力愈强,但要配合汽引擎之压缩比使用。
  
  压缩比
  
  压缩比(CR)定义为活塞位移容积(PDV)与燃烧室容积(CCV)之和与燃烧室容积(CCV)之 比等于汽缸总容积(PDV+CCV)和燃烧室容积(CCV)之比。
  
  辛烷值是决定汽油引擎能否发挥其设计性能的重要指标,而引擎设计变数中的压缩比是决定辛烷值是否符合其需求的重要参数。当引擎在压缩行程中,油气体积变小,其压缩比率越大,压力越大,温度越高,此时所选用之汽油,必须在此条件下,仍不会引发自燃,如果火星塞尚未点火之前,油气产生自燃现象,则在动力行程中会产生火焰波互相冲击,造成引擎爆震,汽油对此爆震程度之量测指标称为辛烷值。
  
  
  辛烷值越高抗爆震程度越高,由于引擎设计不断精进,汽车制造厂以提高引擎压缩比来缩小引擎体积,增加单位体积所能产生之马力。目前最普通的压缩比在九至十一。压缩比愈高,理论上引擎效率愈高,燃烧愈干净,不过高压缩之汽车也会产生震爆 问题,且高压缩比汽车在高燃烧效率下,在废气成分 中,一氧化碳含量较少,但其它氮氧化物比例反较低压缩引擎稍高。
  
  辛烷值愈高之汽油将可使高压缩比,高性能之车种,展现引擎原设计之高马力,高扭力性能,同时可以发挥省油之效果。亦即高压缩比之引擎需要高辛烷值之汽油,以耐更高的压力与温度,以避免影响汽车之驾驶性能及爆震损害引擎,且可降低排气中之一氧化碳含量。若高压缩比引擎使用过低之辛烷值汽油,行车时容易产生爆震现象(不正常燃烧,引擎有噪音),且易造成引擎爆震无力,引擎过热,加速磨损,长期会损害引擎,且耗油。但提高辛烷值必须提高汽油内芳香烃之比率,若低压缩比引擎使用过高之辛烷值时,会使燃烧温度过高,引擎过热,烧壤排汽门,不会增加马力,不会省油,会发生燃烧不完全,增加废气中之芳香烃类排于空气中,反而增加空气中之致癌物,所以不鼓励使用。选用汽油应依照原厂建议,车辆选用之汽油辛烷值只能比原厂建议值高,不能低,适合最好。
  
  高级汽油含铅,铅对引擎排气阀有润滑作用,故原使用高级汽油之车辆改用无铅汽油时,首先必须确认引擎排气阀座是否经过硬化处理,若尚未经过硬化处理,则可採取以下任一方式解决:(1)应进行排气阀座硬化处理。(2)在无铅汽油中加入适当抗排气阀座磨损凹陷之添加剂。(3)原使用高级汽油之车辆,排气阀座上已有一层润滑薄膜,故改用无铅汽油后尚可维持一万公里左右,不会明显凹陷。
  
  汽油品质规范中之蒸气压直接影响汽油之启动性能,蒸气压代表汽油挥发能力之尺度。汽油挥发性强,容易点爆启动,但太强,会损耗增加,且污染空气,甚至在油管内形成气障,阻碍汽油流动,造成熄火。在冬天时汽油蒸气压大,则引擎冷时较容易启动,但引擎已热,停火后,再度启动时,此种蒸气压大之汽油易使引擎汽缸吸入过浓油气,反而难以启引擎。在夏天时,温度高,冷车时启动较容易,但热车时启动较困难,因汽油容易过浓而引起气障而熄火,故夏天(4月1日至10月31日 )必须供应具较低蒸气压之汽油(62KPa=62000帕,1帕=1牛顿/米2),冬天(11月1日至翌年3月31日)必须供应具较高蒸气压之汽油(69KPa)。衡量油品挥发程度的指标称为雷氏蒸汽压(RVP),该指数愈高,代表挥发性愈强。目前我国环保署订定的汽油雷氏蒸汽压上限为9PSI(pounds per square inch 磅/平方吋 约63KPa)。98无铅汽油雷氏蒸汽压为6PSI(约42KPa),过低会发生冷车启动困难,中油已提高至7PSI(约49KPa),只要增加轻质油料掺配量即可改善。
  
  良好之汽油品质必须(1)抗震爆性能良好。(2)启动性质良好。(3)暖车迅速。(4)加速能力强。(5)耗油量少。(6)引擎运转平稳。(7)防止气障。(8)抗腐蚀性良好。(9)不易变质或生胶。
  
  

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