辛烷值

燃料抵抗震爆的指标

辛烷值

辛烷值（Octane Number）[0]是表示交通工具所使用的燃料（一般是指汽油）的抗爆性能好坏的一项重要指标，其是通过在标准条件下将燃料的爆震强度与两种参考燃料的混合物的爆震强度进行比较来确定的，世界各国普遍采用的标准燃料是异辛烷和正庚烷，测试燃料与标准燃料震爆强度相同时，标准燃料中异辛烷-庚烷混合物中异辛烷的体积百分比即为燃料的辛烷值。[1][3][4]辛烷值可以分为实验辛烷值和行车辛烷值两种，通过不同方法测得的辛烷值一般不同，常用的测定方法有马达法和研究法，得到的辛烷值分别称为马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）。[1][3]辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。[5]除了改变石油的精炼过程可以获得高辛烷值的汽油，在汽油中加入少量抗爆剂，也可以显著提高其辛烷值。[6][7]常用的汽油抗爆剂有四乙基铅（TEL）、甲基苯胺（MMA）、醋酸异丁酯（TLA）、甲基异丁醚（MTBE）[8]、甲基环戊二烯基三羰基锰（MMT）等。[6][7]

辛烷值（Octane Number）[1]是表示交通工具所使用的燃料（一般是指汽油）的抗爆性能好坏的一项重要指标，其是通过在标准条件下将燃料的爆震强度与两种参考燃料的混合物的爆震强度进行比较来确定的，世界各国普遍采用的标准燃料是异辛烷和正庚烷，测试燃料与标准燃料震爆强度相同时，标准燃料中异辛烷-庚烷混合物中异辛烷的体积百分比即为燃料的辛烷值。[2][4][5]

辛烷值可以分为实验辛烷值和行车辛烷值两种，通过不同方法测得的辛烷值一般不同，常用的测定方法有马达法和研究法，得到的辛烷值分别称为马达法辛烷值（MON）和研究法辛烷值（RON）。[2][4]辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。[6]除了改变石油的精炼过程可以获得高辛烷值的汽油，在汽油中加入少量抗爆剂，也可以显著提高其辛烷值。[7][8]常用的汽油抗爆剂有四乙基铅（TEL）、甲基苯胺（MMA）、醋酸异丁酯（TLA）、甲基异丁醚（MTBE）[9]、甲基环戊二烯基三羰基锰（MMT）等。[7][8]

简介

辛烷值表示的是液体燃料的稀混合气的抗爆性，辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。[6]辛烷值是在严格的条件下，与一定的标准燃料相比较而测得的。因为异辛烷和正庚烷这两种标准燃料的物理化学性质和汽油很相近，通过将这两种燃料混配可以获得抗爆性范围很广的一系列标准燃料，因此世界各国普遍采用异辛烷和正庚烷作为测定辛烷值的正标准燃料。通常规定抗爆性极高的异辛烷（2,2,4-三甲基戊烷）的辛烷值为100，规定抗爆性极低的正庚烷（n-C7H16）的辛烷值为0，将这两种燃料按不同体积比例混配，可以获得从0到100单位辛烷值的标准燃料，其中异辛烷含量的体积百分数定为该标准燃料的辛烷值。[2][4]

燃料的辛烷值只是表示燃料抗爆性高低的相对指标，它随所采用标准燃料以及试验条件的不同而改变。辛烷值并不表示该燃料中异辛烷的实际含量多少，而只表示该燃料与异辛烷比较时的抗爆性好坏。[2]因此，一些燃料的辛烷值也可能超过100，对于辛烷值大于100的车用汽油，可以利用添加四乙基铅的纯异辛烷与待测燃料在标准发动机上比较抗爆性，以此得到燃料的辛烷值。[4]

类型

辛烷值可以分为实验辛烷值和行车辛烷值两种。对于车用汽油而言，实验辛烷值有研究法（F-1法）辛烷值（RON）和马达法（F-2法）辛烷值（MON），前者适用于发动机温和运转时的情况，后者则适用于发动机剧烈的运转情况。因此，研究法辛烷值与城市车辆实际使用条件接近，马达法辛烷值与经常高速行驶和高负荷条件下工作的车辆吻合。由于RON的测定方法较MON的测试方法温和，因此，对于同一汽油而言，RON高于MON，两者的差值被称为汽油的敏感性，汽油中的芳烃和烯体常导致汽油的敏感性增加。[2][4]

行车辛烷值也被称为道路辛烷值（SOZ）[10]，反映汽油在道路上的实际使用性能，包括修正爆震强度法道路辛烷值和修正边界线法道路辛烷值。前者是在油门全开、最易爆震的情况下测定的。后者是在人为控制点火分配器，使发动机保持微弱爆震状态下测定的。二者均是用待测燃料与已知辛烷值的参比燃料比较点火提前角（从点火时刻起到活塞到达压缩上止点，这段时间内曲轴转过的角度），从而求得不同转速时的辛烷值。[2][4]

测定方法

测定任意燃料（各种汽油或单体烃）的辛烷值时，将所测燃料与选取的标准燃料在严格规定的条件下于辛烷值测定机中进行比较。如果它们的抗爆性恰好相等，则取标准燃料的辛烷值（即异辛烷含量%）作为所测燃料的辛烷值。如不相等，则需另行选取标准燃料重新比较。由于实际工作中因很难找到恰与所测燃料抗爆性完全相等的标准燃料，因此一般选取两个标准燃料，使其中一个标准燃料的抗爆性略高于所测油样，另一个标准燃料则略低于所测油样的抗爆性，根据试验结果来计算出所测油样的辛烷值。以下是几种常用的辛烷值测定方法：[2][4]

马达法

马达法是中国规定测定汽油抗爆性的标准方法，适用于辛烷值在25-100单位的汽油。马达法使用一个可变压缩比的单缸四行程发动机，发动机转速保持900转/分，进气温度为149℃。[11]测定时先将试验机调整至规定的条件，然后用试油操作。此时调节压缩比，使之达到规定的爆震强度，取异辛烷和正庚烷或副标准燃料按不同容积比例配成适当的两种标准燃料，使其中一种标准燃料的抗爆性应略高于试油，而另一种标准燃料的抗爆性则略低于试油。然后在规定条件下，并和试油的压缩比相同的条件下比较其爆震强度。在比较时所有试油及标准燃料均应将混合气成分调整至最大爆震。根据爆震计的读数即可计算出试油的辛烷值。[2][12]由于马达法的试验条件规定较严格，因此测定结果的重复性较好，对经常高速行驶和高负荷条件下工作的车辆来说，马达法测得的辛烷值较接近实际情况。[2][12]

研究法

研究法和马达法一样，采用一个压缩比可变的单缸顶置气门的四冲程奥托循环内燃机，发动机转速保持600转/分，进气温度为52℃。测试燃料辛烷值时，首先使用待测燃料，并使测试设备在特定的条件下运行，不断调整设备的压缩比直到发生标准水平的爆震现象。然后，将待测燃料替换为两种标准参照燃料的混合物，并不断调节混合物的混合比例，直到爆震程度与使用被测燃料时的爆震程度相同，混合物中异辛烷的比例即为被测燃料的辛烷值。[12]研究法的特点是测定时发动机的转速较低，混合气温度低，因此使用研究法测得的同一汽油的辛烷值通常比马达法高5-10个单位。因为在城市条件下汽车的车速较低，负载较小，发动机温度也较低，与研究法的测定条件较接近，因此研究法测得的燃料抗爆性与城市小车实际使用条件下表现的抗爆性较接近。[2]

道路法

道路法辛烷值是机动车在道路上行驶时在车上按“改良爆震强度法”确定的。测定时，暖态发动机使用由异辛烷和正庚烷组成的混合物在直接档油门全开，以行驶时正好无震动的速度加速。并每次都调整点火时间，到听得见爆震为止。记录混合物的辛烷值与发动机正好开始爆震时的点火调整值的关系，并绘制点火调整值与辛烷值的标准曲线。然后发动机用待测汽油工作，用同样方法找出正好开始爆震的点火调整值。就可从标准曲线读出道路法辛烷值。对同一种汽油，在不同的发动机中得出的道路法辛烷值是不同的。[10]

内插法

在实际测量时，因为很难找到恰好与所测燃料抗爆性完全相等的标准燃料，因此一般选取两个标准燃料，使其中一个的抗爆性略高于所测油样而另一个则略低于所测油样的抗爆性，根据试验结果便可计算出所测油样的辛烷值，这种方法称为内插法。[4]用内插法评定试样时，需在同一压缩比下进行试验，试样的爆震表读数应在两个参比燃料的爆震表读数之间，必须按要求配两种参比燃料，且这两个参比燃料的辛烷值差数不大于2个辛烷值单位。测定完成后，可以用如下公式计算辛烷值：[13]

式中：[13]

X为被测车用汽油的辛烷值；[13]

A为高辛烷值参比燃料对应的辛烷值；[13]

B为低辛烷值参比燃料对应的辛烷值；[13]

a为高辛烷值参比燃料对应的平均爆震表读数；[13]

b为低辛烷值参比燃料对应的平均爆震表读数；[13]

c为被测车用汽油的平均爆震表读数。[13]

压缩比法

压缩比是利用参比燃料检验标准爆震强度与气缸高度，也就是压缩比之间的关系是否正确。在两者关系正确时，即可根据试样达到标准爆震强度所需的气缸高度，通过查相关表得出试样的辛烷值。测定时，需要先使用与试样同一范围的第一个参比燃料，把压缩比调整到符合要求的数值，调节参比燃料液面，取得最大爆震燃料-空气比，最后调整爆震仪，使爆震表读数为50，以确定标准震爆强度。然后再测定式样燃料的辛烷值，根据计数器读数，从校正表读取相应的辛烷值。[4][13]

近红外光谱法

近红外光谱分析方法具有检测快速、操作及维护简便和检测成本低等优点，利用汽油在近红外光谱区（700-2500 nm）的C-H振动倍频信号提供的信息，通过建立数学模型，并利用该模型的内插和外推能力来根据未知样品的光谱信息即可对目标参数进行预测。[14]现有的标准辛烷值测量方法为研究法辛烷值、马达法辛烷值，它们的准确度高，但测量困难，不仅需要专用的试验发动机设备，而且还需要配备各种抗爆性等级的标准混合燃料，存在分析时间长、测试成本高等缺点。而近红外光谱技术由于具有快速、无损的分析特点，在汽油辛烷值检测领域已有理论成果及实际工业应用。[15][16]

介电常数法

汽油的主要成分是C4-C12脂肪烃，并含有少量的芳香烃和硫化物，汽油是成分复杂的混合物，其中各个成分物质的介电常数不同，且不同品质的汽油介电常数与辛烷值之间呈线性关系，因此要测得汽油的辛烷值只需要测得汽油的介电常数，而利用电容传感器等方法即可检测不同品质汽油的介电常数，得到汽油辛烷值与介电常数的关系式，从而计算所测汽油的辛烷值。[17]

增压航空法

对于辛烷值大于100的航空汽油，其抗爆性是用品度值表示，品度就是以化学纯异辛烷在增压航空法测定机上，在相同条件下将航空燃料的最大无爆震输出（平均指示压力或平均功率）与异辛烷相比所得百分比。品度值反映的是在富油混合气条件下燃料的抗爆性与飞机起飞或航空中加大马力时所需富混合气的工作情况相符。在实际测定燃料的品度时，通常使用工业标准异辛烷，并在其中加入不同量的四乙铅（0.19~2.30毫升/公斤）作为标准燃料。将待测燃料在规定条件下与标准燃料进行比较，如果在产生最初爆震条件下，单位时间内燃料消耗量与空气消耗量之比为G燃料/G空气=0.112时，待测燃料的平均指示压力与标准燃料所得平均指示压力相等，则用标准燃料的品度来表示待测燃料的品度。[2][4]

抗爆指数

抗爆指数（ONI）为同一种汽油研究法辛烷值与马达法辛烷值的平均值，可通过下式计算：[18]

式中MON为马达法辛烷值，RON为研究法辛烷值。抗爆指数可用来近似地反映汽油的道路辛烷值，反应燃料在汽车实际行驶中的抗爆性能。

燃料敏感度

由于测试MON的运行条件比测试RON的运行条件更加苛刻，因此部分燃料的RON值会比MON值大，RON与MON之间的差值称为燃料敏感度（FS），即：[11]

燃料敏感度可有效表示该燃料爆震特性对燃烧室形状设计的敏感程度。FS值越低，燃料的爆震特性对燃烧室几何形状越不敏感。[11]

辛烷值之间的换算

研究法辛烷值与马达法辛烷值之间存在一定联系。中国一般通过如下经验公式计算：[4]

1974年由日本科学家提出的通过研究法辛烷值、芳烃和烯烃的体积百分比及加铅量求马达法辛烷值的计算公式如下所示：[4]

实验辛烷值是在特定条件下用专用设备测定的能够重现的测定值，而行车辛烷值因测定时使用的汽车和设备变化很大，是个不能重复的相对值，并且通常是由很多汽车的测定结果平均得到的并不代表单一汽车的行车辛烷值，但是可以根据伯特纳（Burtner）方程估算道路辛烷值，方程式如下：[4]

对于无铅汽油手动变速汽车：[4]

对于无铅汽油自动变速汽车：[4]

对于加铅汽油手动变速汽车：[4]

对于加铅汽油自动变速汽车：[4]

常见燃料的辛烷值

通常辛烷值可以按以下顺序排序：直链烷烃＜环烷烃＜支链烷烃≈烯烃＜芳烃。常见燃料的辛烷值如下表，表中RON指研究法辛烷值，MON指马达法辛烷值，实际辛烷值是指纯燃料的性能，而混合辛烷值是指燃料对特定汽油成分的引擎爆震的实际影响。[4][19]

碳氢化合物实际辛烷值混合辛烷值RONMONRONMON直链和支链烷烃正丁烷93113114-正戊烷626262672-甲基异丁烷9290991042,2-二甲基丙烷85S010090正己烷252619222,2-二甲基戊烷92938997正庚烷00002,2-二甲基戊烷939689932,2,3-三甲基丁烷>100>1001131132,2,3-三甲基戊烷1001001051122,2,4-三甲基戊烷100100100100烯烃1-戊烯91771521351-甲基-2-丁烯97851761411-甲基-2-戊烯97S11301181-甲基-2-戊烯99841301282,2,4-三甲基-1-戊烯>100861641532,2,4-三甲基-2-戊烯>10086148139芳烃苯>100>1009991甲苯>100>100124112邻二甲苯>100>100120103间二甲苯>100>100145124对二甲苯>100>100146127乙苯>100981241071,3,5-三甲苯>100>100171137丙苯>10098127129异丙苯>10099132124环烷烃环戊烷10185141141甲基环戊烷918010799环己烷837711097甲基环己烷757110484邻二甲基环己烷81798583间二甲基环己烷67646765对二甲基环己烷68656663

提高经济性能

辛烷值是表示汽化器式发动机燃料的抗爆性能好坏的一项重要指标，辛烷值越大，表示汽油的抗爆性越好。[6]一定压缩比的发动机，必须用具有一定辛烷值的汽油，才能保证燃料在气缸中正常燃烧，不产生爆震现象，使发动机发出最大功率。[5]因此汽油的辛烷值越高，发动机就可以使用更高的压缩比工作。如果炼油厂生产的汽油的辛烷值不断提高，则汽车制造厂可随之提高发动机的压缩比，这样既可提高发动机功率，又可以提高行车里程数，节约燃料，对提高汽油的动力经济性能是有重要意义的。[3]

判断燃料组成

汽油的辛烷值和汽油的化学组成，特别是与汽油中烃类分子结构有密切关系。在碳原子相同的烃类中，直链烷烃辛烷值最低，支链较多的异构烷烃和芳香烃辛烷值最高，而环烷烃和烯烃介于它们之间。通过测定不加抗爆剂的汽油组分的辛烷值，可以大致判断油的主要成分。通常，同一原油加工出来的直馏汽油因其含正构烷烃较多因而辛烷值较低，而裂化汽油的辛烷值含有较多的异构烃或烯烃，因此辛烷值比直馏汽油高。铂催化重整所得的汽油由于含有较多的芳香烃，因此具有很高的辛烷值。[3]

提高辛烷值的方法

除了改变石油的精炼过程可以获得高辛烷值的汽油，在汽油中加入少量抗爆剂，也可以显著提高其辛烷值。常用的添加剂有一甲基苯胺（MMA）、醋酸异丁酯（TLA）、甲基异丁醚（MTBE）[9]、甲基环戊二烯基三羰基锰（MMT），标准的辛烷值提升剂是四乙基铅（TEL），其化学式为Pb(C2H2)。在几升汽油中加入几毫升的TEL就能有效地提升辛烷值。但使用TEL的最大问题是环境污染，TEL在使用后，其中的铅元素存留在发动机废气中，而铅是一种毒性非常大的有害排放物，因此TEL逐渐被禁用。为了提高辛烷值，减少发动机磨损，常在汽油中加入酒精、有机锰化合物。[7][8]

区域差异

美国、日本和欧洲各国均采用研究法，而中国过去一直采用马达法，现在同时采用这两种方法测定燃料的辛烷值。不同国家、地区使用的汽油的辛烷值也不同，以下是部分地区所使用的燃料的辛烷值，表中北美地区和拉丁美洲的辛烷值是指抗爆指数（AKI），其他地区的辛烷值为RON表示：[20]

地区硫
（ppm，最大）		芳烃
（v%，最大）		苯
（v%，最大）		RVP（雷德蒸汽压）
（37.8℃）
（kPa，最小～最大）		辛烷值
常规优质
北美302931.144 ~ 758791~93
拉丁美洲650371.835 ~ 908791~93
欧洲15351.145 ~909195~98
独联体470432.835 ~ 10080~9295~98
亚太310392.245 ~ 909095
中东770402.355 ~ 759095
非洲840505.045 ~ 908892

以下是部分国家使用的汽油辛烷值：[22]

巴西：巴西国家石油公司的普通汽油的辛烷值为93RON，硫含量为50mg/kg，优质汽油的辛烷值为100RON，硫含量为30mg/kg。[23]

中国：中国加油站通常提供89RON、92RON、95RON的汽油，部分地区也有98RON的汽油。[22][24]

美国：美国普通汽油、中级汽油和优质汽油抗爆指数的行业标准为87、89、91。[22]但在美国落基山脉附近的高海拔州，燃料的辛烷值在85-91AKI之间。[25]此外，美国也有许多加油站提供E85（85%乙醇和15%汽油的混合燃料）汽油。[26]日本使用的普通汽油的辛烷值最低为89RON，优质汽油的最低辛烷值为96RON。[21]澳大利亚和新西兰使用的普通汽油的辛烷值最低为91RON，优质汽油的最低辛烷值为95RON。[21]印尼使用的普通汽油的辛烷值最低为88RON，中等汽油的最低辛烷值为91RON，优质汽油的最低辛烷值为95RON。[21]

马来西亚在2005/2006年汽油标准中，要求汽油的辛烷值不低于92/97RON。[22]韩国在2006年汽油标准中，限制汽油的辛烷值不小于91/94RON。[22]

新西兰在2005年的汽油标准中同时要求汽油的RON不小于95，MON不小于85。[22]

泰国在2004年的汽油标准中同时要求汽油的RON不小于91/95，MON不小于80/84。[22]

越南在2006年的汽油标准中同时要求汽油的RON不小于90/92/95，MON不小于79/81/84。[22]

菲律宾在2006年的汽油标准中同时要求汽油的RON不小于93/95，抗爆指数（AKI）不小于87.5。[22]

印度在2005/2006年的汽油标准中同时要求汽油的RON不小于89/93，抗爆指数（AKI）不小于84/88。[22]

参考资料 26

  1. octane number — britannica
  2. 参考 2
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=K_cp52o2S78cIFiViio5YANvYatGUojm-_Iri6-PX6XiNAbx_io1bhMAflTBb-bL48H4A7wd61Rbl5DYXa3X0lEkvJu0h9abPF7c8QBHIh3Ggsor2NA6VZOF-c-KVqdsSA7ClITLE1U9nQbqQfmeRpJ2YZWP8IaQ&uniplatform=NZKPT&language=CHS
  15. https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=K_cp52o2S7-6EzlNmsK4JGqoDHR8lncP3uZr2vScHz482dEnqiYtqM4atpkz80CAdlBAOJYaVUCA-EmJrk7rrBf2F2zfODKL1Cu4eM-XGJUsmsdU73xn6LIyST7cc7oa4lRUTG7B0mM5FfS29Hg3zQ==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
  16. https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=K_cp52o2S7_Se1lnQ7sN_bcVeU4GStP0pXTAuFknIvkk6sTsE2C5IBCbVSK9SiCm3ClurCa_cTS-roiYodG7obkTlM4N7Kg_0udugWSfvU6kt7jS5446zegkgTsbrUj-1pD8zP2ecJL_XVlQSnFDag==&uniplatform=NZKPT&language=CHS
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. Gasoline — petrobras
  24. 不同标号汽油，除了价格还有什么差别？老司机告诉你 — 中国科学院沈阳分院
  25. aaa — Gasoline octane levels in Colorado
  26. E85 Refueling Location Search — e85refueling
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