趙三生

路漫漫其修遠兮 吾將上下而求索
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汽油標號及科學加油

(2020-12-06 15:03:37) 下一個

駕車駛進加油站,刷卡,拿起油槍, 你有點納悶, 85 87 91,該按哪個號?隨車 使用手冊說要加87號或更高標號,已往都是選87號,這次 為了省錢或有點好奇加了價廉的85號。試試加速或者爬坡,若感覺馬力不足,甚或聽到“ 乒-乒-乒。。。”的噪音,情況就有些不妙,這種噪音稱為“敲缸”(knock), 是油氣自燃引爆 聲,“敲缸” 使發動機受損極大。一個臨時應急的補救辦法是去加油站或Walmart買一小瓶(6 oz )辛烷助推劑 (octane booster),倒入油箱,85號就升級為90號了。若有興趣,不妨再買一小瓶(6 oz )燃油清潔劑(fuel system cleaner)倒入油箱,這樣一來你的燃油就變成90號頂級高潔汽油了(Top Tier Detergent Gasoline)。

1汽油標號

 在普通的奧托汽油發動機中,壓縮的油氣混合物被火花塞點燃做功。在此燃燒過程中,如果燃燒室中未燃燒的燃料部分因壓縮而過熱,則未燃燒的燃料有可能在主火焰前沿到達之前自動點燃引爆。爆震引起的衝擊波會產生高於設計值的壓力,並且可能會產生“砰-....”的“敲缸”聲音。爆震嚴重會導致發動機損壞。汽油標號俞高,俞不易發生爆震 。

辛烷值(octane rating)是衡量汽油性能的標準方法。辛烷族(C8H18)是汽油的典型成分。它們是無色液體,沸點約為125°C(260°F)。選辛烷族中的一個成員異辛烷(iso-octane 或稱2,2,4-三甲基戊烷)用作參考標準,其辛烷值定為100,將庚烷(heptane, C7H16)定為0,汽油中異辛烷的體積百分數即是燃料的辛烷值。例如,與90%異辛烷和10%庚烷的混合物具有相同爆震特性的汽油,辛烷值定為90,亦即90號汽油。再譬如,乙醇(ethanol)的辛烷值為100,83%異辛烷,7%庚烷與10%的乙醇相混合,其辛烷值為93,亦即93號汽油,餘類推。辛烷值越高,燃料在引爆之前可以承受的壓縮越大。廣義上講,辛烷值較高的燃料用於要求較高壓縮比的高性能汽油發動機。使用高辛烷值的燃料還可以實現更高的壓縮比,渦輪增壓以及縮小引擎體積,所有這些都可以提高發動機效率和性能, 減少石油消耗,降低溫室氣體排放。但是認為高標號的汽油燃燒值也高是一種誤解, 辛烷值不是燃料能量的指標,僅是燃料抵抗自燃能力的度量。

2 汽油添加劑

 汽油添加劑有兩類,其一是辛烷值增劑,目的在於防止汽油自燃爆震;其二是燃油清潔劑(fuel system cleaner),目的是減少和清除發動機內的“積碳”(carbon deposit)。“自燃爆震”和“積碳”是內燃機的兩個大敵。

20世紀初期,汽車製造商尋找一種可以減少發動機自燃爆震的化學物質。 1921年通用汽車公司(GM)的工程師發現給汽油中添加四乙基鉛(俗稱鉛)可提高汽油的辛烷值,從而防止了發動機爆震。雖然芳香烴(如苯)和醇(如乙醇)在當時也是眾所周知的辛烷值增劑,但鉛由於其較低的生產成本而成為首選。在美國,含鉛汽油一直作為主要的燃料使用,直到美國環境保護局(EPA)在1970年代中期開始立法,含鉛汽油才逐步被淘汰,主要原因是鉛汙染損傷腦細胞,影響兒童智力發育,據說也是誘發老年癡呆症的一個因素。現在全世界範圍內僅有北朝鮮,緬甸和也門仍在使用含鉛汽油。

美國環境政策的基石是減少汽車和卡車的有害尾氣排放。多年來,辛烷值來源采取了多種形式,它們包括鉛,甲基叔丁基醚(MTBE),苯,甲苯,乙苯,二甲苯(BTEX)和酒精(甲醇或乙醇)。由於已經發現鉛和石油基辛烷值增劑使 健康和環境受到不利影響,因此已將其從燃料供應中刪除或減少了使用。如今,美國汽油供應中使用了兩種主要的辛烷值來源:BTEX複合物(一種石油精製產品,通常稱為汽油芳烴)和乙醇(ethanol)。乙醇的能源密度低於汽油,乙醇的燃燒值約為汽油的1/3。 添加10%乙醇 的燃油其經濟性約低3%。

美國石油儲量產量居世界第一,為什麽要給汽油中添加10%的酒精(乙醇)?如上所述,酒精既是辛烷值增劑,又是清潔劑,汙染少,實屬一舉數得;另一個原因是美國的玉米產量太高,美國用玉米等穀物發酵生產出世界62%的酒精,摻入汽油中自用的僅占其產量的7%,絕大部分以燃料出口,出口的一半買給了中國和巴西,商務部常為推銷這些酒精發愁。2020年COVID-19病毒肆虐全球,消毒酒精,洗手液(酒精+泡沫劑)等競成為緊俏商品,有些令人啼笑皆非。

在1980年代後期,隨著更先進的燃油噴射技術(fuel injector)被廣泛應用於新車中,汽車製造商開始關注燃油添加劑。噴油器經常堵塞,發現問題是某些汽油中的清潔劑含量不足。在汽車工業的支持下,聯邦政府規定了特定含量的清潔添加劑。美國環境保護局(EPA)於1995年推出了最低汽油清潔劑標準。汽車製造商開始向客戶推薦清潔劑含量足夠多的特定汽油品牌。這有助於防止有害的發動機“積碳”,經常使用這種類型的汽油可以使引擎長期保持最佳狀態並延長其壽命。  

頂級清潔劑汽油(TOP TIER Detergent Gasoline)是幾家主要汽車製造商設計和支持的汽油品牌。寶馬,通用汽車,菲亞特克萊斯勒,福特,本田,豐田,大眾,奔馳,和奧迪均支持這一標準品牌 ,並建議其用戶使用頂級清潔劑汽油。 與僅使用EPA要求的最低添加劑的其他零售商相比, 獲得TOP TIER許可的零售商所有級別的汽油都必須使用經批準的TOP TIER™清潔添加劑,不含有機金屬添加劑( MMT 或 Ferrocine.),加油處有TOP TIER™徽標顯示。

3 加幾號油

出售的通用汽油並不是僅含異辛烷和庚烷,而是許多烴和其他添加劑的混合物。在大多數零售加油站,提供了三種辛烷值等級:85(普通),87(中級)和91-93(高級),級別價差約為10-15% 。就能量密度或燃燒值而言,普通,中級和高級三種並無差別,但辛烷值高的汽油抗爆震性強,所以適用於較高壓縮比的高性能汽油發動機。打個比方說,在加油站買油選擇油號有點象在鞋店買鞋選擇鞋號,選鞋得按照腳的大小,選擇汽油等級得按照使用手冊中關於燃油的標號(即辛烷值)要求來定。普通汽油適合城區行駛,中高級汽油能使發動機”開足馬力”,適合在高速公路或山路行駛。高裏程的車由於燃燒室的積碳增加使得壓縮比升高,要加高標號汽油以防止引擎“敲缸”。

4 討論

 A 油箱見底有什麽壞處?

除了因燃油用盡而停駛外,還可能損壞燃油泵。電動燃油泵高約15cm,安裝在油箱內底部,燃油泵在傳輸燃油的同時,其金屬轉子依靠液態燃油潤滑和冷卻,油麵過低加上道路顛簸,會導致燃油泵因過熱而損壞。在燃油稀少引擎息火的情況下,心存僥幸而反複啟動則是錯上加錯,除油泵外還會損壞其它部件。

B 加滿油箱有什麽好處?

加滿油再擰緊油箱蓋封閉油箱,既防止了燃油揮發,也防止了水汽或其它有害氣體的侵入。如果不加滿,則滯留於油箱上部的水汽或其它有害氣體會被汽油中的苯,酒精等吸收而形成酸性化合物,這些酸會腐蝕汽油燃料係統中使用的許多金屬或塑料部件。水侵入燃油係統後腐蝕零件,天寒地凍時結冰堵塞油路,使得發動引擎十分困難。割草機,掃雪機,發電機以及長期存放的汽車等,加滿油箱再加適量燃油儲存劑(fuel storage),以保障燃油係統不受汙染。

C 溫度對加油的影響

有人說,最好是早上買汽油,不是因為醒來早,而是認為清晨涼爽時汽油濃,這意味著您每加侖的能量將比當天晚些時候多。這樣說理論上 應當是正確的, 因為汽油像所有其它液體一樣,熱脹冷縮,汽油的熱膨脹係數是0.00069/度(F),例如,當汽油從60華氏度升高到75華氏度時,其體積增加1%,同時能量含量保持不變。買油按體積計價,“冷油”當然比“熱油”合算了。理論歸理論,實踐歸實踐,套一句俗話:“買家能有賣家精?” 加油站通常將汽油存儲在地下的雙壁儲油罐 中, 儲罐的溫度變化遠低於上方空氣中的溫度變化。結果是,在任何特定工位的任何24小時拉伸過程中,從油槍噴嘴噴出的汽油溫度變化很小,甚至根本沒有變化。

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評論
趙三生 回複 悄悄話 回複 'stillthere' 的評論 : 在加油站你也可以調配出介於普通和高級之間你想要的油號.例如用1:1 的比例分別加85號和91號,你就得到了88號油,用1:3的比例就得到了89.5號油。
stillthere 回複 悄悄話 油箱見底又一壞處是沉積物堵塞輸油管使其報廢。
stillthere 回複 悄悄話 非常實用;謝謝分享。
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