早期發(fā)動(dòng)機(jī)大部分都使用表面式化油器Surface Carburetor，由于這種化油器本身的結(jié)構(gòu)特性，評(píng)價(jià)燃料的性能標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時(shí)是由揮發(fā)性來(lái)判斷的，而揮發(fā)性又由燃料比重決定，所以比重越低的燃料被認(rèn)為質(zhì)量越好。這種評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)一直延續(xù)到了第一次世界大戰(zhàn)中，因?yàn)閼?zhàn)爭(zhēng)，引擎會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持在高功率狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到發(fā)動(dòng)機(jī)爆震會(huì)和不同地點(diǎn)挖掘出來(lái)的燃料以及混合氣的濃度兩者間產(chǎn)生聯(lián)系。比如英國(guó)人就發(fā)現(xiàn)，從羅馬尼亞和荷屬東印度原油中獲得的直餾汽油比從美國(guó)拿到的同類產(chǎn)品質(zhì)量要高得多，不過(guò)從加利福利亞州進(jìn)口的燃料除外。

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盡管此時(shí)還不存在辛烷值這個(gè)概念，所以考證有一定難度，不過(guò)根據(jù)估計(jì)當(dāng)時(shí)美國(guó)普遍燃料的辛烷值約45-55，而羅馬尼亞、荷屬東印度、加利福尼亞的燃料辛烷值則高達(dá)70-75。這段時(shí)間唯一存在的能增強(qiáng)燃料性能的方法是加入煤焦油中提取的苯，而且添加量極大，一般來(lái)說(shuō)會(huì)占約20%——這個(gè)數(shù)值是混合燃料在低溫下不會(huì)凝固的極值。

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綜合一下來(lái)說(shuō)，第一次世界大戰(zhàn)期間飛機(jī)的燃料只不過(guò)是一種低比重的直餾汽油。到了1917年，美國(guó)人加入了戰(zhàn)爭(zhēng)，并成為了協(xié)約國(guó)的主要燃料供應(yīng)商，然而其提供的燃料以辛烷值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看太低了，這對(duì)協(xié)約國(guó)的空軍部隊(duì)來(lái)說(shuō)造成了大麻煩，只能在燃料中大規(guī)模添加苯。

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美國(guó)人在惹出麻煩之后開(kāi)始嘗試補(bǔ)救，設(shè)立了以燃料揮發(fā)性為基準(zhǔn)的燃料性能評(píng)級(jí)系統(tǒng)，結(jié)果在這種系統(tǒng)下，來(lái)自賓夕法尼亞的燃料（可能只有40辛烷值）性能數(shù)值反而碾壓了加利福尼亞的燃料（約70辛烷值），不僅沒(méi)有起到正面作用反而造成了更大的麻煩。

戰(zhàn)后，英美兩國(guó)對(duì)于燃料性能的研究開(kāi)始分道揚(yáng)鑣。1918之后由于三硝基甲苯TNT的需求量大幅下降，用于合成材料的甲苯開(kāi)始被當(dāng)做燃料使用，1919年英國(guó)一群獨(dú)立焦炭和天然氣生產(chǎn)商成立了National Benzole國(guó)家苯公司專門(mén)開(kāi)始銷售苯，而同年Harry Ricardo——最早開(kāi)始研究發(fā)動(dòng)機(jī)爆震現(xiàn)象的一位工程師——制造出了一臺(tái)名為E35的可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，在Asiatic Petroleum Company (Shell)即殼牌亞細(xì)亞火油公司的資助下開(kāi)始研究各種燃料的抗爆震性能。

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Ricardo拿出了兩種測(cè)試方法，第一種是對(duì)于給定燃料，保持其余所有條件不變，僅連續(xù)提升發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，直到發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)明顯的爆震現(xiàn)象位置，然后將這個(gè)壓縮比的極值記錄下來(lái)，稱為最高可用壓縮比（Highest Useful Compression Ratio 即HUCR）。Ricardo在報(bào)告里指出，只要手法熟練，就能將燃料發(fā)生爆震的壓縮比范圍精確到一個(gè)很小的范圍內(nèi)。

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第二種方法則是對(duì)給定燃料，分成兩份樣品，分別混合甲苯和一種低品質(zhì)燃料，然后比較兩份樣品，分別以甲苯和低品質(zhì)燃料的抗爆震性能為極值，繪制出在這個(gè)區(qū)間內(nèi)相對(duì)于甲苯和低品質(zhì)燃料，這兩份混合樣品的抗爆震性能，由此確立給定燃料的抗爆震性能值。這個(gè)方法不是很可靠，因?yàn)樽鳛閰⒖嫉募妆胶偷推焚|(zhì)燃料的抗爆震性能無(wú)法保持一致的基準(zhǔn)，如果廣泛使用的話會(huì)有較大誤差，但是這個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的想法已經(jīng)比較成熟，可以說(shuō)是辛烷值系統(tǒng)的前身。

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1921年，Ricardo發(fā)布了一份對(duì)于各種碳?xì)浠衔锏目贡鹦阅苁秩娴难芯浚贸鼋Y(jié)論芳香烴的性能最佳，環(huán)烷烴次之，而鏈烷烴是最差的，以我們?nèi)缃竦囊暯强磳?shí)際上Ricardo對(duì)于異構(gòu)烷烴的優(yōu)異抗爆震性能存在誤解，不過(guò)當(dāng)時(shí)能做到這種程度的研究已經(jīng)十分可貴了。

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Ricardo的這份研究大大推動(dòng)了英國(guó)對(duì)于高性能汽油的研究，并推動(dòng)了以芳香烴含量來(lái)衡量汽油品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)行，而燃料的揮發(fā)性則被延后到了次要的地位。

在美國(guó)，汽油性能研究的工作是由Thomas Midgley Jr.小托馬斯·米基利——后來(lái)著名的四乙基鉛發(fā)明者，以及Charles F. Kettering——當(dāng)時(shí)通用汽車公司的研發(fā)部領(lǐng)導(dǎo)人合作研究的，他們對(duì)于燃料性能的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)依舊是揮發(fā)性而不是抗爆震性能，不過(guò)這并不是因?yàn)樗麄儾恢朗裁词强贡鹦阅?，在?zhàn)爭(zhēng)期間，Kettering和midgley就合作研究過(guò)如何讓發(fā)動(dòng)機(jī)在更高的壓縮比下運(yùn)行，他們也因此碰上了爆震現(xiàn)象，midgley開(kāi)發(fā)了一種苯和環(huán)乙烷以2:8比例混合的燃料，在引擎高壓縮比的條件下取得了不錯(cuò)的效果，這也基本上是全世界第一種合成燃料，但由于商業(yè)意義不大被美國(guó)忽視了很多年。

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在美國(guó)，毫無(wú)疑問(wèn)最大的汽油市場(chǎng)是流向汽車領(lǐng)域的，從1918年到1928年，全美的汽車注冊(cè)量就足足翻了四倍（圖2），足足有近2500萬(wàn)輛。

汽車注冊(cè)量的膨脹讓當(dāng)時(shí)美國(guó)的汽油產(chǎn)量陷入窘境，1920年Kettering記錄當(dāng)時(shí)美國(guó)一天的汽油產(chǎn)量如果平均一下，那么每一輛汽車只能分到1.75加侖的燃料。為了提高產(chǎn)量，煉油公司決議提高汽油沸程的下限并引入裂化工藝。

不過(guò)汽車行業(yè)對(duì)此十分反感，因?yàn)樘岣咂头谐痰南孪迺?huì)降低燃料的揮發(fā)性，揮發(fā)性當(dāng)時(shí)依舊還是評(píng)判燃料性能的準(zhǔn)則，而煉油行業(yè)也轉(zhuǎn)過(guò)頭開(kāi)始指責(zé)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廠家對(duì)燃料經(jīng)濟(jì)性的研究不夠，兩家行業(yè)之間的沖突越來(lái)越大，關(guān)系嚴(yán)重惡化。后來(lái)在美國(guó)石油協(xié)會(huì)API的提議下兩家行業(yè)于1920年聯(lián)合成立了“合作燃料研究委員會(huì)”即CFR，實(shí)行合作來(lái)尋找解決方案，除此之外著名的汽車工程師協(xié)會(huì)SAE也加入其中，美國(guó)的燃料性能的研究也終于在產(chǎn)量不足這一難題的推動(dòng)下開(kāi)始有了發(fā)展。

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到1920年，美國(guó)航空燃料的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)依舊不考慮燃料的抗爆震性能，采購(gòu)燃料的標(biāo)準(zhǔn)依舊是燃料的揮發(fā)性和成本，在這期間陸軍和海軍都進(jìn)行了一些開(kāi)發(fā)性的工作。

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首先是陸軍技術(shù)部門(mén)在McCook Field麥庫(kù)克基地對(duì)國(guó)內(nèi)燃料的質(zhì)量進(jìn)行了一些研究，他們使用一戰(zhàn)中廣泛生產(chǎn)的Liberty航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有時(shí)候燃料的質(zhì)量會(huì)表現(xiàn)得非常差，有些樣品甚至要添加20%的苯才能勉強(qiáng)不發(fā)生爆震，而liberty已經(jīng)是以對(duì)油料毫無(wú)挑剔而聞名的了。而如果不使用苯的話就需要添加芳香胺化合物，但后者會(huì)導(dǎo)致進(jìn)氣閥和氣缸內(nèi)部產(chǎn)生大量膠狀沉積物。

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另一方面則是海軍，美國(guó)海軍在1921年成立了海軍航空局并將有關(guān)燃料的事宜交給了這個(gè)部門(mén)統(tǒng)一安排。由于使用的是風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，海軍比陸軍更早就遇到了爆震現(xiàn)象，因此海軍也是第一個(gè)要求燃料采購(gòu)部門(mén)對(duì)燃料進(jìn)行抗爆震性能實(shí)驗(yàn)的。

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不過(guò)隨著1926年四乙基鉛TEL開(kāi)始商業(yè)化供應(yīng)，海軍就直接開(kāi)始大規(guī)模采購(gòu)含鉛汽油供發(fā)動(dòng)機(jī)使用了，當(dāng)時(shí)他們的飛機(jī)在加油時(shí)會(huì)直接倒進(jìn)去一罐TEL，這種簡(jiǎn)單粗暴的方法到1933年停止。

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1927年，陸軍接受的大型風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)也遇到了嚴(yán)重的爆震問(wèn)題，比如Wasp, Cyclone and Hornet，于是麥庫(kù)克基地開(kāi)始進(jìn)行更進(jìn)一步的航空燃料研究，用于研究的發(fā)動(dòng)機(jī)是一臺(tái)小型的Delco發(fā)動(dòng)機(jī)，這臺(tái)引擎同時(shí)期也在測(cè)試合適的冷卻劑種類，最終選擇了乙二醇，這使得發(fā)動(dòng)機(jī)可以運(yùn)行在更高的溫度下。

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發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的升高改變了燃料的相對(duì)性能，與含有TEL的加利福尼亞燃料相比，添加了苯的燃料性能嚴(yán)重不足。從這項(xiàng)工作中美國(guó)人認(rèn)識(shí)到風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)由于運(yùn)行溫度超過(guò)液冷發(fā)動(dòng)機(jī)，所以對(duì)燃料更為敏感，而芳香烴添加劑燃料對(duì)爆震較為敏感，鏈烷烴燃料則不是很敏感，于是他們開(kāi)始決定在風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)上大規(guī)模使用鏈烷烴燃料即異辛烷，這是美國(guó)人對(duì)芳香烴燃料長(zhǎng)期持有偏見(jiàn)的起點(diǎn)，原因在于美國(guó)擁有最發(fā)達(dá)的民航業(yè)務(wù)，民航飛機(jī)的風(fēng)冷引擎要求長(zhǎng)時(shí)期在稀混合氣濃度下運(yùn)行，芳香烴類燃料確實(shí)在這種條件下表現(xiàn)不佳，因此對(duì)于燃料的富混合氣性能研究，美國(guó)人遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于英國(guó)人。

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在英國(guó)，前面提到的Ricardo進(jìn)行的研究工作大大推動(dòng)了英國(guó)人對(duì)于燃料富混合氣性能的研究，并開(kāi)始專注于研究芳香烴含量對(duì)燃料的影響。在這一時(shí)期英國(guó)航空部開(kāi)發(fā)的燃料大多都有極高的芳烴含量，有一些含有高達(dá)38%的芳香烴。在1920s末期，英國(guó)的航空汽油要么還是從指定產(chǎn)地產(chǎn)出的直溜燃料，要么還是含有大量苯的劣質(zhì)混合燃料，但到了1930年航空部就開(kāi)始要求新燃料必須經(jīng)過(guò)Ricardo的E-35可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行抗爆震性能測(cè)試，新型燃料的芳烴含量必須讓燃料保持0.7的最大比重，最高冰點(diǎn)必須維持在-50度。

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辛烷值體系的誕生

1926年4月，CFR指導(dǎo)委員會(huì)對(duì)現(xiàn)存所有的燃料抗爆震性能測(cè)試方法進(jìn)行了一些研究，得出了如下這些結(jié)論：

1． 所有對(duì)燃料抗爆震性能的測(cè)試方法都是依靠發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的

2． 對(duì)爆震強(qiáng)度的度量方法各不相同

3． 對(duì)燃料的抗爆震性能根據(jù)不同的測(cè)試方法有不同的術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋

4． 用現(xiàn)有的燃料抗爆震性能測(cè)試方法，通常得出來(lái)的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的條件變化沒(méi)有關(guān)系

1928年2月，CFR委員會(huì)開(kāi)始著手建立一種全新普適的燃料爆震評(píng)級(jí)方法，并專門(mén)成立了一個(gè)小組進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

A） 發(fā)動(dòng)機(jī)

1929年1月，小組報(bào)告他們作為抗爆震性能測(cè)試的核心——一臺(tái)合適的測(cè)試專用發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)制造完成了，由H.L.Horning設(shè)計(jì)，CFR委員會(huì)的成員兼Waukesha公司的總裁，此后這臺(tái)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)也由這個(gè)公司負(fù)責(zé)，最初這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)還設(shè)計(jì)有兩種版本，一種可變壓縮比，另一種固定壓縮比。

1929年1月之后的大量非正式討論中，最后選擇了可變壓縮比的版本。

B） 爆震檢測(cè)

下一個(gè)階段是構(gòu)造一個(gè)可靠的檢測(cè)和測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)爆震程度的方法，1922年，Midgley在研究之后決定采用跳針?lè)▉?lái)量化發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震程度。

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如圖4所示，這根跳針就是一個(gè)普普通通的鋼制棒子，其下端緊貼一個(gè)僅有0.015英寸厚的合金鋼薄膜，而其上端則采用非導(dǎo)電材料替代了鋼制成。在鋼棒的上方有兩根板簧，位置較低的板簧輕輕地貼著鋼針的頂端，板簧的另一端各設(shè)置有一個(gè)鎢合金制成的接點(diǎn)，板簧之間有可調(diào)間隙，在0.007-0.009英寸之間。

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鎢合金接點(diǎn)連接到一個(gè)完整的電路中，該電路直通到一根氣體發(fā)生量管中，量管中裝滿了10%硫酸溶液。跳針元件被插入到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸頂部，當(dāng)爆震發(fā)生時(shí)，氣缸內(nèi)的沖擊力會(huì)讓跳針彈起，板簧接合電路連通，開(kāi)始點(diǎn)解硫酸溶液，在量管內(nèi)產(chǎn)生氣體，并在右端的刻度上產(chǎn)生可以讀取的數(shù)值。在給定時(shí)間內(nèi)刻度上讀取的氣體數(shù)量就代表了發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的強(qiáng)度。

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后來(lái)乙基汽油公司和韋斯頓電氣公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一個(gè)新的爆震測(cè)量裝置，改為收集因爆震跳針彈起后而在電路中流通的電流，這些電流會(huì)流通過(guò)一根直徑很小的電阻絲，隨后再這里會(huì)有一個(gè)溫差電偶專門(mén)測(cè)量電阻絲上產(chǎn)生的溫差，電偶讀取的電壓數(shù)會(huì)被顯示在刻度盤(pán)上，這個(gè)刻度盤(pán)上的數(shù)據(jù)就是發(fā)動(dòng)機(jī)爆震的強(qiáng)度數(shù)值。（圖5）

小組最終選擇了Ricardo在之前提出過(guò)的測(cè)試方案，即選擇作為度量衡極值的兩種物質(zhì)，在測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)條件不變的情況下，按照一定比例混合后可以表現(xiàn)出與給定測(cè)試燃料同樣的抗爆震性能，然而美國(guó)人沒(méi)有選擇使用Ricardo的低品質(zhì)直餾汽油和甲苯。

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1927年乙基汽油公司的Graham Edgar在《工業(yè)與工程化學(xué)》一刊上發(fā)表文章，指出了選擇參考燃料的問(wèn)題：

汽油的成分實(shí)在是太復(fù)雜了，其不同的成分抗爆震性能也完全不同，要從中選擇可以作為測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)幾乎是不可能的。理想情況下，我們要選擇的標(biāo)準(zhǔn)混合物要由多種碳?xì)浠衔锝M成，其純度必須可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)明確測(cè)準(zhǔn)。

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Edgar接著舉出了兩種純碳?xì)浠衔锊⒔ㄗh使用這兩種化合物作為新爆震性能體系度量的最低值和最高值。最低值建議使用正庚烷，這種物質(zhì)是從純度極高的松油中制取的，而且比當(dāng)時(shí)已知的任何燃料都更容易發(fā)生爆震。

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而作為最高值的則使用異辛烷，即2,2,4三甲基戊烷，這種物質(zhì)是由叔丁醇合成制備的。盡管異辛烷和正庚烷同為鏈烷烴，但前者的抗爆震性能要好得多，不過(guò)也沒(méi)有醇類和芳香烴類高。（圖6）

在Edgar向SAE汽車工程師協(xié)會(huì)介紹了自己的方案后，來(lái)自匹茲堡大學(xué)的W.A. Gruse向Edgar提出是否可以用甲苯來(lái)取代異辛烷。

Edgar本人并不喜歡甲苯，這很可能是因?yàn)槊绹?guó)人對(duì)芳香烴類化合物的固有歧視造成的，Ricardo很早就能用廉價(jià)手段制備出很高純度的甲苯。1930年的SAE年會(huì)上，來(lái)自通用汽車研究實(shí)驗(yàn)室的三位高級(jí)研究員在研究過(guò)異辛烷、環(huán)乙烷、苯、甲苯和醇類之后，包括在場(chǎng)的英國(guó)研究員都一致認(rèn)為，將含有幾十種不同碳?xì)浠衔锏娜剂嫌靡环N物質(zhì)進(jìn)行參考是一種誤導(dǎo)，于是接受了Edgar的方案，將使用正庚烷和異辛烷作為參考燃料。

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CFR協(xié)會(huì)最后決定，將Edgar的測(cè)試度量標(biāo)準(zhǔn)得出的結(jié)果成為“辛烷值”，其定義如下：

任何一種汽油的辛烷值代表異辛烷和正庚烷混合物中異辛烷的百分比體積占比，該異辛烷和正庚烷混合物的抗爆震性能需要與給定樣品燃料相同，且所用設(shè)備和條件必須一致。

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所以所謂的辛烷值如果說(shuō)得確切一點(diǎn)，應(yīng)叫異辛烷值。根據(jù)定義，異辛烷的辛烷值是100，而正庚烷的辛烷值則是0。

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當(dāng)時(shí)CFR委員會(huì)并沒(méi)有想到未來(lái)的燃料抗爆震性能會(huì)超過(guò)純異辛烷，不過(guò)在區(qū)區(qū)幾年后抗爆震性能超過(guò)100辛烷值的燃料就出現(xiàn)了，所以CFR委員會(huì)給辛烷值系統(tǒng)打了個(gè)補(bǔ)丁。對(duì)于抗爆震性能超過(guò)100辛烷值的燃料，在作為參考的異辛烷中加入一定量的四乙基鉛TEL，如果該燃料的辛烷值表示為“100+0.5”，表示該燃料的抗爆震性能等于加入了0.5ml/us-gal的異辛烷。后來(lái)又設(shè)計(jì)了一個(gè)公式，能夠?qū)⑦@個(gè)數(shù)值轉(zhuǎn)為超過(guò)100的辛烷值：圖7

CFR的辛烷值體系推出后，也預(yù)見(jiàn)到了后來(lái)需要進(jìn)行修訂的結(jié)果，不過(guò)在當(dāng)時(shí)這套體系可謂貢獻(xiàn)頗大，在測(cè)試過(guò)市面上312種商用汽油后表明辛烷值系統(tǒng)能夠?yàn)槿剂系目贡鹦阅芴峁┮粋€(gè)十分可靠的結(jié)果，于是也就被推廣到了全世界的各個(gè)國(guó)家。

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英國(guó)的石油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)參與了和美國(guó)CFR委員會(huì)的信息交流，并對(duì)CFR的辛烷值體系進(jìn)行了一些測(cè)試，英國(guó)人的測(cè)試表示，相比于苯，異辛烷的抗爆震性能表現(xiàn)波動(dòng)起伏比較大，于是在1931年英國(guó)的技術(shù)人員在SAE年會(huì)上建議，試圖說(shuō)服CFR委員會(huì)不要使用異辛烷作為高爆震性能的參考燃料。盎格魯-波斯石油公司（即后來(lái)著名的英國(guó)石油公司BP）后續(xù)的道路實(shí)驗(yàn)表明車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)于各種不同燃料的表現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)算出的辛烷值有較大出路，尤其是道路實(shí)驗(yàn)中含有苯或者醇類的混合燃料表現(xiàn)會(huì)比在實(shí)驗(yàn)室中更好，與會(huì)者對(duì)此記錄道：

?在是否選擇異辛烷作為辛烷值體系的高爆震性能的參考標(biāo)準(zhǔn)，我們和美國(guó)人的意見(jiàn)并不一致，因?yàn)楦楹彤愋镣檫@兩種參考燃料都是鏈烷烴，其對(duì)于含有數(shù)十種碳?xì)浠衔锏钠蜏y(cè)算可能會(huì)失準(zhǔn)。我們建議將苯作為參考燃料，但美國(guó)人一致反對(duì)，理由是在高負(fù)荷的發(fā)動(dòng)機(jī)中苯易發(fā)生預(yù)點(diǎn)火，而且其對(duì)溫度過(guò)于敏感，測(cè)算可能會(huì)失準(zhǔn)。

?在接下來(lái)的幾年內(nèi)我們的意見(jiàn)也沒(méi)起到什么效果，最終我們也接受了美國(guó)的意見(jiàn)，將異辛烷作為了參考燃料。

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看來(lái)美國(guó)人對(duì)于芳香烴的厭惡在此起到了關(guān)鍵作用。

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當(dāng)時(shí)每美加的異辛烷和庚烷價(jià)格高達(dá)25美元，無(wú)法用于大規(guī)模常規(guī)測(cè)試——當(dāng)時(shí)的汽油價(jià)格只有每美加17美分——于是各個(gè)國(guó)家都決定使用二級(jí)參考燃料系統(tǒng)，即使用一些低品質(zhì)的直餾汽油，和異辛烷和正庚烷混合，測(cè)算出辛烷值后以這些燃料作為二級(jí)參考燃料，再進(jìn)行常規(guī)汽油的抗爆震性能測(cè)試。

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1931年9月14日，CFR委員會(huì)批準(zhǔn)了抗爆震性能測(cè)試設(shè)備和方法、辛烷值體系的使用，開(kāi)始大規(guī)模傳播到全世界并被廣泛使用至今。

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1932年尤寧敦測(cè)試

雖然新的CFR辛烷值測(cè)試首次將燃料的性能數(shù)值化并進(jìn)行排名，但越來(lái)越明顯的是，該測(cè)試并不能完全模擬發(fā)動(dòng)機(jī)在實(shí)際使用中發(fā)生的所有情況，CFR委員會(huì)也認(rèn)為，燃料的使用者最有資格評(píng)價(jià)一種燃料的性能，因此他們又建立了一套新的校準(zhǔn)測(cè)試方案。

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首先CFR委員會(huì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的道路測(cè)試，在這個(gè)測(cè)試中，他們會(huì)使用各種不同的車輛來(lái)對(duì)一系列燃料進(jìn)行評(píng)級(jí)，得出的結(jié)果再和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果比較，如果出現(xiàn)了很大的數(shù)值波動(dòng)，那他們就會(huì)修改實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的條件和程序，盡量獲得和道路測(cè)試中一樣的結(jié)果。

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1932年8月，CFR委員會(huì)在賓夕法尼亞尤寧敦附近的一條國(guó)道上進(jìn)行了第一次道路測(cè)試，他們選用了一條2.5英里帶有一些坡度的路段，同時(shí)還帶來(lái)了17輛測(cè)試車和15種測(cè)試燃料，在三周內(nèi)連續(xù)進(jìn)行了超過(guò)2500次測(cè)試，最終得出的結(jié)果毫不意外，在實(shí)際使用的車輛上，燃料表現(xiàn)出的抗爆震性能和實(shí)驗(yàn)室中的差距極大，在道路測(cè)試上，車輛無(wú)爆震運(yùn)行下所用燃料最高的為82辛烷值，最低的為60辛烷值，平均是71辛烷值。這和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試得出來(lái)的最高75.6辛烷值最低60.8辛烷值有很大出路。

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這15種測(cè)試燃料中有11種是商業(yè)汽油（UT），4種是經(jīng)過(guò)特殊裂化工藝的汽油（RT），全面分析后得出結(jié)論，對(duì)于同一種燃料，道路測(cè)試得出的辛烷值要低實(shí)驗(yàn)室中CFR標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)出來(lái)的辛烷值0-10，平均低4，如果只考慮商用汽油UT，則低0-6，平均低3.3。（圖8）

不過(guò)不是所有燃料都經(jīng)過(guò)了詳細(xì)的測(cè)試，所得的結(jié)果雖然不具備普適性，但足以說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。

CFR發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)

由于道路測(cè)試展示的結(jié)果低于CFR實(shí)驗(yàn)室中得出的結(jié)果，于是委員會(huì)開(kāi)始重新審視CFR測(cè)試法的程序，看看能否將其修正，讓得出的結(jié)果和實(shí)際道路測(cè)試中的一致，在Waukesha實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了多次測(cè)試后，進(jìn)行了一些改動(dòng)，將化油器和進(jìn)氣道之間加入了一個(gè)電加熱裝置，使得混合氣的溫度能達(dá)到300℉，將CFR發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?00提高到900rpm，同時(shí)使用了可變火花定時(shí)系統(tǒng)，使得CFR發(fā)動(dòng)機(jī)得出的結(jié)果和道路測(cè)試結(jié)果更加接近。（圖10）

這種改正過(guò)后的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試法就被稱為“CFR Motor Method”，也就是我們常說(shuō)的馬達(dá)法，而沒(méi)進(jìn)過(guò)改進(jìn)的老方法則被稱為“CFR Research”Method，研究法，前者于1932年9月12日被CFR委員會(huì)正式批準(zhǔn)推廣。

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1934年尤寧敦測(cè)試

當(dāng)然馬達(dá)法并不是完美的，很多人都批評(píng)這種方法測(cè)試的范圍太窄，所有燃料都是美國(guó)生產(chǎn)的，測(cè)試車輛都是標(biāo)準(zhǔn)的美式肌肉引擎。英國(guó)人就認(rèn)為將混合氣溫度提升到300℉太高了，對(duì)含有苯的燃料有很大的影響，而尤寧敦測(cè)試中的燃料沒(méi)有含苯燃料。

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在進(jìn)一步的建議下，CFR委員會(huì)在1933年底和1934年初決定進(jìn)行更進(jìn)一步的測(cè)試，這次實(shí)驗(yàn)的含金量很高，除開(kāi)美國(guó)本土的各大協(xié)會(huì)和公司，還有英國(guó)、加拿大的石油、汽車、發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商，法國(guó)國(guó)家液體燃料辦公室、英國(guó)石油技術(shù)協(xié)會(huì)、加拿大國(guó)家研究理事會(huì)也參與了。

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測(cè)試路段依舊是尤寧敦的同一路段，測(cè)試燃料這次選擇了8種商業(yè)燃料和9種特殊燃料，分別代表了各個(gè)國(guó)家煉油廠的各種不同產(chǎn)品，應(yīng)英國(guó)石油技術(shù)協(xié)會(huì)的要求，特地加入了一種含有25%苯的混合燃料。汽車則選擇了市面上銷量最佳的24種，所以其中大部分都是雪佛龍、福特和普利茅斯的平價(jià)汽車，有一輛是格雷厄姆汽車，它的引擎壓縮比高達(dá)6.72：1且?guī)в性鰤浩鳎衅嚨囊娑际窃缙诘膫?cè)置氣門(mén)布局，汽缸蓋的材料有鑄鐵也有鋁，覆蓋面非常廣。

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經(jīng)過(guò)一個(gè)月的高強(qiáng)度測(cè)試，這24輛車一共跑了50000英里，得出的成果可謂十分豐厚，圖11就顯示了1934年尤寧敦測(cè)試和馬達(dá)法測(cè)試之間對(duì)應(yīng)的差異：

可以看到馬達(dá)法確實(shí)已經(jīng)很成熟了，和測(cè)試結(jié)果差異沒(méi)那么大，與馬達(dá)法辛烷值數(shù)值差異最大的就是英國(guó)人的含苯燃料，差異有2.7辛烷值，其余所有燃料的差異平均下來(lái)只有0.36。圖12表示的是對(duì)于那些含有大量非鏈烷烴的碳?xì)浠衔锏娜剂?，在大多?shù)情況下實(shí)際測(cè)試表現(xiàn)出的辛烷值都比馬達(dá)法表現(xiàn)得高，這又進(jìn)一步增加了英國(guó)人對(duì)于參考燃料不應(yīng)使用異辛烷而是一種非鏈烷烴的碳?xì)浠衔镞@一論點(diǎn)的可信度。

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同樣由于馬達(dá)法無(wú)法正確對(duì)含苯燃料做出合適的辛烷值評(píng)級(jí)，所以后來(lái)對(duì)于這種燃料一般都要經(jīng)過(guò)特殊修正才能得出其辛烷值，在30年代末有進(jìn)行了多次道路測(cè)試并試圖繼續(xù)改進(jìn)，但測(cè)試結(jié)果大都會(huì)受到大氣條件和車況乃至駕駛方式的影響，想完全解決誤差是不可能的。

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因此各種發(fā)動(dòng)機(jī)制造商和石油產(chǎn)商為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)發(fā)生爆震，一般都會(huì)讓燃料的辛烷值滿足研究法辛烷值（RON）和馬達(dá)法辛烷值（MON）的最低要求。

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1930年后期航空燃料的抗爆震測(cè)試

在30年代，美國(guó)人大都專注于研發(fā)高性能風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)與鏈烷烴燃料的偏愛(ài)再加上民間更偏向于稀混合氣巡航條件下發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，美國(guó)人與英國(guó)人對(duì)燃料的研究理念產(chǎn)生了重大分歧，后者更喜歡水冷、使用芳香烴燃料并且更關(guān)注發(fā)動(dòng)機(jī)在最大功率下的表現(xiàn)。英國(guó)人此時(shí)已經(jīng)對(duì)高芳香烴燃料在富混合氣條件下的重大價(jià)值有了認(rèn)知，這也幫助他們?cè)诤兔绹?guó)、意大利在爭(zhēng)奪施耐德杯水上飛機(jī)競(jìng)速賽的冠軍時(shí)起到了重大作用。

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施耐德杯競(jìng)速賽上飛機(jī)的燃料可謂得到了空前發(fā)展，雖然這些特殊燃料完全無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用于軍事或者民間，但至少推動(dòng)了各個(gè)國(guó)家對(duì)于高性能燃料的進(jìn)一步研究。美國(guó)柯蒂斯的水冷發(fā)動(dòng)機(jī)D-12、V-1400和V-1570在大賽中表現(xiàn)不錯(cuò)，但它沒(méi)有增壓器壓縮比也從未提高到7:1以上，也沒(méi)有用過(guò)特殊配置的燃料，僅僅使用的是添加了20%苯的普通燃料。英國(guó)人則在1927年的比賽中就使用了壓縮比高達(dá)10:1和特殊含鉛汽油的Lion獅競(jìng)賽引擎，1929年和1931年則使用的是著名的羅伊斯羅爾斯R競(jìng)賽引擎，R引擎的燃料是美國(guó)乙基汽油公司的F.R.Banks開(kāi)發(fā)的，其性能可能與二戰(zhàn)期間的100/130平級(jí)。

1931年，美國(guó)陸航首次開(kāi)始大規(guī)模使用含鉛的87辛烷值燃料，1932年，CFR委員會(huì)專門(mén)成立了一個(gè)航空燃料部CFR-AFD，在接下來(lái)100辛烷值燃料的引入上發(fā)揮了重大作用。

1932年，英國(guó)也引入了含鉛的87辛烷值燃料并在1934年全面投入使用，標(biāo)準(zhǔn)的DTD 134無(wú)鉛汽油（約75辛烷值）在1933年被DTD 224無(wú)鉛汽油（約77辛烷值）取代，被用于所有不適合使用含鉛燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)上，而DTD230（87辛烷值 3.5ml TEL/uk-gal）則被用于之后所有的新銳發(fā)動(dòng)機(jī)，這些燃料的具體規(guī)格如下。

美國(guó)陸軍的測(cè)試方法更加溫和一點(diǎn)，對(duì)于英國(guó)的DTD230給出的辛烷值數(shù)值要高4。

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1932年美國(guó)陸軍的萊特基地獲得了第一批實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的100辛烷值燃料，這種燃料由異辛烷和加利福尼亞出產(chǎn)的含鉛汽油混合而成。相比于90辛烷值的燃料，在Wasp和Cyclone發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得的功率高了15-30%。

1935年，Wright研發(fā)了一種特殊的Cyclone發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比提升到了8:1，在這種情況下100辛烷值燃料可以節(jié)省15%的燃料消耗，美國(guó)陸航隨后就發(fā)布了100辛烷值燃料規(guī)范2-92，該燃料含有3.6ml TEL/UKgal。

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美國(guó)陸航在這方面是很大膽的，他們?cè)谛枰褂?00辛烷值燃料的引擎投入服役之前就開(kāi)始大規(guī)模推廣了100辛烷值燃料，并拉動(dòng)相關(guān)化工廠和引擎商的大量訂單，迫使對(duì)100辛烷值燃料持保守態(tài)度的總參謀部接受了這個(gè)結(jié)果。相比之下美國(guó)海軍要謹(jǐn)慎的多，他們僅僅采用了91辛烷值的燃料，含有0.6ml TEL/UKgal。

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1927年，Graham Edgar首次通過(guò)對(duì)叔丁醇TBA和酸反應(yīng)后得到二異丁烯DIB，氫化后制得異辛烷，在軍隊(duì)決定使用100辛烷值燃料后，殼牌公司和新澤西標(biāo)準(zhǔn)石油公司于1934年手冊(cè)進(jìn)行了大規(guī)模量產(chǎn)，在這之后高辛烷值燃料的生產(chǎn)開(kāi)始成為商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)象。

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1937年，英國(guó)空軍部緊隨美國(guó)人發(fā)布了DTD 100 ON一百辛烷值燃料的臨時(shí)規(guī)格，并在1939年9月因?yàn)楸娝苤脑虮恢苯油ㄟ^(guò)為皇家空軍的標(biāo)準(zhǔn)燃料。大約在同一時(shí)間，舊的DTD230規(guī)格被修正為90辛烷值，有4ml TEL/UKgal，這一四乙基鉛的添加量隨著戰(zhàn)爭(zhēng)的進(jìn)行變得越來(lái)越高，41年是4.8,43年達(dá)到了5.5。

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在1930年末和40年初，由于我們提到過(guò)的原因，美國(guó)人對(duì)于燃料的富混合氣性能毫不感興趣，這一情況直到日本人偷襲珍珠港之后戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)為止。雖然英國(guó)人對(duì)此研究很多，但在戰(zhàn)前也沒(méi)得出更多的成果，可能是現(xiàn)有的燃料性能已經(jīng)足夠發(fā)動(dòng)機(jī)使用了。然而隨著含鉛燃料和增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，對(duì)此的研究也必須馬上跟上腳步，羅羅的液冷發(fā)動(dòng)機(jī)紅隼在和布里斯托爾的飛馬座風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)比中，表明了前者在含芳香烴和高鉛含量的汽油上表現(xiàn)更佳。1937年發(fā)布的臨時(shí)DTD 100 ON規(guī)格還沒(méi)有規(guī)定有關(guān)燃料富混合氣性能的條款，但是此時(shí)英國(guó)人已經(jīng)開(kāi)始要求購(gòu)買(mǎi)的燃料必須有一定的富混合氣性能RMR rich mixture rating。如果要全面測(cè)試的話費(fèi)用比較高，所以英國(guó)航空部基于布里斯托爾飛馬座研發(fā)了一種壓縮比高達(dá)8：1的單缸測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)燃料進(jìn)行富混合氣性能測(cè)試。

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由于這些努力，戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始時(shí)，美國(guó)和英國(guó)的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)都可以使用100辛烷值的燃料了，但是英國(guó)產(chǎn)能不足，空缺的產(chǎn)能由美國(guó)進(jìn)口而來(lái)，合成異辛烷也通過(guò)殼牌公司和新澤西標(biāo)準(zhǔn)石油公司的新方法，即催化聚合異丁烯得到異辛烷，之后加氫獲得異辛烷。

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1941年，美國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)意識(shí)到需要從軍用發(fā)動(dòng)機(jī)中獲得最大的動(dòng)力，以及富混合等級(jí)的重要性和芳烴的作用。他們的汽油在100/104和100/130之間有一定的質(zhì)量差異；在這個(gè)范圍的低端，美國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)在富混合氣下的高功率運(yùn)行有困難，起飛功率被限制在正常值的90%。

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由于辛烷值系統(tǒng)下具體的數(shù)值和油料的性能并非線性關(guān)系，因此美國(guó)人開(kāi)發(fā)了一套新的系統(tǒng)和測(cè)試方式。即通過(guò)測(cè)量實(shí)際使用的發(fā)動(dòng)機(jī)在使用異辛烷時(shí)產(chǎn)生爆震的極限功率，然后在異辛烷中逐步加入TEL，隨后測(cè)算該發(fā)動(dòng)機(jī)極限功率提高了多少并計(jì)算其百分比，隨后就能通過(guò)帶增壓器的CFR發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)復(fù)制這些測(cè)試，得出的結(jié)果就以performance number PN即品度值來(lái)表示。因此，在相同條件下，120PN的燃料就能讓發(fā)動(dòng)機(jī)比使用100ON燃料多出20%的功率。盡管這種新的測(cè)試（被稱為 "增壓法"）是以CFR發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)的，但在硬件和測(cè)試方法上都做了很多修改，因此得出的性能數(shù)字不能與100ON以上的辛烷值相比較，也不能作為非增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中汽油的相對(duì)動(dòng)力生成能力的指標(biāo)。

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PN與異辛烷+TEL之間的關(guān)系見(jiàn)圖13。

隨著戰(zhàn)爭(zhēng)的加劇，高辛烷值混合成分的供應(yīng)達(dá)到了足夠的水平，對(duì)更高性能的生產(chǎn)燃料的需求導(dǎo)致了1944年底美國(guó)的AN-F-33規(guī)格要求使用115/145等級(jí)的燃料