由于柴油机具有燃料多样性（多种燃料发动机）和燃用劣质燃料（船用低速柴油机燃用重油）的优点，因此，长期以来，人们存在着对柴油机燃料性质要求不严的误解。相应的规范也存在指标不严格或不够明确的问题，也就是说，对柴油品质的提高与标准的制定，不像对汽油那样重视。但是，随着环保问题的突出，人们逐步认识到柴油性能与质量对柴油机燃烧品质与排放性能的重要影响。因此，近年来，我国也紧跟国际的步伐，对柴油的品质提出了更高的要求，制定了更为严格的标准。

表2-1所示即为我国GB/T 19147—2003车用柴油标准中的主要技术要求和试验方法。它是在GB 252—2000国家轻柴油标准基础上，参照欧盟EN 590—1998车用柴油标准修订而成的。以下结合表2-1以及GB 252—2000国家标准与欧盟EN 590标准，对影响柴油机与燃料供给系统工作的柴油若干重要特性指标作一简要说明。

1.着火性、十六烷值和十六烷指数

在无外源点火的条件下，柴油在常压下能够自行着火的最低温度称为着火温度（或称自燃温度或自燃点），柴油的着火温度（200～220℃）低于汽油（220～260℃），这表明柴油的着火性能较汽油好，更适于作为压燃式发动机的燃料。但是，由于实际柴油机运转时，燃料系喷入高温、高压且有复杂运动过程的空气中去的，影响燃料着火与燃烧的因素要比常压下复杂得多，因此仅用着火温度来表示燃料的着火性能还是不够的。

为此，人们采用十六烷值（Cetane Number，缩写为CN）这个指标来评价柴油在实际发动机中的着火性能，它是在CFR（Cooperative Fuel Research）试验机上，将十六烷值已知的标准燃料和燃料试样（柴油）进行比较试验的结果。标准燃料使用两种着火性能截然不同的烃类按一定比例混合而成，一种是正十六烷（C₁₆H₃₄），它的着火性能极好，我们将十六烷值定义为100，另一种过去曾选用α-甲基萘（C₁₁H₁₀），它的着火性能极差，其十六烷值定义为零，但是由于α-甲基萘难以提纯，导致试验结果不准，故在我国GB/T 386—1991标准中也与国际接轨，改用了七甲基壬烷（Heptamethylnonane，缩写HMN），它是十六烷的同分异构物，着火性能也很差，其十六烷值定义为15，上述三种物质的化学结构式见图2-3。

表2-1 车用柴油技术要求和试验方法

图2-3 评定十六烷值用的三种标准燃料

CFR试验机是一种可变压缩比的单缸试验机，在进行不同配置后，可分别测量汽油的辛烷值和柴油的十六烷值。在测定柴油的十六烷值时，试验机配有专门的测量装置（针阀升程和气缸压力传感器等），以确定从喷油开始到燃烧开始之间的时间间隔（以曲轴转角表示），这个时间间隔称为滞燃期或称着火滞后期，用以作为判断燃料着火性能的依据。试验时，要配制不同容积比例，即不同十六烷值的标准燃料与待试燃料的着火性能进行对比，当两者着火性能相同时，所试验燃料的十六烷值，即等于标准燃料的十六烷值（实际上很难做到两者绝对相等，故一般是根据两组十六烷值相差不超过5的标准燃料插值计算所得），有关试验时的标准条件、操作步骤与试验数据处理方法均参见国标GB/T 386—1991。

至于标准燃料的十六烷值，当不易着火烃类为过去采用的α-甲基萘（CN=0）时，其十六烷值即为其中正十六烷的体积百分比；而现在采用的七甲基壬烷（CN=15）时，则应为其中正十六烷的体积百分比再加0.15倍的七甲基壬烷的体积分数，即有CN=正十六烷%+0.15×（七甲基壬烷%）。但应当指出，即便采用了专门的试验装置，由于十六烷值表现的是一种人为定义的综合性能指标，它包括了燃料的物理、化学和使用特性多方面因素，试验条件也很难精确保持一致，因此，测定十六烷值不仅费工、费时，而且测量结果也不一定十分准确，通常误差在两个单位左右。为此，在有关标准中又提出了十六烷指数（Cetane In_- dex，缩写为CI）的概念，它是一种根据柴油馏出温度与密度（两者皆容易测定）进行计算所得的结果，各国计算方法不尽相同，我国系参照欧盟标准，采用下式计算：

式中 T₅₀——柴油馏出50%时的温度（℃）；

ρ₂₀——柴油在20℃时的密度（kg/L）；

由于十六烷指数便于计算与比较，因此有些国家也有用CI代替CN的趋势。但十六烷指数不能反映柴油中添加剂对着火性能改善的影响，因此比较合理的做法是将两者同时在标准中列出，我国2003年车用柴油标准规定只需满足CN和CI中一项即可（表2-1），例如对10号至-10号柴油CN应不低于49或CI不低于46，这已比GB 252—2000的轻柴油标准中的CN不低于45有很大的提高，但与欧盟EN 590标准中规定的CN≥51且同时CI≥46相比，尚有一定的差距。

总的来说，柴油十六烷值的增加，有利于缩短燃料燃烧时的滞燃期（着火滞后期），改进燃烧过程并有利于冷起动，而十六烷值与十六烷指数比值（CN/CI）的增加，也有利于改善燃烧过程，因此在我国与国际的新标准中，均反映出CN和CN/CI有所增加的趋势。但CN值过高，表示柴油馏分较重，分子中含碳原子较多且碳键较长，燃烧中容易裂解而产生碳烟，因此也有一定限度（应限制在65以下）。同样CN/CI值过大，表示燃料中添加剂过多，为了限制用过分增加添加剂来改变燃料的着火性能而产生其他副作用，因此在欧盟标准中同时列出了对十六烷值（CN）和十六烷指数（CI）的要求。

2.馏程

GB 252—2000国家轻柴油标准和GB/T 19147—2003国家车用柴油标准中均规定了国产轻柴油（含车用柴油）的馏程。

柴油的馏程（图2-2）与其化学组成有关，从资源获得是否方便的角度来看，人们曾提倡采用宽馏分柴油，但为了满足日益严格的排放要求，目前普遍看法是轻柴油180～350℃的馏程仍然偏宽了一些。初馏点（馏程的温度下限）低表示燃料的挥发性好，对冷起动有利，但也意味着轻馏分增加，而使柴油的十六烷值与润滑性能降低，但总体说来，对柴油机性能影响不那么明显；反之，对于终馏点（馏程的温度上限）应当有较严格的限制，因为终馏点过高会导致燃烧中碳烟与颗粒排放的增加，并会使燃料供给系统的喷油嘴容易产生积炭和堵塞现象。为此，在我国GB 252—2000轻柴油标准和GB/T 19147—2003车用柴油标准中均规定了国产轻柴油的终馏点（即表2-1中的95%回收温度）不高于365℃，而在欧洲汽车制造商协会（ACEA）提出的要求中，车用柴油的终馏点不应高于350℃。

3.低温流动性

当温度降低时，燃料中含有的石蜡（高分子烷烃）和水分开始析出结晶颗粒，使燃料变成混浊状，这时燃料虽未完全丧失流动性，但产生的晶体会堵塞滤清器和油管等，造成供油中断，燃料开始析出固态结晶的温度称为浊点。温度更低时，燃料完全失去流动性而凝固，这时的温度称为凝点。我国的柴油规格就是根据凝点来编号的。过去，在我国柴油中只注明凝点，但是，由于真正造成燃料供给系统失效的温度为浊点，而浊点又很难准确测定，故目前我国也与国际接轨，采用冷滤点CFPP（Cold Filter Plugging Point），即滤清器开始堵塞的温度作为判别柴油低温流动性的标准，为此，在我国2003年颁布的车用柴油标准（表2-1）中，同时标注了冷滤点和凝点的数值，如0号柴油的冷滤点为4℃，凝点为0℃，适合夏季使用，-20号柴油的冷滤点为-14℃，凝点为-20℃，适合冬季使用，标号低于-20（-35号和-50号）的柴油则用于极端寒冷地区。一般来说，冷滤点和凝点的温度相差的越小越好。

4.闪点

柴油在一定试验条件下加热，燃料的蒸汽与周围的空气形成可燃混合气，当接近火源时开始出现闪火的最低温度为闪点，闪点是表示柴油蒸发性和安全性的指标。闪点过低，表示柴油组分中轻质馏分过多，不仅会增加运输与储存过程中的危险，而且也会造成柴油机工作粗暴。过去，曾用在柴油中加入少量汽油的方法来改善其低温流动性，但这样会造成闪点的大幅度降低，故这种方法已不再采用。在我国新的车用柴油标准中，对闪点的规定与欧盟标准基本一致，即对于10号至-10号柴油的闪点应大于55℃。(www.daowen.com)

5.热值

1kg燃料完全燃烧所发出的热量称为燃料的热值，用H_u表示。燃料的热值有高热值与低热值之分，计及水蒸气冷凝时放出汽化潜热的发热量称为高热值；不计汽化潜热的发热量称为低热值。在内燃机中，由于无法利用汽化潜热，故一般采用低热值。燃料的热值取决于其化学组成，柴油因馏分较重，化学成分中氢的质量比例略小于汽油，因而热值略低于汽油（约44MJ/kg），约为42.7MJ/kg，但由于柴油的密度较汽油略高，因此两者同样容积所具有的能量差别不大。由于柴油的热值基本不变，故在国内与国际柴油标准中并未列入，有关燃料热值的粗略估算法参见2.2.1节。

6.密度

在过去的柴油标准（如我国2000年的轻柴油标准）中，对柴油的密度未作明确规定。但是，人们现在已认识到柴油机燃料供给系统系按容积来控制喷油量的，由于柴油热值是柴油燃烧时单位质量的发热量，且基本上保持不变，因此同一柴油机使用密度不同的燃料，就会出现性能上的明显差别。柴油密度偏大，会出现混合气过浓，功率增加而排放变差的后果；反之，柴油密度偏小，则会出现功率不足的现象。为此在新的柴油标准中，都对柴油的密度作了较为严格的规定，在我国2003年车用柴油标准中规定10号至-20号柴油20℃时的密度为820～860kg/m³，与欧盟标准规定（820～845kg/m³）基本相当。柴油的密度随温度略有变化，温度增加，密度减小（温度变化1℃，密度变化约0.08%），因此在柴油机使用过程中，对于柴油的温度控制也必须加以注意。

7.粘度

粘度，亦称粘性系数，是表示柴油稀稠度的一项指标，它实质上是衡量流体内部摩擦大小的尺度，是流体内部阻碍其相对运动的一种特性，即流体抵抗剪切作用的一种能力。由于测量方法不同，粘度的单位也有多种，目前较常用的为运动粘度ν，单位是m²/s，它是燃油动力粘度η（单位为Pa.S）和密度ρ（kg/m³）的比值。

柴油的粘度是随温度的变化而改变的，温度升高时，粘度减小，反之，温度降低时，粘度增大。图2-4即为这种变化的关系示意图，称为粘温特性。精确的粘温图视原油产地、生产工艺以及柴油牌号不同而异，需经准确测定，并由油料生产单位提供。

柴油的粘度与其流动性、润滑性以及雾化、燃烧性能有很大关系，它对柴油机燃料供给系统的影响也十分明显，粘度过高或过低，都会对柴油机燃料供给系统与柴油机燃烧过程造成负面影响。例如当温度过高，柴油粘度下降，精密偶件之间泄漏增加，导致喷油压力的降低并会使雾化与燃烧过程受到影响。这也是人们需对供给柴油机的燃料温度控制的另一个重要原因（其影响有时比密度变化的影响更大）。在我国2003年车用柴油标准中，对粘度的规定是以室温20℃为准，如对10号至-10号柴油的粘度规定为3.0～8.0mm²/s，而欧盟EN 590则将标准提高至接近柴油机运转时的燃油温度，即40℃的粘度为2.0～4.5mm²/s。

图2-4 柴油粘温特性示意图（以美国D-2号柴油为例）

图2-5 测定柴油润滑性能的高频往复运动磨损试验（HFRR）装置

1—油池 2—试验钢球 3—加载杆 4—试验垫板 5—加热装置 6—激振器

8.润滑性

柴油用作压燃式内燃机燃料的优点之一是它的润滑性，即对于燃料供给系统精密摩擦副的润滑作用。不言而喻，柴油的润滑性能是一项十分重要的指标，但以前缺乏统一的试验标准，往往用粘度等指标来进行间接判断，国外早期与我国2000年颁布的轻柴油标准中均没有关于柴油润滑性的直接规定。但是近年来对于柴油中含硫量有了更严格的规定（见含硫量说明），而在柴油加氢脱硫过程中，往往将其中有助于润滑的极性物质也一并去除，从而降低了柴油的润滑性能，一度造成了喷油泵（特别是完全依靠柴油润滑的分配泵）出现严重磨损问题，因此近年来，除了用添加剂来改善柴油润滑性以外，也推出了评价柴油润滑性能的测试方法，即按ISO 12156-1规定的高频往复运动磨损试验法（High Frequency Reciprocating Rig，缩写为HFRR），其设备简图如图2-5所示。试验时，先将试验钢球2装在加载杆3上，并压紧在浸泡在燃油池1中的试验垫板4上，再将燃油加热并保持在一定温度，通过激振器6的作用，使加载杆连同钢球沿水平方向作高频往复摩擦运动，造成试验钢球与垫板之间往复摩擦，测定经过一定时间后（加载量、摩擦频率与次数以及燃油温度均按ISO标准规定），在钢球表面上磨痕的直径（Wear Scar Diameter，缩写为WSD）即可用来作为判别柴油润滑性的标准。欧盟EN 590标准与我国2003年车用柴油标准中均规定，按ISO 12156-1的HFRR方法测得的磨痕直径（WSD）在60℃时不应大于460μm。

9.含硫量

硫（S）是柴油中的有害成分，其含量视石油产地与生产工艺而异，重油裂解往往会导致柴油中含硫量的增加。过去，人们对硫的危害的认识还只限于其排出的燃烧产物（SO₂）会产生酸雨并加重柴油机零部件的磨损等方面，随着对柴油机排放控制日益严格，人们认识到柴油中含硫量的进一步危害。它不仅会以硫酸盐的形式增加微粒排放，而且还会使排气后处理装置（如De-NO_x催化转化器）过早失效（即所谓“中毒”），这是由于产生的硫酸铵或硫酸氢铵沉积在催化剂表面上使其失去活性的结果。为此，包括我国在内的世界各国标准均对柴油中的含硫量提出了越来越严格的要求。例如，我国2000年轻柴油标准规定硫含量0.2%，即2000ppm（1ppm表示百万分之一，相当于1mg/kg，下同），2003年车用柴油标准，即缩小到0.05%，即500ppm，而在欧盟EN-590标准中规定，2001～2004年硫含量为350ppm，2005～2008年为50ppm，2009年开始应当采用无硫柴油（硫含量小于等于10ppm）。这表明，我国标准与国外先进水平还有一定差距，同时也对我国石油炼制工业提出了更高的要求。

10.柴油的清洁度与水分含量

柴油中应尽量不含各种杂质，例如沙粒、锈蚀斑、金属磨屑、毛发以及各种不溶解的有机物与添加剂。特别是尖硬的硅化物，容易对燃料供给系统的精密摩擦副造成损坏，其中又以粒度为6～7μm的硬粒最为危险，为此除了在柴油标准中规定了对这些有害物质的限制以外，在使用中一定要特别注意对于进入柴油机燃料供给系统的燃油的滤清。

在欧盟EN 590标准中对有害总量作了规定，即不超过24mg/kg，我国柴油标准中则规定总不溶物不大于2.5mg/100mL，灰分不大于0.01%。至于柴油中所含水分，欧盟标准规定为不大于200mg/kg，我国标准只注明“痕迹”，未作定量表述。不过含水量的标准也确实难以制定，因为一方面由于贮存、运输以及气候的原因，柴油中难免存在少量水分（如果说是溶解在柴油的水分，则对于柴油机的工作与零部件锈蚀没有很大影响），而另一方面析出或沉积的水分（会造成零部件的锈蚀）又难以测定，因此解决问题的途径是改善柴油的贮存与供应系统。

11.添加剂

为了改善柴油性能，往往要在柴油中加入各种添加剂，它们分别是改善着火特性（提高十六烷值）、流动性能、润滑性能、去污性能、除锈性能与防止起泡的添加剂，添加剂种类繁多，在此不再赘述。添加剂虽有各种好处，但有时也有副作用产生，从而影响柴油的基本性能（如密度、粘度与馏程等），故在欧盟柴油标准中，对添加剂总量也有一定限制，即其总浓度不超过0.1%。