辛烷值体系

早期发动机大部分都使用表面式化油器Surface Carburetor，由于这种化油器本身的结构特性，评价燃料的性能标准在当时是由挥发性来判断的，而挥发性又由燃料比重决定，所以比重越低的燃料被认为质量越好。这种评级标准一直延续到了第一次世界大战中，因为战争，引擎会长时间保持在高功率状态下运转，人们开始认识到发动机爆震会和不同地点挖掘出来的燃料以及混合气的浓度两者间产生联系。比如英国人就发现，从罗马尼亚和荷属东印度原油中获得的直馏汽油比从美国拿到的同类产品质量要高得多，不过从加利福利亚州进口的燃料除外。

尽管此时还不存在辛烷值这个概念，所以考证有一定难度，不过根据估计当时美国普遍燃料的辛烷值约45-55，而罗马尼亚、荷属东印度、加利福尼亚的燃料辛烷值则高达70-75。这段时间唯一存在的能增强燃料性能的方法是加入煤焦油中提取的苯，而且添加量极大，一般来说会占约20%——这个数值是混合燃料在低温下不会凝固的极值。

综合一下来说，第一次世界大战期间飞机的燃料只不过是一种低比重的直馏汽油。到了1917年，美国人加入了战争，并成为了协约国的主要燃料供应商，然而其提供的燃料以辛烷值标准来看太低了，这对协约国的空军部队来说造成了大麻烦，只能在燃料中大规模添加苯。

美国人在惹出麻烦之后开始尝试补救，设立了以燃料挥发性为基准的燃料性能评级系统，结果在这种系统下，来自宾夕法尼亚的燃料（可能只有40辛烷值）性能数值反而碾压了加利福尼亚的燃料（约70辛烷值），不仅没有起到正面作用反而造成了更大的麻烦。

战后，英美两国对于燃料性能的研究开始分道扬镳。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开始被当做燃料使用，1919年英国一群独立焦炭和天然气生产商成立了National Benzole国家苯公司专门开始销售苯，而同年Harry Ricardo——最早开始研究发动机爆震现象的一位工程师——制造出了一台名为E35的可变压缩比发动机，在Asiatic Petroleum Company (Shell)即壳牌亚细亚火油公司的资助下开始研究各种燃料的抗爆震性能。

Ricardo拿出了两种测试方法，第一种是对于给定燃料，保持其余所有条件不变，仅连续提升发动机的压缩比，直到发动机出现明显的爆震现象位置，然后将这个压缩比的极值记录下来，称为最高可用压缩比（Highest Useful Compression Ratio 即HUCR）。Ricardo在报告里指出，只要手法熟练，就能将燃料发生爆震的压缩比范围精确到一个很小的范围内。

第二种方法则是对给定燃料，分成两份样品，分别混合甲苯和一种低品质燃料，然后比较两份样品，分别以甲苯和低品质燃料的抗爆震性能为极值，绘制出在这个区间内相对于甲苯和低品质燃料，这两份混合样品的抗爆震性能，由此确立给定燃料的抗爆震性能值。这个方法不是很可靠，因为作为参考的甲苯和低品质燃料的抗爆震性能无法保持一致的基准，如果广泛使用的话会有较大误差，但是这个测试标准的想法已经比较成熟，可以说是辛烷值系统的前身。

1921年，Ricardo发布了一份对于各种碳氢化合物的抗爆震性能十分全面的研究，得出结论芳香烃的性能最佳，环烷烃次之，而链烷烃是最差的，以我们如今的视角看实际上Ricardo对于异构烷烃的优异抗爆震性能存在误解，不过当时能做到这种程度的研究已经十分可贵了。

Ricardo的这份研究大大推动了英国对于高性能汽油的研究，并推动了以芳香烃含量来衡量汽油品质的标准的实行，而燃料的挥发性则被延后到了次要的地位。

在美国，汽油性能研究的工作是由Thomas Midgley Jr.小托马斯·米基利——后来著名的四乙基铅发明者，以及Charles F. Kettering——当时通用汽车公司的研发部领导人合作研究的，他们对于燃料性能的评判标准依旧是挥发性而不是抗爆震性能，不过这并不是因为他们不知道什么是抗爆震性能，在战争期间，Kettering和midgley就合作研究过如何让发动机在更高的压缩比下运行，他们也因此碰上了爆震现象，midgley开发了一种苯和环乙烷以2:8比例混合的燃料，在引擎高压缩比的条件下取得了不错的效果，这也基本上是全世界第一种合成燃料，但由于商业意义不大被美国忽视了很多年。

在美国，毫无疑问最大的汽油市场是流向汽车领域的，从1918年到1928年，全美的汽车注册量就足足翻了四倍（图2），足足有近2500万辆。

汽车注册量的膨胀让当时美国的汽油产量陷入窘境，1920年Kettering记录当时美国一天的汽油产量如果平均一下，那么每一辆汽车只能分到1.75加仑的燃料。为了提高产量，炼油公司决议提高汽油沸程的下限并引入裂化工艺。

不过汽车行业对此十分反感，因为提高汽油沸程的下限会降低燃料的挥发性，挥发性当时依旧还是评判燃料性能的准则，而炼油行业也转过头开始指责汽车发动机厂家对燃料经济性的研究不够，两家行业之间的冲突越来越大，关系严重恶化。后来在美国石油协会API的提议下两家行业于1920年联合成立了“合作燃料研究委员会”即CFR，实行合作来寻找解决方案，除此之外著名的汽车工程师协会SAE也加入其中，美国的燃料性能的研究也终于在产量不足这一难题的推动下开始有了发展。

到1920年，美国航空燃料的质量标准依旧不考虑燃料的抗爆震性能，采购燃料的标准依旧是燃料的挥发性和成本，在这期间陆军和海军都进行了一些开发性的工作。

首先是陆军技术部门在McCook Field麦库克基地对国内燃料的质量进行了一些研究，他们使用一战中广泛生产的Liberty航空发动机进行测试，发现有时候燃料的质量会表现得非常差，有些样品甚至要添加20%的苯才能勉强不发生爆震，而liberty已经是以对油料毫无挑剔而闻名的了。而如果不使用苯的话就需要添加芳香胺化合物，但后者会导致进气阀和气缸内部产生大量胶状沉积物。

另一方面则是海军，美国海军在1921年成立了海军航空局并将有关燃料的事宜交给了这个部门统一安排。由于使用的是风冷发动机，海军比陆军更早就遇到了爆震现象，因此海军也是第一个要求燃料采购部门对燃料进行抗爆震性能实验的。

不过随着1926年四乙基铅TEL开始商业化供应，海军就直接开始大规模采购含铅汽油供发动机使用了，当时他们的飞机在加油时会直接倒进去一罐TEL，这种简单粗暴的方法到1933年停止。

1927年，陆军接受的大型风冷发动机也遇到了严重的爆震问题，比如Wasp, Cyclone and Hornet，于是麦库克基地开始进行更进一步的航空燃料研究，用于研究的发动机是一台小型的Delco发动机，这台引擎同时期也在测试合适的冷却剂种类，最终选择了乙二醇，这使得发动机可以运行在更高的温度下。

发动机温度的升高改变了燃料的相对性能，与含有TEL的加利福尼亚燃料相比，添加了苯的燃料性能严重不足。从这项工作中美国人认识到风冷发动机由于运行温度超过液冷发动机，所以对燃料更为敏感，而芳香烃添加剂燃料对爆震较为敏感，链烷烃燃料则不是很敏感，于是他们开始决定在风冷发动机上大规模使用链烷烃燃料即异辛烷，这是美国人对芳香烃燃料长期持有偏见的起点，原因在于美国拥有最发达的民航业务，民航飞机的风冷引擎要求长时期在稀混合气浓度下运行，芳香烃类燃料确实在这种条件下表现不佳，因此对于燃料的富混合气性能研究，美国人远远落后于英国人。

在英国，前面提到的Ricardo进行的研究工作大大推动了英国人对于燃料富混合气性能的研究，并开始专注于研究芳香烃含量对燃料的影响。在这一时期英国航空部开发的燃料大多都有极高的芳烃含量，有一些含有高达38%的芳香烃。在1920s末期，英国的航空汽油要么还是从指定产地产出的直溜燃料，要么还是含有大量苯的劣质混合燃料，但到了1930年航空部就开始要求新燃料必须经过Ricardo的E-35可变压缩比发动机进行抗爆震性能测试，新型燃料的芳烃含量必须让燃料保持0.7的最大比重，最高冰点必须维持在-50度。

辛烷值体系的诞生

1926年4月，CFR指导委员会对现存所有的燃料抗爆震性能测试方法进行了一些研究，得出了如下这些结论：

1． 所有对燃料抗爆震性能的测试方法都是依靠发动机实验进行的

2． 对爆震强度的度量方法各不相同

3． 对燃料的抗爆震性能根据不同的测试方法有不同的术语进行解释

4． 用现有的燃料抗爆震性能测试方法，通常得出来的结果与实验的条件变化没有关系

1928年2月，CFR委员会开始着手建立一种全新普适的燃料爆震评级方法，并专门成立了一个小组进行开发。

A） 发动机

1929年1月，小组报告他们作为抗爆震性能测试的核心——一台合适的测试专用发动机已经制造完成了，由H.L.Horning设计，CFR委员会的成员兼Waukesha公司的总裁，此后这台测试发动机也由这个公司负责，最初这台发动机还设计有两种版本，一种可变压缩比，另一种固定压缩比。

1929年1月之后的大量非正式讨论中，最后选择了可变压缩比的版本。

B） 爆震检测

下一个阶段是构造一个可靠的检测和测量发动机爆震程度的方法，1922年，Midgley在研究之后决定采用跳针法来量化发动机的爆震程度。

如图4所示，这根跳针就是一个普普通通的钢制棒子，其下端紧贴一个仅有0.015英寸厚的合金钢薄膜，而其上端则采用非导电材料替代了钢制成。在钢棒的上方有两根板簧，位置较低的板簧轻轻地贴着钢针的顶端，板簧的另一端各设置有一个钨合金制成的接点，板簧之间有可调间隙，在0.007-0.009英寸之间。

钨合金接点连接到一个完整的电路中，该电路直通到一根气体发生量管中，量管中装满了10%硫酸溶液。跳针元件被插入到发动机的气缸顶部，当爆震发生时，气缸内的冲击力会让跳针弹起，板簧接合电路连通，开始点解硫酸溶液，在量管内产生气体，并在右端的刻度上产生可以读取的数值。在给定时间内刻度上读取的气体数量就代表了发动机爆震的强度。

后来乙基汽油公司和韦斯顿电气公司联合开发了一个新的爆震测量装置，改为收集因爆震跳针弹起后而在电路中流通的电流，这些电流会流通过一根直径很小的电阻丝，随后再这里会有一个温差电偶专门测量电阻丝上产生的温差，电偶读取的电压数会被显示在刻度盘上，这个刻度盘上的数据就是发动机爆震的强度数值。（图5）

小组最终选择了Ricardo在之前提出过的测试方案，即选择作为度量衡极值的两种物质，在测试发动机条件不变的情况下，按照一定比例混合后可以表现出与给定测试燃料同样的抗爆震性能，然而美国人没有选择使用Ricardo的低品质直馏汽油和甲苯。

1927年乙基汽油公司的Graham Edgar在《工业与工程化学》一刊上发表文章，指出了选择参考燃料的问题：

汽油的成分实在是太复杂了，其不同的成分抗爆震性能也完全不同，要从中选择可以作为测试标准的物质几乎是不可能的。理想情况下，我们要选择的标准混合物要由多种碳氢化合物组成，其纯度必须可以通过实验明确测准。

Edgar接着举出了两种纯碳氢化合物并建议使用这两种化合物作为新爆震性能体系度量的最低值和最高值。最低值建议使用正庚烷，这种物质是从纯度极高的松油中制取的，而且比当时已知的任何燃料都更容易发生爆震。

而作为最高值的则使用异辛烷，即2,2,4三甲基戊烷，这种物质是由叔丁醇合成制备的。尽管异辛烷和正庚烷同为链烷烃，但前者的抗爆震性能要好得多，不过也没有醇类和芳香烃类高。（图6）

在Edgar向SAE汽车工程师协会介绍了自己的方案后，来自匹兹堡大学的W.A. Gruse向Edgar提出是否可以用甲苯来取代异辛烷。

Edgar本人并不喜欢甲苯，这很可能是因为美国人对芳香烃类化合物的固有歧视造成的，Ricardo很早就能用廉价手段制备出很高纯度的甲苯。1930年的SAE年会上，来自通用汽车研究实验室的三位高级研究员在研究过异辛烷、环乙烷、苯、甲苯和醇类之后，包括在场的英国研究员都一致认为，将含有几十种不同碳氢化合物的燃料用一种物质进行参考是一种误导，于是接受了Edgar的方案，将使用正庚烷和异辛烷作为参考燃料。

CFR协会最后决定，将Edgar的测试度量标准得出的结果成为“辛烷值”，其定义如下：

任何一种汽油的辛烷值代表异辛烷和正庚烷混合物中异辛烷的百分比体积占比，该异辛烷和正庚烷混合物的抗爆震性能需要与给定样品燃料相同，且所用设备和条件必须一致。

所以所谓的辛烷值如果说得确切一点，应叫异辛烷值。根据定义，异辛烷的辛烷值是100，而正庚烷的辛烷值则是0。

当时CFR委员会并没有想到未来的燃料抗爆震性能会超过纯异辛烷，不过在区区几年后抗爆震性能超过100辛烷值的燃料就出现了，所以CFR委员会给辛烷值系统打了个补丁。对于抗爆震性能超过100辛烷值的燃料，在作为参考的异辛烷中加入一定量的四乙基铅TEL，如果该燃料的辛烷值表示为“100+0.5”，表示该燃料的抗爆震性能等于加入了0.5ml/us-gal的异辛烷。后来又设计了一个公式，能够将这个数值转为超过100的辛烷值：图7

CFR的辛烷值体系推出后，也预见到了后来需要进行修订的结果，不过在当时这套体系可谓贡献颇大，在测试过市面上312种商用汽油后表明辛烷值系统能够为燃料的抗爆震性能提供一个十分可靠的结果，于是也就被推广到了全世界的各个国家。

英国的石油技术标准化委员会参与了和美国CFR委员会的信息交流，并对CFR的辛烷值体系进行了一些测试，英国人的测试表示，相比于苯，异辛烷的抗爆震性能表现波动起伏比较大，于是在1931年英国的技术人员在SAE年会上建议，试图说服CFR委员会不要使用异辛烷作为高爆震性能的参考燃料。盎格鲁-波斯石油公司（即后来著名的英国石油公司BP）后续的道路实验表明车辆的发动机对于各种不同燃料的表现和实验室内测算出的辛烷值有较大出路，尤其是道路实验中含有苯或者醇类的混合燃料表现会比在实验室中更好，与会者对此记录道：

在是否选择异辛烷作为辛烷值体系的高爆震性能的参考标准，我们和美国人的意见并不一致，因为庚烷和异辛烷这两种参考燃料都是链烷烃，其对于含有数十种碳氢化合物的汽油测算可能会失准。我们建议将苯作为参考燃料，但美国人一致反对，理由是在高负荷的发动机中苯易发生预点火，而且其对温度过于敏感，测算可能会失准。

在接下来的几年内我们的意见也没起到什么效果，最终我们也接受了美国的意见，将异辛烷作为了参考燃料。

看来美国人对于芳香烃的厌恶在此起到了关键作用。

当时每美加的异辛烷和庚烷价格高达25美元，无法用于大规模常规测试——当时的汽油价格只有每美加17美分——于是各个国家都决定使用二级参考燃料系统，即使用一些低品质的直馏汽油，和异辛烷和正庚烷混合，测算出辛烷值后以这些燃料作为二级参考燃料，再进行常规汽油的抗爆震性能测试。

1931年9月14日，CFR委员会批准了抗爆震性能测试设备和方法、辛烷值体系的使用，开始大规模传播到全世界并被广泛使用至今。

1932年尤宁敦测试

虽然新的CFR辛烷值测试首次将燃料的性能数值化并进行排名，但越来越明显的是，该测试并不能完全模拟发动机在实际使用中发生的所有情况，CFR委员会也认为，燃料的使用者最有资格评价一种燃料的性能，因此他们又建立了一套新的校准测试方案。

首先CFR委员会设计了一个新的道路测试，在这个测试中，他们会使用各种不同的车辆来对一系列燃料进行评级，得出的结果再和实验室测试的结果比较，如果出现了很大的数值波动，那他们就会修改实验室测试的条件和程序，尽量获得和道路测试中一样的结果。

1932年8月，CFR委员会在宾夕法尼亚尤宁敦附近的一条国道上进行了第一次道路测试，他们选用了一条2.5英里带有一些坡度的路段，同时还带来了17辆测试车和15种测试燃料，在三周内连续进行了超过2500次测试，最终得出的结果毫不意外，在实际使用的车辆上，燃料表现出的抗爆震性能和实验室中的差距极大，在道路测试上，车辆无爆震运行下所用燃料最高的为82辛烷值，最低的为60辛烷值，平均是71辛烷值。这和实验室测试得出来的最高75.6辛烷值最低60.8辛烷值有很大出路。

这15种测试燃料中有11种是商业汽油（UT），4种是经过特殊裂化工艺的汽油（RT），全面分析后得出结论，对于同一种燃料，道路测试得出的辛烷值要低实验室中CFR标准发动机测出来的辛烷值0-10，平均低4，如果只考虑商用汽油UT，则低0-6，平均低3.3。（图8）

不过不是所有燃料都经过了详细的测试，所得的结果虽然不具备普适性，但足以说明这个问题。

CFR发动机的改进

由于道路测试展示的结果低于CFR实验室中得出的结果，于是委员会开始重新审视CFR测试法的程序，看看能否将其修正，让得出的结果和实际道路测试中的一致，在Waukesha实验室进行了多次测试后，进行了一些改动，将化油器和进气道之间加入了一个电加热装置，使得混合气的温度能达到300℉，将CFR发动机转速从600提高到900rpm，同时使用了可变火花定时系统，使得CFR发动机得出的结果和道路测试结果更加接近。（图10）

这种改正过后的CFR发动机测试法就被称为“CFR Motor Method”，也就是我们常说的马达法，而没进过改进的老方法则被称为“CFR Research”Method，研究法，前者于1932年9月12日被CFR委员会正式批准推广。

1934年尤宁敦测试

当然马达法并不是完美的，很多人都批评这种方法测试的范围太窄，所有燃料都是美国生产的，测试车辆都是标准的美式肌肉引擎。英国人就认为将混合气温度提升到300℉太高了，对含有苯的燃料有很大的影响，而尤宁敦测试中的燃料没有含苯燃料。

在进一步的建议下，CFR委员会在1933年底和1934年初决定进行更进一步的测试，这次实验的含金量很高，除开美国本土的各大协会和公司，还有英国、加拿大的石油、汽车、发动机生产商，法国国家液体燃料办公室、英国石油技术协会、加拿大国家研究理事会也参与了。

测试路段依旧是尤宁敦的同一路段，测试燃料这次选择了8种商业燃料和9种特殊燃料，分别代表了各个国家炼油厂的各种不同产品，应英国石油技术协会的要求，特地加入了一种含有25%苯的混合燃料。汽车则选择了市面上销量最佳的24种，所以其中大部分都是雪佛龙、福特和普利茅斯的平价汽车，有一辆是格雷厄姆汽车，它的引擎压缩比高达6.72：1且带有增压器，所有汽车的引擎都是早期的侧置气门布局，汽缸盖的材料有铸铁也有铝，覆盖面非常广。

经过一个月的高强度测试，这24辆车一共跑了50000英里，得出的成果可谓十分丰厚，图11就显示了1934年尤宁敦测试和马达法测试之间对应的差异：

可以看到马达法确实已经很成熟了，和测试结果差异没那么大，与马达法辛烷值数值差异最大的就是英国人的含苯燃料，差异有2.7辛烷值，其余所有燃料的差异平均下来只有0.36。图12表示的是对于那些含有大量非链烷烃的碳氢化合物的燃料，在大多数情况下实际测试表现出的辛烷值都比马达法表现得高，这又进一步增加了英国人对于参考燃料不应使用异辛烷而是一种非链烷烃的碳氢化合物这一论点的可信度。

同样由于马达法无法正确对含苯燃料做出合适的辛烷值评级，所以后来对于这种燃料一般都要经过特殊修正才能得出其辛烷值，在30年代末有进行了多次道路测试并试图继续改进，但测试结果大都会受到大气条件和车况乃至驾驶方式的影响，想完全解决误差是不可能的。

因此各种发动机制造商和石油产商为了保证发动机不会发生爆震，一般都会让燃料的辛烷值满足研究法辛烷值（RON）和马达法辛烷值（MON）的最低要求。

1930年后期航空燃料的抗爆震测试

在30年代，美国人大都专注于研发高性能风冷发动机，对与链烷烃燃料的偏爱再加上民间更偏向于稀混合气巡航条件下发动机的性能，美国人与英国人对燃料的研究理念产生了重大分歧，后者更喜欢水冷、使用芳香烃燃料并且更关注发动机在最大功率下的表现。英国人此时已经对高芳香烃燃料在富混合气条件下的重大价值有了认知，这也帮助他们在和美国、意大利在争夺施耐德杯水上飞机竞速赛的冠军时起到了重大作用。

施耐德杯竞速赛上飞机的燃料可谓得到了空前发展，虽然这些特殊燃料完全无法大规模应用于军事或者民间，但至少推动了各个国家对于高性能燃料的进一步研究。美国柯蒂斯的水冷发动机D-12、V-1400和V-1570在大赛中表现不错，但它没有增压器压缩比也从未提高到7:1以上，也没有用过特殊配置的燃料，仅仅使用的是添加了20%苯的普通燃料。英国人则在1927年的比赛中就使用了压缩比高达10:1和特殊含铅汽油的Lion狮竞赛引擎，1929年和1931年则使用的是著名的罗伊斯罗尔斯R竞赛引擎，R引擎的燃料是美国乙基汽油公司的F.R.Banks开发的，其性能可能与二战期间的100/130平级。辛烷值体系施耐德杯竞速赛上飞机的燃料可谓得到了空前发展，虽然这些特殊燃料完全无法大规模应用于军事或者民间，但至少推动了各个国家对于高性能燃料的进一步研究。美国柯蒂斯的水冷发动机D-12、V-1400和V-1570在大赛中表现不错，但它没有增压器压缩比也从未提高到7:1以上，也没有用过特殊配置的燃料，仅仅使用的是添加了20%苯的普通燃料。英国人则在1927年的比赛中就使用了压缩比高达10:1和特殊含铅汽油的Lion狮竞赛引擎，1929年和1931年则使用的是著名的罗伊斯罗尔斯R竞赛引擎，R引擎的燃料是美国乙基汽油公司的F.R.Banks开发的，其性能可能与二战期间的100/130平级。

1931年，美国陆航首次开始大规模使用含铅的87辛烷值燃料，1932年，CFR委员会专门成立了一个航空燃料部CFR-AFD，在接下来100辛烷值燃料的引入上发挥了重大作用。

1932年，英国也引入了含铅的87辛烷值燃料并在1934年全面投入使用，标准的DTD 134无铅汽油（约75辛烷值）在1933年被DTD 224无铅汽油（约77辛烷值）取代，被用于所有不适合使用含铅燃料的发动机上，而DTD230（87辛烷值 3.5ml TEL/uk-gal）则被用于之后所有的新锐发动机，这些燃料的具体规格如下。

美国陆军的测试方法更加温和一点，对于英国的DTD230给出的辛烷值数值要高4。

1932年美国陆军的莱特基地获得了第一批实验性质的100辛烷值燃料，这种燃料由异辛烷和加利福尼亚出产的含铅汽油混合而成。相比于90辛烷值的燃料，在Wasp和Cyclone发动机中获得的功率高了15-30%。

1935年，Wright研发了一种特殊的Cyclone发动机，压缩比提升到了8:1，在这种情况下100辛烷值燃料可以节省15%的燃料消耗，美国陆航随后就发布了100辛烷值燃料规范2-92，该燃料含有3.6ml TEL/UKgal。

美国陆航在这方面是很大胆的，他们在需要使用100辛烷值燃料的引擎投入服役之前就开始大规模推广了100辛烷值燃料，并拉动相关化工厂和引擎商的大量订单，迫使对100辛烷值燃料持保守态度的总参谋部接受了这个结果。相比之下美国海军要谨慎的多，他们仅仅采用了91辛烷值的燃料，含有0.6ml TEL/UKgal。

1927年，Graham Edgar首次通过对叔丁醇TBA和酸反应后得到二异丁烯DIB，氢化后制得异辛烷，在军队决定使用100辛烷值燃料后，壳牌公司和新泽西标准石油公司于1934年手册进行了大规模量产，在这之后高辛烷值燃料的生产开始成为商业竞争的对象。

1937年，英国空军部紧随美国人发布了DTD 100 ON一百辛烷值燃料的临时规格，并在1939年9月因为众所周知的原因被直接通过为皇家空军的标准燃料。大约在同一时间，旧的DTD230规格被修正为90辛烷值，有4ml TEL/UKgal，这一四乙基铅的添加量随着战争的进行变得越来越高，41年是4.8,43年达到了5.5。

在1930年末和40年初，由于我们提到过的原因，美国人对于燃料的富混合气性能毫不感兴趣，这一情况直到日本人偷袭珍珠港之后战争爆发为止。虽然英国人对此研究很多，但在战前也没得出更多的成果，可能是现有的燃料性能已经足够发动机使用了。然而随着含铅燃料和增压发动机的发展，对此的研究也必须马上跟上脚步，罗罗的液冷发动机红隼在和布里斯托尔的飞马座风冷发动机对比中，表明了前者在含芳香烃和高铅含量的汽油上表现更佳。1937年发布的临时DTD 100 ON规格还没有规定有关燃料富混合气性能的条款，但是此时英国人已经开始要求购买的燃料必须有一定的富混合气性能RMR rich mixture rating。如果要全面测试的话费用比较高，所以英国航空部基于布里斯托尔飞马座研发了一种压缩比高达8：1的单缸测试发动机，对燃料进行富混合气性能测试。

由于这些努力，战争开始时，美国和英国的高性能发动机都可以使用100辛烷值的燃料了，但是英国产能不足，空缺的产能由美国进口而来，合成异辛烷也通过壳牌公司和新泽西标准石油公司的新方法，即催化聚合异丁烯得到异辛烷，之后加氢获得异辛烷。

1941年，美国现在已经意识到需要从军用发动机中获得最大的动力，以及富混合等级的重要性和芳烃的作用。他们的汽油在100/104和100/130之间有一定的质量差异；在这个范围的低端，美国发动机在富混合气下的高功率运行有困难，起飞功率被限制在正常值的90%。

由于辛烷值系统下具体的数值和油料的性能并非线性关系，因此美国人开发了一套新的系统和测试方式。即通过测量实际使用的发动机在使用异辛烷时产生爆震的极限功率，然后在异辛烷中逐步加入TEL，随后测算该发动机极限功率提高了多少并计算其百分比，随后就能通过带增压器的CFR发动机来复制这些测试，得出的结果就以performance number PN即品度值来表示。因此，在相同条件下，120PN的燃料就能让发动机比使用100ON燃料多出20%的功率。尽管这种新的测试（被称为 "增压法"）是以CFR发动机为基础的，但在硬件和测试方法上都做了很多修改，因此得出的性能数字不能与100ON以上的辛烷值相比较，也不能作为非增压发动机中汽油的相对动力生成能力的指标。

PN与异辛烷+TEL之间的关系见图13。

随着战争的加剧，高辛烷值混合成分的供应达到了足够的水平，对更高性能的生产燃料的需求导致了1944年底美国的AN-F-33规格要求使用115/145等级的燃料