燃油添加劑對汽油發動機排放性能的影響

趙 峰

(滕州市恒通機動車檢測有限公司，山東 棗莊 277599)

0 引言

隨著汽車的排放標準越來越嚴格，對油品的要求也越來越高，對此，除了提高煉油技術外，在油品中添加燃油添加劑也是提高燃油品質、改善發動機排放的常見技術手段。現階段，國內燃油添加劑產品差異性較大，質量參差不齊，整個市場不夠規范，缺乏一定產品標準，使消費者對于燃油添加劑大都感到疑慮，不能確定其是否能夠實現節能減排、降低油耗，筆者結合工作經驗，利用檢測站設備，探討分析燃油添加劑對在用車輛排放的影響，檢測某款在用車輛汽油機使用2款常見燃油添加劑前后排放的變化，并進一步對其作出了闡述和分析，有著很強的社會意義。

1 燃油添加劑概述

目前經過人們的不斷努力研究發現，燃料添加劑主要分化學添加劑和生物添加劑2種，當然隨著技術的不斷進步，也出現了物理添加劑，但由于其應用較少，在此不做探討。化學添加劑主要在20世紀末到21世紀初發展最為迅速，尤其是在發現四乙基鉛會使尾氣中含有大量的鉛從而影響環境及人體健康后[1]，人們開始尋找其它的替代品。隨后研究人員又尋找到甲基叔丁基醚、乙醇、甲醇等化學物質。在21世紀初期，許多科學家把目光轉向了生物基。通常狀況下，添加劑是由工業乙醇、變性劑以及汽油共同組成的，化學成分主要含有CH3-O-C以及醇類[2]。碳酸二甲酯(DMC)發展到目前來說，是最為合適的化學添加劑，不僅制作成本低，而且對環境影響小，與汽油的融合性也比較高，具有很大的發展前景。

生物添加劑相較于其它類型的添加劑，其對環境的污染程度是比較低的，因為生物添加劑主要采用了一些清潔可再生能源，在與汽油混合燃燒時放出的CO2量也較少，況且排放出的二氧化碳還能夠與綠色植物進行光合作用，因此通過在燃料當中加入一些生物添加劑，以此達到提高燃油經濟性和降低排污量的作用，這種形式相對較高效快捷，越來越受到重視。

2 實驗裝置及實驗方法

2.1 主要設備儀器

測量儀器采用便攜式排放分析儀，該排氣儀可以同時測量發動機怠速狀態下尾氣中的CO、HC和NOx濃度。當然也可以測量空燃比以及過量空氣系數等參數。由于它的緊湊結構和輕量化等優點，基本上可以在任何工作場合使用，操作簡單[3]。

2.2 實驗用發動機

本實驗選用該發動機是因為其沒有特殊性，能夠代表絕大多數市面常見發動機，且該發動機制造實際比較新，為雙嘴多點噴射，有連續可變氣門正時智能控制系統與現代科技相適應。相關參數如表1所示。

表1 實驗發動機主要參數

2.3 實驗添加劑

由于四乙基鉛及其它化學添加劑已被禁用，因此本文選用了碳酸二甲酯(DMC)作為化學添加劑的代表，且前文已經提到該添加劑前景光明，在生物添加劑方面選用了一種熱帶植物的脂肪酸生物油作為添加劑，主要成分為碳16和碳18，以及選擇了市面上普通的92#汽油。

DMC含氧量較高且具有提高辛烷值的作用，添加劑在對汽油分解的過程中與過氧化物反應使汽油的OH濃度降低，可以提高汽油的抗爆性[4]。

生物添加劑則是通過自身的酯基能助溶且帶有極性，其中C+是陽性，O-是陰性，從而提高汽油的含氧量，降低CO與HC的排放[5]。

2.4 實驗步驟

詳細的操作如下：

第一步：將未加添加劑的汽油加入到汽油箱中，打開相應設備。

第二步：設備儀器開啟后，檢查機油與冷卻水等的相應溫度、濕度以及位置狀況等，在溫度達到相應值后，便可以進行其它數據的測量和記錄；隨后進行扭矩和轉矩的調節，把發動機初始轉速設定在2000r/min。

第三步：改變轉速，使發動機轉速范圍由2000r/min逐步提高，一直到4000r/min。

第四步：在2000～4000r/min中間，選取5個不同的測量點來進行對比，并記錄相關的數據。

第五步：改變實驗對象，將未加添加劑的汽油從郵箱中放出，換成加有添加劑的汽油，重復以上步驟，并記錄相關數據，以作對比。

3 實驗結果與分析

3.1 實驗結果

將2種不同的添加劑以0.4%比例加入同等容量的汽油中，可以看出加入化學添加劑能夠更好地溶于汽油中，而生物添加劑在常溫下不能更好地溶于汽油中。通過控制發動機不同的轉速，從而檢測排放氣體的百分數，通過排放氣體的變化來確定添加劑的影響，具體變化如圖1-3所示。

圖1 CO排放量圖示

圖2 HC排放量圖示

圖3 NOx排放量圖示

3.2 實驗分析

由實驗結果看出，在發動機不同轉速下加入添加劑后CO的排放量明顯降低，特別是在發動機高速的時候，隨著發動機做功能力的提高，發動機溫度明顯提高，受高溫影響產生大量CO，這個時候燃油添加劑的加入很大程度上改善了燃燒效果，大幅度降低了CO生成率。

對HC來講，發動機在低速狀態下因燃燒效果不良，特別是受節氣門開度影響，整體HC排放都較高，但是從結果看，仍然是添加劑加入后排放量明顯降低20%左右。

NOx主要是受溫度和氧氣含量影響，隨著發動機轉速的提高，空氣進入氣缸含量增加，同時發動機工作溫度提高，使NOx含量增加。添加劑的加入使其有一定的降低，減少了NOx的排放。

總體來看，CO、HC和NOx隨著添加劑的加入，排放量都有所降低，但是化學添加劑和生物添加劑的區別不是特別明顯，但是總體來說生物添加劑對排放比化學添加劑影響稍大。

4 結語

根據上述內容可知，燃油添加劑在改善燃燒特性和降低污染物排放方面的顯著效果，逐漸引起了人們的關注，目前國內燃油添加劑市場魚龍混雜，有些產品質量無法保證，同時國產產品與國外存在一定差距，因此研究國內燃油添加劑的效果以及其使用特性對環境保護、節能減排等都有重大意義。

本論文從燃料添加劑對發動機排放性能的角度出發。相關結果如下：

(1)對于92#汽油而言，0.4%濃度的添加劑對相關的尾氣排放影響比較明顯，生物添加劑效果優于化學添加劑；說明燃油添加劑能有效降低污染物排放，減少油耗，清潔發動機。

(2)為全面準確了解燃油添加劑對在用車產生的影響，除了排放，在動力性、經濟性等方面也是重要的考察指標，后面可進行道路試驗對動力性和經濟性試驗，并檢測是否有其它排放污染物增加。