燃料添加剂对发动机油耗影响关系研究

德州学院　杨红枫　于士军

燃料添加剂对发动机油耗影响关系研究

德州学院杨红枫于士军

本文主要叙述了两种添加剂对发动机的排放特性和负荷特性的影响，以及燃料添加剂的分类。实验证明，燃料添加剂对发动机的油耗有重要的影响。

燃料添加剂；发动机；性能

1　引言

随着经济的发展，拥有汽车的人越来越多，然而汽车所需要的燃料却越来越少，石油的不可再生让汽油的价格一再升高，并且燃料燃烧造成的环境污染也日益严重。由于发动机受实际工况的影响，换气、燃烧时产生的损失，使汽车发动机的功率下降。许多学者开始寻找好的方法来解决这些问题，经过研究发现在燃料中加入添加剂是比较有效的途径之一。因此，在燃料中使用添加剂来缓解对石油资源所需的压力和减少对环境的污染，成为人们研究的一大热点。

目前的燃料添加剂主要有两大种，一种是化学添加剂，通过添加一些化学成分来达到所需的效果；一种是生物添加剂，加入生物基改变燃料自身。

2　添加剂的工作原理

2.1汽油机燃烧过程

汽油机的燃烧方式是预混合燃烧，正常的燃烧是从定时火花塞开始的，分为着火后期、明显燃烧期和补燃期三个阶段。汽油和空气提前混合形成的可燃混合气提前混合，然后由火花塞点火开始燃烧，燃烧过程随火焰前锋的推进进行，因此燃烧是一层层进行的，最后使燃烧传播到整个燃烧室。然而，在燃烧过程中，火焰传播与气压、温度以及可燃混合气有关，因此在汽油中使用化学添加剂改变可燃混合气。

2.2燃料添加剂的分类

化学添加剂主要有抗爆剂、抗氧化剂、金属钝化剂、防冰剂等，其主要作用分别是防止汽油机爆燃，提高发动机工作效率，减缓汽油氧化以免造成堵塞油管的现象，减缓对金属的腐蚀以及保证在寒冷天气下能够不析出冰晶，保证发动机正常工作。化学添加剂的化学成分主要包括含氧醚类（甲基叔基丁醚）、羧酸及羟化物、醇类（甲醇、乙醇）等，通过加入这些添加剂改变燃料的辛烷值并使其能够完全燃烧，从而达到预期效果，改变燃料的一些性质。

生物添加剂则取自大自然如太阳、植物等，属于可再生的清洁型添加剂，其燃烧产生的二氧化碳排放量很低，并且植物生长过程中吸收二氧化碳，使用生物添加剂也可以保护环境。然而由于植物油与汽油难以相溶，因此多会在生物添加剂中加入增溶剂。

3　实验研究与分析

3.1实验装置

湘仪DDM16型发动机测试系统、WE32H电涡流水利测功机、湘仪BYH油耗变送器、HORIBA排气分析仪等。

表1　发动机参数

3.2实验方法

以市面所售的93#普通汽油为标准油，再分别加入体积分数为0.5%的一种化学添加剂和一种生物添加剂，为避免燃料挥发所造成的影响，所有实验用油均现场配置。在实验时，让发动机在同等工况下进行热车怠速，本次实验所用发动机的常用转速为2800r/min。本实验采用发动机负荷特性和外特性的对比实验，通过对发动机性能参数和发动机排放数据的对比，进行定量分析。

3.3实验结果及分析3.3.1发动机排放特性

在本实验的发动机台架上进行外特性实验时，由图2、3、4可知，CO、HC和NOx排放的浓度比基础用油都有所下降，所以不管是化学添加剂还是生物添加剂，都能够减少CO、HC和NOx的排放。在低转速情况下，效果不是特别明显，但是在高转速情况下，各参数下降得比较明显。其中生物添加剂CO最大下降了0.18%，HC下降了30%，而NOx下降了23%，其主要原因是生物添加剂中含有较多的H、O元素，这使燃料燃烧得更加充分。

图2　CO排放量

图3　HC排放量

图4　NOx排放量

3.3.2发动机负荷特性

图5　HC排放量

图6　CO排放量

图7　NOx排放量

在转速为2800r/min的发动机负荷特性实验中。由图5、6、7可知，CO在扭矩较低的情况下，排放量变化不是特别大，在高扭矩情况下，CO下降了1.2%～1.8%。HC和NOx含量在高低扭矩时有较大的改变。其原因可能是在高低扭矩时燃料燃烧比较充分，氧气含量充足。由此可知，燃料添加剂在发动机的负荷特性实验中是有一定影响的。

图8　功率对比图

发动机功率计算由公式Pe＝Te·n／9550(kW)其中：Te为有效转矩，N·m n为发动机转速，n/r／mi通过上述公式计算发动机功率，由图8可知，虽然含添加剂的功率都有所下降，但都保持在0.4%～1.4%之间，并没有对发动机的输出功率造成太大影响，其原因可能是因为添加剂的含量不是最适宜的，并且添加剂本身不能与燃料完全融合。

图9　油耗对比

比油耗:发动机每发出1kw有效功率，在1h内所消耗的燃油质量（以g为单位)，称为燃油消耗率，用ge表示，单位为g/(kw. h)。因此由上图可知，在高低两个负荷率时，节油情况比较明显在10%～14%之间，油耗量较少，而在其他情况下，油耗量并没有太大改善，因此添加剂能够改善发动机的耗油量。因为本次实验并没有改变添加剂的含量，因此可能影响的范围不是特别明显。

4　结论

在93#汽油中加入0.5%的化学和生物添加剂，对发动机的排放特性有显著影响，对发动机的负荷特性也有一定影响，其中对发动机的油耗影响比较明显，虽然降低了发动机的功率但影响不大。因此燃料添加剂对发动机的经济性有积极的作用。燃料添加剂对以后如何减少汽车尾气对空气的污染，如何节约石油和开发利用新能源都有十分重要的意义。

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