燃油添加剂对汽油发动机排放性能的影响

赵 峰

(滕州市恒通机动车检测有限公司，山东 枣庄 277599)

0 引言

随着汽车的排放标准越来越严格，对油品的要求也越来越高，对此，除了提高炼油技术外，在油品中添加燃油添加剂也是提高燃油品质、改善发动机排放的常见技术手段。现阶段，国内燃油添加剂产品差异性较大，质量参差不齐，整个市场不够规范，缺乏一定产品标准，使消费者对于燃油添加剂大都感到疑虑，不能确定其是否能够实现节能减排、降低油耗，笔者结合工作经验，利用检测站设备，探讨分析燃油添加剂对在用车辆排放的影响，检测某款在用车辆汽油机使用2款常见燃油添加剂前后排放的变化，并进一步对其作出了阐述和分析，有着很强的社会意义。

1 燃油添加剂概述

目前经过人们的不断努力研究发现，燃料添加剂主要分化学添加剂和生物添加剂2种，当然随着技术的不断进步，也出现了物理添加剂，但由于其应用较少，在此不做探讨。化学添加剂主要在20世纪末到21世纪初发展最为迅速，尤其是在发现四乙基铅会使尾气中含有大量的铅从而影响环境及人体健康后[1]，人们开始寻找其它的替代品。随后研究人员又寻找到甲基叔丁基醚、乙醇、甲醇等化学物质。在21世纪初期，许多科学家把目光转向了生物基。通常状况下，添加剂是由工业乙醇、变性剂以及汽油共同组成的，化学成分主要含有CH3-O-C以及醇类[2]。碳酸二甲酯(DMC)发展到目前来说，是最为合适的化学添加剂，不仅制作成本低，而且对环境影响小，与汽油的融合性也比较高，具有很大的发展前景。

生物添加剂相较于其它类型的添加剂，其对环境的污染程度是比较低的，因为生物添加剂主要采用了一些清洁可再生能源，在与汽油混合燃烧时放出的CO2量也较少，况且排放出的二氧化碳还能够与绿色植物进行光合作用，因此通过在燃料当中加入一些生物添加剂，以此达到提高燃油经济性和降低排污量的作用，这种形式相对较高效快捷，越来越受到重视。

2 实验装置及实验方法

2.1 主要设备仪器

测量仪器采用便携式排放分析仪，该排气仪可以同时测量发动机怠速状态下尾气中的CO、HC和NOx浓度。当然也可以测量空燃比以及过量空气系数等参数。由于它的紧凑结构和轻量化等优点，基本上可以在任何工作场合使用，操作简单[3]。

2.2 实验用发动机

本实验选用该发动机是因为其没有特殊性，能够代表绝大多数市面常见发动机，且该发动机制造实际比较新，为双嘴多点喷射，有连续可变气门正时智能控制系统与现代科技相适应。相关参数如表1所示。

表1 实验发动机主要参数

2.3 实验添加剂

由于四乙基铅及其它化学添加剂已被禁用，因此本文选用了碳酸二甲酯(DMC)作为化学添加剂的代表，且前文已经提到该添加剂前景光明，在生物添加剂方面选用了一种热带植物的脂肪酸生物油作为添加剂，主要成分为碳16和碳18，以及选择了市面上普通的92#汽油。

DMC含氧量较高且具有提高辛烷值的作用，添加剂在对汽油分解的过程中与过氧化物反应使汽油的OH浓度降低，可以提高汽油的抗爆性[4]。

生物添加剂则是通过自身的酯基能助溶且带有极性，其中C+是阳性，O-是阴性，从而提高汽油的含氧量，降低CO与HC的排放[5]。

2.4 实验步骤

详细的操作如下：

第一步：将未加添加剂的汽油加入到汽油箱中，打开相应设备。

第二步：设备仪器开启后，检查机油与冷却水等的相应温度、湿度以及位置状况等，在温度达到相应值后，便可以进行其它数据的测量和记录；随后进行扭矩和转矩的调节，把发动机初始转速设定在2000r/min。

第三步：改变转速，使发动机转速范围由2000r/min逐步提高，一直到4000r/min。

第四步：在2000～4000r/min中间，选取5个不同的测量点来进行对比，并记录相关的数据。

第五步：改变实验对象，将未加添加剂的汽油从邮箱中放出，换成加有添加剂的汽油，重复以上步骤，并记录相关数据，以作对比。

3 实验结果与分析

3.1 实验结果

将2种不同的添加剂以0.4%比例加入同等容量的汽油中，可以看出加入化学添加剂能够更好地溶于汽油中，而生物添加剂在常温下不能更好地溶于汽油中。通过控制发动机不同的转速，从而检测排放气体的百分数，通过排放气体的变化来确定添加剂的影响，具体变化如图1-3所示。

图1 CO排放量图示

图2 HC排放量图示

图3 NOx排放量图示

3.2 实验分析

由实验结果看出，在发动机不同转速下加入添加剂后CO的排放量明显降低，特别是在发动机高速的时候，随着发动机做功能力的提高，发动机温度明显提高，受高温影响产生大量CO，这个时候燃油添加剂的加入很大程度上改善了燃烧效果，大幅度降低了CO生成率。

对HC来讲，发动机在低速状态下因燃烧效果不良，特别是受节气门开度影响，整体HC排放都较高，但是从结果看，仍然是添加剂加入后排放量明显降低20%左右。

NOx主要是受温度和氧气含量影响，随着发动机转速的提高，空气进入气缸含量增加，同时发动机工作温度提高，使NOx含量增加。添加剂的加入使其有一定的降低，减少了NOx的排放。

总体来看，CO、HC和NOx随着添加剂的加入，排放量都有所降低，但是化学添加剂和生物添加剂的区别不是特别明显，但是总体来说生物添加剂对排放比化学添加剂影响稍大。

4 结语

根据上述内容可知，燃油添加剂在改善燃烧特性和降低污染物排放方面的显著效果，逐渐引起了人们的关注，目前国内燃油添加剂市场鱼龙混杂，有些产品质量无法保证，同时国产产品与国外存在一定差距，因此研究国内燃油添加剂的效果以及其使用特性对环境保护、节能减排等都有重大意义。

本论文从燃料添加剂对发动机排放性能的角度出发。相关结果如下：

(1)对于92#汽油而言，0.4%浓度的添加剂对相关的尾气排放影响比较明显，生物添加剂效果优于化学添加剂；说明燃油添加剂能有效降低污染物排放，减少油耗，清洁发动机。

(2)为全面准确了解燃油添加剂对在用车产生的影响，除了排放，在动力性、经济性等方面也是重要的考察指标，后面可进行道路试验对动力性和经济性试验，并检测是否有其它排放污染物增加。