生物添加劑對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放質(zhì)量的影響

劉德文 袁秋玲 楊密龍 楊樂楨 朱正富

摘 要：為了提取探討在汽油內(nèi)加入生物添加劑，所造成的廢氣排放質(zhì)量影響。運(yùn)用了試驗(yàn)法對(duì)比分析汽車發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)前后，在廢氣排放質(zhì)量各指標(biāo)上改變情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)將棕櫚油提取物作為生物添加劑，加入汽油中很大程度改善了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油性能，在加劑之后實(shí)現(xiàn)了93#高清潔汽油，上升了HC（未燃碳?xì)洌?，減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，明顯改善了CO2的排放;實(shí)現(xiàn)了乙醇汽油在HC和CO2的略微增加。

關(guān)鍵詞：生物添加劑;汽車發(fā)動(dòng)機(jī);廢氣;顆粒物

隨著我國(guó)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的排放標(biāo)準(zhǔn)逐漸提升，也提出越來越嚴(yán)格的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)與燃料要求，發(fā)動(dòng)機(jī)在近年來實(shí)現(xiàn)機(jī)內(nèi)外凈化技術(shù)創(chuàng)新，改善車內(nèi)燃油用品特性。發(fā)動(dòng)機(jī)的汽油通過加入生物添加劑，改善汽油性能已作為研究熱門課題[1]。在汽油所加入的添加劑中，最為突出的就是四乙基鉛，但是因?yàn)殂U毒害催化轉(zhuǎn)化器，再加上存在污染環(huán)境的弊端，我國(guó)目前已經(jīng)禁用[2]。如今在汽車領(lǐng)域主要應(yīng)用的添加劑，集中在含氧醚類、醇類、酸酯類為主[3-6]，例如甲基叔丁基醚MTBE、乙醇、甲醇、碳酸二甲酯DMC等，雖然DTBE應(yīng)用效果顯著但在美國(guó)等國(guó)家地區(qū)，已經(jīng)因?yàn)樵擃惿锾砑觿﹪?yán)重污染環(huán)境水源同樣禁用[7]。所以生物添加劑基于生物為原料，滿足了能源環(huán)保所需，并且易于微生物降解，可以有效減少以外所致污染問題，并且生物添加劑在C+呈陽(yáng)性，O-呈陰性，從本質(zhì)上決定生物添加劑能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)汽車醇類、烴類燃料的助溶效果[8]。因此本文將展開對(duì)生物添加劑加入汽油內(nèi)，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放質(zhì)量所造成的影響。

1試驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1試驗(yàn)設(shè)備

（1）汽車發(fā)動(dòng)機(jī)

本次臺(tái)架試驗(yàn)中所應(yīng)用的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)，作為目前普遍常見的直列四缸電控高壓共軌柴油機(jī)，在保證滿足國(guó)IV排放標(biāo)準(zhǔn)，配備了EGR系統(tǒng)和增壓中冷，相關(guān)參數(shù)（見表1）。

（2）汽油和生物添加劑

本次試驗(yàn)選用市面售賣的93#高清潔汽油、乙醇和汽油1：9比例的乙醇汽油這兩種，將不同比例的棕櫚油生物添加劑加入其中，該生物添加劑以碳、氫、氧三者76：12：12的比例，具有較好的生物溶解性，可以很好的溶于汽油。選定的試驗(yàn)比例包括了0.2%、0.4%、0.6%，在1L汽油內(nèi)分別添加了2ml、4ml、6ml的生物添加劑，為了確保添加劑達(dá)到汽油流動(dòng)性及燃料互溶性，設(shè)定試驗(yàn)過程中始終保持20℃的環(huán)境溫度。

1.2試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)設(shè)定在2000r/min轉(zhuǎn)速下汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的道路運(yùn)行工況，加入生物添加劑之后對(duì)廢氣排放質(zhì)量造成的影響。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的測(cè)量負(fù)荷分別設(shè)定為30Nm、60Nm、90Nm、120Nm、150Nm，在達(dá)到最高負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，基本全開發(fā)動(dòng)機(jī)的氣節(jié)門開度。

2試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1添加劑對(duì)93#高清潔汽油、乙醇汽油的不同比油耗影響

（1）通過加入棕櫚油生物添加劑之后，在設(shè)定三種不同添加劑比例試驗(yàn)條件下，獲得對(duì)93#高清潔汽油的不同比油耗影響，發(fā)現(xiàn)明顯改善了汽油的比油耗。在0.2%、0.4%添加劑比例下，在30～150Nm的負(fù)荷點(diǎn)范圍內(nèi)，加入生物添加劑之后的汽油較基礎(chǔ)油在比油耗上明顯降低。對(duì)于負(fù)荷較小情況下，0.2%比例達(dá)到了7.98%的最大節(jié)油率，0.4%比例達(dá)到了7.66%的最大節(jié)油率，各自達(dá)到了3.64%、2.43%的節(jié)油率均值。在0.6%比例下分別在小負(fù)荷、大負(fù)荷中節(jié)油效果明顯。所以在2000r/min汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工況下，生物添加劑在整個(gè)負(fù)荷范圍條件內(nèi)，都可以明顯改善燃油的經(jīng)濟(jì)性能，但是添加劑比例需要控制在0.4%以內(nèi)效果較佳。

（2）通過加入棕櫚油生物添加劑之后，在設(shè)定三種不同添加劑比例試驗(yàn)條件下，獲得對(duì)乙醇汽油的不同比油耗影響，發(fā)現(xiàn)在2000r/min汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工況下，生物添加劑在整個(gè)負(fù)荷范圍條件內(nèi)，10%乙醇直接兌入汽油內(nèi)獲得的乙醇汽油，達(dá)到的油耗情況較93#高清潔汽油有所上升。因此乙醇熱值僅僅達(dá)到汽油61%左右，將乙醇加入其中降低了混合燃料的熱值，因此如果將乙醇汽油直接燃用，會(huì)應(yīng)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性。但是將生物添加劑加入乙醇汽油中，發(fā)現(xiàn)不同程度降低了比油耗，根據(jù)乙醇汽油試驗(yàn)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，不同生物添加劑比例下，最明顯的效果就是0.4%添加比例，較平時(shí)能夠達(dá)到4.08%的發(fā)動(dòng)機(jī)比油耗降低效果。

2.2生物添加劑對(duì)93#高清潔汽油廢氣排放質(zhì)量影響

（見圖1）作為在93#高清潔汽油中加入不同比例的生物添加劑后，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放各指標(biāo)的變化情況。發(fā)現(xiàn)將生物添加劑加入之后，明顯減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，最為明顯的就是在發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷條件下的效果。通過加入生物添加劑后，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)功率范圍中，HC（未燃碳?xì)洌┥仙?，明顯改善了CO2的排放。在加入生物添加劑之后相較基礎(chǔ)油，雖然生物添加劑的添加比例不同，也就在不同程度上降低了氣體排放量，但是有不同的影響程度。在0.2%添加比例下達(dá)到最大幅度的CO2排放量下降，所以通過減少CO2排放量，對(duì)于改善環(huán)境減少溫室氣體排放，改善廢氣排放環(huán)境影響意義重大。

2.3生物添加劑對(duì)乙醇汽油廢氣排放質(zhì)量影響

因?yàn)槟壳拔覈?guó)部分地區(qū)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用乙醇汽油，所以將棕櫚油生物添加劑加入乙醇汽油中，對(duì)比分析廢氣排放質(zhì)量的影響情況。發(fā)現(xiàn)將不同比例的生物添加劑，加入乙醇內(nèi)不同排放參數(shù)對(duì)比。根據(jù)圖示對(duì)比能夠發(fā)現(xiàn)，將生物添加劑加入之后，乙醇汽油和普通93#汽油在廢氣排放上存在諸多不同。將生物添加劑加入之后，基本不會(huì)明顯改變乙醇的NOx排放濃度。雖然在汽油燃燒速度上高出50%，有著較高的含氧量，基本達(dá)到35.0%的質(zhì)量比?？墒且?yàn)槠瘽摕彷^大，所以在壓縮進(jìn)氣中就要吸收大量熱量，所致降低了燃燒溫度。較低的燃燒溫度、較快的燃燒速度，所以這可能作為不會(huì)改變NOx排放濃度的根本原因。并且相較普通汽油來說，乙醇汽油HC及CO在排放濃度上，有著顯著的廢氣排放特點(diǎn)就是CO2的排放量較低。相較93#高清潔汽油來說，有著略低的CO2排放量和略低的CO2的排放濃度優(yōu)勢(shì)，所以乙醇汽油也同樣具備推廣應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。（見圖2）通過本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將生物添加劑加入乙醇汽油內(nèi)，并未明顯改變各類廢氣的排放情況，在較高的生物添加劑排放濃度下，一定程度增加了乙醇汽油的HC和CO2的排放。

2.4生物添加劑對(duì)汽油顆粒物濃度的影響

積聚態(tài)顆粒物對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣排放量中有較大占比，通過加入生物添加劑，發(fā)現(xiàn)在低負(fù)荷下明顯減小了顆粒物濃度，中負(fù)荷以及高負(fù)荷條件下，生物添加劑應(yīng)用并未明顯改變顆粒物總濃度，在高負(fù)荷下對(duì)低于20nm的顆粒物濃度存在明顯減少，但是對(duì)于20～50nm范圍內(nèi)會(huì)增加廢氣排放中的顆粒物濃度。

3結(jié)論

綜上，根據(jù)本次汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)情況能夠發(fā)現(xiàn)，將一定比例添加劑加入汽油中，無論是普通或乙醇汽油都能夠有效改善燃料經(jīng)濟(jì)性。本研究證實(shí)廢氣排放除了HC有所增加，在剩余氣體影響改變并不明顯，很大程度減少了CO2排放，這一情況可能因?yàn)榻档土巳加偷南牧俊１疚膽?yīng)用了棕櫚油此種升入添加劑，棕櫚油內(nèi)含有不飽和脂肪酸及氧成分，所以在汽油內(nèi)加入棕櫚油能夠促燃燒，減少汽油的燃燒持續(xù)周期，所以對(duì)汽油的燃燒經(jīng)濟(jì)效益有效提升。因?yàn)榇嬖谳^大的脂肪酸分子量和較長(zhǎng)的分子鏈，所以在氣缸狹縫地方增加了未燃燒HC的排放量。而棕櫚油的加入能夠改善燃燒完全度，極大程度提升了燃燒效率經(jīng)濟(jì)性。總之，通過本文對(duì)棕櫚油作為生物添加劑，加入汽油內(nèi)對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣排放質(zhì)量的影響結(jié)果，發(fā)現(xiàn)將棕櫚油提取物作為生物添加劑，加入汽油中很大程度改善了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油性能，在加劑之后實(shí)現(xiàn)了93#高清潔汽油，上升了HC（未燃碳?xì)洌?，減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，明顯改善了CO2的排放;實(shí)現(xiàn)了乙醇汽油在HC和CO2的略微增加。

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