汽油清凈劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響

董紅霞，劉玉峰，張春光

（中國石油潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅蘭州 730060）

在汽油燃燒過程中，不易燃盡的烴類會(huì)發(fā)生復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，逐步形成積碳與焦質(zhì)，在噴油嘴、進(jìn)氣閥等部位形成堵塞，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，采用添加劑技術(shù)（一般稱為汽油清凈劑）可以減少積碳的生成和積累。清凈劑屬于一種復(fù)合添加劑，同時(shí)具有清凈、分散、防銹、破乳等功能，可以有效清洗車輛發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴和進(jìn)氣閥等處已經(jīng)形成的沉積物，保證油路的清潔，從而保障發(fā)動(dòng)機(jī)良好的工作狀態(tài)。

在國外，含清凈劑汽油的銷售與使用非常普遍。美國目前銷售的汽油中必須添加汽油清凈劑。歐洲銷售的含清凈劑的品牌汽油占汽油銷售總量的80%～90%。在亞洲，中國、日本、泰國等地區(qū)也有含汽油清凈劑品牌汽油在銷售。

2017 年我國發(fā)布了《國務(wù)院關(guān)于引發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》，提出要加快油品質(zhì)量升級(jí)，同時(shí)明確指出“車用汽柴油應(yīng)加入符合要求的清凈劑”。各級(jí)地方政府對(duì)汽油中加入汽油清凈劑也都予以支持，為了含清凈劑車用汽油的推廣使用，國內(nèi)一些省市頒布了含清凈劑汽油的地方標(biāo)準(zhǔn)。北京市正在執(zhí)行的DB11/238-2016《車用汽油》中明確指出“本市銷售的車用汽油中應(yīng)加入標(biāo)稱劑量以上的符合GB19592的汽油清凈劑”。四川省、甘肅省、天津市、山東省和深圳地區(qū)等都曾發(fā)布過含清凈劑汽油的地方標(biāo)準(zhǔn)。中國石化和中國石油也分別推出了含清凈劑的品牌汽油，銷售良好。

為了考察汽油清凈劑對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，將聚異丁烯胺汽油清凈劑加入到不同牌號(hào)汽油中，開展了含清凈劑汽油的清凈劑臺(tái)架試驗(yàn)，排放特性和油耗試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原材料

本項(xiàng)目研究所用試驗(yàn)汽油主要是95 號(hào)汽油和98 號(hào)汽油，油品主要理化性質(zhì)（見表1）。試驗(yàn)用汽油清凈劑為市售聚異丁烯胺類型汽油清凈劑產(chǎn)品，滿足GB19592-2019[1]《車用汽油清凈劑》的指標(biāo)要求,理化分析和模擬評(píng)價(jià)結(jié)果（見表2）。試驗(yàn)用含清凈劑汽油是在空白汽油中加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的汽油清凈劑得到的。

表1 試驗(yàn)汽油理化性質(zhì)

表2 臺(tái)架用汽油清凈劑分析結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方法

（1）汽油清凈劑對(duì)電子孔式燃油噴嘴（PFI）堵塞傾向影響的試驗(yàn)方法[2]：試驗(yàn)方法為GB/T 19230.3 標(biāo)準(zhǔn)方法。試驗(yàn)包括形成沉積物和確定流量損失兩個(gè)試驗(yàn)程序，試驗(yàn)由兩組各22 個(gè)循環(huán)組成，共進(jìn)行44個(gè)循環(huán)。測(cè)量每個(gè)噴嘴的流量變化來確定其堵塞率，通過試驗(yàn)噴嘴的平均燃油堵塞率來評(píng)價(jià)汽油的清凈性。

（2）汽油機(jī)進(jìn)氣閥沉積物模擬試驗(yàn)方法[3]：試驗(yàn)方法為GB/T 37322 標(biāo)準(zhǔn)方法。將300 mL 的試驗(yàn)汽油在一定的壓力下通過流量測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入噴嘴，與一定壓力和流量的空氣混合后，以噴射到一個(gè)已加熱到試驗(yàn)溫度的鋁制試驗(yàn)片上，試驗(yàn)前和試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)試驗(yàn)片進(jìn)行稱重，得出試驗(yàn)片上沉積物的質(zhì)量，以此作為評(píng)價(jià)車用汽油清凈性能的依據(jù)。

（3）清凈性臺(tái)架試驗(yàn)-Ford2.3L[4]：試驗(yàn)方法為GB/T 19230.5 標(biāo)準(zhǔn)方法。試驗(yàn)用的發(fā)動(dòng)機(jī)為福特（Ford）2.3L直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)由兩個(gè)工況構(gòu)成，共運(yùn)行100 h。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)進(jìn)氣閥和燃燒室的沉積物進(jìn)行稱重。

（4）燃油消耗試驗(yàn)[5]：GB/T 19233-2008《輕型汽車燃料消耗量試驗(yàn)方法》，通過測(cè)定汽車在模擬市區(qū)和市郊工況循環(huán)下的二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）和碳?xì)浠衔铮℉C）排放量，然后用碳平衡法計(jì)算燃料消耗量。

（5）輕型汽車污染物排放試驗(yàn)[6]：排放試驗(yàn)為G B18352.3《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法（中國第五階段）》中Ⅰ型試驗(yàn)。試驗(yàn)分為兩部分：Ⅰ部（市區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，ECE）和Ⅱ部（市郊運(yùn)轉(zhuǎn)工況，EUDC）。

1.3 試驗(yàn)車輛

輕型汽車污染物排放試驗(yàn)所用車輛為奧迪FV7145LCDBG，具體參數(shù)（見表3）。

表3 試驗(yàn)車輛參數(shù)

表3 試驗(yàn)車輛參數(shù)（續(xù)表）

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 汽油清凈性能研究

2.1.1 噴嘴清凈性試驗(yàn) 車輛噴嘴是發(fā)動(dòng)機(jī)的精密零部件，在噴嘴生成沉積物后，會(huì)影響汽油的供油量與霧化狀態(tài)，從而使得汽油燃燒狀態(tài)惡化。試驗(yàn)考察了空白汽油和含清凈劑汽油的燃油噴嘴（PFI）堵塞結(jié)果（見圖1）。

圖1 噴嘴流量損失試驗(yàn)結(jié)果

由圖1 結(jié)果可知，汽油中加入汽油清凈劑后，燃油噴嘴質(zhì)量流量損失率明顯降低，證明清凈劑的加入有助于汽油保持噴油嘴良好的霧化狀態(tài)，提供良好的供油效果。

2.1.2 進(jìn)氣閥沉積物模擬試驗(yàn) 進(jìn)氣閥沉積物是汽油、機(jī)油反應(yīng)生成的或從外部吸入的物質(zhì)在進(jìn)氣閥的喇叭口部位形成的沉積物。為了考察汽油清凈劑對(duì)進(jìn)氣閥沉積物的影響，進(jìn)行了空白汽油和含清凈劑汽油的進(jìn)氣閥沉積物模擬試驗(yàn)，試板外觀形貌（見圖2）。

圖2 模擬進(jìn)氣閥沉積物外觀形貌

從圖2 中4 個(gè)油品進(jìn)氣閥沉積物模擬試驗(yàn)的試驗(yàn)板積碳漆膜可以看出，含有清凈劑的汽油生成的沉積物降低，漆膜得到明顯改善，因此含清凈劑汽油具有良好的清凈性能。

2.1.3 清凈性臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果 作為評(píng)價(jià)汽油清凈性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，F(xiàn)ord 2.3L 臺(tái)架試驗(yàn)?zāi)軌蚨康胤从称驮诎l(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣閥和燃燒室中沉積物的生成情況，直接體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)或車輛在實(shí)際運(yùn)行過程中試驗(yàn)汽油清凈性能的好壞。各試驗(yàn)油品的進(jìn)氣閥沉積物和總?cè)紵页练e物生成量對(duì)比（見圖3 和圖4）。

圖3 進(jìn)氣閥沉積物試驗(yàn)結(jié)果

圖4 燃燒室沉積物試驗(yàn)結(jié)果

由圖3 結(jié)果表明，2 種空白汽油進(jìn)氣閥沉積物較多，未能達(dá)到閥的限值要求；加入汽油清凈劑后各油品進(jìn)氣閥均滿足指標(biāo)要求，進(jìn)氣閥沉積物下降率均在90%以上。

由圖4 結(jié)果可知，在98 號(hào)汽油和95 號(hào)汽油中加入清凈劑后，燃燒室沉積物有降低的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)槠颓鍍魟┲杏泻踅M分，有助于改善燃燒，降低燃燒室沉積物。

2.2 汽油排放特性研究

為考察汽油清凈劑對(duì)汽車排放性能的影響，開展了輕型汽車Ⅰ型排放試驗(yàn)，對(duì)汽車燃用不同試驗(yàn)汽油的THC、CO、NOx和NMHC 排放進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果（見表4）。

表4 汽車排放試驗(yàn)結(jié)果（g/km）

由表4 結(jié)果可知，含有清凈劑的汽油與空白汽油排放對(duì)比，四種污染物THC、CO、NOx、NMHC 排放均有下降的趨勢(shì)，因此，含有汽油清凈劑的汽油可以有效降低污染物總體排放，具有良好的環(huán)保性能。

2.3 汽油節(jié)能性能

4 種試驗(yàn)汽油的燃油消耗量（見圖5）。

圖5 汽車油耗試驗(yàn)結(jié)果

由圖5 結(jié)果可知，相對(duì)于空白汽油，含有清凈劑的汽油油耗均有所下降,其中98 號(hào)汽油（含汽油清凈劑）油耗降低了2.76%，95 號(hào)汽油（含汽油清凈劑）油耗降低了1.94%，具有較好的節(jié)能性能。

3 結(jié)論

（1）不同牌號(hào)汽油中加入聚異丁烯胺汽油清凈劑均可使得噴嘴流量損失明顯降低，具有良好的噴嘴清凈性能。

（2）不同牌號(hào)汽油中加入聚異丁烯胺汽油清凈劑均可降低模擬進(jìn)氣閥沉積物和臺(tái)架試驗(yàn)進(jìn)氣閥沉積物。Ford 2.3L 臺(tái)架試驗(yàn)中進(jìn)氣閥沉積物下降率均在90%以上，燃燒室沉積物也有下降。證明含清凈劑汽油具有良好的清凈性能。

（3）不同牌號(hào)汽油中加入聚異丁烯胺汽油清凈劑均可降低車輛油耗和尾氣排放，具有良好的節(jié)能、環(huán)保效應(yīng)。