普通汽油和乙醇汽油在加入汽油清凈劑后對發(fā)動機性能和排放的影響分析

張 園 趙 揚

〔中國石化銷售股份有限公司油品技術(shù)研究所 天津 300384〕

隨著我國汽車保有量的逐年增加，汽車尾氣排放的污染物也日漸加大，而由此造成的空氣污染已經(jīng)開始向二次甚至深度污染的方向發(fā)展，尾氣排放已成為我國空氣污染的重要來源，是造成灰霾、光化學(xué)煙霧污染的重要原因。所以，控制機動車尾氣排放迫在眉睫。這不僅涉及到排放法規(guī)的完善、汽車技術(shù)的進步和汽車工業(yè)的發(fā)展，而且與燃料種類的選擇和質(zhì)量的改善也緊密相連[1]。目前我國汽油生產(chǎn)以催化裂化工藝為主，向汽油中添加汽油清凈劑是抑制發(fā)動機內(nèi)沉積物形成、改善尾氣排放的有效措施[2]。自2017年國家發(fā)展改革委、國家能源局等十五部門聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于擴大生物燃料乙醇生產(chǎn)和推廣使用車用乙醇汽油的實施方案》[3]以來，我國已相繼有15個省份用車用乙醇汽油代替普通汽油。通常人們認(rèn)為乙醇汽油具有更好的清潔性，可使尾氣排放中的HC平均減少30以上，并能有效清除火花塞、燃燒室、氣門等部位積炭，有利于保持發(fā)動機正常工作狀態(tài)[4]。本文對比研究了普通汽油、乙醇汽油和加入汽油清凈劑A后的普通汽油、乙醇汽油在試驗樣機上進行的總功率測試、負(fù)荷特性測試、雙怠速污染物排放測試特性。

1 試驗部分

1.1 試驗發(fā)動機

采用北京某汽車有限公司的發(fā)動機，排量1.6 L，缸數(shù)4，直列氣缸，發(fā)火順序為1-3-4-2，進氣方式為增壓中冷，冷卻方式為水冷，發(fā)動機點火方式為點燃，燃油噴射方式為缸內(nèi)直噴，單缸進/排氣門數(shù)2/2，額定功率/轉(zhuǎn)速為125 kW/5 500 r/min，最大扭矩/轉(zhuǎn)速為265 N·m/1 500～4 000 r/min，此發(fā)動機已運行約500 h。

1.2 試驗原料

試驗燃料為某公司生產(chǎn)的95號國Ⅴ車用汽油和95號車用乙醇汽油(E10)，主要性質(zhì)見表1。試驗所用添加劑為在售汽油清凈劑A。

表1 試驗燃料油主要性質(zhì)

1.3 試驗方法

(1)GB/T 18297—2001《汽車發(fā)動機性能試驗方法》。

(2)GB/T 18285—2005《點燃式發(fā)動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)》。

2 結(jié)果與討論

2.1 動力性試驗結(jié)果及分析

汽油清凈劑A加入到不同油品中發(fā)動機的總功率變化見表2。

表2 汽油清凈劑A加入到不同油品中發(fā)動機的總功率變化

從表2可知，轉(zhuǎn)速相同的情況下，普通汽油的校正有效功率比乙醇汽油的稍微偏高，說明加普通汽油的汽車扭矩相對較大，針對同一型號的車，其排量在相同的情況下，功率越大，燃料產(chǎn)生的能量越大，扭矩越大，汽車起步時的加速度較大，也就是說汽車的起步較快，但是鑒于差值較小，實際應(yīng)用中感覺不出來。從表2還可以看出，不論是普通汽油還是乙醇汽油在添加汽油清凈劑后，其校正有效功率均得到了提升，表明汽油清凈劑添加至不同油品中均可增加其校正有效功率，增大扭矩，提高汽車的起步速度。缸內(nèi)有積炭存在，容易造成表面點火，多點點火大大降低了動力輸出，而汽油清凈劑中分散組分一般在分子兩端各含有油性基團和極性基團。由于極性基團的存在，對固體表面產(chǎn)生較強的吸附，削弱了沉積物和機件金屬表面的吸附作用，將燃燒室中原本存在的沉積物的微小顆粒包圍起來，形成油溶性膠束，分散到油中，并隨油燃燒，從而改善了發(fā)動機性能，燃燒產(chǎn)生的能量較之前就會增大[5]。這種情況只是針對燃燒室中有積炭存在的條件下，倘若燃燒室無積炭，發(fā)動機的狀態(tài)保持平穩(wěn)，將不會有明顯區(qū)別。

2.2 經(jīng)濟性試驗結(jié)果及分析

汽油清凈劑A加入到不同油品中燃油消耗率的變化見表3。從表3可以看出：普通汽油與乙醇汽油相比，在相同轉(zhuǎn)速和功率的情況下，不論是否添加汽油清凈劑A，乙醇汽油的燃油消耗率均低于普通汽油；同時，不論是普通汽油還是乙醇汽油，添加汽油清凈劑A后，其燃油消耗率均下降。這是因為積炭影響破壞進氣歧管內(nèi)的光滑度，阻礙氣體的流動性能，降低氣體的流動速度，形成進氣阻力，同時，通過面積也降低了，使得進入燃燒室的空氣大量減少，直接導(dǎo)致發(fā)動機功率下降，汽油清凈劑清除了積炭，改善了發(fā)動機的狀態(tài)，從而間接降低了燃油消耗率。通常改變?nèi)加拖穆实淖詈梅椒ㄊ翘岣甙l(fā)動機的壓縮比，提高壓縮比可以改變活塞行程，混合油氣壓縮得越厲害，燃燒的反作用也越大，燃燒越充分，但是對于同一輛車，發(fā)動機參數(shù)一定的情況下，壓縮比很難改變，而積炭的產(chǎn)生會影響發(fā)動機的狀態(tài)，故盡量保持發(fā)動機良好狀態(tài)的方法是抑制積炭的產(chǎn)生，定期使用汽油清凈劑清除積炭，從而降低燃油消耗率，達(dá)到節(jié)油的目的。除此之外，不論普通汽油還是乙醇汽油，不論是否加劑，在一定功率范圍內(nèi)，功率越大，燃油消耗率越低；但超過一定范圍，燃油消耗率呈增加趨勢，排放污染物也會增加，對經(jīng)濟和環(huán)境而言，片面追求功率也是不合理的。

表3 汽油清凈劑加入到不同油品中燃油消耗率的變化

2.3 雙怠速污染物排放結(jié)果及分析

加劑和不加劑乙醇汽油的雙怠速污染物排放對比見表4。由表4可見：添加汽油清凈劑A前后，乙醇汽油的過量空氣系數(shù)λ數(shù)值在標(biāo)準(zhǔn)限值1±0.03范圍內(nèi)，且無變化；CO排放量在雙怠速的情況下無明顯改變，且均不超過標(biāo)準(zhǔn)限值；HC排放量有明顯改善，加劑之后的碳?xì)浠衔锱欧帕吭诟叩∷贄l件下下降明顯。HC排放主要由兩部分組成，一是燃料不完全燃燒形成的HC排放；二是燃燒室壁面的多孔性積炭等吸附及釋放所形成的HC排放。而加入的汽油清凈劑中的表面活性成分可使積炭脫落、細(xì)化，并在燃燒室中與油氣混合燃燒，同時通過親水基團和親油基團的協(xié)同作用，使形成的膠束中的水滴在燃燒室內(nèi)高溫作用下迅速膨脹汽化產(chǎn)生“微爆”，出現(xiàn)二次霧化，使燃?xì)饣旌细泳鶆?，燃燒更加充分，碳?xì)浠衔锏呐欧帕拷档汀?/p>

表4 加劑和不加劑乙醇汽油的雙怠速污染物排放對比

3 結(jié)束語

當(dāng)汽油被噴射進入燃燒室時，較輕的餾分容易變成氣體，較重的餾分傾向于以液體的形式聚集在燃燒室壁或活塞頂部，被吸附在油膜上。在壓縮沖程中，溫度與壓力升高，吸附在油膜上的碳?xì)浠衔锊糠直谎趸?；在燃燒沖程中，火焰外面吸附在油膜上的碳?xì)浠衔镌谝欢ǔ潭壬弦呀?jīng)被氧化和聚合，因此保留在燃燒室形成了積炭。通過動力性能試驗、經(jīng)濟性試驗及雙怠速污染物排放試驗結(jié)果，可以得出燃燒室積炭是影響發(fā)動機經(jīng)濟性和動力性的主要原因之一。積炭在缸內(nèi)的產(chǎn)生不僅會吸附部分燃油還會造成各種故障，如爆震、缺火等，影響發(fā)動機的性能，嚴(yán)重影響發(fā)動機油耗，造成排放指標(biāo)惡化等不良后果，既不經(jīng)濟又不環(huán)保。所以，清除積炭對改善發(fā)動機狀態(tài)是必不可少的，而汽油清凈劑的核心作用就是確保噴嘴和進氣閥上“始終不生成積炭”或“逐漸清除原有積炭”，使得發(fā)動機的性能長期處于新車時的狀態(tài)。因此，建議不論普通汽油還是乙醇汽油，在油品中應(yīng)添加汽油清凈劑。