燃油清凈增效劑對發(fā)動機供油系統(tǒng)的影響研究

王 珊 危紅媛 銀增輝 景曉軍 吳春玲 李國田

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司 天津 300300）

引言

一般來說，發(fā)動機的燃油供給系統(tǒng)必須滿足耐高溫、耐腐蝕的要求，同時溶脹性要小，并具有一定的硬度[1]。油品中的硫化物、氯化物、有機酸、水分等會引起發(fā)動機供油系統(tǒng)金屬部件的腐蝕，影響汽車的耐久性[2-3]。此外，油品中的酸性成分可能會對橡膠和塑料部件產(chǎn)生一定的腐蝕、溶脹作用，其中，塑料制品會溶脹、變粘，橡膠制品會發(fā)生溶脹、變硬、變脆或軟化等現(xiàn)象[4]。燃油清凈增效劑中含有硫、氯等物質(zhì)，且有些有機物具有極性，長期在極性液體中浸泡會對發(fā)動機某些零部件產(chǎn)生腐蝕影響，因此有必要進行含清凈增效劑的汽柴油對發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)零部件腐蝕影響的試驗研究。

本文分別選取市售的6 種汽油清凈增效劑和6種柴油清凈增效劑，開展了含清凈增效劑國六燃油對發(fā)動機供油系統(tǒng)主要零部件的28 d 浸泡試驗，考察了金屬材料質(zhì)量和表面形貌的變化，非金屬材料質(zhì)量、體積、硬度及尺寸的變化。結(jié)果表明，大多數(shù)清凈增效劑的使用對燃油供給系統(tǒng)的零部件無腐蝕影響，部分燃油清凈增效劑添加進滿足國六標準的基準燃油后有腐蝕溶脹影響。

1 試驗方案

1.1 所用燃料及燃油清凈增效劑

腐蝕試驗所選基準燃料為市售國六汽油和國六柴油，基準燃料的理化特性分別如表1、表2 所示。為了探究不同燃油清凈增效劑對發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的影響，本研究選取了如表3 所示的汽、柴油清凈增效劑進行試驗。

表1 腐蝕試驗用基準國六汽油理化特性

表2 腐蝕試驗用基準國六柴油理化特性

表3 腐蝕試驗選用的汽柴油清凈增效劑樣品

1.2 試驗材料的選取

發(fā)動機供油系統(tǒng)主要由油箱、油浮子、燃油泵、燃油濾清器、燃油限壓閥、燃油管和噴油器等組成。本試驗選取表4、表5 所示的零部件進行試驗。其中，為了便于觀察表面形貌變化，試驗用的金屬材料均裁剪成方形試片（其中，汽油限壓閥因自身結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有切割設備的限制，未進行裁剪）。

1.3 試驗方法及評價指標

試驗用普通燒杯分別盛放基準汽油、含汽油清凈增效劑的汽油、基準柴油及含柴油清凈增效劑的柴油，在室溫下對表4、表5 中燃油供給系統(tǒng)的材料進行全浸泡試驗。試驗采用塑封膜對燒杯進行密封，防止溶液的體積、成分和濃度的變化。試驗周期為28 d，浸泡結(jié)束后對燃油供給系統(tǒng)材料進行如表6 所示的測試，根據(jù)參數(shù)的變化來判斷燃油清凈增效劑對發(fā)動機燃油供給系統(tǒng)的腐蝕情況。其中，橡膠件的測試參照我國現(xiàn)行的GB/T 1690—2010《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐液體試驗方法》的要求，塑料件的測試參照我國現(xiàn)行的GB/T 11547—2008《塑料耐液體化學試劑性能的測定》的要求，金屬件的測試參照我國現(xiàn)行的GB/T 4334—2016《金屬和合金的腐蝕不銹鋼晶間腐蝕試驗方法》的要求。

表4 腐蝕試驗浸泡的零部件-金屬材料

表5 腐蝕試驗浸泡的零部件-非金屬材料

表6 燃油清凈增效劑腐蝕試驗檢測項目

各測試項目的評價指標如下：

1）質(zhì)量變化率Δm

式中：m0為試樣浸泡前的質(zhì)量；mi為試樣浸泡后的質(zhì)量。

2）體積變化率ΔV

式中：V0為試樣浸泡前的體積；Vi為試樣浸泡后的體積。

3）硬度變化率ΔH

式中：H0為試樣浸泡前的硬度；Hi為試樣浸泡后的硬度。

質(zhì)量測量采用電子天平（精度為0.000 1 g），體積采用量筒測量（精度為1 mL），硬度采用邵氏A 硬度計測量（精度0.1 A），尺寸采用刻度尺測量（精度為0.01 cm），金屬表面形貌采用德國蔡司EVO 15 型掃描電鏡測量。其中，質(zhì)量、體積、硬度和尺寸的測試均測量3 次，取平均值。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 金屬材料腐蝕情況分析

2.1.1 汽油機燃油供給系統(tǒng)——汽油限壓閥

圖1 所示是汽油限壓閥在含不同汽油清凈增效劑汽油中浸泡后的質(zhì)量變化率。從圖中可以看出，浸泡后，汽油減壓閥在基準汽油中的質(zhì)量變化率不超過0.7%，在含汽油劑G5 的汽油中，質(zhì)量變化率整體高于其他添加劑，但也不超過0.9%，在誤差允許的范圍內(nèi)。對比來看，含清凈增效劑汽油與基準汽油對汽油減壓閥的腐蝕程度相當。

圖1 含清凈增效劑汽油對汽油限壓閥質(zhì)量的影響

2.1.2 柴油機燃油供給系統(tǒng)——柴油泵、柴油濾清器、柴油限壓閥

圖2、圖3、圖4 所示分別是柴油泵、柴油限壓閥、柴油濾清器在含不同柴油清凈增效劑柴油中浸泡后的質(zhì)量變化率。

圖2 含清凈增效劑柴油對柴油泵質(zhì)量的影響

圖3 含清凈增效劑柴油對柴油限壓閥質(zhì)量的影響

圖4 含清凈增效劑柴油對柴油濾清器質(zhì)量的影響

從圖中可以看出，三種零部件在基準柴油和添加柴油清凈增效劑的柴油中，其質(zhì)量變化率均不超過1%。與基準柴油體系相比，可以認為將柴油泵、柴油限壓閥、柴油濾清器在含不同柴油清凈增效劑的基準柴油中浸泡后，基本無腐蝕現(xiàn)象。

圖5 所示為柴油泵原樣品以及其在含不同柴油清凈增效劑的柴油中浸泡四周后的SEM 圖。腐蝕試驗前，柴油泵原樣表面有比較清晰的條痕，并伴有不規(guī)則鱗片狀物。在基礎柴油和含不同清凈增效劑柴油中浸泡后，鱗片狀物稍有減少，條痕仍存在。從電鏡圖的情況來看，在柴油劑中浸泡后，樣品表面的腐蝕程度基本與基準柴油相當。

圖5 含清凈增效劑柴油對柴油泵表面形貌的影響

圖6 所示為柴油濾清器原樣品以及其在含不同柴油清凈增效劑的柴油中浸泡四周后的SEM 圖。對比原樣和在含不同清凈增效劑柴油中浸泡過的樣品，其表面堆砌的片狀物變化不明顯，可以認為柴油濾清器在含不同柴油清凈增效劑的柴油中浸泡后腐蝕程度與基準柴油接近。

圖6 含清凈增效劑柴油對柴油濾清器表面形貌的影響

2.2 非金屬材料腐蝕情況分析

2.2.1 汽油機燃油供給系統(tǒng)

1）塑料材料——汽油浮子、汽油濾清器

圖7 所示為汽油機供油系統(tǒng)的塑料零部件汽油浮子在含不同清凈增效劑汽油中浸泡后的質(zhì)量變化率和體積變化率。從圖7a 可以看出，浸泡后，汽油浮子在基準汽油中的質(zhì)量變化率，相對于在含汽油劑汽油中較大。從圖7b 可以看出，在含汽油劑汽油中浸泡后，其體積變化率大于基準汽油，在汽油劑G2中體積變化較為明顯?？傮w來看，認為試驗所用的汽油劑G2 對汽油浮子有腐蝕影響。

圖7 含清凈增效劑汽油對汽油浮子的影響

圖8 所示為汽油機供油系統(tǒng)的塑料零部件汽油濾芯在含不同清凈增效劑汽油中浸泡后的質(zhì)量變化率和體積變化率。從圖中可以看出，汽油濾芯在基準汽油和含不同汽油清凈增效劑中，其質(zhì)量變化率和體積變化率趨勢接近，均不超過1%，在誤差允許的范圍內(nèi)，可以認為汽油濾芯在含不同汽油清凈增效劑的汽油中浸泡后腐蝕程度與基準汽油接近。

圖8 含清凈增效劑汽油對汽油濾芯的影響

2）橡膠材料——汽油管

圖9 所示為汽油機供油系統(tǒng)中橡膠零部件汽油管在含不同清凈增效劑汽油中浸泡后的質(zhì)量變化率、體積變化率、硬度變化率和尺寸（內(nèi)徑、外徑）變化率。從圖9a 中可以看出，汽油劑G2、G3、G5、G6 在浸泡四周后的質(zhì)量變化率與在基準汽油中相當。在含汽油劑G1 和G4 中浸泡后，四周的質(zhì)量變化率均大于基準汽油，液體對橡膠的腐蝕主要表現(xiàn)為橡膠吸入液體、橡膠中可溶成分抽出以及兩者之間發(fā)生化學反應，如果吸入液體量大于抽出橡膠成分量即發(fā)生溶脹，質(zhì)量隨之增大。從圖9b 可以看出，體積變化率與質(zhì)量變化率情況基本一致。從圖9c 中可以看出，在基準汽油和含清凈增效劑的汽油中浸泡后，其硬度變化率相當?？梢哉J為試驗所用的清凈增效劑基本不會造成汽油管硬度和韌性的變化。從圖9d 中可以看出，汽油管在含汽油劑G4 的基準汽油中浸泡后內(nèi)徑變化率較大，溶脹性較基準汽油明顯，這是由于橡膠的高穩(wěn)定性使得橡膠大分子溶解困難，溶液中小分子的進入使橡膠管不斷脹大[5]。從圖9e 中可以看出，試驗所用的汽油劑G2、G3、G4 的外徑變化率大于基準汽油。綜合來看，在汽油劑G1、G4 中浸泡后的腐蝕影響大于基準汽油，可以認為這三種清凈增效劑相對于基準汽油來說，對汽油管略微有溶脹影響。

圖9 含清凈增效劑汽油對汽油管的影響

2.2.2 柴油機燃油供給系統(tǒng)

1）塑料材料——柴油浮子

圖10 所示為柴油機供油系統(tǒng)的塑料零部件柴油浮子在含不同清凈增效劑柴油中浸泡后的質(zhì)量變化率、體積變化率和尺寸變化率。從圖10a 中可以看出，與基準柴油相比，在含柴油劑D2、D3、D4、D5 的柴油中浸泡，其質(zhì)量減少。這可能是因為含這些添加劑的柴油中的極性基團與柴油浮子極性接近，溶解了柴油浮子中的一些物質(zhì)，造成質(zhì)量的減少[2]，但質(zhì)量減小幅度都在1%范圍內(nèi)，影響較小。柴油劑D1 的質(zhì)量變化率大于基準柴油，但在1%誤差允許范圍內(nèi)。從圖10b 中可以看出，對于基準柴油和含清凈增效劑D5 的柴油，其體積變化率相差不大；含清凈增效劑D1、D2、D3、D4、D6 的柴油體積變化率小于基準柴油。從圖10c 中可以看出，與基準柴油相比，含清凈增效劑的柴油內(nèi)徑變化率均為負值，內(nèi)徑均是收縮的，柴油劑D6 內(nèi)徑變化率超過了1%，可以認為柴油劑D6 對柴油浮子內(nèi)徑略微有的溶脹影響。從圖10d 可以看出，基準柴油浸泡后，外徑無變化，含柴油劑D1、D3、D4、D5 的柴油中浸泡后外徑變化率非常小，約為0.1%。總的來說，可以認為試驗所用的清凈增效劑對柴油浮子無明顯的腐蝕影響。

圖10 含清凈增效劑柴油對柴油浮子的影響

2）橡膠材料——柴油管

圖11 所示為柴油管在含不同清凈增效劑柴油中浸泡后的質(zhì)量變化率、體積變化率、硬度變化率和尺寸變化率。從圖11a、b 中可以看出，在基準柴油和含清凈增效劑的柴油中浸泡后，其質(zhì)量變化率和體積變化率與基準柴油相當。從圖11c 中可以看出，在含柴油劑的基準柴油浸泡后，柴油劑D1、D2、D6 其硬度變化率稍大于基準柴油。究其原因，可能是因為油品中的分子進入柴油管橡膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，改變了柴油管的溶脹度和交聯(lián)密度，影響了其硬度[1]。從圖11d 中可以看出，在含D1、D3 柴油劑的基準柴油中浸泡后，柴油管的內(nèi)徑變化率為負，在含柴油劑D2、D4、D5、D6 的基準柴油中浸泡后內(nèi)徑變化率為正。其原因是溶液分子與橡膠分子之間會產(chǎn)生相互作用力，當作用力大于橡膠分子之間的內(nèi)聚力時，會使橡膠分子彼此分開而溶于溶劑中[6-11]；當作用力小于橡膠分子間內(nèi)聚力時，表現(xiàn)為吸入液體，內(nèi)徑增大。從圖11e 中可以看出，試驗所用的柴油劑相對基準柴油來說，對柴油管外徑影響較小，在1%以內(nèi)，但柴油劑D1、D6 外徑變化率大于基準柴油?？偟膩砜矗@兩種柴油劑對柴油管略有腐蝕。

圖11 含清凈增效劑柴油對柴油管的影響

3 結(jié)論

本研究分別對市場主流的6 種汽油清凈增效劑和6 種柴油清凈增效劑開展了其對燃油供給系統(tǒng)金屬及非金屬材料腐蝕影響的試驗研究，探究其對供油系統(tǒng)的腐蝕影響，得出以下結(jié)論：

1）本文提出了一種可用于評價燃油清凈增效劑對發(fā)動機供油系統(tǒng)影響的方法，該方法在實驗室操作切實可行，并且能夠反映不同燃油清凈增效劑對供油系統(tǒng)各零部件的腐蝕溶脹影響。

2）對發(fā)動機供油系統(tǒng)的金屬材料汽油限壓閥、柴油泵、柴油濾清器、柴油限壓閥進行浸泡試驗后，從質(zhì)量變化率和掃描電鏡的結(jié)果來看，試驗所用的燃油清凈增效劑對發(fā)動機供油系統(tǒng)的金屬材料基本無腐蝕影響或其腐蝕情況與基準燃油接近。

3）對非金屬塑料材料汽油浮子、汽油濾清器和柴油浮子，橡膠材料汽油管和柴油管進行的浸泡試驗結(jié)果顯示：汽油劑G1、G2、G4 和柴油劑D1、D6 對供油系統(tǒng)略微有腐蝕溶脹影響。多數(shù)燃油清凈增效劑對發(fā)動機供油系統(tǒng)的非金屬材料無腐蝕影響。

4）為推廣使用燃油清凈增效劑，避免增效劑中某些成分對發(fā)動機供油系統(tǒng)產(chǎn)生的腐蝕或溶脹作用，建議在清凈增效劑生產(chǎn)過程中加入腐蝕抑制劑以緩解其腐蝕性。