普通汽油和乙醇汽油在加入汽油清净剂后对发动机性能和排放的影响分析

张 园 赵 扬

〔中国石化销售股份有限公司油品技术研究所 天津 300384〕

随着我国汽车保有量的逐年增加，汽车尾气排放的污染物也日渐加大，而由此造成的空气污染已经开始向二次甚至深度污染的方向发展，尾气排放已成为我国空气污染的重要来源，是造成灰霾、光化学烟雾污染的重要原因。所以，控制机动车尾气排放迫在眉睫。这不仅涉及到排放法规的完善、汽车技术的进步和汽车工业的发展，而且与燃料种类的选择和质量的改善也紧密相连[1]。目前我国汽油生产以催化裂化工艺为主，向汽油中添加汽油清净剂是抑制发动机内沉积物形成、改善尾气排放的有效措施[2]。自2017年国家发展改革委、国家能源局等十五部门联合印发的《关于扩大生物燃料乙醇生产和推广使用车用乙醇汽油的实施方案》[3]以来，我国已相继有15个省份用车用乙醇汽油代替普通汽油。通常人们认为乙醇汽油具有更好的清洁性，可使尾气排放中的HC平均减少30以上，并能有效清除火花塞、燃烧室、气门等部位积炭，有利于保持发动机正常工作状态[4]。本文对比研究了普通汽油、乙醇汽油和加入汽油清净剂A后的普通汽油、乙醇汽油在试验样机上进行的总功率测试、负荷特性测试、双怠速污染物排放测试特性。

1 试验部分

1.1 试验发动机

采用北京某汽车有限公司的发动机，排量1.6 L，缸数4，直列气缸，发火顺序为1-3-4-2，进气方式为增压中冷，冷却方式为水冷，发动机点火方式为点燃，燃油喷射方式为缸内直喷，单缸进/排气门数2/2，额定功率/转速为125 kW/5 500 r/min，最大扭矩/转速为265 N·m/1 500～4 000 r/min，此发动机已运行约500 h。

1.2 试验原料

试验燃料为某公司生产的95号国Ⅴ车用汽油和95号车用乙醇汽油(E10)，主要性质见表1。试验所用添加剂为在售汽油清净剂A。

表1 试验燃料油主要性质

1.3 试验方法

(1)GB/T 18297—2001《汽车发动机性能试验方法》。

(2)GB/T 18285—2005《点燃式发动机汽车排气污染物排放限值及测量方法(双怠速法及简易工况法)》。

2 结果与讨论

2.1 动力性试验结果及分析

汽油清净剂A加入到不同油品中发动机的总功率变化见表2。

表2 汽油清净剂A加入到不同油品中发动机的总功率变化

从表2可知，转速相同的情况下，普通汽油的校正有效功率比乙醇汽油的稍微偏高，说明加普通汽油的汽车扭矩相对较大，针对同一型号的车，其排量在相同的情况下，功率越大，燃料产生的能量越大，扭矩越大，汽车起步时的加速度较大，也就是说汽车的起步较快，但是鉴于差值较小，实际应用中感觉不出来。从表2还可以看出，不论是普通汽油还是乙醇汽油在添加汽油清净剂后，其校正有效功率均得到了提升，表明汽油清净剂添加至不同油品中均可增加其校正有效功率，增大扭矩，提高汽车的起步速度。缸内有积炭存在，容易造成表面点火，多点点火大大降低了动力输出，而汽油清净剂中分散组分一般在分子两端各含有油性基团和极性基团。由于极性基团的存在，对固体表面产生较强的吸附，削弱了沉积物和机件金属表面的吸附作用，将燃烧室中原本存在的沉积物的微小颗粒包围起来，形成油溶性胶束，分散到油中，并随油燃烧，从而改善了发动机性能，燃烧产生的能量较之前就会增大[5]。这种情况只是针对燃烧室中有积炭存在的条件下，倘若燃烧室无积炭，发动机的状态保持平稳，将不会有明显区别。

2.2 经济性试验结果及分析

汽油清净剂A加入到不同油品中燃油消耗率的变化见表3。从表3可以看出：普通汽油与乙醇汽油相比，在相同转速和功率的情况下，不论是否添加汽油清净剂A，乙醇汽油的燃油消耗率均低于普通汽油；同时，不论是普通汽油还是乙醇汽油，添加汽油清净剂A后，其燃油消耗率均下降。这是因为积炭影响破坏进气歧管内的光滑度，阻碍气体的流动性能，降低气体的流动速度，形成进气阻力，同时，通过面积也降低了，使得进入燃烧室的空气大量减少，直接导致发动机功率下降，汽油清净剂清除了积炭，改善了发动机的状态，从而间接降低了燃油消耗率。通常改变燃油消耗率的最好方法是提高发动机的压缩比，提高压缩比可以改变活塞行程，混合油气压缩得越厉害，燃烧的反作用也越大，燃烧越充分，但是对于同一辆车，发动机参数一定的情况下，压缩比很难改变，而积炭的产生会影响发动机的状态，故尽量保持发动机良好状态的方法是抑制积炭的产生，定期使用汽油清净剂清除积炭，从而降低燃油消耗率，达到节油的目的。除此之外，不论普通汽油还是乙醇汽油，不论是否加剂，在一定功率范围内，功率越大，燃油消耗率越低；但超过一定范围，燃油消耗率呈增加趋势，排放污染物也会增加，对经济和环境而言，片面追求功率也是不合理的。

表3 汽油清净剂加入到不同油品中燃油消耗率的变化

2.3 双怠速污染物排放结果及分析

加剂和不加剂乙醇汽油的双怠速污染物排放对比见表4。由表4可见：添加汽油清净剂A前后，乙醇汽油的过量空气系数λ数值在标准限值1±0.03范围内，且无变化；CO排放量在双怠速的情况下无明显改变，且均不超过标准限值；HC排放量有明显改善，加剂之后的碳氢化合物排放量在高怠速条件下下降明显。HC排放主要由两部分组成，一是燃料不完全燃烧形成的HC排放；二是燃烧室壁面的多孔性积炭等吸附及释放所形成的HC排放。而加入的汽油清净剂中的表面活性成分可使积炭脱落、细化，并在燃烧室中与油气混合燃烧，同时通过亲水基团和亲油基团的协同作用，使形成的胶束中的水滴在燃烧室内高温作用下迅速膨胀汽化产生“微爆”，出现二次雾化，使燃气混合更加均匀，燃烧更加充分，碳氢化合物的排放量降低。

表4 加剂和不加剂乙醇汽油的双怠速污染物排放对比

3 结束语

当汽油被喷射进入燃烧室时，较轻的馏分容易变成气体，较重的馏分倾向于以液体的形式聚集在燃烧室壁或活塞顶部，被吸附在油膜上。在压缩冲程中，温度与压力升高，吸附在油膜上的碳氢化合物部分被氧化；在燃烧冲程中，火焰外面吸附在油膜上的碳氢化合物在一定程度上已经被氧化和聚合，因此保留在燃烧室形成了积炭。通过动力性能试验、经济性试验及双怠速污染物排放试验结果，可以得出燃烧室积炭是影响发动机经济性和动力性的主要原因之一。积炭在缸内的产生不仅会吸附部分燃油还会造成各种故障，如爆震、缺火等，影响发动机的性能，严重影响发动机油耗，造成排放指标恶化等不良后果，既不经济又不环保。所以，清除积炭对改善发动机状态是必不可少的，而汽油清净剂的核心作用就是确保喷嘴和进气阀上“始终不生成积炭”或“逐渐清除原有积炭”，使得发动机的性能长期处于新车时的状态。因此，建议不论普通汽油还是乙醇汽油，在油品中应添加汽油清净剂。