德州學(xué)院　楊紅楓　于士軍

燃料添加劑對發(fā)動機油耗影響關(guān)系研究

德州學(xué)院楊紅楓于士軍

本文主要敘述了兩種添加劑對發(fā)動機的排放特性和負荷特性的影響，以及燃料添加劑的分類。實驗證明，燃料添加劑對發(fā)動機的油耗有重要的影響。

燃料添加劑；發(fā)動機；性能

1　引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，擁有汽車的人越來越多，然而汽車所需要的燃料卻越來越少，石油的不可再生讓汽油的價格一再升高，并且燃料燃燒造成的環(huán)境污染也日益嚴重。由于發(fā)動機受實際工況的影響，換氣、燃燒時產(chǎn)生的損失，使汽車發(fā)動機的功率下降。許多學(xué)者開始尋找好的方法來解決這些問題，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)在燃料中加入添加劑是比較有效的途徑之一。因此，在燃料中使用添加劑來緩解對石油資源所需的壓力和減少對環(huán)境的污染，成為人們研究的一大熱點。

目前的燃料添加劑主要有兩大種，一種是化學(xué)添加劑，通過添加一些化學(xué)成分來達到所需的效果；一種是生物添加劑，加入生物基改變?nèi)剂献陨怼?/p>

2　添加劑的工作原理

2.1汽油機燃燒過程

汽油機的燃燒方式是預(yù)混合燃燒，正常的燃燒是從定時火花塞開始的，分為著火后期、明顯燃燒期和補燃期三個階段。汽油和空氣提前混合形成的可燃混合氣提前混合，然后由火花塞點火開始燃燒，燃燒過程隨火焰前鋒的推進進行，因此燃燒是一層層進行的，最后使燃燒傳播到整個燃燒室。然而，在燃燒過程中，火焰?zhèn)鞑ヅc氣壓、溫度以及可燃混合氣有關(guān)，因此在汽油中使用化學(xué)添加劑改變可燃混合氣。

2.2燃料添加劑的分類

化學(xué)添加劑主要有抗爆劑、抗氧化劑、金屬鈍化劑、防冰劑等，其主要作用分別是防止汽油機爆燃，提高發(fā)動機工作效率，減緩汽油氧化以免造成堵塞油管的現(xiàn)象，減緩對金屬的腐蝕以及保證在寒冷天氣下能夠不析出冰晶，保證發(fā)動機正常工作?；瘜W(xué)添加劑的化學(xué)成分主要包括含氧醚類（甲基叔基丁醚）、羧酸及羥化物、醇類（甲醇、乙醇）等，通過加入這些添加劑改變?nèi)剂系男镣橹挡⑹蛊淠軌蛲耆紵瑥亩_到預(yù)期效果，改變?nèi)剂系囊恍┬再|(zhì)。

生物添加劑則取自大自然如太陽、植物等，屬于可再生的清潔型添加劑，其燃燒產(chǎn)生的二氧化碳排放量很低，并且植物生長過程中吸收二氧化碳，使用生物添加劑也可以保護環(huán)境。然而由于植物油與汽油難以相溶，因此多會在生物添加劑中加入增溶劑。

3　實驗研究與分析

3.1實驗裝置

湘儀DDM16型發(fā)動機測試系統(tǒng)、WE32H電渦流水利測功機、湘儀BYH油耗變送器、HORIBA排氣分析儀等。

表1　發(fā)動機參數(shù)

3.2實驗方法

以市面所售的93#普通汽油為標準油，再分別加入體積分數(shù)為0.5%的一種化學(xué)添加劑和一種生物添加劑，為避免燃料揮發(fā)所造成的影響，所有實驗用油均現(xiàn)場配置。在實驗時，讓發(fā)動機在同等工況下進行熱車怠速，本次實驗所用發(fā)動機的常用轉(zhuǎn)速為2800r/min。本實驗采用發(fā)動機負荷特性和外特性的對比實驗，通過對發(fā)動機性能參數(shù)和發(fā)動機排放數(shù)據(jù)的對比，進行定量分析。

3.3實驗結(jié)果及分析3.3.1發(fā)動機排放特性

在本實驗的發(fā)動機臺架上進行外特性實驗時，由圖2、3、4可知，CO、HC和NOx排放的濃度比基礎(chǔ)用油都有所下降，所以不管是化學(xué)添加劑還是生物添加劑，都能夠減少CO、HC和NOx的排放。在低轉(zhuǎn)速情況下，效果不是特別明顯，但是在高轉(zhuǎn)速情況下，各參數(shù)下降得比較明顯。其中生物添加劑CO最大下降了0.18%，HC下降了30%，而NOx下降了23%，其主要原因是生物添加劑中含有較多的H、O元素，這使燃料燃燒得更加充分。

圖2　CO排放量

圖3　HC排放量

圖4　NOx排放量

3.3.2發(fā)動機負荷特性

圖5　HC排放量

圖6　CO排放量

圖7　NOx排放量

在轉(zhuǎn)速為2800r/min的發(fā)動機負荷特性實驗中。由圖5、6、7可知，CO在扭矩較低的情況下，排放量變化不是特別大，在高扭矩情況下，CO下降了1.2%～1.8%。HC和NOx含量在高低扭矩時有較大的改變。其原因可能是在高低扭矩時燃料燃燒比較充分，氧氣含量充足。由此可知，燃料添加劑在發(fā)動機的負荷特性實驗中是有一定影響的。

圖8　功率對比圖

發(fā)動機功率計算由公式Pe＝Te·n／9550(kW)其中：Te為有效轉(zhuǎn)矩，N·m n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，n/r／mi通過上述公式計算發(fā)動機功率，由圖8可知，雖然含添加劑的功率都有所下降，但都保持在0.4%～1.4%之間，并沒有對發(fā)動機的輸出功率造成太大影響，其原因可能是因為添加劑的含量不是最適宜的，并且添加劑本身不能與燃料完全融合。

圖9　油耗對比

比油耗:發(fā)動機每發(fā)出1kw有效功率，在1h內(nèi)所消耗的燃油質(zhì)量（以g為單位)，稱為燃油消耗率，用ge表示，單位為g/(kw. h)。因此由上圖可知，在高低兩個負荷率時，節(jié)油情況比較明顯在10%～14%之間，油耗量較少，而在其他情況下，油耗量并沒有太大改善，因此添加劑能夠改善發(fā)動機的耗油量。因為本次實驗并沒有改變添加劑的含量，因此可能影響的范圍不是特別明顯。

4　結(jié)論

在93#汽油中加入0.5%的化學(xué)和生物添加劑，對發(fā)動機的排放特性有顯著影響，對發(fā)動機的負荷特性也有一定影響，其中對發(fā)動機的油耗影響比較明顯，雖然降低了發(fā)動機的功率但影響不大。因此燃料添加劑對發(fā)動機的經(jīng)濟性有積極的作用。燃料添加劑對以后如何減少汽車尾氣對空氣的污染，如何節(jié)約石油和開發(fā)利用新能源都有十分重要的意義。

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