生物添加劑對汽車發動機廢氣排放質量的影響

劉德文 袁秋玲 楊密龍 楊樂楨 朱正富

摘 要：為了提取探討在汽油內加入生物添加劑，所造成的廢氣排放質量影響。運用了試驗法對比分析汽車發動機臺架試驗前后，在廢氣排放質量各指標上改變情況。結果發現將棕櫚油提取物作為生物添加劑，加入汽油中很大程度改善了汽車發動機的燃油性能，在加劑之后實現了93#高清潔汽油，上升了HC（未燃碳氫），減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，明顯改善了CO2的排放;實現了乙醇汽油在HC和CO2的略微增加。

關鍵詞：生物添加劑;汽車發動機;廢氣;顆粒物

隨著我國對汽車發動機廢氣的排放標準逐漸提升，也提出越來越嚴格的發動機技術與燃料要求，發動機在近年來實現機內外凈化技術創新，改善車內燃油用品特性。發動機的汽油通過加入生物添加劑，改善汽油性能已作為研究熱門課題[1]。在汽油所加入的添加劑中，最為突出的就是四乙基鉛，但是因為鉛毒害催化轉化器，再加上存在污染環境的弊端，我國目前已經禁用[2]。如今在汽車領域主要應用的添加劑，集中在含氧醚類、醇類、酸酯類為主[3-6]，例如甲基叔丁基醚MTBE、乙醇、甲醇、碳酸二甲酯DMC等，雖然DTBE應用效果顯著但在美國等國家地區，已經因為該類生物添加劑嚴重污染環境水源同樣禁用[7]。所以生物添加劑基于生物為原料，滿足了能源環保所需，并且易于微生物降解，可以有效減少以外所致污染問題，并且生物添加劑在C+呈陽性，O-呈陰性，從本質上決定生物添加劑能夠實現對汽車醇類、烴類燃料的助溶效果[8]。因此本文將展開對生物添加劑加入汽油內，對汽車發動機廢氣排放質量所造成的影響。

1試驗設備及方法

1.1試驗設備

（1）汽車發動機

本次臺架試驗中所應用的汽車發動機，作為目前普遍常見的直列四缸電控高壓共軌柴油機，在保證滿足國IV排放標準，配備了EGR系統和增壓中冷，相關參數（見表1）。

（2）汽油和生物添加劑

本次試驗選用市面售賣的93#高清潔汽油、乙醇和汽油1：9比例的乙醇汽油這兩種，將不同比例的棕櫚油生物添加劑加入其中，該生物添加劑以碳、氫、氧三者76：12：12的比例，具有較好的生物溶解性，可以很好的溶于汽油。選定的試驗比例包括了0.2%、0.4%、0.6%，在1L汽油內分別添加了2ml、4ml、6ml的生物添加劑，為了確保添加劑達到汽油流動性及燃料互溶性，設定試驗過程中始終保持20℃的環境溫度。

1.2試驗方法

本次試驗設定在2000r/min轉速下汽車發動機的道路運行工況，加入生物添加劑之后對廢氣排放質量造成的影響。汽車發動機的測量負荷分別設定為30Nm、60Nm、90Nm、120Nm、150Nm，在達到最高負荷點時，基本全開發動機的氣節門開度。

2試驗結果分析

2.1添加劑對93#高清潔汽油、乙醇汽油的不同比油耗影響

（1）通過加入棕櫚油生物添加劑之后，在設定三種不同添加劑比例試驗條件下，獲得對93#高清潔汽油的不同比油耗影響，發現明顯改善了汽油的比油耗。在0.2%、0.4%添加劑比例下，在30～150Nm的負荷點范圍內，加入生物添加劑之后的汽油較基礎油在比油耗上明顯降低。對于負荷較小情況下，0.2%比例達到了7.98%的最大節油率，0.4%比例達到了7.66%的最大節油率，各自達到了3.64%、2.43%的節油率均值。在0.6%比例下分別在小負荷、大負荷中節油效果明顯。所以在2000r/min汽車發動機工況下，生物添加劑在整個負荷范圍條件內，都可以明顯改善燃油的經濟性能，但是添加劑比例需要控制在0.4%以內效果較佳。

（2）通過加入棕櫚油生物添加劑之后，在設定三種不同添加劑比例試驗條件下，獲得對乙醇汽油的不同比油耗影響，發現在2000r/min汽車發動機工況下，生物添加劑在整個負荷范圍條件內，10%乙醇直接兌入汽油內獲得的乙醇汽油，達到的油耗情況較93#高清潔汽油有所上升。因此乙醇熱值僅僅達到汽油61%左右，將乙醇加入其中降低了混合燃料的熱值，因此如果將乙醇汽油直接燃用，會應影響發動機的燃油經濟性。但是將生物添加劑加入乙醇汽油中，發現不同程度降低了比油耗，根據乙醇汽油試驗結果能夠發現，不同生物添加劑比例下，最明顯的效果就是0.4%添加比例，較平時能夠達到4.08%的發動機比油耗降低效果。

2.2生物添加劑對93#高清潔汽油廢氣排放質量影響

（見圖1）作為在93#高清潔汽油中加入不同比例的生物添加劑后，汽車發動機廢氣排放各指標的變化情況。發現將生物添加劑加入之后，明顯減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，最為明顯的就是在發動機大負荷條件下的效果。通過加入生物添加劑后，汽車發動機在整個功率范圍中，HC（未燃碳氫）上升，明顯改善了CO2的排放。在加入生物添加劑之后相較基礎油，雖然生物添加劑的添加比例不同，也就在不同程度上降低了氣體排放量，但是有不同的影響程度。在0.2%添加比例下達到最大幅度的CO2排放量下降，所以通過減少CO2排放量，對于改善環境減少溫室氣體排放，改善廢氣排放環境影響意義重大。

2.3生物添加劑對乙醇汽油廢氣排放質量影響

因為目前我國部分地區已經開始廣泛應用乙醇汽油，所以將棕櫚油生物添加劑加入乙醇汽油中，對比分析廢氣排放質量的影響情況。發現將不同比例的生物添加劑，加入乙醇內不同排放參數對比。根據圖示對比能夠發現，將生物添加劑加入之后，乙醇汽油和普通93#汽油在廢氣排放上存在諸多不同。將生物添加劑加入之后，基本不會明顯改變乙醇的NOx排放濃度。雖然在汽油燃燒速度上高出50%，有著較高的含氧量，基本達到35.0%的質量比。可是因為汽化潛熱較大，所以在壓縮進氣中就要吸收大量熱量，所致降低了燃燒溫度。較低的燃燒溫度、較快的燃燒速度，所以這可能作為不會改變NOx排放濃度的根本原因。并且相較普通汽油來說，乙醇汽油HC及CO在排放濃度上，有著顯著的廢氣排放特點就是CO2的排放量較低。相較93#高清潔汽油來說，有著略低的CO2排放量和略低的CO2的排放濃度優勢，所以乙醇汽油也同樣具備推廣應用的優勢。（見圖2）通過本試驗發現將生物添加劑加入乙醇汽油內，并未明顯改變各類廢氣的排放情況，在較高的生物添加劑排放濃度下，一定程度增加了乙醇汽油的HC和CO2的排放。

2.4生物添加劑對汽油顆粒物濃度的影響

積聚態顆粒物對汽車發動機的廢氣排放量中有較大占比，通過加入生物添加劑，發現在低負荷下明顯減小了顆粒物濃度，中負荷以及高負荷條件下，生物添加劑應用并未明顯改變顆粒物總濃度，在高負荷下對低于20nm的顆粒物濃度存在明顯減少，但是對于20～50nm范圍內會增加廢氣排放中的顆粒物濃度。

3結論

綜上，根據本次汽油發動機的臺架試驗情況能夠發現，將一定比例添加劑加入汽油中，無論是普通或乙醇汽油都能夠有效改善燃料經濟性。本研究證實廢氣排放除了HC有所增加，在剩余氣體影響改變并不明顯，很大程度減少了CO2排放，這一情況可能因為降低了燃油的消耗量。本文應用了棕櫚油此種升入添加劑，棕櫚油內含有不飽和脂肪酸及氧成分，所以在汽油內加入棕櫚油能夠促燃燒，減少汽油的燃燒持續周期，所以對汽油的燃燒經濟效益有效提升。因為存在較大的脂肪酸分子量和較長的分子鏈，所以在氣缸狹縫地方增加了未燃燒HC的排放量。而棕櫚油的加入能夠改善燃燒完全度，極大程度提升了燃燒效率經濟性。總之，通過本文對棕櫚油作為生物添加劑，加入汽油內對汽車發動機廢氣排放質量的影響結果，發現將棕櫚油提取物作為生物添加劑，加入汽油中很大程度改善了汽車發動機的燃油性能，在加劑之后實現了93#高清潔汽油，上升了HC（未燃碳氫），減少了NOx（氮氧化物）和一氧化碳排放濃度，明顯改善了CO2的排放;實現了乙醇汽油在HC和CO2的略微增加。

參考文獻

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