柴油添加劑對柴油機排放的影響

鐘祥麟

摘要：采用一臺增壓中冷柴油機，分別燃用0號柴油和按5%、10%、5‰比例添加某燃油添加劑，對發(fā)動機氣態(tài)污染物排放特性進行對比分析。外特性工況，各加劑燃油THC排放有升高，且隨摻比增加呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢，NOX和CO排放沒有明顯差異。小負荷工況時，隨轉(zhuǎn)速升高，各加劑燃油CO排放差異變大，但沒有明顯改善，NOX排放差異性較小。中高負荷時，各加劑燃油對CO排放沒有明顯差異，NOX排放有一定改善。部分負荷時0.5%添加劑使得THC排放惡化明顯。

關(guān)鍵詞：柴油機;添加劑;排放

0 ?引言

柴油機具有較好的燃油經(jīng)濟性，相比于同排量的汽油機，柴油機的平均節(jié)油率達20-30%。為改善柴油機燃燒，提高燃燒效率，降低排放和油耗，提高燃油品質(zhì)一直是一個重要的技術(shù)手段，而采用柴油添加劑改善柴油燃燒性能已經(jīng)是一種常規(guī)和必要措施。此外，良好的柴油添加劑還可使柴油抗氧性、防銹性及破乳性顯著提升，有效提升柴油品質(zhì)，降低劣質(zhì)油品對發(fā)動機油路、油泵、濾清器和噴油嘴帶來的損害[3]。本文針對某一市售燃油添加劑，開展不同比例柴油添加劑對柴油機性能影響研究，以便進一步了解燃油添加劑作用，為添加劑的發(fā)展提供借鑒。

1 ?試驗設(shè)備及方法

1.1 試驗裝置 ?試驗在一臺渦輪增壓共軌燃油噴射柴油機上進行，其技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 試驗方法 在充分磨合的被測柴油機上用0號基礎(chǔ)柴油，以及分別添加0.5%、10%、5%三種比例柴油添加劑的柴油進行萬有特性穩(wěn)態(tài)測試和外特性測試，對其排放特性進行對比分析。實驗過程中每種燃油的試驗次數(shù)進行三次評定并取數(shù)據(jù)平均值以保證實驗的可靠性。

2 ?試驗結(jié)果

2.1 外特性常規(guī)排放特性分析 ?圖1～圖2為不同比例添加劑外特性一氧化碳（CO）排放對比。由圖1可得，在1200rpm時，0.5%和5%比例添加劑的CO排放相對于基礎(chǔ)油明顯增加，在其它工況點基礎(chǔ)油與各比添加劑摻混燃油的CO排放濃度基本一致，從圖2變化率對比曲線中也可得知，除了1200rpm工況點，三種比例添加劑燃油的CO排放變化率均在±10%之間，變化趨勢也基本一致，說明加入添加劑對發(fā)動機CO外特性排放無明顯作用。

圖3～圖4為不同比例添加劑外特性氮氧化物（NOx）排放對比。由圖3可得，不同摻比添加劑燃油的NOx排放變化趨勢，與基礎(chǔ)油基本一致。整體來看，0.5%比例添加劑相比其它兩種高摻比比例有一定改善：在1200rpm時，NOx排放降低率達到最大值12.1%。5%、10%比例添加劑在較多工況點NOx排放增加，10%比例添加劑的NOx增高更為明顯，在1500～2000rpm范圍內(nèi)，增加近15%。由此估計，在低轉(zhuǎn)速時，較小比例的柴油添加劑可減少缸內(nèi)高溫持續(xù)時間[4-5]，對缸內(nèi)燃燒起到了一定調(diào)節(jié)作用，有利于NOx降低。

圖5～圖6不同比例添加劑外特性總未燃碳氫（THC）排放對比，由圖5可以看出，加入各比例添加劑后，THC排放較基礎(chǔ)油有一定的升高，尤其10%比例添加劑升高更為明顯：在3200rpm時THC排放升高達到了15.4%。在1000-3200rpm之間三種比例添加劑THC排放變化率均在0以上，排放有一定惡化，3200rpm高轉(zhuǎn)速工況下，三種添加劑THC惡化程度逐漸減小，甚至有一定改善，如5%比例添加劑在3600rpm相對于基礎(chǔ)油THC降低了8%。

2.2 部分負荷常規(guī)排放特性分析 ?圖7～圖9為1600rpm、2400rpm、3600rpm下不同添加劑CO濃度排放隨負荷變化對比。總體來看，不同摻比添加劑燃油對CO排放與基礎(chǔ)油相比并沒有顯著改善。小負荷下隨轉(zhuǎn)速的升高不同摻比添加劑的CO排放差異越來越明顯：在低速1600rpm時，在小負荷工況20-70N·m下，出現(xiàn)微小差異，隨著轉(zhuǎn)速的提高，變化差距呈現(xiàn)不斷加大的趨勢，總的來講，5%和10%摻比相比于0.5%摻比，CO排放變化更為明顯，其中5%摻比燃油表現(xiàn)為排放增加，而10%摻比燃油在轉(zhuǎn)速2400rpm、負荷40-150N·m的工況區(qū)間時表現(xiàn)為排放略降低，高轉(zhuǎn)速3600rpm時，10%添加劑和5%添加劑表現(xiàn)趨于一致，排放在整個負荷區(qū)間均升高，比基礎(chǔ)油最多高出22.6%。由此可見，不同添加劑摻比的燃油對CO排放會產(chǎn)生較明顯差異：發(fā)動機轉(zhuǎn)速由低速到高速，影響逐漸變大;中低負荷條件下影響較大，隨著負荷增加，影響變小。

圖10～圖12為1600rpm、2400rpm、3600rpm下各添加劑NOx排放濃度隨負荷變化的對比。不同摻比添加劑對NOx排放影響的敏感工況區(qū)間偏重150-250N·m的中高負荷，而且隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高，NOx排放離散差異越大。總的來看，不同摻比添加劑燃油對于NOx排放有一定的的改善作用，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高，或者在中高負荷條件下，改善越明顯，可能是在此工況下缸內(nèi)燃燒溫度有所下降，缺少NOx生成條件[6]。中等轉(zhuǎn)速（2400rpm）時5%添加劑燃油的NOx排放最低，與基礎(chǔ)油相比，最高降低了16.7%。高轉(zhuǎn)速（3600rpm）時，10%添加劑燃油的NOx排放最低，與基礎(chǔ)油相比最大降低約為9%。

圖13～圖15為1600rpm、2400rpm、3600rpm下各添加劑THC排放濃度隨負荷變化的對比?？傮w來看，三種轉(zhuǎn)速條件下在整個負荷區(qū)間0.5%添加劑燃油的THC排放表現(xiàn)最高。中間轉(zhuǎn)速（2400rpm）時，不同摻比添加劑燃油的THC排放離散程度最高，相比于基礎(chǔ)油，5%和10%添加劑摻比的燃油THC排放平均降低約為15-19%。但在低速（1600rpm）和高速（3600rpm）工況條件下，改善并不明顯，反而在某些負荷點會出現(xiàn)排放增加。

3 ?小結(jié)

①外特性工況下，不同添加劑摻比對發(fā)動機CO排放無明顯降低作用。0.5%比例添加劑對NOx排放有一定的改善，但5%和10%比例添加劑在較多的工況點表現(xiàn)出NOx排放增加趨勢。不同添加劑摻比對THC排放會造成一定惡化，高轉(zhuǎn)速工況時惡化程度減小。②部分負荷工況下，不同摻比添加劑對CO排放并沒有明顯的改善作用，甚至出現(xiàn)惡化現(xiàn)象。高轉(zhuǎn)速和中低負荷條件下影響較大。不同摻比對NOx排放有一定的的改善作用，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的升高，或者在中高負荷條件下，改善越明顯。0.5%添加劑THC排放惡化，5%和10%添加劑摻比THC排放有一定改善，改善僅在中間轉(zhuǎn)速工況時體現(xiàn)明顯。③燃油添加劑對發(fā)動機的排放有一定的改善作用，但改善效果與發(fā)動機的運行工況更為相關(guān)。摻比比例從0.5%到10%，對排放的影響變化趨勢隨污染物種類和工況條件的改變并沒有必然的相關(guān)性。

參考文獻：

[1]楊道勝，史宗岡，胡華，等.汽車排放及油品升級的新階段基礎(chǔ)油及添加劑的挑戰(zhàn)[J].潤滑油，2006（01）：1-8.

[2]李仙粉，等.柴油清凈劑改善柴油機有害排放的影響[D].北京化工大學.

[3]郭瑞蓮.汽油清凈劑對汽車排放分析研究[D].[博士學位論文].北京：中國農(nóng)業(yè)大學，2008.

[4]杜家坤.基于燃料特性與燃燒邊界條件協(xié)同控制的高效清潔燃燒技術(shù)研究[D].吉林大學，2016.