[摘要] 本文提出了评价用试验汽油主要指标。通过模拟试验、发动机台架试验以及车辆污染控制耐久性试验（含理化试验），对我国汽油与汽油清净剂结合后的车用汽油对发动机沉积物生成及其后处理装置影响，进行了系统的研究，并列示了试验结果。最后提出了车用汽油清净剂性能要求及试验方法。按照该技术要求的模拟实验和台架实验，识别率为75%（PFI 和ISD）；IVD 和TCD 的台架实验识别率为77%。
关键词：沉积物 汽油 清净剂 试验
1 引论
虽然车辆排放法规越来越严，但车辆排放控制技术越来越先进。电喷发动机、三元催化转化器（ TWC）和OBD 已成为或即将成为先进车辆的标准装备。汽油会在发动机喷嘴、进气门和燃烧室堆积沉积物，影响进气系统、汽油供给系统及燃烧室效率，增加油耗和排放。在TWC、氧传感器和火花塞上堆积沉积物，造成它们失效。汽油质量对车辆排放水平的控制越来越重要。为满足EU-Ⅱ技术的需要，欧洲ACEA、美国AAM、EMA 和日本JAMA 等世界各汽车厂商组织联合在1998 年发表了世界燃料规范[1]；根据EU-Ⅲ/Ⅳ的执行年限，2002 年6 月又发表了世界燃料规范新草案[2]。2000 年我国出台了燃油方面GB17930-1999，车辆排放水平指标——零公里排放水平（ZEL）和劣化系数（DEF）得到大幅提高；但燃油水平差距仍然很大，在欧洲符合EU-Ⅲ的帕萨特1.8T 和符合EU-Ⅳ的2.8V6，在上海只能达到EU-Ⅱ[3 ]。寻找提高燃油质量措施迫在眉睫，在燃油中添加清净剂成为一个共识，世界燃油规范中也要求在成品油中加入它。国际上建立起了完整的燃油质量的评价体系，理化试验、模拟试验和台架试验，清净剂的评价基于这些试验方法。
我们原则上采纳那些实验方法。但是由于我国汽油具有自己的特点，那些方法和限值是否适合，我们必须进行实验研究。理化和模拟试验我国早已具备，在近两年来，相关行业通过引进和吸收，又陆续拥有了CEC F-20-A-98（欧洲经济委员会，M111 法）和ASTM D6201-99（美国Ford 2.3L 法）等台架能力及其试验方法。
本文介绍了我国环保产业行业标准《车用汽油清净剂》制定过程的一些主要研究内容。
2 国际上汽油清净剂的评价方法
实践表明，加入适量汽油清净剂，可以改善汽油品质，提升车辆性能，削减污染物排放。但是清净剂的添加比例对车辆的性能、排放效果有不同的影响。不适当的比例，可能造成车辆性能的劣化，且不同的产品有不同的效果。必须控制总燃烧室沉积物（TCD）（它肯定要增加的）增量，消除过量增加造成的不良影响。见表1[4]。
产品质量必须通过试验。随着清净剂的更新换代，在20 年的发展过程中，其试验方法也从理化试验、模拟试验发展到精确度更高的台架试验。这些方法虽然未形成国际标准，但为行业所广泛认同。我国从20世纪90 年代末也发展了一些理化和模拟实验方法，基本都是借鉴国外成果。表2 列示了国外汽油清净剂主要实验方法。表2 国外汽油清净剂主要试验方法
 3 评价用试验汽油
清净剂最终要使用到汽油产品中，评价车用汽油清净剂的使用效果，离不开试验汽油。总体上讲，我国汽油组分控制不严，汽油质量等级低于国外先进国家，水平界于第1 级与第2 级之间。更特殊的是，由于工艺路线导致的烯烃和芳烃与欧美国家的差异：国外汽油产品烯烃含量低、芳烃含量高；我们烯烃高、芳烃低。虽然近2 年来，京穗沪三地汽油质量控制不错，趋势也在向好，但差异还是明显的；而且全国各地的汽油质量差异太大[5]。
我们采用了一种国内汽油产品作为基础试验汽油，其主要指标和国家油品监督检验中心2002 年度抽检报告的结果相近。表3 列示了试验汽油、第2级、93#[6]以及CEC试验汽油。表3 几种汽油主要指标
 4 针对各种清净剂的试验结果
下列试验中4.1 和4.2 采集了20 种清净剂盲样，其中一种基础汽油；4.3 和4.4 采取了其中的14 种，其中一种基础汽油。试验汽油中加入了各种清净剂所规定剂量的清净剂。依据具体实验通过比较性能指标（与基础汽油）来判断车用清净剂的效果。
4.1 喷嘴（PFI）沉积物试验
由于我国汽油烯烃含量高，很容易在喷嘴、进气阀等处形成沉积物，使发动机的喷嘴流量损失。汽油中加入清净剂会保持喷嘴清洁，保证汽油供给。图1 是采用ASTM D6421-99《车用汽油对电子孔式喷嘴（PFI）堵塞倾向试验方法》的试验结果[7]。系列4 是基础汽油，其它系列为添加不同种类的清净剂后的试验结果。《世界燃油规范》中限制是不大于5%。从结果看，添加清净剂后的效果是明显的，大部分清净剂达到使用目的。
图1 不同清净剂PFI试验结果 图2 不同清净剂ISD试验结果
4.2 进气系统沉积物（ISD）试验
化油器式发动机的进气系统更容易形成沉积物，影响发动机性能。我国化油器式发动机车辆很多，针对化油器式发动机进气系统评价，主要采用来自美国联邦法规，一般称之为ISD 法；属于模拟试验方法。
沉积物下降率限值定为不小于30%。图2 是试验结果[7]（采用FTM No.791C 方法500.1）。系列8 是基础汽油，其它系列为添加不同种类的清净剂后的试验结果。从结果看，添加清净剂后的效果是明显的，大部分清净剂达到要求。
4.3 进气阀沉积物（IVD）试验
进气阀沉积物对发动机的影响在北美和欧洲都很严重，采用汽油清净剂可保持进气阀清洁，维持发动机良好的性能，同时为催化器提供一个良好的使用环境。评价的试验方法有多种，如CEC-F-05-A-93/CEC-F-20-A-98、ASTM D5500 和ASTM D6201 等。与上面两种模拟方法不同，这些都是比较精确的台架试验方法。图3 是采用CEC-F-20-A-98 得出的结果[8]，系列1 为基础汽油。针对EU-Ⅱ阶段的限值（90mg/阀），该方法对我国清净剂的评定仍具77%的识别率。
图3 不同清净剂IVD 试验结果 图4 不同清净剂TCD 增量试验结果
4.4 燃烧室沉积物（TCD）
燃烧室沉积物对发动机的影响也很严重，但其不独立作为评价指标，通常与IVD 一起使用。与喷嘴、进气阀沉积物在不同程度上都有所下降相反，随着清净剂的使用，沉积物的增量在燃烧室内只会增加，从而造成燃烧室空间减少。观察到的效果是增加NOx 排放和发动机可能产生“敲缸”等不良现象。可是，由于降低了气缸壁的热损失（热效率更好），TCD 在降低HC、CO 和CO2 方面又能获得一些利益[4]，不同的TCD 效果差异很大，因而需要控制清净剂对燃烧室沉积物增量范围。国际上评价的试验方法和进气阀基本相同，近来又发展了通过对未洗胶质的判断来评价燃烧室沉积物的试验方法（TGA ELTM B21501（450℃））[2]。图4 是采用CEC-F-20-A-98 得出的增量结果（与基础汽油比较）[8]。国际上的评价标准是不超过40%。
4.5 分析
从上面的试验结果我们可以发现，车用汽油清净剂在消除发动机喷嘴和进气阀沉积物方面确实有很好的效果。台架试验表明，基于所采集的试验盲样，所采用的试验方法具有相当的识别率，PFI 和ISD 识别率为75%；IVD 和TCD 的识别率为77%。
5 清净剂中微量元素含量的控制
随着车辆行驶里程的增加，发动机燃烧后排放物会在发动机后处理系统上产生沉积物， 对排放重要控制装置如催化器产生恶劣的影响。
图5 是上海大众公司对某EU-Ⅲ技术车型在耐久性试验过程中催化器的沉积物测量[3]。图6 是对应里程的车辆排放结果。图5 结果显示，随着行驶里程的增加，Mn、P、S、Zn 等元素会增加，而S 则起伏波动，对车辆排放控制产生不稳定性。图6 的排放结果证明了微量金属元素堆积对车辆排放DF 的影响，特别是Mn、S 和Zn，该车辆未能通过EU-Ⅲ的8 万公里耐久试验。
图5 不同里程下微量金属元素堆积 图6 不同里程下车辆排放水平
转化器中的沉积物锰（Mn）、铅（Pb）、硫（S）元素主要来源于汽油，磷（P）和锌(Zn)主要来源于发动机油。锰和硫在沉积物中所占比例较大。特别是锰。
(1) 锰及其化合物。锰及其化合物对尾气后处理装置影响很大。在图5 和图6 上可以看出这一点，需要严格控制。
(2) 硫。这个因素大家都比较关注，进行的研究很多，因为所有的催化剂和氧传感器技术均对其异常敏感，可导致催化剂中毒和氧传感器失灵。
(3) 世界燃油规范中集中体现了燃烧物沉积物对尾气后处理装置影响的结论。
虽然汽油中微量元素的含量很低，但图5 表明，随着车辆行驶里程的增加，它们在催化器中产生很大的堆积量。这些堆积造成催化器比表面的减少、甚至中毒，对车辆排放效果产生恶劣影响。所以世界燃油规范中禁止加入任何金属添加剂到燃油中。当汽油清净剂评定方法中，仍包含理化实验检测微量元素含量内容。
6 汽油清净剂的性能要求及试验方法
经过上面的研究分析，我们提出了表4 汽油清净剂的性能要求及试验方法，包括理化试验、模拟试验和台架试验。表4 车用汽油清净剂的理化性能和使用性能要求及试验方法
①达到或低于所采用试验方法的检测下限，无人为添加。
②在国家轻型汽车第三阶段排放法规实施前，执行B 级限值。 表中4、8~11 项前面已有阐述。对于其它几项，我们简要说明如下：
(1) 外观：是产品给用户的最基本的感性认识。本条件提出产品应清澈透明，不能有浑浊和分层现象。
(2) 倾点：是产品可流动的最低温度，反映产品取样、使用的难易。本条件提出产品的倾点不高于-20℃，可以满足我国大部分地区对产品的使用。
(3) 闪点(闭口)：此项指标关系到本产品的储存和运输及其使用中的安全，也影响产品的质量。本条件闭口闪点的指标为不低于45℃。
(4) 微量元素：氮含量反映清净剂中含氮化合物的多少，是它的一个主要指标。为防止二次污染，要求清净剂中含氮化合物的量既要有效，又不能过高，所以本条件提出清净剂中氮的最低有效含量不能高于0.8%，中石化限值在0.5%~0.8%之间。
(5) 破乳性：反映清净剂在含水汽油中所表现的分水能力。本条件提出在5min 的静置时间内，油水界面评分达到或优于1b 级，在五级分类中处于第二级；相分离情况达到或优于2 级，在三级分类中处于第二级。
(6) 防锈性：反映清净剂在汽油中抑制金属表面腐蚀的能力。5%的指标属于中度锈蚀。
(7) 相容性试验 本项试验用于验证添加汽油清净剂后汽油产品的储存能力和有效期。
7 结论
本文通过模拟试验、发动机台架试验以及车辆污染控制耐久性试验（含理化试验），对我国汽油与汽油清净剂结合后的车用汽油对发动机沉积物生成及其后处理装置影响，进行了系统的研究。研究结果表明：
(1) 我们提出的试验汽油和世界燃油中第2 级、93#（当前普遍现状）以及CEC 基础汽油主要指标相当。而且可以在现有工艺条件下获得。
(2) 采用模拟试验和M111 法台架试验是恰当的；PFI 和ISD 识别率为75%；IVD 和TCD 台架实验识别率为77%。表4 所制定的限值是合理的；
(3) 催化器耐久性沉积物研究证明，必须防止车用汽油中添加清净剂后导致微量元素的增加；表4 中的4 项中各元素特别要求。
(4) 我们提出的车用汽油清净剂理化性能和使用性能要求及试验方法（表4），既考虑我国汽油产业，又与世界燃油规范接轨，在标准的审定过程中，获得了业内专家的充分肯定。
8 致谢
本工作在国家环保局的大力支持下，中国环保产业协会机动车尾气净化委员会组织了多次“车用汽油清净剂”的专题研讨会，因而研究工作得到了众多行业代表和社会专家的热切关注，特别是中国石化和中国石油两家单位，贡献尤多。他们提供的意见、建议和试验验证，使本标准的内容得到了不断的改进和完善。在此，作为编制承担单位的尾气净化委员会秘书处(中国汽车技术研究中心汽车试验研究所)向他们致以衷心的感谢！
参考文献
1 世界燃料规范. 中国汽车工业协会翻印，2000 年4 月.
2 世界燃料规范草案（2002）. 2002 年6 月.
3 潘正堂、陶海龙. 上海大众三元催化转化器失效分析研究报告. 中国汽车工程学会油料委员会第十界年会论文专辑. 2002.3. 201~210
4 Woodyard, M.E. (1995) Gasoline additive and deposit effects on the road and a Ford 2.3L engine test. SAE Paper No. 952446
5 张淑华等. 汽车工业发展对燃料的需求. 中国汽车工程学会油料委员会第十界年会论文专辑. 2002.3. 30~43；
6 王洁青. 国内清洁汽油质量状况及分析. 中国汽车工程学会油料委员会第十界年会论文专辑. 2002.3.P57~60；
7 徐小红. 清净剂对发动机燃油系统沉积物形成趋势影响. 中国石油润滑油研究开发中心. 2003.3
8 张建荣. 清净剂对发动机进气阀及燃烧室沉积物形成趋势影响. 中国石油化工股份有限公司. 2003.3(end)
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