長壽命出租車用燃氣發(fā)動機油應(yīng)用分析,化工論文

長壽命出租車用燃氣發(fā)動機油應(yīng)用分析,化工論文節(jié)能、環(huán)保和延長換油周期是推動內(nèi)燃機油更新?lián)Q代的三大驅(qū)動力。根據(jù)國家十二五節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求，減少廢舊潤滑油液的排棄量，延長潤滑油液使用壽命成為潤滑油發(fā)展的趨勢。同時，燃氣發(fā)動機以其清潔燃燒的特性和良好的經(jīng)濟性遭到了市場的高度關(guān)注［1－2］。在國內(nèi)一些主要城市，燃氣發(fā)動機已在出租車上得到了廣泛應(yīng)用，2020年我們國家油氣兩用出租車已近72萬輛，占當年出租車總保有量137．01萬輛的52．55%。與此同時，國內(nèi)很多省市還在大力推進公交車、出租車的油改氣工作。近年來，我們國家出租車市場以每年3%的速度增長，估計到2020年我們國家出租車保有量將達160萬輛，出租車氣化率將達90%。由此可見，應(yīng)用于出租車的發(fā)動機油具有廣闊的市場前景。隨著燃氣出租車市場的發(fā)展壯大，很多用戶對燃氣發(fā)動機油的換油周期和性能提出了更高層次的要求，以降低車輛維修保養(yǎng)頻率和運營成本。眾所周知，燃氣出租車相對普通汽油出租車工況愈加惡劣［3－4］，主要具體表現(xiàn)出在:(1)發(fā)動機燃燒室溫度更高層次，油品更容易氧化，產(chǎn)生積炭;(2)尾氣中的氮氧化物含量增加，會引發(fā)機油硝化，產(chǎn)生過量油泥;(3)壓縮天然氣(CNG)、液化石油氣(LPG)以氣態(tài)進入氣缸，無潤滑作用，易造成閥門磨損。除此之外，出租車經(jīng)常處于長時間、超負荷運營，且工況復(fù)雜多變。在市區(qū)道路擁堵時，經(jīng)常處于開開停停，頻繁剎車啟動，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化頻繁;在市區(qū)外行駛時，發(fā)動機在高溫、高速持久狀態(tài)下工作。這些都會進一步加劇油品的氧化硝化，構(gòu)成油泥積炭。國外發(fā)動機制造商制定的燃氣發(fā)動機油標準主要是針對重負荷燃氣發(fā)動機，如CumminsCES20074、MAN3271－1等，且國內(nèi)有一些關(guān)于燃氣發(fā)動機油在重負荷燃氣發(fā)動機上應(yīng)用研究的報道［5－6］，重負荷燃氣發(fā)動機油的產(chǎn)品也相對較為成熟。而有關(guān)轎車用燃氣發(fā)動機油當前還沒有構(gòu)成統(tǒng)一的標準，各廠家在生產(chǎn)經(jīng)過中都是根據(jù)自個企業(yè)制定的標準來進行，國內(nèi)僅中國石化潤滑油分公司開發(fā)了針對出租車的LPG/CNG轎車燃氣發(fā)動機油，并進行了6000km的行車試驗［7］。據(jù)筆者調(diào)研了解到，當前燃氣出租車普遍使用是轎車用汽油機油，且油品的質(zhì)量等級偏低，出租車司機為了避免車輛故障，大多行駛5000～7000km左右就更換機油，否則容易導(dǎo)致發(fā)動機油路堵塞，引發(fā)發(fā)動機缺油、過熱甚至卡死，而且會導(dǎo)致發(fā)動機部件磨損、摩擦阻力變大或增加燃油消耗等問題。針對燃氣出租車的工況特點以及用戶對長換油周期油品的實際需求，并考慮出租車司機對成本的訴求，我公司開發(fā)了出租車用長壽命燃氣發(fā)動機油，并通過行車試驗對長壽命燃氣發(fā)動機油在出租車上的應(yīng)用情況進行了跟蹤，以確定最佳的換油周期。1、試驗部分1．1、試驗車輛根據(jù)試驗?zāi)康?，選擇了3輛桑塔納出租車在安徽馬鞍山進行行車試驗，試驗車輛的相關(guān)信息如表1所示。表1試驗車輛大概情況1．2、試驗油品試驗用發(fā)動機油為我公司專門針對出租車燃氣發(fā)動機開發(fā)的長壽命發(fā)動機油10W－40，油品的主要理化指標如表2所示。表2試驗用長壽命燃氣發(fā)動機油10W－40的主要理化數(shù)據(jù)1．3、試驗經(jīng)過1．3．1、潤滑油更換在熱機狀態(tài)下從油底殼放油塞處放凈發(fā)動機中的原用機油，并用試驗用油清洗發(fā)動機三次，每次怠速運轉(zhuǎn)5～10min，從油底殼放油塞處放凈清洗油，然后更換機油濾清器和空氣濾清器，再參加試驗用機油，怠速運轉(zhuǎn)5min后，從機油加注口用采樣器取出80mL油樣作為0km油樣，并補加試驗油至機油尺上限，同時記錄所參加的試驗油總量及車輛行駛里程。1．3．2、取樣及分析根據(jù)出租車的苛刻工況以及維修人員和司機的經(jīng)歷體驗，分別于4000km、8000km、10000km處熱車取樣80mL，并補加同等量的新油。試驗結(jié)束后，對采集的0km、4000km、8000km、10000km試驗油樣分別進行運動黏度、閃點、水分、酸值、堿值、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、元素含量等項目分析。2、試驗結(jié)果及討論2．1、運動黏度變化發(fā)動機油的運動黏度是影響發(fā)動機潤滑性的一項重要指標。影響發(fā)動機油在使用經(jīng)過中的黏度特性因素有很多，包括蒸發(fā)損失、聚合物的熱裂解和機械剪切、油品氧化縮合變稠、油品對煙炱和油泥的分散、燃油稀釋等。因而，發(fā)動機油運動黏度的變化基本反映油品氧化衰變程度、添加劑熱分解以及黏度指數(shù)改良劑遭到剪切作用降解變化情況。3臺試驗車輛用油品100℃運動黏度變化情況如此圖1所示。圖1試驗油品100℃運動黏度隨行駛里程的變化情況由圖1可見，3臺車輛經(jīng)過10000km行車試驗后油品100℃運動黏度保持能力良好，且試驗油的100℃運動黏度變化率遠未到達GB/T8028－2018標準中的換油指標(超過20%)的要求，講明油品具有優(yōu)良的抗剪切性能、抗氧化性和清凈分散性。2．2、堿值變化發(fā)動機油堿值的大小反映了油品中和酸性物質(zhì)的能力，也間接地表示油品所含清凈分散劑的多少。發(fā)動機的堿值變化主要與其所用燃料油的硫含量及油品在使用經(jīng)過中的氧化變質(zhì)有關(guān)，反映了油品抑制氧化以及中和酸性物質(zhì)的強弱。3臺車輛試驗所用油品堿值的變化情況如此圖2所示。圖2試驗油品堿值隨行駛里程的變化情況由圖2能夠看出，在行車試驗經(jīng)過中，3臺車輛油品的堿值變化較小，遠低于GB/T8028－2018標準中的換油指標(小于新油的50%)的要求，表示清楚試驗油品氧化變質(zhì)緩慢，堿值保持性好，并具有良好的清凈分散性能，可有效中和試驗油中的酸性物質(zhì)，防止其腐蝕發(fā)動機零部件。2．3、戊烷不溶物變化戊烷不溶物是潤滑油氧化產(chǎn)品、添加劑降解產(chǎn)物、發(fā)動機金屬磨損粉末、灰塵及積炭的總和，主要反映了油品氧化變質(zhì)、油泥生成、發(fā)動機金屬磨損、添加劑消耗以及油品被污染的程度。一般來講，發(fā)動機油中戊烷不溶物的質(zhì)量分數(shù)到達1．5%時，講明油品衰敗比擬嚴重。本次行車試驗3臺車輛的油品戊烷不溶物隨行駛里程的變化如此圖3。圖3試驗油品戊烷不溶物隨行駛里程的變化情況由圖3能夠看出，行車試驗結(jié)束后，試驗油的正戊烷不溶物含量不高，遠小于換油指標限值，講明試驗油品的衰變經(jīng)過正常，能較好地抑制氧化產(chǎn)物的生成，具有良好的抗氧化性、抗磨性和清凈分散性。2．4、氧化值和硝化值在行車試驗經(jīng)過中，發(fā)動機油會因氧化而構(gòu)成酸性物質(zhì)，導(dǎo)致發(fā)動機機件腐蝕以及發(fā)動機磨損加速，氫化產(chǎn)物進一步氧化縮合，則生成大分子胺狀物質(zhì)，使發(fā)動機油運動黏度不斷增大，流動性能惡化;發(fā)動機油中的硝化物則是產(chǎn)生油泥的主要成分之一。燃氣發(fā)動機的活塞環(huán)槽溫度比普通汽油發(fā)動機高20～30℃，更容易引起油品的氧化和硝化。通過檢測發(fā)動機在用油中的氧化物和硝化物的相對生產(chǎn)量，能夠考察發(fā)動機油的氧化程度以及預(yù)測其在使用經(jīng)過中的老化衰敗情況。因而，對于燃氣發(fā)動機油在用油的檢測比擬關(guān)注氧化值和硝化值的變化。一般來講，燃氣發(fā)動機油中氧化值大于25Abs/cm，硝化值大于25Abs/cm時，講明油品衰敗比擬嚴重，需要更換油品。行車試驗各油品的氧化值和硝化值隨行車里程的變化情況分別見圖4和圖5。圖4試驗油品的氧化值隨行駛里程的變化情況圖5試驗油品的硝化值隨行駛里程的變化情況從圖4和圖5能夠看出，隨著行駛里程的增加，3臺車輛所有油品的氧化值和硝化值始終未超過換油指標要求，講明油品具有優(yōu)異的抗氧化和抗硝化能力，能夠知足燃氣發(fā)動機的高溫潤滑要求。2．5、元素含量分析通過對試驗油品進行電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP)分析，能夠把握油品在使用經(jīng)過中的大量信息，一方面能夠監(jiān)測華而不實的添加劑衰變情況(Ca，Zn，P等元素)，另一方面能夠監(jiān)控發(fā)動機部件的磨損情況(Fe，Cu，Cr，Al，Pb等元素)。發(fā)動機油中的Fe、Al、Cr等元素主要來源于缸套、活塞環(huán)和閥系磨損;Cu、Pb元素主要來源于連桿軸瓦和主軸瓦的磨損;Si等元素主要來源于外界沙塵的污染。試驗車輛用油品中的Fe、Cu、Al、Si元素的含量隨行駛里程的變化如此圖6所示。圖6試驗油品磨損金屬元素含量隨行駛里程的變化情況根據(jù)GB/T8028－2018換油指標要求，當油品中鐵含量大于70mg/kg，銅含量大于40mg/kg，鋁含量大于30mg/kg時，講明發(fā)動機存在異常磨損，需要更換油品。由圖6可見，3臺車輛試驗油品中的鐵、銅、鉛元素含量均小于換油指標要求，講明試驗油品具有良好的抗磨性，在整個試驗經(jīng)過中能對發(fā)動機各部件提供較好的潤滑保衛(wèi)作用。盡管1號車輛試驗經(jīng)過10000km后油品中的各磨損金屬含量較其他2臺車輛油品偏高，這可能是因該車輛行駛里程較長，發(fā)動機部件出現(xiàn)老化所致，但遠小于換油指標要求，并且從1號車輛油品中的Si含量最高值為18mg/kg，講明該車輛在試驗經(jīng)過中油品遭到外界沙塵的污染，這也會加劇發(fā)動機部件的磨損。3、結(jié)論根據(jù)行車試驗結(jié)果表示清楚，長壽命出租車用燃氣發(fā)動機油10W－40完全能夠?qū)崿F(xiàn)燃氣出租車10000km的換油周期要求，并且在上述換油周期內(nèi)，油品的運動黏度變化率、堿值下降率、戊烷不溶物、氧化值和硝化值以及磨損金屬元素含量等指標均在換油指標要求范圍內(nèi)，且發(fā)動機工作正常，潤滑情況良好。由此可見，長壽命燃氣發(fā)動機油10W－40在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫抗氧化性、清凈分散性、抗磨性和黏度保持能力，能為在城市道路下行駛的雙燃料出租車提供優(yōu)異的潤滑保衛(wèi)，并有效延長換油周期，降低維修和保養(yǎng)成本。以下為參考文獻:［1］隋秀華．國內(nèi)外特殊燃料汽車及發(fā)動機用油發(fā)展［J］．石油商技，2020，30(5):3－7．［2］秦鶴年，鄭鵬宇．汽車新能源及潤滑油的發(fā)展［J］．潤滑油，2020，27(1):7－11．［3］余柏強．天然氣發(fā)動機對潤滑油的要求［J］．汽車工藝與材料，2006(9):7－9．［4］崔海鷗．燃氣發(fā)動機油規(guī)格及產(chǎn)品現(xiàn)在