甲醇汽油專用潤滑油行車試驗研究

汪利平,李桂云,朱自強,張丙伍

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060;2.山西省晉中市發展和改革委員會,山西晉中 030600)

甲醇汽油專用潤滑油行車試驗研究

汪利平1,李桂云1,朱自強2,張丙伍1

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心,甘肅蘭州 730060;2.山西省晉中市發展和改革委員會,山西晉中 030600)

為考察中國石油蘭州潤滑油研究開發中心研制的 SJ 10W-30甲醇汽油專用潤滑油的實際使用性能,選用山西省佳新能源化工有限公司改裝的M100甲醇汽車進行道路行車試驗。通過監測油品理化性能和油品中金屬元素含量變化考察了油品在實際行車條件下的使用性能。試驗結果表明:該油品具有良好的清凈性和分散性,良好的高溫抗氧化以及抗磨性能,可以滿足M100甲醇汽油發動機的使用要求。

甲醇汽油;潤滑油;行車試驗

Abstract: In o rder to investigate the practical perfo r m ances of SJ 10W-30 m ethanol-gasoline exclusive engine oil prepared by PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,the field testw as carried outw ith fourM 100 m ethanol-gasoline cars refitted by J iaxin Energy Chem icalL im ited Company.Perform ances of this oilunder actual road conditions w ere investigated and evaluated based on the oils′physicochem icalproperties and differentm etalelem ents contents in oil samples.The result show ed that the m ethanol-gasoline exclusive engine oilcan m eet the requests of the m ethanol-gasoline cars,w ith good detergency,dispersancy,high-temperature anti-oxidation p roperty and anti-w ear ability.

Key words:m ethano l-gaso line;lubricating oil;field test

0 前言

針對我國富煤少油的能源結構特點,發展煤基甲醇靈活燃料,降低對石油的依賴,是我國車用能源多元化戰略的重要組成部分。在國家有關部門的組織下山西、山東、云南、四川等地均進行過甲醇燃料替代汽油的試驗研究并取得了良好的經濟效益和環保效益。科技部對煤制醇醚等汽車代用燃料及代用燃料汽車發動機技術研究十分重視,并專門設立了國家“十五”、“十一五”科技攻關清潔汽車關鍵技術研究開發與示范應用項目“甲醇燃料汽車 M85-M100示范工程”[1]。由于甲醇汽油與無鉛汽油的差別較大,目前使用的汽油機油難以滿足甲醇汽車的性能潤滑要求,因此需要開發甲醇汽油發動機專用潤滑油與之配套。本文作者研制了甲醇汽油發動機專用潤滑油,并在甲醇汽油出租車上對新研制的甲醇汽油專用潤滑油進行了道路行車試驗研究。通過道路實車對比試驗,考察了油品的實際使用性能。行車試驗結果表明:專用油具有良好的清凈性、分散性和良好的高溫抗氧抗磨損性,可以滿足甲醇汽油發動機的潤滑要求。

1 試驗條件與過程

1.1 試驗車輛

本次試驗選擇了山西佳新能源化工實業有限公司改造的同一批次、車況良好、具有代表性的一汽大眾公司生產的捷達 CIF(04款前衛)1.6 L舒適型轎車,實際運行里程為 170000 km左右;試驗所用甲醇汽車發動機油底殼等部件密封良好,無滲油漏油現象,發動機竄氣正常。試驗車輛行駛區間:山西省晉中市及周邊地區,市內路段車多、人多,堵車現象嚴重,汽車走走停停的頻率高。

1.2 試驗燃料油

試驗車要求統一使用山西佳新能源化工實業有限公司調合與配送的M100甲醇燃料,甲醇燃料滿足山西省地方標準 DB14/T 179-2008《M85、M100車用甲醇燃料》[2],M100車用甲醇燃料技術要求如表1所示。

表1 M100車用甲醇燃料技術要求

1.3 試驗用潤滑油

本次試驗一共選擇了 4輛甲醇汽油車,分別為晉 KA 6855、晉 KB 2185、晉 KB 6025和晉 KT 0843,其中晉 KT 0843車用 SJ級普通汽油機油(參比油),其余三輛車使用 SJ 10W-30昆侖甲醇汽油發動機專用潤滑油(簡稱專用油)。研制的 SJ 10W-30甲醇汽油發動機專用潤滑油其主要理化性能指標見表2。

1.4 試驗過程

首先放凈試驗車輛發動機油,更換三濾,裝入試驗油。發動機運行 15 min后熱機采集油樣作為 0 km油樣,之后每 2000 km采樣一次。為減少補加油量對試驗油的影響,按規定里程熱車取樣,并嚴格控制每次采油 80 mL,取樣后補加相應數量的新油。根據行車試驗大綱,對所采集的油樣主要進行粘度、堿值、酸值、金屬含量等項目分析。當達到試驗要求的里程或者潤滑油的理化性能指標達到換油指標時,停止試驗。由于試驗過程中的一些其他原因,三輛使用 SJ 10W-30昆侖甲醇汽油發動機專用潤滑油的車輛只進行了晉 KA 6855車的采樣。

2 試驗結果與討論

2.1 油品抗氧化性分析

潤滑油在試驗過程中的抗氧化性主要體現在粘度增長方面。圖 1是專用潤滑油和參比油在行車試驗過程中的粘度變化趨勢。在發動機運轉過程中,一方面由于剪切作用和燃料油竄入曲軸箱使得潤滑油粘度下降,另一方面由于潤滑油不斷氧化變質,油品粘度增加。粘度過低時,油膜強度不夠會增加摩擦磨損;粘度過高時,對于甲醇汽油發動機的啟動,尤其是冷啟動時,發動機啟動困難,甲醇燃料更容易因汽化不良而竄入氣缸,加劇發動機的磨損,同時,粘度過高也會導致流動阻力增加造成功率損失,另外也可能會堵塞過濾器造成發動機故障。因此在試驗過程中應當對油品粘度及時進行監控,以確保發動機運轉正常。

從圖 1油品粘度變化曲線可以看出,在行車試驗過程中,專用潤滑油和參比油粘度變化趨勢基本相同,粘度都是先下降后增高。試驗開始后,油品受到剪切作用和甲醇燃料竄入曲軸箱,粘度有一定的下降,隨后由于油品的氧化,油品粘度緩慢增長。在12000 km試驗里程中試驗油粘度變化不超過 ±15%,完全滿足換油指標和行車試驗要求。

圖 1 專用潤滑油和參比油粘度增長率變化

2.2 油品堿值保持性和酸中和性能分析

甲醇燃料燃燒過程中會生成一些甲酸、甲醛和水等液態殘余物,這些物質的酸性大大強于汽油燃燒產物的酸性。這些物質會隨燃料竄入潤滑油中,導致油品堿值迅速降低,對金屬特別是鐵和銅造成腐蝕。同時,這類酸性物質可以引起并促進發動機活塞環和氣缸壁的腐蝕磨損。因此需要選擇適合甲醇汽油發動機要求的高堿值,良好堿值保持能力和酸中和能力,腐蝕抑制能力和抗磨性能的專用潤滑油。圖 2和圖 3是專用潤滑油和參比油在試驗過程中的堿值和堿值保持性變化,圖 4是專用潤滑油和參比油在試驗過程中的酸值變化。

圖2 專用潤滑油和參比油堿值變化

從圖 2、圖 3堿值變化曲線圖可以看出,專用潤滑油在 12000 km的行車試驗過程中,油樣堿值保持性最低為 44.36%;而參比油在7000 km的行車試驗過程中,油樣堿值保持性最低為 38.71%,相對于參比油而言專用潤滑油具有較好的酸中和能力和堿值保持性。

圖 3 專用潤滑油和參比油堿值保持性變化

圖 4 專用潤滑油和參比油酸值變化

由圖 4油品酸值變化曲線可以看出,專用潤滑油和參比油在試驗過程中油品的酸值均隨試驗時間的增加而緩慢增長,專用潤滑油的酸值增加最大僅為1.64 mgKOH/g,完全滿足換油指標所規定的潤滑油酸值最大增長不大于2.00 mgKOH/g,說明了專用潤滑油具有較好的酸中和能力。

從圖2、圖3油品堿值變化曲線和圖4油品酸值變化曲線可以看出,兩輛試驗車試驗結果基本平行。參比油堿值偏低,相應的堿值消耗也較快,堿值保持性較差;專用潤滑油具有較高的堿值和堿值保持性,具有較強的酸中和能力。

2.3 油品抗磨損性能分析

發動機潤滑油中鐵、鋁、銅、鉛、鉻等金屬元素來源于發動機部件的磨損。正常情況下,隨著行車里程數的增加,機油中的金屬含量會平穩增加,當金屬含量突然增加時,可能是發動機的某些部件發生了異常磨損,機油中的這些金屬來源于發動機部件的磨損,所以測定金屬含量可以對發動機的磨損情況做出判斷。

潤滑油在行車試驗過程中的抗磨損性主要體現在各金屬元素含量的增長上。圖 5～圖 7是專用潤滑油和參比油在行車試驗過程中鐵、鋁和銅元素隨試驗里程的變化趨勢。

圖 5 專用潤滑油和參比油中鐵元素含量變化

圖 5是油品中鐵元素含量變化曲線,從圖 5可以看出,專用潤滑油中鐵元素隨試驗時間的增加而增長。在 12000 km的試驗過程中,油樣中的鐵含量最大量不超過 60μg/g;而參比油在試驗過程中,油樣中的鐵含量增長迅速,在 7000 km時油樣中的鐵含量就達到 72.21μg/g,說明專用潤滑油抗磨損性能較好。

圖 6 專用潤滑油和參比油中鋁元素含量變化

圖 6是油品中鋁元素含量變化曲線,由圖 6可以看出,專用潤滑油中鋁元素的變化趨勢基本一致,均隨試驗時間的增加而平緩增長,試驗中的鋁含量都較小,最大量不超過 20μg/g;而參比油在 7000 km的試驗過程中,油樣中的鋁含量增長迅速,在7000 km時油樣中的鋁含量達到 25μg/g,說明專用潤滑油抗磨損性能較好。

圖 7是油品中銅元素含量變化曲線,由圖 7可以看出,專用潤滑油中銅元素的變化趨勢基本一致,均隨試驗時間的增加而增長,試驗中的銅含量絕對值都比較小,最大量不超過 60μg/g;但專用潤滑油與參比油相比,銅含量更低,說明專用潤滑油抗磨損性能優于參比油。綜合以上分析,證明設計開發的昆侖 SJ 10W-30甲醇汽油發動機專用潤滑油相對于參比油具有更加優異的抗摩擦磨損性能。

圖 7 專用潤滑油和參比油中銅元素含量變化

2.4 試驗里程與油品閃點、水分和戊烷不溶物分析

閃點反映了機油的燃油稀釋度,而導致燃油稀釋的一種可能原因是活塞與活塞環的磨損。戊烷不溶物主要是機油氧化最終生成的氧化沉積產物,同時也包括灰塵等外來污染物。在機油性能良好和發動機運轉正常時,一般只對一個換油期中的最后一個油樣的閃點和戊烷不溶物進行分析。表 3所列是試驗里程與油品閃點、水分和戊烷不溶物的試驗結果。

表3 閃點、水分與戊烷不溶物

由表 3可以看出,試驗結束時,油樣的閃點都比較高,戊烷不溶物含量很小,說明油品的抗氧抗腐性很好,水分含量也比較低。同時,試驗車輛司機反應使用專用潤滑油的甲醇汽車在啟動、運行過程中操控性能突出,發動機運轉正常,無異常情況發生。綜合分析,專用潤滑油的性能可以滿足甲醇汽油發動機的潤滑要求。

3 結論

(1)行車試驗表明:昆侖 SJ 10W-30甲醇汽油發動機專用潤滑油,能有效中和甲醇燃料燃燒產生的酸性產物;具有優良的酸中和能力和堿值保持性;具有較好的抗摩擦磨損性能,能最大限度地減少摩擦和磨損,提高機械性能;具有優異的抗氧化性能,能最大限度地降低潤滑油氧化速度,延長發動機的使用壽命。

(2)行車試驗表明:研制的甲醇汽油發動機專用潤滑油適用于甲醇汽油 (M0-M100)發動機潤滑,完全滿足甲醇汽油發動機的使用性能要求;建議甲醇汽車使用甲醇汽油發動機專用潤滑油。

[1]李忠,鄭華艷,謝克昌.甲醇燃料的研究進展與展望[J].化工進展,2008,27(11):1684-1695.

[2]DB14/T 179-2008 M85、M100車用甲醇燃料[S].山西省質量技術監督局.

The Fie ld Tes t ofM e thanol-Gasoline Exc lus ive Eng ine O il

WANG Li-ping1,LI Gui-yun1,ZHU Zi-qiang2,ZHANG Bing-w u1,
(1.PetroChina Lanzhou Lubricating O ilR&D Institute,Lanzhou 730060,China; 2,J inzhong Deve lopm ent and Reform Comm ission,J inzhong 030600,China)

TE626.32

A

2009-07-24。

汪利平(1981-),男 ,2006年畢業于天津大學化學工藝專業,獲碩士學位,現主要從事內燃機油與添加劑研究,已在國內外會議和期刊公開發表論文5篇。

1002-3119(2010)03-0026-04