潤滑油基礎油對柴油機性能及排放的影響

羅柳云

摘要：這些年，隨著我國社會經濟的快速發展以及人們環境保護意識的提高，人們紛紛意識到柴油機中有害氣體的排放對大氣污染的嚴重影響，同時也一定程度上威脅了人們的健康，這些問題逐漸引起了相關從業者和專家們的注意。同時，為了更好的保護環境，很多國家和地區都出臺了更加嚴格的有害污染物排放法規來限制發動機汽車的尾氣排放。據相關研究表明，在汽車行駛過程中除了發動機燃料種類、發動機的結構設計會對后續的氣體排放產生一定的影響;另外一方面，汽車使用潤滑油的種類也對柴油機排放量有著很大的干擾因素。潤滑油通過汽車缸內的蒸發等方式伴隨著燃油消耗，會進行同步的氣體排放。所以，如何提高潤滑油基礎油的質量，將直接影響柴油機的使用性能以及污染物排放量。在本文中，筆者結合實際工作經驗，具體研究了潤滑油對柴油機的性能及排放影響，并給出具體的優化建議，希望能對相關從業者給予一定的幫助。

關鍵詞：潤滑油基礎油;柴油機性能;排放;影響

在本文中，作者為了更好的分析和探究潤滑油對于發動機氣體排放量的影響，選用了不同的方式來對發動機潤滑油的氣體排放實施監測和實驗。經實驗表明，由于揮發性極熱特性等差異，潤滑油中的基礎油，對于發動機的顆粒物排放量是有明顯影響的，在下文中作者將進行具體的分析。

一、實驗方法

（一）發動機和潤滑油的工況

在研究過程中，作者采取一臺四缸四沖的直列活輪發動機，在試驗時，發動機搭載一臺水力測功機來進行數值的測量，作者采取不同粘度的礦物質油（也稱為中性油）分別為350N和150N。此外，為了確保數據樣本的客觀性和準確性，測試的記錄完全是在發動機熱機后再進行計數的，在更換油底殼中潤滑油時使用的所有機油將用于基礎油和發動機的清洗工作，以此來確保發動機運轉時不受此前一種潤滑油的數值影響。

（二）柴油機的氣態排放測量

為了使氣體排放量的測量數值更準確，作者采用AVL公司的4000LIGHT的尾氣分析儀進行科學系統的分析，對于柴油機排放的NO值、HC值、和CO數值等進行了分別的測量，測量借助顆粒物的采集分析等方式來準確的判別柴油機氣態排放數值。

（三）顆粒物的分析和采集

在數據采集方面，通過對潤滑油基礎油顆粒物的排放，將顆粒物進行收集和分析，對發動機的排氣管進行后期的改裝，在廢氣流中進行分支，從而更好的進行數據的采集。在實際的測驗時，將定性的濾紙折成錐孔狀，使其變成直徑為3毫米的銅網濾紙。同時，在過濾過程中采取引流的方式從出氣口掃過，實現顆粒物的收集。在樣本采完后，也要將銅網微柵和定性的過濾紙進行采樣和實驗。此外，為了確保測量數據的精準性，在實際測量時，要通過放大40000倍的電鏡圖來對顆粒物進行觀察，針對每一種情況，選取輪廓清晰顆粒物均勻來進行圖片測量，避免因人工技術方面出現數值的誤差[1]。

二、潤滑油基礎油的成分和熱特性

為了能夠更好的了解不同基礎油的排放影響程度，作者針對兩種不同基礎油的成分和熱特性進行了系統的探究，通過氣相色譜、質譜聯用等檢測方式來探究到基礎油的主要組成部分。作者通過大數據的發現和對比發現，150N基礎油中含有十四烷、十五烷、十六烷、二十二烷等十余種物質;而350N的基礎油含有十五烷、十六烷、十七烷、十八烷和二十九烷等物質。與150N相比，350N含氣體種類較少，這些差異性必定會影響其后期燃燒和揮發的耗氧程度，也影響其排放對于空氣的影響。從另一個角度來看，通過熱重分析儀也能夠更好地探究出基礎油的熱特性。在氮氣氛圍下，質量降低主要由于潤滑油基礎油揮發后的破裂，直接導致局部范圍內的燃燒程度下降，致使柴油機的排放氣體量增加，另外基礎油的裂解和燃燒也是對柴油機的氣體排放帶來很大的影響。據作者觀察，150N基礎油會在150度開始出現質量損失，而350N的基礎油在溫度接近230度時才開始進行揮發和裂解。另一方面，隨著溫度的不斷提高，兩種基礎油的質量損失率會發生一定的變化，這種現象說明兩種不同的基礎油中不同的揮發性存在不同的比例，350N的基礎油有更多難揮發的固體物質，所以徹底揮發350N基礎油就需要更高的溫度和環境[2]。

三、實驗結果及數據分析

（一）基礎油對發動機碳排量的影響

總體上來看，運用350N基礎油的油耗比150N的基礎油油耗明顯的從觀察中來看，無論是在發動機中低速運轉或是高速運轉下，150N的基礎油由于黏度更低，所以對發動機的摩擦副摩擦潤滑作用較差，容易出現更多的摩擦損失。除此之外，由于粘稠度較低，150N的基礎油附著性差，導致火災還組封閉性更加降低，這會一定程度上影響功率輸出，同時提高了發動機的耗油量。另一方面，作者在采取AVL的無阻尾氣分析儀的檢測中可以看出，基礎油發動機排量的氫氧化物CO的排放基本一樣，此外CO的排放差異也并不大。出現這一情況是由于150N基礎油的揮發性比350N的基礎油更強[3]。此外，由于粘度較低，基礎油的揮發會導致局部熱量被一定程度上的吸收而降低黏度，使發動機的缸內燃燒不夠全面，從而加強了未燃HC的排放量。

（二）基礎油對顆粒物排放的影響

在影響層面，基礎油的顆粒物主要是通過微柵的方式，利用透射電子顯微技術的外貌變化，通過顆粒物的形態基本粒子分布形狀大小及聚合體的回轉等參數來開展觀測。從表面上觀測來看，顆粒物在直觀上很難辨別出基礎油對顆粒物形狀所發生的改觀，所以作者對顆粒物進行了更深入的研究，通過商用圖像軟件處理來進行基本粒子的直徑測量。經過測量，柴油機的顆粒物直徑大小基本上是呈正態分布趨勢的不同，基礎油對于顆粒影響主要體現在顆粒的鋪展狀態中。同時，在顆粒物的分型方面，主要是指顆粒物的內部結構分形數據。為了避免繁瑣的求解過程，筆者通過對顆粒物的測量來進行顆粒物的具體統計，根據公式來判別不同顆粒物的直半徑關系，采取不同基礎油顆粒物分形的統計結果來進行數據的整合。經過整合發現，高分形維數顆粒會更多的表現為緊湊的微粒結構，碳粒子之間的重合系數較強[4]。

結束語

綜上所述，作者通過本次研究得出以下幾點結論，一是潤滑油基礎油的粘稠度會對發動機的動力以及其耐久性產生重要的影響。一般來說，粘稠度低的基礎油附著性較差，所以潤滑油的油膜不能更好的密封，在封閉環和缸套接觸面導致發動機的功率受損;二是基礎油對發動機的影響，黏度會增加未燃燒HC的排放量，但是對CO或者NO的影響卻沒有明顯的變化;三是不同類型的基礎油會對顆粒的基本狀態和結構產生影響，但影響較小。不過，一旦黏稠程度的基礎油擴大了基本粒子的分布，會增加基本粒子的回轉半徑;四是基礎油對柴油機顆粒物的排放主要是由于其熱特性所決定的。所以，改善基礎油的揮發成分能夠改善發動機的排量，希望通過作者的研究能夠拋磚引玉，對后續潤滑油基礎油對柴油機的排放影響的研究提供更多的幫助。

參考文獻

[1]王月森;梁興雨;舒歌群;董立輝;王亞軍.潤滑油基礎油對柴油機性能及排放的影響[J].內燃機學報，2019（7）：225.

[2]許廣舉;高鑒;李銘迪;趙洋;林玲.潤滑油添加劑對柴油機顆粒物微觀物理特性的影響研究[J].汽車工程，2020（2）：102-103.

[3]高深;胥昌懋;趙磊;雷凌;田強.潤滑油參數對柴油機顆粒排放成分及特性影響的試驗研究[J].上海交通大學學報，2021（8）：62-64.

[4]馮偉;史強;谷豐收;王鐵;李國興.柴油機碳煙對活塞環-缸套摩擦潤滑影響的研究[J].內燃機科技（高校篇）——中國內燃機學會第六屆青年學術年會論文集，2020（11）：77-78.