甲醇汽油專用潤(rùn)滑油行車試驗(yàn)研究

汪利平,李桂云,朱自強(qiáng),張丙伍

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

甲醇汽油專用潤(rùn)滑油行車試驗(yàn)研究

汪利平1,李桂云1,朱自強(qiáng)2,張丙伍1

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

為考察中國(guó)石油蘭州潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心研制的 SJ 10W-30甲醇汽油專用潤(rùn)滑油的實(shí)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(jìn)行道路行車試驗(yàn)。通過監(jiān)測(cè)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(shí)際行車條件下的使用性能。試驗(yàn)結(jié)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(fā)動(dòng)機(jī)的使用要求。

甲醇汽油;潤(rùn)滑油;行車試驗(yàn)

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(duì)我國(guó)富煤少油的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn),發(fā)展煤基甲醇靈活燃料,降低對(duì)石油的依賴,是我國(guó)車用能源多元化戰(zhàn)略的重要組成部分。在國(guó)家有關(guān)部門的組織下山西、山東、云南、四川等地均進(jìn)行過甲醇燃料替代汽油的試驗(yàn)研究并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益?？萍疾繉?duì)煤制醇醚等汽車代用燃料及代用燃料汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)研究十分重視,并專門設(shè)立了國(guó)家“十五”、“十一五”科技攻關(guān)清潔汽車關(guān)鍵技術(shù)研究開發(fā)與示范應(yīng)用項(xiàng)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(jī)油難以滿足甲醇汽車的性能潤(rùn)滑要求,因此需要開發(fā)甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油與之配套。本文作者研制了甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油,并在甲醇汽油出租車上對(duì)新研制的甲醇汽油專用潤(rùn)滑油進(jìn)行了道路行車試驗(yàn)研究。通過道路實(shí)車對(duì)比試驗(yàn),考察了油品的實(shí)際使用性能。行車試驗(yàn)結(jié)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(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑要求。

1 試驗(yàn)條件與過程

1.1 試驗(yàn)車輛

本次試驗(yàn)選擇了山西佳新能源化工實(shí)業(yè)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(chǎn)的捷達(dá) CIF(04款前衛(wèi))1.6 L舒適型轎車,實(shí)際運(yùn)行里程為 170000 km左右;試驗(yàn)所用甲醇汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼等部件密封良好,無滲油漏油現(xiàn)象,發(fā)動(dòng)機(jī)竄氣正常。試驗(yàn)車輛行駛區(qū)間:山西省晉中市及周邊地區(qū),市內(nèi)路段車多、人多,堵車現(xiàn)象嚴(yán)重,汽車走走停停的頻率高。

1.2 試驗(yàn)燃料油

試驗(yàn)車要求統(tǒng)一使用山西佳新能源化工實(shí)業(yè)有限公司調(diào)合與配送的M100甲醇燃料,甲醇燃料滿足山西省地方標(biāo)準(zhǔn) DB14/T 179-2008《M85、M100車用甲醇燃料》[2],M100車用甲醇燃料技術(shù)要求如表1所示。

表1 M100車用甲醇燃料技術(shù)要求

1.3 試驗(yàn)用潤(rùn)滑油

本次試驗(yàn)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(jí)普通汽油機(jī)油(參比油),其余三輛車使用 SJ 10W-30昆侖甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油(簡(jiǎn)稱專用油)。研制的 SJ 10W-30甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油其主要理化性能指標(biāo)見表2。

1.4 試驗(yàn)過程

首先放凈試驗(yàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)油,更換三濾,裝入試驗(yàn)油。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行 15 min后熱機(jī)采集油樣作為 0 km油樣,之后每 2000 km采樣一次。為減少補(bǔ)加油量對(duì)試驗(yàn)油的影響,按規(guī)定里程熱車取樣,并嚴(yán)格控制每次采油 80 mL,取樣后補(bǔ)加相應(yīng)數(shù)量的新油。根據(jù)行車試驗(yàn)大綱,對(duì)所采集的油樣主要進(jìn)行粘度、堿值、酸值、金屬含量等項(xiàng)目分析。當(dāng)達(dá)到試驗(yàn)要求的里程或者潤(rùn)滑油的理化性能指標(biāo)達(dá)到換油指標(biāo)時(shí),停止試驗(yàn)。由于試驗(yàn)過程中的一些其他原因,三輛使用 SJ 10W-30昆侖甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油的車輛只進(jìn)行了晉 KA 6855車的采樣。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 油品抗氧化性分析

潤(rùn)滑油在試驗(yàn)過程中的抗氧化性主要體現(xiàn)在粘度增長(zhǎng)方面。圖 1是專用潤(rùn)滑油和參比油在行車試驗(yàn)過程中的粘度變化趨勢(shì)。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中,一方面由于剪切作用和燃料油竄入曲軸箱使得潤(rùn)滑油粘度下降,另一方面由于潤(rùn)滑油不斷氧化變質(zhì),油品粘度增加。粘度過低時(shí),油膜強(qiáng)度不夠會(huì)增加摩擦磨損;粘度過高時(shí),對(duì)于甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng),尤其是冷啟動(dòng)時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難,甲醇燃料更容易因汽化不良而竄入氣缸,加劇發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損,同時(shí),粘度過高也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)阻力增加造成功率損失,另外也可能會(huì)堵塞過濾器造成發(fā)動(dòng)機(jī)故障。因此在試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)油品粘度及時(shí)進(jìn)行監(jiān)控,以確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

從圖 1油品粘度變化曲線可以看出,在行車試驗(yàn)過程中,專用潤(rùn)滑油和參比油粘度變化趨勢(shì)基本相同,粘度都是先下降后增高。試驗(yàn)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(zhǎng)。在12000 km試驗(yàn)里程中試驗(yàn)油粘度變化不超過 ±15%,完全滿足換油指標(biāo)和行車試驗(yàn)要求。

圖 1 專用潤(rùn)滑油和參比油粘度增長(zhǎng)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(huì)生成一些甲酸、甲醛和水等液態(tài)殘余物,這些物質(zhì)的酸性大大強(qiáng)于汽油燃燒產(chǎn)物的酸性。這些物質(zhì)會(huì)隨燃料竄入潤(rùn)滑油中,導(dǎo)致油品堿值迅速降低,對(duì)金屬特別是鐵和銅造成腐蝕。同時(shí),這類酸性物質(zhì)可以引起并促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)和氣缸壁的腐蝕磨損。因此需要選擇適合甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(rùn)滑油。圖 2和圖 3是專用潤(rùn)滑油和參比油在試驗(yàn)過程中的堿值和堿值保持性變化,圖 4是專用潤(rùn)滑油和參比油在試驗(yàn)過程中的酸值變化。

圖2 專用潤(rùn)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(rùn)滑油在 12000 km的行車試驗(yàn)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(yàn)過程中,油樣堿值保持性最低為 38.71%,相對(duì)于參比油而言專用潤(rùn)滑油具有較好的酸中和能力和堿值保持性。

圖 3 專用潤(rùn)滑油和參比油堿值保持性變化

圖 4 專用潤(rùn)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(rùn)滑油和參比油在試驗(yàn)過程中油品的酸值均隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而緩慢增長(zhǎng),專用潤(rùn)滑油的酸值增加最大僅為1.64 mgKOH/g,完全滿足換油指標(biāo)所規(guī)定的潤(rùn)滑油酸值最大增長(zhǎng)不大于2.00 mgKOH/g,說明了專用潤(rùn)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(yàn)車試驗(yàn)結(jié)果基本平行。參比油堿值偏低,相應(yīng)的堿值消耗也較快,堿值保持性較差;專用潤(rùn)滑油具有較高的堿值和堿值保持性,具有較強(qiáng)的酸中和能力。

2.3 油品抗磨損性能分析

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中鐵、鋁、銅、鉛、鉻等金屬元素來源于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損。正常情況下,隨著行車?yán)锍虜?shù)的增加,機(jī)油中的金屬含量會(huì)平穩(wěn)增加,當(dāng)金屬含量突然增加時(shí),可能是發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部件發(fā)生了異常磨損,機(jī)油中的這些金屬來源于發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損,所以測(cè)定金屬含量可以對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損情況做出判斷。

潤(rùn)滑油在行車試驗(yàn)過程中的抗磨損性主要體現(xiàn)在各金屬元素含量的增長(zhǎng)上。圖 5～圖 7是專用潤(rùn)滑油和參比油在行車試驗(yàn)過程中鐵、鋁和銅元素隨試驗(yàn)里程的變化趨勢(shì)。

圖 5 專用潤(rùn)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(rùn)滑油中鐵元素隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而增長(zhǎng)。在 12000 km的試驗(yàn)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(yàn)過程中,油樣中的鐵含量增長(zhǎng)迅速,在 7000 km時(shí)油樣中的鐵含量就達(dá)到 72.21μg/g,說明專用潤(rùn)滑油抗磨損性能較好。

圖 6 專用潤(rùn)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(rùn)滑油中鋁元素的變化趨勢(shì)基本一致,均隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而平緩增長(zhǎng),試驗(yàn)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(yàn)過程中,油樣中的鋁含量增長(zhǎng)迅速,在7000 km時(shí)油樣中的鋁含量達(dá)到 25μg/g,說明專用潤(rùn)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(rùn)滑油中銅元素的變化趨勢(shì)基本一致,均隨試驗(yàn)時(shí)間的增加而增長(zhǎng),試驗(yàn)中的銅含量絕對(duì)值都比較小,最大量不超過 60μg/g;但專用潤(rùn)滑油與參比油相比,銅含量更低,說明專用潤(rùn)滑油抗磨損性能優(yōu)于參比油。綜合以上分析,證明設(shè)計(jì)開發(fā)的昆侖 SJ 10W-30甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油相對(duì)于參比油具有更加優(yōu)異的抗摩擦磨損性能。

圖 7 專用潤(rùn)滑油和參比油中銅元素含量變化

2.4 試驗(yàn)里程與油品閃點(diǎn)、水分和戊烷不溶物分析

閃點(diǎn)反映了機(jī)油的燃油稀釋度,而導(dǎo)致燃油稀釋的一種可能原因是活塞與活塞環(huán)的磨損。戊烷不溶物主要是機(jī)油氧化最終生成的氧化沉積產(chǎn)物,同時(shí)也包括灰塵等外來污染物。在機(jī)油性能良好和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常時(shí),一般只對(duì)一個(gè)換油期中的最后一個(gè)油樣的閃點(diǎn)和戊烷不溶物進(jìn)行分析。表 3所列是試驗(yàn)里程與油品閃點(diǎn)、水分和戊烷不溶物的試驗(yàn)結(jié)果。

表3 閃點(diǎn)、水分與戊烷不溶物

由表 3可以看出,試驗(yàn)結(jié)束時(shí),油樣的閃點(diǎn)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(shí),試驗(yàn)車輛司機(jī)反應(yīng)使用專用潤(rùn)滑油的甲醇汽車在啟動(dòng)、運(yùn)行過程中操控性能突出,發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常,無異常情況發(fā)生。綜合分析,專用潤(rùn)滑油的性能可以滿足甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑要求。

3 結(jié)論

(1)行車試驗(yàn)表明:昆侖 SJ 10W-30甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油,能有效中和甲醇燃料燃燒產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物;具有優(yōu)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(jī)械性能;具有優(yōu)異的抗氧化性能,能最大限度地降低潤(rùn)滑油氧化速度,延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

(2)行車試驗(yàn)表明:研制的甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油適用于甲醇汽油 (M0-M100)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑,完全滿足甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能要求;建議甲醇汽車使用甲醇汽油發(fā)動(dòng)機(jī)專用潤(rùn)滑油。

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

[2]DB14/T 179-2008 M85、M100車用甲醇燃料[S].山西省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)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(yè)于天津大學(xué)化學(xué)工藝專業(yè),獲碩士學(xué)位,現(xiàn)主要從事內(nèi)燃機(jī)油與添加劑研究,已在國(guó)內(nèi)外會(huì)議和期刊公開發(fā)表論文5篇。

1002-3119(2010)03-0026-04