長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油的應(yīng)用研究

林志鵬

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司上海研究院

近年來(lái)，隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和節(jié)能減排戰(zhàn)略的逐步實(shí)施，使用清潔氣體燃料的純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)以低的二氧化碳排放、無(wú)硫氧化物和顆粒物排放的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始越來(lái)越受到關(guān)注。四沖程純氣體中速發(fā)動(dòng)機(jī)主要用于各種分布式能源系統(tǒng)、船舶主（副）機(jī)、陸用電站、移動(dòng)電站和煤層氣發(fā)電等領(lǐng)域。純氣體中速發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)于中速柴油機(jī)，工作溫度更高，其使用的發(fā)動(dòng)機(jī)油（氣體機(jī)油）更容易發(fā)生氧化和硝化反應(yīng)，生產(chǎn)酸性物質(zhì)和沉積物；由于純氣體中速發(fā)動(dòng)機(jī)使用的氣體燃料硫含量極低，要求發(fā)動(dòng)機(jī)油在具備良好的清凈性的同時(shí)，有較低的堿值。目前純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)油尚未形成統(tǒng)一的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn),也極少有在四沖程中速純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)上的相關(guān)應(yīng)用研究。

本文采用長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油在某四沖程純氣體中速發(fā)動(dòng)機(jī)上開(kāi)展了300 h的應(yīng)用試驗(yàn)，通過(guò)定期采集在用油進(jìn)行檢測(cè)，并且在試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行拆機(jī)檢查，確認(rèn)油品是否滿足四沖程純氣體中速發(fā)動(dòng)機(jī)的用油要求。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)用氣體發(fā)動(dòng)機(jī)

試驗(yàn)用氣體發(fā)動(dòng)機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表1。

試驗(yàn)用氣體機(jī)油

根據(jù)燃料類(lèi)型，應(yīng)選用堿值較低的產(chǎn)品。根據(jù)純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣閥的保護(hù)要求[1]，氣體機(jī)油的硫酸鹽灰分過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的沉積物，過(guò)低會(huì)造成進(jìn)氣閥的磨損[2]。因此，本研究選用的氣體機(jī)油為T(mén)BN 6，硫酸鹽灰分0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），SAE 40黏度等級(jí)的產(chǎn)品，其典型數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表1 試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油典型數(shù)據(jù)

氣體機(jī)油的評(píng)價(jià)

試驗(yàn)過(guò)程中，每100 h采集在用油進(jìn)行檢測(cè)，直至試驗(yàn)結(jié)束。分析項(xiàng)目包括：運(yùn)動(dòng)黏度（100 ℃）、閃點(diǎn)（閉口）、堿值、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、元素分析，通過(guò)對(duì)在用油的監(jiān)控，判定發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，評(píng)價(jià)長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油的性能[3]。

圖1 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化

試驗(yàn)結(jié)果與討論

在用油分析

應(yīng)用試驗(yàn)期間，共收集100 h、200 h、300 h的在用油油樣，對(duì)3次在用油油樣與0 h油樣的分析數(shù)據(jù)作圖。

運(yùn)動(dòng)黏度分析

合適的運(yùn)動(dòng)黏度能夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)油在摩擦金屬表面產(chǎn)生合適強(qiáng)度的油膜，保證潤(rùn)滑效果。試驗(yàn)油的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度變化見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，試驗(yàn)油樣在試驗(yàn)過(guò)程中黏度變化平穩(wěn)，能夠保證油品形成的油膜有合適的強(qiáng)度。

堿值分析

足夠的堿值用于中和燃料燃燒產(chǎn)生的少量酸性物質(zhì)，防止腐蝕；同時(shí)堿值也反映油品中清凈劑的量，足夠的清凈劑可保證油品的清凈性，控制沉積物的產(chǎn)生。試驗(yàn)油的堿值變化見(jiàn)圖2。

從圖2可以看出，試驗(yàn)油樣在試驗(yàn)過(guò)程中堿值變化平穩(wěn)，表明油品具有良好的堿值保持性。

戊烷不溶物分析

油品在內(nèi)部高溫的條件下，特別是在發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件作為催化劑的條件下，可能會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生不溶物，因此試驗(yàn)油樣的戊烷不溶物含量能反映油品的氧化情況。另外，戊烷不溶物還包括灰塵、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損金屬顆粒物等。試驗(yàn)油的戊烷不溶物變化見(jiàn)圖3。

從圖3可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中戊烷不溶物一直保持低于0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水平，表明油品氧化情況良好，油品具有良好的抗氧化性能且僅有極少的固體顆粒不溶物混入。

閃點(diǎn)分析

閃點(diǎn)是油品的安全指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)控試驗(yàn)油樣的閃點(diǎn)，可以看出是否有低閃點(diǎn)的組分混入油品中。試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)油樣的閃點(diǎn)變化見(jiàn)圖4。

從圖4可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中閃點(diǎn)處在安全位置，表明沒(méi)有低閃點(diǎn)的組分混入。

磨損金屬含量分析

通過(guò)元素分析，監(jiān)測(cè)試驗(yàn)油中的鐵、鋁、銅3種金屬元素含量，考察發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備活塞、缸套等主要金屬部件的磨損情況。試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中磨損元素含量變化見(jiàn)圖5。

從圖5可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中的磨損金屬元素含量非常低，表明發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備活塞、缸套等金屬部件磨損情況良好，試驗(yàn)油具有優(yōu)異的抗磨性能。

氧化值分析

以紅外光譜直接趨勢(shì)法(ASTM E2412)分析試驗(yàn)油品在試驗(yàn)過(guò)程中的氧化值變化，可以更直觀地反映油品的氧化情況，試驗(yàn)油的氧化值變化見(jiàn)圖6。

從圖6可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中氧化值變化平穩(wěn)，表明油品氧化情況良好，油品具有良好的抗氧化性能。

圖2 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油堿值變化

圖3 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油戊烷不溶物變化

圖4 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油閃點(diǎn)變化

硝化值分析

氣體發(fā)動(dòng)機(jī)較柴油發(fā)動(dòng)機(jī)有更高的工作溫度，高溫情況下潤(rùn)滑油容易與氮?dú)?、氧氣發(fā)生硝化反應(yīng)生成酸性物質(zhì)。通過(guò)紅外光譜直接趨勢(shì)法(ASTM E2412)測(cè)試試驗(yàn)過(guò)程中試驗(yàn)油樣的硝化值變化情況，能反映油品發(fā)生硝化反應(yīng)的情況。試驗(yàn)油的硝化值變化見(jiàn)圖7。

從圖7可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中硝化值變化平穩(wěn)，表明油品發(fā)生硝化反應(yīng)的情況良好，油品具有良好的抗硝化性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)拆檢

應(yīng)用研究開(kāi)展了300 h后進(jìn)行拆機(jī)檢查，主要檢查了No.6缸的活塞、缸套、曲軸箱、氣缸蓋、氣閥、主軸瓦等部位。發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸活塞檢查情況見(jiàn)圖8。

從圖8可以看出，活塞環(huán)槽、環(huán)臺(tái)積炭情況良好，無(wú)嚴(yán)重漆膜；活塞裙部磨損情況基本良好，無(wú)明顯漆膜；一些位置出現(xiàn)少量刮痕，從形狀看是由于發(fā)動(dòng)機(jī)金屬部件碎屑引起。

圖5 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油磨損金屬元素含量變化

圖6 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油氧化值變化

圖7 長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油硝化值變化

圖8 活塞拆檢情況

圖9 曲軸箱拆檢情況

圖10 氣缸蓋拆檢情況

發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸對(duì)應(yīng)曲軸箱部位檢查情況見(jiàn)圖9。

從圖9可以看出，No.6曲軸箱曲軸磨損情況良好，未出現(xiàn)異常磨損。

發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸的氣缸蓋部位檢查情況見(jiàn)圖10。

從圖10可以看出，No.6氣缸蓋無(wú)明顯沉積物存在。

發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸對(duì)應(yīng)氣門(mén)檢查情況見(jiàn)圖11。

從圖11可以看出，No.6缸氣閥狀態(tài)正常，磨損情況良好，且無(wú)明顯沉積物。

發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸缸套檢查情況見(jiàn)圖12。

從圖12可以看出，No.6缸缸套表面狀況良好，無(wú)異常磨損。

發(fā)動(dòng)機(jī)No.6缸主軸瓦檢查情況見(jiàn)圖13。

從圖13可以看出，No.6缸主軸瓦表面狀況良好，無(wú)異常磨損，且金屬部件未發(fā)生明顯的金屬氧化變化。

圖11 氣門(mén)拆檢情況

圖12 缸套拆檢情況

圖13 主軸瓦拆檢情況

結(jié)論

☆長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油在應(yīng)用研究中表現(xiàn)出優(yōu)異的綜合性能。在用油分析、拆機(jī)檢查結(jié)果表明，油品具有良好的黏度保持性和堿值保持性；具有良好的抗氧化、抗硝化性能；具有良好的高溫清凈性與抗磨性能。

☆長(zhǎng)城中速燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用油適合于四沖程中速純氣體發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸和曲軸箱的潤(rùn)滑。