潤滑油基礎(chǔ)油對柴油機(jī)性能及排放的影響

羅柳云

摘要：這些年，隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及人們環(huán)境保護(hù)意識的提高，人們紛紛意識到柴油機(jī)中有害氣體的排放對大氣污染的嚴(yán)重影響，同時(shí)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(guān)從業(yè)者和專家們的注意。同時(shí)，為了更好的保護(hù)環(huán)境，很多國家和地區(qū)都出臺了更加嚴(yán)格的有害污染物排放法規(guī)來限制發(fā)動機(jī)汽車的尾氣排放。據(jù)相關(guān)研究表明，在汽車行駛過程中除了發(fā)動機(jī)燃料種類、發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會對后續(xù)的氣體排放產(chǎn)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(jī)排放量有著很大的干擾因素。潤滑油通過汽車缸內(nèi)的蒸發(fā)等方式伴隨著燃油消耗，會進(jìn)行同步的氣體排放。所以，如何提高潤滑油基礎(chǔ)油的質(zhì)量，將直接影響柴油機(jī)的使用性能以及污染物排放量。在本文中，筆者結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，具體研究了潤滑油對柴油機(jī)的性能及排放影響，并給出具體的優(yōu)化建議，希望能對相關(guān)從業(yè)者給予一定的幫助。

關(guān)鍵詞：潤滑油基礎(chǔ)油;柴油機(jī)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(fā)動機(jī)氣體排放量的影響，選用了不同的方式來對發(fā)動機(jī)潤滑油的氣體排放實(shí)施監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明，由于揮發(fā)性極熱特性等差異，潤滑油中的基礎(chǔ)油，對于發(fā)動機(jī)的顆粒物排放量是有明顯影響的，在下文中作者將進(jìn)行具體的分析。

一、實(shí)驗(yàn)方法

（一）發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)，在試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動機(jī)搭載一臺水力測功機(jī)來進(jìn)行數(shù)值的測量，作者采取不同粘度的礦物質(zhì)油（也稱為中性油）分別為350N和150N。此外，為了確保數(shù)據(jù)樣本的客觀性和準(zhǔn)確性，測試的記錄完全是在發(fā)動機(jī)熱機(jī)后再進(jìn)行計(jì)數(shù)的，在更換油底殼中潤滑油時(shí)使用的所有機(jī)油將用于基礎(chǔ)油和發(fā)動機(jī)的清洗工作，以此來確保發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不受此前一種潤滑油的數(shù)值影響。

（二）柴油機(jī)的氣態(tài)排放測量

為了使氣體排放量的測量數(shù)值更準(zhǔn)確，作者采用AVL公司的4000LIGHT的尾氣分析儀進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分析，對于柴油機(jī)排放的NO值、HC值、和CO數(shù)值等進(jìn)行了分別的測量，測量借助顆粒物的采集分析等方式來準(zhǔn)確的判別柴油機(jī)氣態(tài)排放數(shù)值。

（三）顆粒物的分析和采集

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

二、潤滑油基礎(chǔ)油的成分和熱特性

為了能夠更好的了解不同基礎(chǔ)油的排放影響程度，作者針對兩種不同基礎(chǔ)油的成分和熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)的探究，通過氣相色譜、質(zhì)譜聯(lián)用等檢測方式來探究到基礎(chǔ)油的主要組成部分。作者通過大數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)和對比發(fā)現(xiàn)，150N基礎(chǔ)油中含有十四烷、十五烷、十六烷、二十二烷等十余種物質(zhì);而350N的基礎(chǔ)油含有十五烷、十六烷、十七烷、十八烷和二十九烷等物質(zhì)。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(fā)的耗氧程度，也影響其排放對于空氣的影響。從另一個(gè)角度來看，通過熱重分析儀也能夠更好地探究出基礎(chǔ)油的熱特性。在氮?dú)夥諊?，質(zhì)量降低主要由于潤滑油基礎(chǔ)油揮發(fā)后的破裂，直接導(dǎo)致局部范圍內(nèi)的燃燒程度下降，致使柴油機(jī)的排放氣體量增加，另外基礎(chǔ)油的裂解和燃燒也是對柴油機(jī)的氣體排放帶來很大的影響。據(jù)作者觀察，150N基礎(chǔ)油會在150度開始出現(xiàn)質(zhì)量損失，而350N的基礎(chǔ)油在溫度接近230度時(shí)才開始進(jìn)行揮發(fā)和裂解。另一方面，隨著溫度的不斷提高，兩種基礎(chǔ)油的質(zhì)量損失率會發(fā)生一定的變化，這種現(xiàn)象說明兩種不同的基礎(chǔ)油中不同的揮發(fā)性存在不同的比例，350N的基礎(chǔ)油有更多難揮發(fā)的固體物質(zhì)，所以徹底揮發(fā)350N基礎(chǔ)油就需要更高的溫度和環(huán)境[2]。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

（一）基礎(chǔ)油對發(fā)動機(jī)碳排量的影響

總體上來看，運(yùn)用350N基礎(chǔ)油的油耗比150N的基礎(chǔ)油油耗明顯的從觀察中來看，無論是在發(fā)動機(jī)中低速運(yùn)轉(zhuǎn)或是高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，150N的基礎(chǔ)油由于黏度更低，所以對發(fā)動機(jī)的摩擦副摩擦潤滑作用較差，容易出現(xiàn)更多的摩擦損失。除此之外，由于粘稠度較低，150N的基礎(chǔ)油附著性差，導(dǎo)致火災(zāi)還組封閉性更加降低，這會一定程度上影響功率輸出，同時(shí)提高了發(fā)動機(jī)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(chǔ)油發(fā)動機(jī)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(xiàn)這一情況是由于150N基礎(chǔ)油的揮發(fā)性比350N的基礎(chǔ)油更強(qiáng)[3]。此外，由于粘度較低，基礎(chǔ)油的揮發(fā)會導(dǎo)致局部熱量被一定程度上的吸收而降低黏度，使發(fā)動機(jī)的缸內(nèi)燃燒不夠全面，從而加強(qiáng)了未燃HC的排放量。

（二）基礎(chǔ)油對顆粒物排放的影響

在影響層面，基礎(chǔ)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(shù)的外貌變化，通過顆粒物的形態(tài)基本粒子分布形狀大小及聚合體的回轉(zhuǎn)等參數(shù)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(chǔ)油對顆粒物形狀所發(fā)生的改觀，所以作者對顆粒物進(jìn)行了更深入的研究，通過商用圖像軟件處理來進(jìn)行基本粒子的直徑測量。經(jīng)過測量，柴油機(jī)的顆粒物直徑大小基本上是呈正態(tài)分布趨勢的不同，基礎(chǔ)油對于顆粒影響主要體現(xiàn)在顆粒的鋪展?fàn)顟B(tài)中。同時(shí)，在顆粒物的分型方面，主要是指顆粒物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分形數(shù)據(jù)。為了避免繁瑣的求解過程，筆者通過對顆粒物的測量來進(jìn)行顆粒物的具體統(tǒng)計(jì)，根據(jù)公式來判別不同顆粒物的直半徑關(guān)系，采取不同基礎(chǔ)油顆粒物分形的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合。經(jīng)過整合發(fā)現(xiàn)，高分形維數(shù)顆粒會更多的表現(xiàn)為緊湊的微粒結(jié)構(gòu)，碳粒子之間的重合系數(shù)較強(qiáng)[4]。

結(jié)束語

綜上所述，作者通過本次研究得出以下幾點(diǎn)結(jié)論，一是潤滑油基礎(chǔ)油的粘稠度會對發(fā)動機(jī)的動力以及其耐久性產(chǎn)生重要的影響。一般來說，粘稠度低的基礎(chǔ)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(huán)和缸套接觸面導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的功率受損;二是基礎(chǔ)油對發(fā)動機(jī)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(chǔ)油會對顆粒的基本狀態(tài)和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，但影響較小。不過，一旦黏稠程度的基礎(chǔ)油擴(kuò)大了基本粒子的分布，會增加基本粒子的回轉(zhuǎn)半徑;四是基礎(chǔ)油對柴油機(jī)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(chǔ)油的揮發(fā)成分能夠改善發(fā)動機(jī)的排量，希望通過作者的研究能夠拋磚引玉，對后續(xù)潤滑油基礎(chǔ)油對柴油機(jī)的排放影響的研究提供更多的幫助。

參考文獻(xiàn)

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