甲醇汽油专用润滑油行车试验研究

汪利平,李桂云,朱自强,张丙伍

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060;2.山西省晋中市发展和改革委员会,山西晋中 030600)

甲醇汽油专用润滑油行车试验研究

汪利平1,李桂云1,朱自强2,张丙伍1

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心,甘肃兰州 730060;2.山西省晋中市发展和改革委员会,山西晋中 030600)

为考察中国石油兰州润滑油研究开发中心研制的 SJ 10W-30甲醇汽油专用润滑油的实际使用性能,选用山西省佳新能源化工有限公司改装的M100甲醇汽车进行道路行车试验。通过监测油品理化性能和油品中金属元素含量变化考察了油品在实际行车条件下的使用性能。试验结果表明:该油品具有良好的清净性和分散性,良好的高温抗氧化以及抗磨性能,可以满足M100甲醇汽油发动机的使用要求。

甲醇汽油;润滑油;行车试验

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

针对我国富煤少油的能源结构特点,发展煤基甲醇灵活燃料,降低对石油的依赖,是我国车用能源多元化战略的重要组成部分。在国家有关部门的组织下山西、山东、云南、四川等地均进行过甲醇燃料替代汽油的试验研究并取得了良好的经济效益和环保效益。科技部对煤制醇醚等汽车代用燃料及代用燃料汽车发动机技术研究十分重视,并专门设立了国家“十五”、“十一五”科技攻关清洁汽车关键技术研究开发与示范应用项目“甲醇燃料汽车 M85-M100示范工程”[1]。由于甲醇汽油与无铅汽油的差别较大,目前使用的汽油机油难以满足甲醇汽车的性能润滑要求,因此需要开发甲醇汽油发动机专用润滑油与之配套。本文作者研制了甲醇汽油发动机专用润滑油,并在甲醇汽油出租车上对新研制的甲醇汽油专用润滑油进行了道路行车试验研究。通过道路实车对比试验,考察了油品的实际使用性能。行车试验结果表明:专用油具有良好的清净性、分散性和良好的高温抗氧抗磨损性,可以满足甲醇汽油发动机的润滑要求。

1 试验条件与过程

1.1 试验车辆

本次试验选择了山西佳新能源化工实业有限公司改造的同一批次、车况良好、具有代表性的一汽大众公司生产的捷达 CIF(04款前卫)1.6 L舒适型轿车,实际运行里程为 170000 km左右;试验所用甲醇汽车发动机油底壳等部件密封良好,无渗油漏油现象,发动机窜气正常。试验车辆行驶区间:山西省晋中市及周边地区,市内路段车多、人多,堵车现象严重,汽车走走停停的频率高。

1.2 试验燃料油

试验车要求统一使用山西佳新能源化工实业有限公司调合与配送的M100甲醇燃料,甲醇燃料满足山西省地方标准 DB14/T 179-2008《M85、M100车用甲醇燃料》[2],M100车用甲醇燃料技术要求如表1所示。

表1 M100车用甲醇燃料技术要求

1.3 试验用润滑油

本次试验一共选择了 4辆甲醇汽油车,分别为晋 KA 6855、晋 KB 2185、晋 KB 6025和晋 KT 0843,其中晋 KT 0843车用 SJ级普通汽油机油(参比油),其余三辆车使用 SJ 10W-30昆仑甲醇汽油发动机专用润滑油(简称专用油)。研制的 SJ 10W-30甲醇汽油发动机专用润滑油其主要理化性能指标见表2。

1.4 试验过程

首先放净试验车辆发动机油,更换三滤,装入试验油。发动机运行 15 min后热机采集油样作为 0 km油样,之后每 2000 km采样一次。为减少补加油量对试验油的影响,按规定里程热车取样,并严格控制每次采油 80 mL,取样后补加相应数量的新油。根据行车试验大纲,对所采集的油样主要进行粘度、碱值、酸值、金属含量等项目分析。当达到试验要求的里程或者润滑油的理化性能指标达到换油指标时,停止试验。由于试验过程中的一些其他原因,三辆使用 SJ 10W-30昆仑甲醇汽油发动机专用润滑油的车辆只进行了晋 KA 6855车的采样。

2 试验结果与讨论

2.1 油品抗氧化性分析

润滑油在试验过程中的抗氧化性主要体现在粘度增长方面。图 1是专用润滑油和参比油在行车试验过程中的粘度变化趋势。在发动机运转过程中,一方面由于剪切作用和燃料油窜入曲轴箱使得润滑油粘度下降,另一方面由于润滑油不断氧化变质,油品粘度增加。粘度过低时,油膜强度不够会增加摩擦磨损;粘度过高时,对于甲醇汽油发动机的启动,尤其是冷启动时,发动机启动困难,甲醇燃料更容易因汽化不良而窜入气缸,加剧发动机的磨损,同时,粘度过高也会导致流动阻力增加造成功率损失,另外也可能会堵塞过滤器造成发动机故障。因此在试验过程中应当对油品粘度及时进行监控,以确保发动机运转正常。

从图 1油品粘度变化曲线可以看出,在行车试验过程中,专用润滑油和参比油粘度变化趋势基本相同,粘度都是先下降后增高。试验开始后,油品受到剪切作用和甲醇燃料窜入曲轴箱,粘度有一定的下降,随后由于油品的氧化,油品粘度缓慢增长。在12000 km试验里程中试验油粘度变化不超过 ±15%,完全满足换油指标和行车试验要求。

图 1 专用润滑油和参比油粘度增长率变化

2.2 油品碱值保持性和酸中和性能分析

甲醇燃料燃烧过程中会生成一些甲酸、甲醛和水等液态残余物,这些物质的酸性大大强于汽油燃烧产物的酸性。这些物质会随燃料窜入润滑油中,导致油品碱值迅速降低,对金属特别是铁和铜造成腐蚀。同时,这类酸性物质可以引起并促进发动机活塞环和气缸壁的腐蚀磨损。因此需要选择适合甲醇汽油发动机要求的高碱值,良好碱值保持能力和酸中和能力,腐蚀抑制能力和抗磨性能的专用润滑油。图 2和图 3是专用润滑油和参比油在试验过程中的碱值和碱值保持性变化,图 4是专用润滑油和参比油在试验过程中的酸值变化。

图2 专用润滑油和参比油碱值变化

从图 2、图 3碱值变化曲线图可以看出,专用润滑油在 12000 km的行车试验过程中,油样碱值保持性最低为 44.36%;而参比油在7000 km的行车试验过程中,油样碱值保持性最低为 38.71%,相对于参比油而言专用润滑油具有较好的酸中和能力和碱值保持性。

图 3 专用润滑油和参比油碱值保持性变化

图 4 专用润滑油和参比油酸值变化

由图 4油品酸值变化曲线可以看出,专用润滑油和参比油在试验过程中油品的酸值均随试验时间的增加而缓慢增长,专用润滑油的酸值增加最大仅为1.64 mgKOH/g,完全满足换油指标所规定的润滑油酸值最大增长不大于2.00 mgKOH/g,说明了专用润滑油具有较好的酸中和能力。

从图2、图3油品碱值变化曲线和图4油品酸值变化曲线可以看出,两辆试验车试验结果基本平行。参比油碱值偏低,相应的碱值消耗也较快,碱值保持性较差;专用润滑油具有较高的碱值和碱值保持性,具有较强的酸中和能力。

2.3 油品抗磨损性能分析

发动机润滑油中铁、铝、铜、铅、铬等金属元素来源于发动机部件的磨损。正常情况下,随着行车里程数的增加,机油中的金属含量会平稳增加,当金属含量突然增加时,可能是发动机的某些部件发生了异常磨损,机油中的这些金属来源于发动机部件的磨损,所以测定金属含量可以对发动机的磨损情况做出判断。

润滑油在行车试验过程中的抗磨损性主要体现在各金属元素含量的增长上。图 5～图 7是专用润滑油和参比油在行车试验过程中铁、铝和铜元素随试验里程的变化趋势。

图 5 专用润滑油和参比油中铁元素含量变化

图 5是油品中铁元素含量变化曲线,从图 5可以看出,专用润滑油中铁元素随试验时间的增加而增长。在 12000 km的试验过程中,油样中的铁含量最大量不超过 60μg/g;而参比油在试验过程中,油样中的铁含量增长迅速,在 7000 km时油样中的铁含量就达到 72.21μg/g,说明专用润滑油抗磨损性能较好。

图 6 专用润滑油和参比油中铝元素含量变化

图 6是油品中铝元素含量变化曲线,由图 6可以看出,专用润滑油中铝元素的变化趋势基本一致,均随试验时间的增加而平缓增长,试验中的铝含量都较小,最大量不超过 20μg/g;而参比油在 7000 km的试验过程中,油样中的铝含量增长迅速,在7000 km时油样中的铝含量达到 25μg/g,说明专用润滑油抗磨损性能较好。

图 7是油品中铜元素含量变化曲线,由图 7可以看出,专用润滑油中铜元素的变化趋势基本一致,均随试验时间的增加而增长,试验中的铜含量绝对值都比较小,最大量不超过 60μg/g;但专用润滑油与参比油相比,铜含量更低,说明专用润滑油抗磨损性能优于参比油。综合以上分析,证明设计开发的昆仑 SJ 10W-30甲醇汽油发动机专用润滑油相对于参比油具有更加优异的抗摩擦磨损性能。

图 7 专用润滑油和参比油中铜元素含量变化

2.4 试验里程与油品闪点、水分和戊烷不溶物分析

闪点反映了机油的燃油稀释度,而导致燃油稀释的一种可能原因是活塞与活塞环的磨损。戊烷不溶物主要是机油氧化最终生成的氧化沉积产物,同时也包括灰尘等外来污染物。在机油性能良好和发动机运转正常时,一般只对一个换油期中的最后一个油样的闪点和戊烷不溶物进行分析。表 3所列是试验里程与油品闪点、水分和戊烷不溶物的试验结果。

表3 闪点、水分与戊烷不溶物

由表 3可以看出,试验结束时,油样的闪点都比较高,戊烷不溶物含量很小,说明油品的抗氧抗腐性很好,水分含量也比较低。同时,试验车辆司机反应使用专用润滑油的甲醇汽车在启动、运行过程中操控性能突出,发动机运转正常,无异常情况发生。综合分析,专用润滑油的性能可以满足甲醇汽油发动机的润滑要求。

3 结论

(1)行车试验表明:昆仑 SJ 10W-30甲醇汽油发动机专用润滑油,能有效中和甲醇燃料燃烧产生的酸性产物;具有优良的酸中和能力和碱值保持性;具有较好的抗摩擦磨损性能,能最大限度地减少摩擦和磨损,提高机械性能;具有优异的抗氧化性能,能最大限度地降低润滑油氧化速度,延长发动机的使用寿命。

(2)行车试验表明:研制的甲醇汽油发动机专用润滑油适用于甲醇汽油 (M0-M100)发动机润滑,完全满足甲醇汽油发动机的使用性能要求;建议甲醇汽车使用甲醇汽油发动机专用润滑油。

[1]李忠,郑华艳,谢克昌.甲醇燃料的研究进展与展望[J].化工进展,2008,27(11):1684-1695.

[2]DB14/T 179-2008 M85、M100车用甲醇燃料[S].山西省质量技术监督局.

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年毕业于天津大学化学工艺专业,获硕士学位,现主要从事内燃机油与添加剂研究,已在国内外会议和期刊公开发表论文5篇。

1002-3119(2010)03-0026-04