润滑油基础油对柴油机性能及排放的影响

罗柳云

摘要：这些年，随着我国社会经济的快速发展以及人们环境保护意识的提高，人们纷纷意识到柴油机中有害气体的排放对大气污染的严重影响，同时也一定程度上威胁了人们的健康，这些问题逐渐引起了相关从业者和专家们的注意。同时，为了更好的保护环境，很多国家和地区都出台了更加严格的有害污染物排放法规来限制发动机汽车的尾气排放。据相关研究表明，在汽车行驶过程中除了发动机燃料种类、发动机的结构设计会对后续的气体排放产生一定的影响;另外一方面，汽车使用润滑油的种类也对柴油机排放量有着很大的干扰因素。润滑油通过汽车缸内的蒸发等方式伴随着燃油消耗，会进行同步的气体排放。所以，如何提高润滑油基础油的质量，将直接影响柴油机的使用性能以及污染物排放量。在本文中，笔者结合实际工作经验，具体研究了润滑油对柴油机的性能及排放影响，并给出具体的优化建议，希望能对相关从业者给予一定的帮助。

关键词：润滑油基础油;柴油机性能;排放;影响

在本文中，作者为了更好的分析和探究润滑油对于发动机气体排放量的影响，选用了不同的方式来对发动机润滑油的气体排放实施监测和实验。经实验表明，由于挥发性极热特性等差异，润滑油中的基础油，对于发动机的颗粒物排放量是有明显影响的，在下文中作者将进行具体的分析。

一、实验方法

（一）发动机和润滑油的工况

在研究过程中，作者采取一臺四缸四冲的直列活轮发动机，在试验时，发动机搭载一台水力测功机来进行数值的测量，作者采取不同粘度的矿物质油（也称为中性油）分别为350N和150N。此外，为了确保数据样本的客观性和准确性，测试的记录完全是在发动机热机后再进行计数的，在更换油底壳中润滑油时使用的所有机油将用于基础油和发动机的清洗工作，以此来确保发动机运转时不受此前一种润滑油的数值影响。

（二）柴油机的气态排放测量

为了使气体排放量的测量数值更准确，作者采用AVL公司的4000LIGHT的尾气分析仪进行科学系统的分析，对于柴油机排放的NO值、HC值、和CO数值等进行了分别的测量，测量借助颗粒物的采集分析等方式来准确的判别柴油机气态排放数值。

（三）颗粒物的分析和采集

在数据采集方面，通过对润滑油基础油颗粒物的排放，将颗粒物进行收集和分析，对发动机的排气管进行后期的改装，在废气流中进行分支，从而更好的进行数据的采集。在实际的测验时，将定性的滤纸折成锥孔状，使其变成直径为3毫米的铜网滤纸。同时，在过滤过程中采取引流的方式从出气口扫过，实现颗粒物的收集。在样本采完后，也要将铜网微栅和定性的过滤纸进行采样和实验。此外，为了确保测量数据的精准性，在实际测量时，要通过放大40000倍的电镜图来对颗粒物进行观察，针对每一种情况，选取轮廓清晰颗粒物均匀来进行图片测量，避免因人工技术方面出现数值的误差[1]。

二、润滑油基础油的成分和热特性

为了能够更好的了解不同基础油的排放影响程度，作者针对两种不同基础油的成分和热特性进行了系统的探究，通过气相色谱、质谱联用等检测方式来探究到基础油的主要组成部分。作者通过大数据的发现和对比发现，150N基础油中含有十四烷、十五烷、十六烷、二十二烷等十余种物质;而350N的基础油含有十五烷、十六烷、十七烷、十八烷和二十九烷等物质。与150N相比，350N含气体种类较少，这些差异性必定会影响其后期燃烧和挥发的耗氧程度，也影响其排放对于空气的影响。从另一个角度来看，通过热重分析仪也能够更好地探究出基础油的热特性。在氮气氛围下，质量降低主要由于润滑油基础油挥发后的破裂，直接导致局部范围内的燃烧程度下降，致使柴油机的排放气体量增加，另外基础油的裂解和燃烧也是对柴油机的气体排放带来很大的影响。据作者观察，150N基础油会在150度开始出现质量损失，而350N的基础油在温度接近230度时才开始进行挥发和裂解。另一方面，随着温度的不断提高，两种基础油的质量损失率会发生一定的变化，这种现象说明两种不同的基础油中不同的挥发性存在不同的比例，350N的基础油有更多难挥发的固体物质，所以彻底挥发350N基础油就需要更高的温度和环境[2]。

三、实验结果及数据分析

（一）基础油对发动机碳排量的影响

总体上来看，运用350N基础油的油耗比150N的基础油油耗明显的从观察中来看，无论是在发动机中低速运转或是高速运转下，150N的基础油由于黏度更低，所以对发动机的摩擦副摩擦润滑作用较差，容易出现更多的摩擦损失。除此之外，由于粘稠度较低，150N的基础油附着性差，导致火灾还组封闭性更加降低，这会一定程度上影响功率输出，同时提高了发动机的耗油量。另一方面，作者在采取AVL的无阻尾气分析仪的检测中可以看出，基础油发动机排量的氢氧化物CO的排放基本一样，此外CO的排放差异也并不大。出现这一情况是由于150N基础油的挥发性比350N的基础油更强[3]。此外，由于粘度较低，基础油的挥发会导致局部热量被一定程度上的吸收而降低黏度，使发动机的缸内燃烧不够全面，从而加强了未燃HC的排放量。

（二）基础油对颗粒物排放的影响

在影响层面，基础油的颗粒物主要是通过微栅的方式，利用透射电子显微技术的外貌变化，通过颗粒物的形态基本粒子分布形状大小及聚合体的回转等参数来开展观测。从表面上观测来看，颗粒物在直观上很难辨别出基础油对颗粒物形状所发生的改观，所以作者对颗粒物进行了更深入的研究，通过商用图像软件处理来进行基本粒子的直径测量。经过测量，柴油机的颗粒物直径大小基本上是呈正态分布趋势的不同，基础油对于颗粒影响主要体现在颗粒的铺展状态中。同时，在颗粒物的分型方面，主要是指颗粒物的内部结构分形数据。为了避免繁琐的求解过程，笔者通过对颗粒物的测量来进行颗粒物的具体统计，根据公式来判别不同颗粒物的直半径关系，采取不同基础油颗粒物分形的统计结果来进行数据的整合。经过整合发现，高分形维数颗粒会更多的表现为紧凑的微粒结构，碳粒子之间的重合系数较强[4]。

结束语

综上所述，作者通过本次研究得出以下几点结论，一是润滑油基础油的粘稠度会对发动机的动力以及其耐久性产生重要的影响。一般来说，粘稠度低的基础油附着性较差，所以润滑油的油膜不能更好的密封，在封闭环和缸套接触面导致发动机的功率受损;二是基础油对发动机的影响，黏度会增加未燃烧HC的排放量，但是对CO或者NO的影响却没有明显的变化;三是不同类型的基础油会对颗粒的基本状态和结构产生影响，但影响较小。不过，一旦黏稠程度的基础油扩大了基本粒子的分布，会增加基本粒子的回转半径;四是基础油对柴油机颗粒物的排放主要是由于其热特性所决定的。所以，改善基础油的挥发成分能够改善发动机的排量，希望通过作者的研究能够抛砖引玉，对后续润滑油基础油对柴油机的排放影响的研究提供更多的帮助。

参考文献

[1]王月森;梁兴雨;舒歌群;董立辉;王亚军.润滑油基础油对柴油机性能及排放的影响[J].内燃机学报，2019（7）：225.

[2]许广举;高鉴;李铭迪;赵洋;林玲.润滑油添加剂对柴油机颗粒物微观物理特性的影响研究[J].汽车工程，2020（2）：102-103.

[3]高深;胥昌懋;赵磊;雷凌;田强.润滑油参数对柴油机颗粒排放成分及特性影响的试验研究[J].上海交通大学学报，2021（8）：62-64.

[4]冯伟;史强;谷丰收;王铁;李国兴.柴油机碳烟对活塞环-缸套摩擦润滑影响的研究[J].内燃机科技（高校篇）——中国内燃机学会第六届青年学术年会论文集，2020（11）：77-78.