姚文釗 李廣濤 王志文 王斌文

1 西安石油大佳潤實業(yè)有限公司

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本文選取平?jīng)鲋辛π履茉醇状汲鲎廛囉邢挢熑喂镜募芃100甲醇汽車進行道路行車試驗研究，通過油品理化指標檢測、性能評價及油品中金屬元素含量變化，考察了研制開發(fā)的甲醇發(fā)動機專用油在實際行駛條件下的綜合使用性能。結果表明，研制油品具有優(yōu)良的酸中和能力和堿值保持性、優(yōu)異的高溫抗氧化及抗磨損性能，可以滿足M100甲醇燃料發(fā)動機的使用要求。

隨著人們節(jié)能和環(huán)保意識的增強，對大氣質(zhì)量的控制以及汽車排放提出了嚴格要求，開發(fā)代用燃料成為時代緊迫的任務之一。針對我國富煤少油的能源結構特點，發(fā)展煤基甲醇燃料，降低對石油的依賴，是我國車用能源多元化戰(zhàn)略的重要組成部分，有利于緩解我國目前石油緊缺現(xiàn)狀，促進我國汽車工業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，改善大氣、實現(xiàn)節(jié)能減排，保證國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展[1]。

近年來，甲醇作為汽車發(fā)動機的一種代用燃料已經(jīng)得到了廣泛研究和應用。醇類燃料的特點是辛烷值高、蒸發(fā)潛熱大，因此允許發(fā)動機在較高的壓縮比下使用，其結果可以改善發(fā)動機的熱效率和輸出功率[2]。另一方面，醇類燃料又因其較高的蒸發(fā)潛熱、單一的沸點、較低的蒸氣壓等特點，在較低溫度下影響發(fā)動機的動力性能[3]。同時，甲醇在燃燒過程中容易生成甲醛、甲酸等酸性物質(zhì)，且甲醇及其燃燒產(chǎn)物很容易竄入曲軸箱中和發(fā)動機油溶在一起；甲醇會導致發(fā)動機油中的黏度指數(shù)改進劑從發(fā)動機油中以油泥的形式沉淀出來；燃燒過程中生成的酸性物質(zhì)可加劇發(fā)動機的磨損，加速發(fā)動機油的劣化，與發(fā)動機油中的堿性物質(zhì)中和，快速地消耗發(fā)動機油中的堿儲備，對發(fā)動機潤滑系統(tǒng)造成危害。因此，醇類燃料發(fā)動機的磨損，特別是氣缸壁、活塞環(huán)磨損以及醛類排放、燃料進氣系統(tǒng)沉積物控制成為人們研究的重點[4]。

本文選取平?jīng)鲋辛π履茉醇状汲鲎廛囉邢挢熑喂镜募芃100甲醇汽車進行道路行車試驗研究。通過道路行車對比試驗，考察了研制開發(fā)的甲醇發(fā)動機專用油（以下簡稱專用油）的實際使用性能。行車試驗結果表明：該油品具有優(yōu)良的酸中和能力及堿值保持性、優(yōu)異的高溫抗氧化及抗磨損性能，可以滿足甲醇發(fā)動機的潤滑要求。

試驗部分

試驗車輛

本次試驗在平?jīng)鲋辛π履茉醇状汲鲎廛囉邢挢熑喂具M行，試驗從150輛吉利牌M100甲醇汽車中選擇了5輛甲醇汽車，分別 為 甘L82361（384 862 km）、甘 L83153（270 135 km）、甘 L83177（196 647 km）、甘 L83054（276 794 km）、 甘L82464（218 069 km），車 況較好、具有代表性，實際運行里程從200 000 km到400 000 km不等；試驗所用甲醇汽車發(fā)動機油底殼等部件密封良好，無滲油漏油現(xiàn)象，發(fā)動機竄氣正常。試驗車輛行駛區(qū)間為平?jīng)鍪袇^(qū)及周邊，市內(nèi)路段車多、人多，堵車現(xiàn)象較嚴重，汽車走走停停的頻率高。

主要原材料及性質(zhì)

試驗用甲醇燃料理化性質(zhì)

試驗用甲醇燃料理化性質(zhì)見表1。

試驗用潤滑油理化性質(zhì)

鑒于平?jīng)龅貐^(qū)冬季最低溫度不超過零下20 ℃，且試驗時間選在六七月份進行，因此研制的專用油產(chǎn)品選擇10W-30黏度級別，參比油為汽車廠家推薦的甲醇發(fā)動機油，油品理化指標見表2。

試驗過程

首先在熱車狀態(tài)下放凈試驗車輛發(fā)動機油，更換三濾，加入試驗油。由于車輛油箱較小，每次加注約3.5 L機油，中途反復取油樣進行檢測影響較大，因此本試驗中參照GB/T 8028—2010《汽油機油換油標準》中SL級別油品的換油要求，在車輛運行到7 000 km左右換油，并取樣進行檢測。主要檢測項目為黏度、堿值、酸值、金屬含量等。

結果與討論

閃點、傾點及水含量的檢測

閃點是表示石油產(chǎn)品著火危險性及油品揮發(fā)性能的一項指標。油品的餾分越輕，揮發(fā)性越大，閃點越低。在用油品閃點的降低表明有輕組分的燃料泄漏進入潤滑油系統(tǒng)，影響潤滑油膜的形成。潤滑油的凝點和傾點是表示油品低溫流動性的一個重要指標，傾點高的油品不能在低溫下使用。一般潤滑油的傾點應比使用環(huán)境最低溫度低5～7 ℃。在用油品中混入水分等高凝點物質(zhì)時會引起傾點升高，混入輕組分燃料油等時傾點會降低。試驗后油品閃點和傾點變化情況見表3，水分變化見圖1。

由表3可以看出，在試驗周期內(nèi)，專用油和參比油的閃點均有不同程度的降低，傾點均有一定程度的升高。分析認為試驗車輛基本上實際運行里程超過200 000 km，發(fā)動機活塞環(huán)密封效果相應變差，有少量甲醇燃料進入曲軸箱內(nèi)，引起閃點降低；同時甲醇燃燒后產(chǎn)生的水分有少量可能進入到曲軸箱內(nèi)潤滑油中，導致傾點升高。尤其是從圖3可以看出，參與試驗的5輛出租車，無論在用油還是參比油中水分均超過了GB/T 8028—2010汽油機油換油指標中水分不超過0.2%（質(zhì)量分數(shù)）的要求，更進一步證明了在用車輛的活塞環(huán)密封效果不佳。

表1 Ml00車用甲醇燃料技術指標

表2 試驗油主要理化性能分析數(shù)據(jù)

表3 油品閃點和傾點變化

黏度變化考察

油品運動黏度的變化在一定程度上可反映油品的氧化深度。黏度變化主要有以下幾個方面的原因：

圖1 油品水分變化

◇為了有效調(diào)節(jié)油品的高低溫性能，成品油配方中通常加入一定量的黏度指數(shù)改進劑和降凝劑，在摩擦副的苛刻剪切下，這些大分子物質(zhì)通常會被剪切成小分子，導致油品運動黏度逐漸下降；

◇長期摩擦導致活塞與缸套間隙增大，致使少量燃料泄漏進入油底殼，稀釋發(fā)動機油而造成黏度下降；

◇由于發(fā)動機內(nèi)部高溫以及摩擦副之間相互作用促使油品因氧化而生成油泥、膠質(zhì)等物質(zhì)，致使油品黏度再次回升，此時黏度回升代表油品氧化已在氧化和剪切的平衡中占主導。

因此，運動黏度變化率可以較為真實地反映油品在使用過程中的質(zhì)量衰變情況，可以作為衡量油品使用壽命的一個重要指標參數(shù)。試驗中油品黏度變化情況見表 4。

從表4可以看出，車輛運行7 000 km左右，油品黏度均不同程度出現(xiàn)下降，尚未出現(xiàn)增大現(xiàn)象，且油品的黏度下降率不超過5%，說明在用油品仍具有良好的表面成膜能力，能很好地保護摩擦表面；同時油品的氧化程度較淺，還具有一定的使用壽命，只要控制好水分含量不增加，油品還可以繼續(xù)使用。

酸值和堿值的檢測

油品中酸性物質(zhì)主要包括有機或無機酸（包括氧化變質(zhì)后生成的酸類物質(zhì)）、酯、酚類化合物和酸性添加劑等。對于新油，酸值表征基礎油的精制深度或含酸性添加劑的加入量，一般來說基礎油的酸值很低；對于在用油，酸值表征油品氧化變質(zhì)的程度。甲醇燃料燃燒過程中會生成一些甲酸、甲醛和水等液態(tài)殘余物，其酸性大大強于汽油燃燒產(chǎn)物的酸性。這些物質(zhì)會隨燃料竄入潤滑油中，導致油品堿值迅速降低，對金屬特別是鐵和銅造成腐蝕[5]。同時，還可引起并促進發(fā)動機活塞環(huán)和氣缸壁的腐蝕磨損。因此，需要選擇適合甲醇發(fā)動機要求的高堿值、良好堿值保持能力及酸中和能力，腐蝕抑制能力和抗磨性能的專用潤滑油。車輛運行7 000 h左右油品酸值及堿值變化分別見圖2、圖3。

由圖2可以看出，專用油和參比油在試驗周期中酸值有不同程度增長，專用潤滑油的酸值最大值及增加值僅為1.3 mgKOH/g和0.406 mgKOH/g，而參比油為1.724 mgKOH/g和 0.924 mgKOH/g，均未超過汽油機油換油指標所規(guī)定的潤滑油酸值最大增長不大于2.0 mgKOH/g的要求，說明兩種油品具有較好的酸中和能力，專用油表現(xiàn)更為突出，抗氧化性能優(yōu)于參比油。

由圖3可以看出，參比油堿值變化值明顯大于專用油產(chǎn)品，表明其相應的堿值消耗較快，堿值保持性較差；專用潤滑油具有較高的堿值和堿值保持性。

油品抗磨損性能分析

潤滑油在行車試驗過程中的抗磨損性主要體現(xiàn)在各金屬元素含量的增長上，油品中鐵、鋁、銅、鉛、鉻等金屬元素來源于發(fā)動機部件的磨損。正常情況下，隨著行駛里程數(shù)的增加，機油中的金屬含量會平穩(wěn)增加。當金屬含量突然增大時，可能是發(fā)動機的某些部件發(fā)生了異常磨損。車輛（甘A83153，甘A83054）運行約7 000 h，專用油和參比油中元素含量（鐵、鋁、銅、鉛）的變化見圖4。

表4 油品黏度變化

圖2 油品酸值變化

由圖4可以看出，專用油與參比油相比，油液中鐵、鋁含量基本相當，而銅、鉛等含量均較低，尤其是銅含量明顯低于參比油，表明專用油具有更好的抗磨損性能，尤其是對發(fā)動機曲軸軸瓦等含銅部位具有更好的保護作用。

圖3 油品堿值變化

圖4 在用油品元素含量變化

結論

行車試驗結果表明，研制的甲醇發(fā)動機專用潤滑油產(chǎn)品能有效中和甲醇燃料燃燒產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，具有優(yōu)良的酸中和能力及堿值保持性；具有優(yōu)異的抗氧化性能，黏度變化小，使用壽命長；元素含量檢測結果表明產(chǎn)品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，提高機械性能，延長設備使用壽命。