楊操++孫翠++汪洋++歐陽增南++嚴軍表

摘要：節(jié)能、環(huán)保和延長換油期是推動內(nèi)燃機油更新?lián)Q代的三大驅(qū)動力。受全球范圍環(huán)保呼聲日趨高漲的影響，長換油周期的潤滑油由于能減少廢油量成為重要研究課題之一。使用長壽命燃氣發(fā)動機油10W-40在雙燃料出租車上進行了行車試驗，結(jié)果表明，長壽命燃氣發(fā)動機油10W-40在出租車上行駛10000 km后各項性能指標均遠低于換油指標要求，可為出租車在長時間超負荷運行及頻繁啟停工況下提供良好的潤滑保護，并降低車輛保養(yǎng)維修成本。

關(guān)鍵詞：長壽命；燃氣發(fā)動機油；出租車；行車試驗

中圖分類號：TE626.32文獻標識碼：A

Study on Application of Long Life Gas Engine Oil in Taxi

YANG Cao， SUN Cui， WANG Yang， OUYANG Zeng-nan， YAN Jun-biao

（Jiangsu Lopal Tech. Co.， LTD. R&D Center， Nanjing 210038， China ）

Abstract：Energy saving， environmental protection and extended oil drain are the three major driving force for promoting the upgrading of combustion engine oil. Effected by the voice of worldwide environmental growing louder， lubricating oils with long drain intervals become an important research topic because they can reduce the amount of waste oil. The field test of LOPAL long life gas engine oil 10W-40 in dual fuel taxis was conducted. The result shows that the performance parameters of above oil after 10000 km driving test in taxi keep well， far below the regulated limit of oil-change index. The LOPAL oil 10W-40 can provide good lubrication for taxi under the conditions of overload long run and frequent start and stop， and decrease the maintenance cost of vehicle.

Key words：long life； gas engine oil； taxi； field test

0引言

節(jié)能、環(huán)保和延長換油周期是推動內(nèi)燃機油更新?lián)Q代的三大驅(qū)動力。根據(jù)國家“十二五”節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的要求，減少廢舊潤滑油液的排棄量，延長潤滑油液使用壽命成為潤滑油發(fā)展的趨勢。同時，燃氣發(fā)動機以其清潔燃燒的特性和良好的經(jīng)濟性受到了市場的高度關(guān)注[1-2]。在國內(nèi)一些主要城市，燃氣發(fā)動機已在出租車上得到了廣泛應(yīng)用，2014年我國“油氣兩用”出租車已近72萬輛，占當年出租車總保有量137.01萬輛的52.55%。與此同時，國內(nèi)很多省市還在大力推進公交車、出租車的“油改氣”工作。近年來，我國出租車市場以每年3%的速度增長，預(yù)計到2020年我國出租車保有量將達160萬輛，出租車氣化率將達90%。由此可見，應(yīng)用于出租車的發(fā)動機油具有廣闊的市場前景。

隨著燃氣出租車市場的發(fā)展壯大，許多用戶對燃氣發(fā)動機油的換油周期和性能提出了更高的要求，以降低車輛維修保養(yǎng)頻率和運營成本。眾所周知，燃氣出租車相對普通汽油出租車工況更加惡劣[3-4]，主要體現(xiàn)在：（1）發(fā)動機燃燒室溫度更高，油品更容易氧化，產(chǎn)生積炭；（2）尾氣中的氮氧化物含量增加，會引發(fā)機油硝化，產(chǎn)生過量油泥；（3）壓縮天然氣（CNG）、液化石油氣（LPG）以氣態(tài)進入氣缸，無潤滑作用，易造成閥門磨損。此外，出租車經(jīng)常處于長時間、超負荷運營，且工況復(fù)雜多變。在市區(qū)道路擁堵時，經(jīng)常處于開開停停，頻繁剎車啟動，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速變化頻繁；在市區(qū)外行駛時，發(fā)動機在高溫、高速持久狀態(tài)下工作。這些都會進一步加劇油品的氧化硝化，形成油泥積炭。國外發(fā)動機制造商制定的燃氣發(fā)動機油標準主要是針對重負荷燃氣發(fā)動機，如Cummins CES 20074、MAN 3271-1等，且國內(nèi)有一些關(guān)于燃氣發(fā)動機油在重負荷燃氣發(fā)動機上應(yīng)用研究的報道[5-6]，重負荷燃氣發(fā)動機油的產(chǎn)品也相對較為成熟。而有關(guān)轎車用燃氣發(fā)動機油目前還沒有形成統(tǒng)一的標準，各廠家在生產(chǎn)過程中都是按照自己企業(yè)制定的標準來進行，國內(nèi)僅中國石化潤滑油分公司開發(fā)了針對出租車的LPG/CNG轎車燃氣發(fā)動機油，并進行了6000 km的行車試驗[7]。據(jù)筆者調(diào)研了解到，目前燃氣出租車普遍使用是轎車用汽油機油，且油品的質(zhì)量等級偏低，出租車司機為了避免車輛故障，大多行駛5000～7000 km左右就更換機油，否則容易導(dǎo)致發(fā)動機油路堵塞，引發(fā)發(fā)動機缺油、過熱甚至卡死，而且會導(dǎo)致發(fā)動機部件磨損、摩擦阻力變大或增加燃油消耗等問題。

針對燃氣出租車的工況特點及用戶對長換油周期油品的實際需求，并考慮出租車司機對成本的訴求，我公司開發(fā)了出租車用長壽命燃氣發(fā)動機油，并通過行車試驗對長壽命燃氣發(fā)動機油在出租車上的應(yīng)用情況進行了跟蹤，以確定最佳的換油周期。

1試驗部分

1.1試驗車輛

根據(jù)試驗?zāi)康?，選擇了3輛桑塔納出租車在安徽馬鞍山進行行車試驗，試驗車輛的相關(guān)信息如表1所示。

1.2試驗油品

試驗用發(fā)動機油為我公司專門針對出租車燃氣發(fā)動機開發(fā)的長壽命發(fā)動機油10W-40，油品的主要理化指標如表2所示。

1.3試驗過程

1.3.1潤滑油更換

在熱機狀態(tài)下從油底殼放油塞處放凈發(fā)動機中的原用機油，并用試驗用油清洗發(fā)動機三次，每次怠速運轉(zhuǎn)5～10 min，從油底殼放油塞處放凈清洗油，然后更換機油濾清器和空氣濾清器，再加入試驗用機油，怠速運轉(zhuǎn)5 min后，從機油加注口用采樣器取出80 mL油樣作為0 km油樣，并補加試驗油至機油尺上限，同時記錄所加入的試驗油總量及車輛行駛里程。

1.3.2取樣及分析

根據(jù)出租車的苛刻工況以及維修人員和司機的經(jīng)驗，分別于4000 km、8000 km、10000 km處熱車取樣80 mL，并補加同等量的新油。

試驗結(jié)束后，對采集的0 km、4000 km、8000 km、10000 km試驗油樣分別進行運動黏度、閃點、水分、酸值、堿值、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、元素含量等項目分析。

2試驗結(jié)果及討論

2.1運動黏度變化

發(fā)動機油的運動黏度是影響發(fā)動機潤滑性的一項重要指標。影響發(fā)動機油在使用過程中的黏度特性因素有很多，包括蒸發(fā)損失、聚合物的熱裂解和機械剪切、油品氧化縮合變稠、油品對煙炱和油泥的分散、燃油稀釋等。因此，發(fā)動機油運動黏度的變化基本反映油品氧化衰變程度、添加劑熱分解以及黏度指數(shù)改進劑受到剪切作用降解變化情況。3臺試驗車輛用油品100 ℃運動黏度變化情況如圖1所示。

由圖1可見，3臺車輛經(jīng)過10000 km行車試驗后油品100 ℃運動黏度保持能力良好，且試驗油的100 ℃運動黏度變化率遠未達到GB/T 8028-2010標準中的換油指標（超過±20%）的要求，說明油品具有優(yōu)良的抗剪切性能、抗氧化性和清凈分散性。

2.2堿值變化

發(fā)動機油堿值的大小反映了油品中和酸性物質(zhì)的能力，也間接地表示油品所含清凈分散劑的多少。發(fā)動機的堿值變化主要與其所用燃料油的硫含量及油品在使用過程中的氧化變質(zhì)有關(guān)，反映了油品抑制氧化以及中和酸性物質(zhì)的強弱。3臺車輛試驗所用油品堿值的變化情況如圖2所示。

由圖2可以看出，在行車試驗過程中，3臺車輛油品的堿值變化較小，遠低于GB/T 8028-2010標準中的換油指標（小于新油的50%）的要求，表明試驗油品氧化變質(zhì)緩慢，堿值保持性好，并具有良好的清凈分散性能，可有效中和試驗油中的酸性物質(zhì)，防止其腐蝕發(fā)動機零部件。

2.3戊烷不溶物變化

戊烷不溶物是潤滑油氧化產(chǎn)品、添加劑降解產(chǎn)物、發(fā)動機金屬磨損粉末、灰塵及積炭的總和，主要反映了油品氧化變質(zhì)、油泥生成、發(fā)動機金屬磨損、添加劑消耗以及油品被污染的程度。一般來說，發(fā)動機油中戊烷不溶物的質(zhì)量分數(shù)達到1.5%時，說明油品衰敗比較嚴重。本次行車試驗3臺車輛的油品戊烷不溶物隨行駛里程的變化如圖3。

由圖3可以看出，行車試驗結(jié)束后，試驗油的正戊烷不溶物含量不高，遠小于換油指標限值，說明試驗油品的衰變過程正常，能較好地抑制氧化產(chǎn)物的生成，具有良好的抗氧化性、抗磨性和清凈分散性。

2.4氧化值和硝化值

在行車試驗過程中，發(fā)動機油會因氧化而形成酸性物質(zhì)，導(dǎo)致發(fā)動機機件腐蝕以及發(fā)動機磨損加速，氫化產(chǎn)物進一步氧化縮合，則生成大分子胺狀物質(zhì)，使發(fā)動機油運動黏度不斷增大，流動性能惡化；發(fā)動機油中的硝化物則是產(chǎn)生油泥的主要成分之一。燃氣發(fā)動機的活塞環(huán)槽溫度比普通汽油發(fā)動機高20～30 ℃，更容易引起油品的氧化和硝化。通過檢測發(fā)動機在用油中的氧化物和硝化物的相對生產(chǎn)量，可以考察發(fā)動機油的氧化程度以及預(yù)測其在使用過程中的老化衰敗情況。因此，對于燃氣發(fā)動機油在用油的檢測比較關(guān)注氧化值和硝化值的變化。一般來說，燃氣發(fā)動機油中氧化值大于25 Abs/cm， 硝化值大于25 Abs/cm時，說明油品衰敗比較嚴重，需要更換油品。行車試驗各油品的氧化值和硝化值隨行車里程的變化情況分別見圖4和圖5。

從圖4和圖5可以看出，隨著行駛里程的增加，3臺車輛所有油品的氧化值和硝化值始終未超過換油指標要求，說明油品具有優(yōu)異的抗氧化和抗硝化能力，能夠滿足燃氣發(fā)動機的高溫潤滑要求。

2.5元素含量分析

通過對試驗油品進行電感耦合等離子發(fā)射光譜（ICP）分析，可以掌握油品在使用過程中的大量信息，一方面可以監(jiān)測其中的添加劑衰變情況（Ca，Zn，P等元素），另一方面可以監(jiān)控發(fā)動機部件的磨損情況（Fe，Cu，Cr，Al，Pb等元素）。發(fā)動機油中的Fe、Al、Cr等元素主要來源于缸套、活塞環(huán)和閥系磨損；Cu、Pb元素主要來源于連桿軸瓦和主軸瓦的磨損；Si等元素主要來源于外界沙塵的污染。試驗車輛用油品中的Fe、Cu、Al、Si元素的含量隨行駛里程的變化如圖6所示。

根據(jù)GB/T 8028-2010換油指標要求，當油品中鐵含量大于70 mg/kg，銅含量大于40 mg/kg，鋁含量大于30 mg/kg時，說明發(fā)動機存在異常磨損，需要更換油品。由圖6可見，3臺車輛試驗油品中的鐵、銅、鉛元素含量均小于換油指標要求，說明試驗油品具有良好的抗磨性，在整個試驗過程中能對發(fā)動機各部件提供較好的潤滑保護作用。盡管1號車輛試驗經(jīng)過10000 km后油品中的各磨損金屬含量較其他2臺車輛油品偏高，這可能是因該車輛行駛里程較長，發(fā)動機部件出現(xiàn)老化所致，但遠小于換油指標要求，并且從1號車輛油品中的Si含量最高值為18 mg/kg，說明該車輛在試驗過程中油品受到外界沙塵的污染，這也會加劇發(fā)動機部件的磨損。

3結(jié)論

根據(jù)行車試驗結(jié)果表明，長壽命出租車用燃氣發(fā)動機油10W-40完全可以實現(xiàn)燃氣出租車10000 km的換油周期要求，并且在上述換油周期內(nèi)，油品的運動黏度變化率、堿值下降率、戊烷不溶物、氧化值和硝化值以及磨損金屬元素含量等指標均在換油指標要求范圍內(nèi)，且發(fā)動機工作正常，潤滑情況良好。由此可見，長壽命燃氣發(fā)動機油10W-40在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的高溫抗氧化性、清凈分散性、抗磨性和黏度保持能力，能為在城市道路下行駛的雙燃料出租車提供優(yōu)異的潤滑保護，并有效延長換油周期，降低維修和保養(yǎng)成本。

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