化工论文
节能、环保和延长换油周期是推动内燃机油更新换代的三大驱动力。根据国家“十二五”节能产业发展规划的要求，减少废旧润滑油液的排弃量，延长润滑油液使用寿命成为润滑油发展的趋势。同时，燃气发动机以其清洁燃烧的特性和良好的经济性受到了市场的高度关注［1 －2］。在国内一些主要城市，燃气发动机已在出租车上得到了广泛应用，2014年我国“油气两用”出租车已近72 万辆，占当年出租车总保有量 137．01 万辆的 52．55%。与此同时，国内很多省市还在大力推进公交车、出租车的“油改气”工作。近年来，我国出租车市场以每年 3% 的速度增长，预计到 2020 年我国出租车保有量将达 160万辆，出租车气化率将达 90%。由此可见，应用于出租车的发动机油具有广阔的市场前景。
随着燃气出租车市场的发展壮大，许多用户对燃气发动机油的换油周期和性能提出了更高的要求，以降低车辆维修保养频率和运营成本。众所周知，燃气出租车相对普通汽油出租车工况更加恶劣［3 －4］，主要体现在:(1)发动机燃烧室温度更高，油品更容易氧化，产生积炭;(2)尾气中的氮氧化物含量增加，会引发机油硝化，产生过量油泥;(3)压缩天然气(CNG)、液化石油气(LPG)以气态进入气缸，无润滑作用，易造成阀门磨损。此外，出租车经常处于长时间、超负荷运营，且工况复杂多变。在市区道路拥堵时，经常处于开开停停，频繁刹车启动，发动机的转速变化频繁;在市区外行驶时，发动机在高温、高速持久状态下工作。这些都会进一步加剧油品的氧化硝化，形成油泥积炭。国外发动机制造商制定的燃气发动机油标准主要是针对重负荷燃气发动机，如 Cummins CES20074、MAN 3271 － 1 等，且国内有一些关于燃气发动机油在重负荷燃气发动机上应用研究的报道［5 －6］，重负荷燃气发动机油的产品也相对较为成熟。而有关轿车用燃气发动机油目前还没有形成统一的标准，各厂家在生产过程中都是按照自己企业制定的标准来进行，国内仅中国石化润滑油分公司开发了针对出租车的 LPG/CNG 轿车燃气发动机油，并进行了 6000km 的行车试验［7］。据笔者调研了解到，目前燃气出租车普遍使用是轿车用汽油机油，且油品的质量等级偏低，出租车司机为了避免车辆故障，大多行驶 5000～ 7000 km 左右就更换机油，否则容易导致发动机油路堵塞，引发发动机缺油、过热甚至卡死，而且会导致发动机部件磨损、摩擦阻力变大或增加燃油消耗等问题。
针对燃气出租车的工况特点及用户对长换油周期油品的实际需求，并考虑出租车司机对成本的诉求，我公司开发了出租车用长寿命燃气发动机油，并通过行车试验对长寿命燃气发动机油在出租车上的应用情况进行了跟踪，以确定最佳的换油周期。
1、试验部分
1．1、试验车辆
根据试验目的，选择了3 辆桑塔纳出租车在安徽马鞍山进行行车试验，试验车辆的相关信息如表1 所示。
表 1 试验车辆概况
1．2、试验油品
试验用发动机油为我公司专门针对出租车燃气发动机开发的长寿命发动机油 10W － 40，油品的主要理化指标如表 2 所示。
表2 试验用长寿命燃气发动机油10W －40 的主要理化数据
1．3、试验过程
1．3．1、润滑油更换
在热机状态下从油底壳放油塞处放净发动机中的原用机油，并用试验用油清洗发动机三次，每次怠速运转5 ～10 min，从油底壳放油塞处放净清洗油，然后更换机油滤清器和空气滤清器，再加入试验用机油，怠速运转 5 min 后，从机油加注口用采样器取出80 mL 油样作为 0 km 油样，并补加试验油至机油尺上限，同时记录所加入的试验油总量及车辆行驶里程。
1．3．2、取样及分析
根据出租车的苛刻工况以及维修人员和司机的经验，分别于 4000 km、8000 km、10000 km 处热车取样 80 mL，并补加同等量的新油。试验结束后，对采集的0 km、4000 km、8000 km、10000 km 试验油样分别进行运动黏度、闪点、水分、酸值、碱值、戊烷不溶物、氧化值、硝化值、元素含量等项目分析。
2、试验结果及讨论
2．1、运动黏度变化
发动机油的运动黏度是影响发动机润滑性的一项重要指标。影响发动机油在使用过程中的黏度特性因素有很多，包括蒸发损失、聚合物的热裂解和机械剪切、油品氧化缩合变稠、油品对烟炱和油泥的分散、燃油稀释等。因此，发动机油运动黏度的变化基本反映油品氧化衰变程度、添加剂热分解以及黏度指数改进剂受到剪切作用降解变化情况。3 台试验车辆用油品 100 ℃运动黏度变化情况如图 1 所示。
图 1 试验油品 100℃运动黏度随行驶里程的变化情况
由图 1 可见，3 台车辆经过 10000 km 行车试验后油品 100 ℃运动黏度保持能力良好，且试验油的100 ℃ 运动黏度变化率远未达到 GB / T 8028 － 2010标准中的换油指标(超过 ± 20%)的要求，说明油品具有优良的抗剪切性能、抗氧化性和清净分散性。
2．2、碱值变化
发动机油碱值的大小反映了油品中和酸性物质的能力，也间接地表示油品所含清净分散剂的多少。发动机的碱值变化主要与其所用燃料油的硫含量及油品在使用过程中的氧化变质有关，反映了油品抑制氧化以及中和酸性物质的强弱。3 台车辆试验所用油品碱值的变化情况如图 2 所示。
图 2 试验油品碱值随行驶里程的变化情况
由图 2 可以看出，在行车试验过程中，3 台车辆油品的碱值变化较小，远低于 GB/T 8028 － 2010 标准中的换油指标(小于新油的 50%)的要求，表明试验油品氧化变质缓慢，碱值保持性好，并具有良好的清净分散性能，可有效中和试验油中的酸性物质，防止其腐蚀发动机零部件。
2．3、戊烷不溶物变化
戊烷不溶物是润滑油氧化产品、添加剂降解产物、发动机金属磨损粉末、灰尘及积炭的总和，主要反映了油品氧化变质、油泥生成、发动机金属磨损、添加剂消耗以及油品被污染的程度。一般来说，发动机油中戊烷不溶物的质量分数达到 1．5% 时，说明油品衰败比较严重。本次行车试验 3 台车辆的油品戊烷不溶物随行驶里程的变化如图 3。
图 3 试验油品戊烷不溶物随行驶里程的变化情况
由图 3 可以看出，行车试验结束后，试验油的正戊烷不溶物含量不高，远小于换油指标限值，说明试验油品的衰变过程正常，能较好地抑制氧化产物的生成，具有良好的抗氧化性、抗磨性和清净分散性。
2．4、氧化值和硝化值
在行车试验过程中，发动机油会因氧化而形成酸性物质，导致发动机机件腐蚀以及发动机磨损加速，氢化产物进一步氧化缩合，则生成大分子胺状物质，使发动机油运动黏度不断增大，流动性能恶化;发动机油中的硝化物则是产生油泥的主要成分之一。燃气发动机的活塞环槽温度比普通汽油发动机高 20 ～30 ℃，更容易引起油品的氧化和硝化。通过检测发动机在用油中的氧化物和硝化物的相对生产量，可以考察发动机油的氧化程度以及预测其在使用过程中的老化衰败情况。因此，对于燃气发动机油在用油的检测比较关注氧化值和硝化值的变化。
一般来说，燃气发动机油中氧化值大于 25 Abs/cm，硝化值大于 25 Abs/cm 时，说明油品衰败比较严重，需要更换油品。行车试验各油品的氧化值和硝化值随行车里程的变化情况分别见图4 和图5。
图 4 试验油品的氧化值随行驶里程的变化情况
图 5 试验油品的硝化值随行驶里程的变化情况
从图 4 和图 5 可以看出，随着行驶里程的增加，3 台车辆所有油品的氧化值和硝化值始终未超过换油指标要求，说明油品具有优异的抗氧化和抗硝化能力，能够满足燃气发动机的高温润滑要求。
2．5、元素含量分析
通过对试验油品进行电感耦合等离子发射光谱(ICP)分析，可以掌握油品在使用过程中的大量信息，一方面可以监测其中的添加剂衰变情况(Ca，Zn，P 等元素)，另一方面可以监控发动机部件的磨损情况(Fe，Cu，Cr，Al，Pb 等元素)。发动机油中的 Fe、Al、Cr等元素主要来源于缸套、活塞环和阀系磨损;Cu、Pb 元素主要来源于连杆轴瓦和主轴瓦的磨损;Si 等元素主要来源于外界沙尘的污染。试验车辆用油品中的 Fe、Cu、Al、Si 元素的含量随行驶里程的变化如图 6 所示。
图 6 试验油品磨损金属元素含量随行驶里程的变化情况
根据 GB/T 8028 －2010 换油指标要求，当油品中铁含量大于 70 mg/kg，铜含量大于 40 mg/kg，铝含量大于 30 mg/kg 时，说明发动机存在异常磨损，需要更换油品。由图 6 可见，3 台车辆试验油品中的铁、铜、铅元素含量均小于换油指标要求，说明试验油品具有良好的抗磨性，在整个试验过程中能对发动机各部件提供较好的润滑保护作用。尽管 1 号车辆试验经过 10000 km 后油品中的各磨损金属含量较其他 2 台车辆油品偏高，这可能是因该车辆行驶里程较长，发动机部件出现老化所致，但远小于换油指标要求，并且从 1 号车辆油品中的 Si 含量最高值为 18 mg/kg，说明该车辆在试验过程中油品受到外界沙尘的污染，这也会加剧发动机部件的磨损。
3、结论
根据行车试验结果表明，长寿命出租车用燃气发动机油 10W －40 完全可以实现燃气出租车 10000km 的换油周期要求，并且在上述换油周期内，油品的运动黏度变化率、碱值下降率、戊烷不溶物、氧化值和硝化值以及磨损金属元素含量等指标均在换油指标要求范围内，且发动机工作正常，润滑情况良好。由此可见，长寿命燃气发动机油 10W －40 在实际应用中表现出了优异的高温抗氧化性、清净分散性、抗磨性和黏度保持能力，能为在城市道路下行驶的双燃料出租车提供优异的润滑保护，并有效延长换油周期，降低维修和保养成本。
参考文献:
［1］隋秀华．国内外特殊燃料汽车及发动机用油发展［J］．石油商技，2012，30(5):3 －7．
［2］秦鹤年，郑鹏宇．汽车新能源及润滑油的发展［J］．润滑油，2012，27(1):7 －11．
［3］余柏强．天然气发动机对润滑油的要求［J］．汽车工艺与材料，2006(9):7 －9．
［4］崔海鸥．燃气发动机油规格及产品现状［J］．石油商技，2008(4):67 － 72．
［5］汤仲平，晏熊，张勤，等．燃气发动机润滑油在重型燃气发动机上的应用研究［J］．润滑油与燃料，2010(Z1): 14 －17．
［6］赵正华，刘志勇，张勤，等．一种长换油期重负荷燃气发动机油的应用研究［J］．润滑油，2014，29(2): 6 －9．
［7］万涛，孙儒，李平．长城 LPG/CNG 轿车燃气发动机油在武汉出租车上的应用［J］．石油商技，2010(5): 44 －47．