LNG重型貨車發動機油的研究

發表時間:2019-07-04 13:33來源:潤滑油品導購
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隨著我國經濟的飛速發展,巨大的資源消耗和環境污染也呈現在我們面前,其中石油消耗的增長和由此引發的環境問題尤為突出。而在石油資源消耗和大氣污染中,機動車輛占據了非常重要地位置。有關資料表明:2012年末,全國民用汽車保有量達到12089萬輛,隨著汽車保有量的迅速增加,將會給國家能源安全和環境帶來巨大壓力,尤其是重型卡車近幾年以超常規速度的發展,其對能源的需求和環境污染已愈來愈受各界人士的普遍關注。

燃氣汽車燃燒室溫度遠高于使用汽柴油,促使潤滑油的過快老化,造成潤滑失效和部件早期磨損。

LNG(液化天然氣)是目前國際上公認的優質、清潔、安全、廉價的能源,具有抗爆性高、排放污染物少、經濟安全等優點,是汽車發動機理想的燃料。LNG重型卡車的推廣和使用在能源安全和環保兩方面具有非常重要的價值。從能源安全方面來講,發展LNG重型卡車符合中國能源供應多元化的要求,有利于保證中國的能源安全。在中國石油進口份額超過60%的今天,石油進口一旦受到影響,后果將不堪設想。近幾年北方霧霾等不良天氣多發,危害人民群眾的身心健康,汽車尾氣排放是造成污染的重要原因。而LNG重型卡車的最大特點就是清潔,與燃油重型卡車相比,尾氣中二氧化碳、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物排放量均有顯著下降,基本不含鉛、硫化物以及苯類等有害物質,符合全面實施的國Ⅳ標準。在世界能源日趨緊張,大氣污染極為嚴重的今天,在交通運輸領域,尤其是重型卡車上大力推廣清潔能源,降低石油消耗,減少排放污染,將是未來世界清潔汽車發展的趨勢。

LNG重型卡車的開發是一項系統工程,LNG重型卡車專用發動機潤滑油的研制也是其中不可或缺的一部分。

潤滑油的設計是以滿足發動機在各種狀態下的正常運轉為前提,根據發動機的結構性能,燃料物性與構成,燃燒特性與產物,發動機壓縮比與強化系數,排放標準與尾氣處理,以及運行環境等等因素做到有機平衡。在國外發動機的每一項重大技術改進與發展,環保標準的每次升級,潤滑油必然相與匹配,通過研制、臺架和行車試驗,再付之應用。氣體燃料又不同于汽、柴油,其純度高,熱效率高,燃氣溫度高,燃燒干凈,但其潤滑性差,容易造成粘結、磨擦、腐蝕和銹蝕等磨損。如錯用普通發動機油,必然帶來嚴重的后果。因此在大面積推廣應用LNG重型卡車的同時,必須加快LNG重型卡車發動機潤滑油的研制與應用。

LNG重型卡車發動機潤滑油研究目的

LNG重型卡車,是以液化天然氣(LNG)作為發動機燃料,總質量為14~100噸的新能源卡車。LNG重型卡車市場定位為市政建設中建筑車輛、垃圾及土方轉運車輛、環衛車輛等運輸車輛,因其載重噸位大、使用環境惡劣,要求發動機必須具有高功率、高扭矩、高轉速,與普通的LNG發動機潤滑油相比,LNG重型卡車對發動機潤滑油提出了更加苛刻的性能要求:

(1)載重噸位大,負荷提高,這就要求LNG重型卡車發動機油具備更好的極壓抗磨性及剪切安定性。

(2)重型卡車的工作特點是長時間、遠距離、高速行駛,易產生高溫,不利于潤滑油膜的形成,并促使發動機潤滑油快速氧化高溫、沉積物增多,要求LNG重型卡車發動機油具有杰出的熱氧化安定性、抗硝化性和清凈分散性的要求;載荷提高要求LNG重型卡車發動機油要具有較高地極壓抗磨性。

(3)若考慮外界工作條件對發動機潤滑油的影響,如運輸場地粉塵大,不可避免總有一定數量的粉塵進入氣缸壁與活塞之間,構成磨料磨損加速氣缸活塞副受到磨損,這就要求LNG重型卡車發動機潤滑油必須具有優異的清凈分散性,為LNG重型卡車發動機提供全面保護。

(4)試驗預期達到的最終目標。通過實驗室試驗,確定在抗磨性、抗氧化安定性等方面優于現在CNG發動機所用的發動機潤滑油,研制出滿足LNG重型卡車發動機潤滑油的技術要求的發動機潤滑油油樣,有條件時,通過發動機臺架、實車試驗,進一步優化添加劑和基礎的配比,最終得到最佳配比方案。

綜上,LNG重型卡車使用普通柴油機油出現很多危害如難潤滑、積碳、尾氣中氮氧化物含量高等;從使用性能上講,普通柴油機油、CNG發動機潤滑油也不符合LNG重型卡車發動機對潤滑油的要求,不適宜在LNG重型卡車上推廣使用。

目前市場上LNG重型卡車專用的發動機潤滑油稀缺,因此針對LNG重型卡車發動機的使用環境,我們需要對現有發動機潤滑油的使用性能進行優化和改進,研究出開發一種性價比高、適用于LNG重型卡車發動機潤滑要求的專用發動機潤滑油,有著非常重要的現實意義。

LNG重型卡車發動機潤滑油選題綜述、國內外研究現狀及發展趨勢

(1)隨著LNG汽車的大量發展,國內一些潤滑油生產廠家順應LNG汽車發動機油的這一發展要求,致力于LNG發動機油的研究開發。例如在國家清潔汽車行動工程推動下,上海海聯潤滑材料科技有限公司研制開發“氣體燃料發動機專用油”,之后上海海聯公司又成功開發研制了液化天然氣(LNG)發動機專用潤滑油,以適應LNG發動機燃燒室的高溫工況和更大的抗磨性,但它與重卡LNG發動機要求還是有一定差距。

LNG發動機專用潤滑油在國內還沒有統一的國家標準、質量指標和相應的發動機臺架評定方法,只有按照各大燃氣發動機OEM制造商的生產標準去生產;有些其他潤滑油品牌也推出了燃氣發動機油,但是很多這樣的產品都不是特別開發的專用的燃氣發動機油,例如有顯示API CF-4、API CH-4等柴機油標準的,也有顯示API SG、API SL等汽機油標準的,這些產品很明顯就是柴汽油發動機油,而絕不是專門的燃氣發動機機油;有些其它品牌的燃氣發動機油所執行的生產標準是GB11121-2006/GB11122-2006。這兩個標準一個是汽機油的質量標準,另一個是柴機油的質量標準,執行汽機油和柴機油的生產標準生產出來的機油,決不會是燃氣發動機專用機油,更沒有針對LNG發動機的潤滑油標準。

(2)、在天然氣汽車發動機油研究、開發方面,國外潤滑油生產企業已經開展了大量的工作,開發出天然氣發動機油產品與天然氣汽車發動機油用復合添加劑,并廣泛用于天然氣汽車。如殼牌推出適用于壓縮天然氣(CNG)和液化天然氣(LNG)燃油發動機用的潤滑油RotellaT3NG15W-40機油。

目前,國內外還沒有LNG重型卡車專用的發動機潤滑油,發動機生產廠家推薦使用專用的天然氣發動機油,如埃索公司的巴士寶燃氣發動機油,15W/40Rotella T3NG15W-40機油。然而,這些發動機油的共同點就是價格高,比普通汽油機油的價格高出一倍左右,在LNG重型卡車發動機上難于推廣使用。

主要研究內容和擬解決的關鍵技術

研究的主要內容

根據LNG重型卡車發動機潤滑油基礎油及添加劑的性質以及它們之間的感受性和配伍性,結合車輛的使用環境和使用條件,選擇適合LNG重型卡車使用的發動機潤滑油油。在試驗部分,首先考察基礎油對各添加劑的感受性以及添加劑之間的配伍性;其次針對發動機潤滑油復合添加劑與基礎油的配比對各理化指標進行分析,并通過實驗室模擬試驗確定添加劑的加量,使各指標都優于參比油。

LNG重型卡車發動機對潤滑油使用性能要求

(1)優良的清凈分散性。專用油選用高效的清凈分散劑和低的灰分/堿值比例,能夠保證閥系、活塞、火花塞等部件始終保持高度的清凈性,減少積碳等沉淀物的生成,避免由于火花塞積碳而引起的點火提前等發動機故障,特別是高溫分散性,其中無灰高溫清凈分散劑的比例高于汽、柴油機油,保證發動機正常工作。還能控制EGR廢氣循環裝置對機油粘度、煙炱的增長。

(2)優異的抗腐防銹性能。專用油具有良好的總堿值保持能力,保證了發動機在工作過程中不會產生過多的油泥、積碳等有害物質,而且能夠隨時中和氣體燃料在燃燒過程中產生的酸性物質,減少酸性物質對發動機活塞、缸套和銅鉛合金的軸承造成的腐蝕磨損。防銹性好可以有效防止發動機銅鉛合金軸承銹蝕和腐蝕磨損。

(3)優良的高溫抗氧化和抗硝化能力。由于LNG發動機具有更高的熱負荷,混合型的火焰傳播方式和更長的火焰持續時間,再加上燃料稀燃,極易生成醛、酮、酸、酯類氧化物和硝化物,油品的氧化、硝化加速了油品的老化變質。因此對機油的抗氧化抗硝化要求極高。高效的高溫抗氧劑和金屬鈍化劑能夠保持專用油具有良好的抗氧化和抗硝化能力,延長油品換油期。

(4)抗泡沫性。當發動機潤滑油受到激烈攪動,將空氣混入油中時,就會產生泡沫。泡沫如果不及時消除,會產生氣阻、供油不足等故障。因此,要求發動機潤滑油有良好的抗泡沫性,在出現泡沫后能及時消除,以保證正常工作。

(5)極壓抗磨性。LNG重型卡車載重噸位大,負荷提高,這就要求LNG重卡發動機油具備更好的極壓抗磨性。

(6)黏溫性。由于發動機潤滑油所接觸到的各潤滑部位的工作溫度差別甚大,因此需要發動機油具有良好的黏溫性。

(7)熱氧化安定性。重型卡車工作時間長、工作負荷大,在高溫條件下,加速了發動機油的氧化速度而導致變質速度加快。

(8)抗剪切安定性。由于重負荷發動機工作強度高、剪切力大,要求發動機油擁有良好的抗剪切性能,以保證在使用過程中粘度不要下降過快。

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