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c n g 汽油两用燃料发动机润滑油研究 摘要 本文根据c n g 汽油两用燃料发动机的工作特点，分析了它对润滑油的要求 以及润滑油对发动机的作用；阐述了发动机油的评定指标、发动机油的黏度级别 等问题；归纳出了c n g 汽油两用燃料发动机油应具有的使用性能。采用加氢工 艺生产的基础油与光亮油复合，调配出了满足研制多级油的基础油。在c n g 汽 油两用燃料发动机油的性能要求下，参阅大量资料的基础上，选择合适的添加剂， 并通过大量实验，研究了基础油对添加剂的感受性和添加剂间的配伍性。在此基 础上，调配出了1 5 w 4 0c n g 汽油两用燃料发动机油的优化配方，通过实验室 对比试验考察了它与市售s f 级汽油机油、天然气发动机油的理化性能。结果表 明：其理化性能优于s f 汽油机油，与天然气发动机油的理化性能相当 最后，通过在西安市公交六公司公交车上进行了c n g 汽油两用燃料发动机 油与s f 级汽油机油的对比行车试验，对c n g 气油两用燃料发动机油在行车试 验过程中的使用性能进行了考察分析，并对发动机进行拆检，进一步考察了c n 6 汽油两用燃料发动机油的实际使用性能。试验结果表明：c n g 汽油两用燃料发 动机的主要部件清净性好，磨损在正常的范围内；c n g 汽油两用燃料发动机油 比s f 级汽油机油具有更好的清净分散性能、抗磨损性能和高温抗氧化性能； c n g ，汽油两用燃料发动机油能够满足c n 6 汽油两用燃料发动机对润滑油的要 求。 关键词：两用燃料发动机油添加剂优化配方行车试验 s t u d yo nc n go rg a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e le n g i n e0 1 1 a c c o r d e dt ot h ec n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n ew o r kc h a r a c t e r i s t i c 。 t h er e q u e s to ft h ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n ef o rt h el u b r i c a t i n go i la n df u n c t i o no f t h ei u b r i c a t i n go i it ot h ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n ew e r ea n a l y z e di nt h i sp a p e r 、e v a l u a t i n gt a r g e to ft h ee n g i n eo i ia n dt h ev i s c o s i t yr a n ko ft h ee n g i n eo i i q u e s t i o na n d o nw e r en a r r a t e d , t h ec n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n e o i is h o u l dh a so d e r a t i o n a ip e r f o r m a n c ew a sc o n c l u d e d u s e d 价eb a s eo i it h a t w a sp r o d u c e db yt h eh y d r o g e n a t i o nc r a f tt om i xi i g h tp o l i s h i n go i lh a ss a t i s t i e d t h ed e m a n do ft h eb a s em u l t i s t a g eo i l c o n t e n t e dt h ed e m a n do fp e r f o r m a n c e o ft h ec n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n eo i l ，r e f e r r e dt h em a s s i v ed a t u m 。 c h o s et h ea p p r o p r i a t ea d d i t i v e 。t h eb a s eo i lc o m p a t i b i l i t yt ob e t w e e na n dt h e a d d i t i v er e c e p t i v i t yw e r ea n a l y z e db yt h em a s s i v ee x p e f i m e n t 8 i nt h e s e f o u n d a t i o n s 。a no p t i m i z e df o r m u l ac n g g a s o l i n ed u a l - f u e ie n g i n eo i io f 15 w 4 0w a s d e v e l o p e d i t sp e r f o r m a n c ew a sj n s p e c t e dt h r o u g ht h ei a b o r a t o r y c o n 订a s te x p e d m e n tw i t ht h eg a s o l i n ee n g i n eo i la n dt h en a t u r a ig a se n g i n e0 i l t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a t 船p e r f o r m a n c es u r p a s s e st h ep e r f o r m a n c eo ft h e g a s o l i n ee n g i n eo i l , t os a m et u n et h ep e r f o r m a n c eo ft h en a t u r a ig a se n g i n eo i i q u 的 f i n a l 毗t h r o u g hh a sc a r d e do nt h ec o n t r a s tf i e l dt e s to fc n g g a s o l i n e c o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n ea n ds fg a s o l i n eo i io nt h ex i a np u b l i ct r a f f i ct h es i x t h c o m p a n y q u a l i t yp e r f o r m a n c eo fc n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e le n g i n eo i lw a s i n s p e c t e da n a l y s i si n f i e l 吐t o s t a n da c t u a to p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c eo f c n g g a s o l i n ec o n v e r f i b l e - f u e ie n g i n eo i iw a si n s p e c t e db yd i s c o n n e c t i n gt h e e n g i n e t h et e s tr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ee n g i n em a j o rc o m p o n e n th a sg o o d d e t e r g e n ta n da t t r i t i o ni nn o r m a ls c o p e c n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e le n g i n e o i ih a sb e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h a to fg a s o l i n ee n g i n eo i lo ft h es fi e v e l g o o d p e r f o r m a n c eo fd e t e r g e n td i s p e r s a n t 。h i g h - t e m p e r a t u r ea n t i o x i d a t i o na n d a b r a s i o n a n dc n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e le n g i n eo i ic a ns a t i s f yr e q u e s lo f l u b d c a t i n go i lo fc n g g a s o l i n ec o n v e r t i b l e - f u e ie n g i n e k e y w o r d ：d u a l - f u e le n g i n e0 1 1 ；a d d i t i v e ；o p u m l z e df o r m u l a t i o n ；f i e l dt e 默 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：卫事秤 | 论文知识产权权属声明 妒。 年争日f 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： # 箩脊 书劫 圆1 年争日f | b 矿彳年牛月j f 日 第1 章前言 随着人们节能和环保意识逐渐增强，各国对大气质量的控制以及对汽车排 放要求更加严格，燃气汽车作为目前解决汽车排放污染问题的有效手段之一，其 发展前景十分光明。世界各大汽车制造公司都在加紧开发研究单燃料压缩天然气 发动机、双燃料( c n g 柴油或l p g 柴油) 发动机和两用燃料( c n g 汽油或l p g 汽油) 发动机。随着我国2 0 0 8 年奥运会的日渐临近，西气东输成功、上海2 0 1 0 年世界博览会的申请成功，我国燃气车辆必将迎来一个新的发展高潮，燃气发动 机油的需求量也将与日俱增。其中，c n g 汽油两用燃料发动机汽车是在保留原车 供给供油系统的情况下，再安装一套c n g 型车用压缩天然气供给装置，故形成可 以燃烧天然气，也可以燃烧汽油的两用燃料发动机l l l 。由于这种技术比较简单， 而且费用较低，在出租车和公交车上用得比较普遍。目前市场上的天然气专用发 动机油价格比普通汽油机油要高，难于把天然气专用发动机油推广到燃烧c n g 汽油两用燃料的公交车上使用，因此这类车辆所用的发动机油，主要还是汽油机 油。以西安市公交公司第六公司为例：该公司有c n g 汽油两用燃料公交车辆5 5 0 辆左右，占该公司车辆总数的8 5 以上，这些车辆都是用的汽油机油。然而，汽油 机油在这类车辆上使用产生了如下问题1 2 3 1 4 1 ： ( 1 ) 进气门背面、燃烧室、活塞环等发动机部件积炭多，影响了发动机的正常 工作。 ( 2 ) 气门罩、油底壳等部件上的油泥多。 ( 3 ) 挺杆、轴瓦等部件出现严重腐蚀现象。 ( 4 ) 活塞、气缸壁等发动机部件出现早期磨损 。 ( 5 ) 机油变质快：由原来的9 0 0 0 k m 换油减少到5 0 0 0 k m 左右必须换油，换油里 程大大缩短。 ( 6 ) 发动机大修里程缩短i 3 左右。 通过现场分析、查阅资料嘲、询问专家等得出如下结论： ( 1 ) c n g 汽油两用燃料汽车发动机使用天然气时，燃烧室温度较高、尾气排 放温度高，普通汽油机油难于满足发动机高温下的润滑。 ( 2 ) 普通汽油机油的高灰分添加剂极易在发动机部件表面生成坚硬沉积物， 导致积炭增多，烧气门等现象。 ( 3 ) 由于天然气是气体，对气门没有润滑作用，普通汽油机油无法解决因气 体于涩引起的阀门磨损及关闭不严等问题。 ( 4 ) c n g 汽油两用燃料汽车在燃烧c n g 时燃烧室温度较高，易生成r o 、n q ， 促使发动机油氧化和硝化，生成油泥的倾向增大，或者生成漆膜等有害 物质。 润滑理论把润滑分为：流体润滑、边界润滑和混合润滑阍c n 6 汽油两用燃 料发动机的主轴承、连杆轴承和活塞与气缸壁、润滑油泵驱动齿轮等的润滑一般 处于流体润滑状态，发动机的凸轮挺杆、气门摇臂轴承和活塞往复运动上下止点 等的润滑常处于边界润滑或者混合润滑状态m 为了满足c n g 汽油两用燃料发动 机的润滑，要求c n g 汽油两用燃料发动机油具有如下性能嘲【9 l ： ( 1 ) 良好的黏温特性、适当的黏度。 ( 2 ) 比普通汽油机油有更好的抗氧化、抗硝化性能 ( 3 ) 良好的清净分散性能。 ( 4 ) 比普通汽油机油有更好的润滑性能、抗磨损性能。 ( 5 ) 有良好的低温性能、低挥发性能。 ( 6 ) 比普通汽油机油有更好的抗氧抗腐蚀性和防锈性能。 ( 7 ) 有良好的抗泡性能。 c n g 汽油两用燃料车辆使用普通汽油机油出现了很多危害；从使用性能上 讲，普通汽油机油也不符合c n g 汽油两用燃料发动机对润滑油的要求；另外， 市场上所售的天然气专用发动机油价格高，不适宜在c n g 汽油两用燃料公交车 辆上推广使用。为此，开发一种性价比高，适用于公交车辆c n g 汽油两用燃料 发动机润滑要求的润滑油，有着现实意义。 本论文主要是根据公交车辆c n g 汽油两用燃料发动机的燃烧特点和用普通 汽油机油时产生的问题出发，通过实验室理化性能分析，研制1 5 w 4 0c n g 汽油 两用燃料发动机油的配伍性，并在西安市公交总公司第六公司进行了小样、中样 行车试验，对油品在行车试验过程中的使用性能进行考察分析，还对发动机进行 了拆检分析，最终确定了1 5 w 4 0c n g 汽油两用燃料发动机油的全配方。 第2 章文献综述 2 1 州g 汽车的发展 2 1 1 国内外c n g 汽车的现状 随着科技与经济的发展，环境污染与能源的综合利用受到人们普遍关注。天 然气储量丰富，已探明的储量已达到1 4 1 0 “i l l 3 ，可供全世界使用1 5 0 年以_ l z l l o l 。 天然气汽车的配套技术成熟，发展非常迅速。具有关部门统计1 1 l 】，截至2 0 0 3 年底， 全世界5 0 多个国家投入实际使用的压缩天然气( 简称c n g ) 汽车，其中阿根廷约 有天然气汽车1 2 l0 6 辆，巴西约有天然气汽车6 x1 0 5 辆，巴基斯坦约有天然气 汽车4 1 1 0 5 ，意大利约有天然气汽车4x1 0 5 辆，美国约有天然气汽车1 3 1 0 5 c n c 汽车，日本约有天然气汽车1 8 1 0 4 辆。天然气汽车主要用在公交车、出 租车和机场客货车上 我国天然气资源丰富，居世界第三，天然气代替汽油作为汽车燃料，发展前 景很好1 1 2 】1 1 3 1 随着西气东输工程、北京承办2 0 0 8 年奥运会的临近、上海成功申 办2 0 1 0 年世博会，以及新出台的排放法规等都预示着：要求有一个清洁的生活空 间，要求加大解决环境问题的力度。全国清洁汽车推进小组在1 2 个城市进行试点， 于是在我国北京、天津、上海、重庆、西安、大连、广州等城市已纷纷推出并采 用了燃气汽车。我国天然气汽车发展很快，具有关部门统计f l l l ，截至2 0 0 3 年底， 我国天然气汽车6 9 3 1 0 4 辆。各省市纷纷出台相关政策，西安c n g 汽车发展目标 为到2 0 1 0 年，c n 6 汽车将达n 3 00 0 0 辆；北京、上海对油改气的公交车、出租车 进行政府补贴：据专家预测n 2 0 0 8 年，全国多数大、中等城市至少4 0 公交车将 改用天然气【1 4 1 。无锡柴油机厂、常州客车厂，上海申沃、成都客车、北京客车 等单位都在生产c n g 发动机车。国家会进一步落实对燃气汽车改装与天然气加气 站建站的支持政策，加大力度，为燃气汽车的发展创造良好的外部条件，把我国 的燃气汽车业推向新的阶段。 2 1 2c n g 汽车的优点 在众多的代用石油燃料汽车中，天然气汽车具有排放污染低、运行费用低、 安全性能高、社会效益好等优点，因而倍受人们青睐，其发展十分迅速。天然气 是一种优质的气体燃料，其理化指标见表2 - 1 所示【1 5 1 。 表2 1天然气和汽油、柴油的性能 性能汽油柴油天然气 标准状态下密度，l 【咖 7 0 0 7 8 08 4 00 7 1 5 沸点。3 0 1 9 01 7 0 3 5 01 6 0 理论空然比 质量比 1 4 8 ：11 4 3 ：11 7 0 ：1 体积比 8 5 8 6 ：19 4 1 6 ：l9 7 ：1 低热值，m j ，叠4 3 9 0 4 2 5 04 9 8 l 混合气热值，l c g ，m 3 3 8 3 93 7 3 3 9 4 辛烷值( r o n ) 9 21 3 0 十六烷值 1 44 5 4 6 燃烧极限( 体积分数) 1 3 7 61 5 8 25 1 5 层流火焰传播速度，锄s 1 3 5 0 4 7 03 1 5 火焰温度( 空气中) ， 2 1 9 71 8 7 5 着火温度( 常压下) ， 3 9 0 4 2 0 5 3 7 人们在控制汽车尾气排放及其降低能耗等方面做了大量工作。例如：发动机 电喷技术的应用旨在控制车辆处于最佳运行状态时，使污染降到最低；催化转化 技术的应用旨在降低有害物质的排放量；低黏度合成和半合成发动机油的应用旨 在降低能耗和延长发动机寿命，同时在一定程度上也减少了排放污染。但是，要 从根本上解决资源枯竭、降低污染和汽车运输成本等问题，最成熟、最经济、资 源最丰富的代用燃料应属天然气( c n g ) ，其原因如下【1 5 1 【1 6 1 1 1 7 l ： ( 1 ) 我国天然气储量丰富。我国是一个石油资源短缺的国家，然而我国是一 个天然气资源丰富的国家。按照目前开采速度，可供选择开采1 0 0 年以上。因此， 发展天然气汽车具有非常重要的意义。 ( 2 ) 天然气大都由轻质烷烃组成，其辛烷值很高，研究法辛烷值约为1 3 0 ( 汽 油的研究法辛烷值约为9 6 ) ，所以天然气不需要加抗爆剂等燃料添加剂。 ( 3 ) 环境污染少。由于天然气含碳量相对较低，燃烧时所产生的c 0 2 比石油 低3 0 ，比煤炭低约4 3 ，废气排放总量约是汽油燃料的1 5 1 1 8 l 【1 9 1 。 ( 4 ) 天然气以气态进入发动机，与空气同相，因此混合气混合均匀，燃烧比 较充分，可以大幅度降低c 0 和c h 的排量。 ( 5 ) 燃料费用低。以一辆公交车为例，l o o k m 燃烧天然气4 0 m 3 ( 天然气按 2 5 0 元m 3 计算) ，燃烧汽油2 9 l ( 汽油按4 2 元l 计算) ，比较两者结果，每 年可节约燃料费用l 万多元。 ( 6 ) 使用天然气更安全。天然气着火点比汽油高( 天然气自燃点7 0 44 c ；而 汽油的t l 燃点3 1 5 ) ；天然气比空气轻，在空气中易于发散，不会像汽油那样 泄漏时在一处聚集；天然气与空气混合的爆炸极限为5 1 5 ，其爆炸范围较窄。 2 1 3c n g 汽油两用燃料汽车【1 8 】1 1 9 1 1 2 0 c n g 汽油两用燃料汽车采用定型的汽油车改装，在保留原车供油系统的情况 下，再安装一套c n g 型车用压缩天然气装置，故改装车可燃烧天然气也可以燃烧 汽油的汽车，c n g 部分主要由以下三系统组成1 1 5 】，其供给系统如图2 - i 所示。 ( 1 ) 天然气储气系统主要包括天然气钢瓶、充气阀、高压球阀、高压截止 阀、高压管线、压力表、压力传感器以及气显示器等。 ” ( 2 ) 供气系统主要包括天然气高压阀、三级组合式减压阀、混合器、球阀、 高压管线、加热装置等。 ( 3 ) 油气燃料转换系统主要包括三位浊气转换开关、汽油电磁阀等。 图2 - 1c n g 汽油两用燃料汽车供给系统图 当燃用天然气时，阀门打开，天然气从高压气瓶出来，经过减压阀使压力降 到接近大气压，并在混合器内与空气均匀混合后进入发动机气缸。安装天然气装 置时为了兼顾使用汽油时的性能，对发动机的燃烧室、压缩比以及进排气道均未 园圃囤 改动，因此对于使用天然气而言，发动机的工作过程与工作性能并非达到最佳值。 汽油车改装成c n g 汽油两用燃料车辆后，除了引起发动机动力下降之外，还会 导致发动机零部件( 特别是活塞和气缸壁) 早期磨损和腐蚀严重，部分发动机曲轴 发生腐蚀现象。其原因是由于天然气中含有微量硫化物，如硫化氢等，引起气缸、 气缸壁的腐蚀与磨损，汽车大修里程缩短。c n g 汽油两用燃料发动机，燃烧c n g 时其燃烧室温度比燃烧汽油时有所提高，空燃比为1 7 ：i 时，燃烧室温度可高达 7 0 0 ( 2 左右，当空燃比增大时，空气过剩，燃烧室的温度有所下降，可能低于6 0 0 俐 2 1 】即使在发动机怠速状态下，燃气时的温度也要比燃油高1 0 0 以上， 这种高温势必导致发动机油被氧化和硝化，增加氮氧化物的生成，继而生成油泥、 积炭等物质，这就要求发动机油具备更高的抗氧化性和清净分散性，所以普通汽 油机油不能够满足c n g 汽油两用燃料发动机对润滑油的要求，必须有专门的润 滑油与之配套 2 2 国内外c n g 发动机油的研究进展 2 2 1 国外c n g 发劫机油的发展概况 由于天然气汽车不同于汽油车和柴油车，因此，传统的汽、柴油机油不适用 于天然气发动机的润滑，而需要专门的天然气发动机油。国外在燃烧天然气的汽 车发动机油方面已经开展了大量卓有成效的工作，不仅开发出天然气汽车发动机 油产品，而且还研究开发出天然气汽车发动机油复合添加剂技术，并广泛应用于 燃烧天然气的汽车。 目前，世界上还没有统一的天然气发动机油标准和发动机台架试验评定方 法，发动机制造商一般根据30 0 0 h l o0 0 0 h ( 约2 年) 的行车试验来提出对润滑油 的要求阎。表2 2 列出了康明斯发动机台架试验【2 3 l ，表2 3 列出一些发动机制造 商对天然气发动机油的技术要求，表2 - 4 列出了美国o e m 对天然气发动机油的技术 要求，表2 5 列出了欧洲o e m r j 天然气发动机油的技术要求。s a e 和a s t m 正与各发 动机厂商以及润滑油、添加剂公司共同开发天然气汽车发动机油的台架评定分类 试验方法。已推荐的分类方法是将天然气发动机油分为以下三类【2 4 l ： ( 1 ) n g 一1 ：理想配比发动机； ( 2 ) n g 一2 ：贫燃式发动机： ( 3 ) n g 一3 ：汽车天然气发动机。 按照硫酸盐灰分含量分类，又可分为以下四种： ( 1 ) 无灰型：硫酸盐灰分小于0 1 ，t b n ：l m g k o h g 3 m g k o h g ( 2 ) 低灰型：硫酸盐灰分为0 1 0 5 ，t b n ：3 m g k o h g 6 m g k o h g ( 3 ) 中灰型：硫酸盐灰分为0 6 1 4 ，t b n ：6 m g k o h g 1 2 m g k o h g ( 4 ) 高灰型：硫酸盐灰分大于1 4 ，t b n 1 2 m g k o h g 在选择天然气发动机油时，可根据燃料气的干净程度或发动机载荷、工况等 因素进行选用。对使用干燥无硫的天然气燃料、行驶在平坦路面的汽车，可选用 无灰或低灰型的油；对使用含酸性、潮湿的气体燃料，或功率大、工况差的发动 机，则选用中灰或高灰型的油。 在国外，如美孚、壳牌等公司都推出了天然气汽车专用油。并制定了本企业 标准。a m s o i l 有限公司公布了自行配制的a m s o i l 合成天然气发动机油( a n g ) ，该 油是含有防腐、防锈添加剂的低灰分油品，使用寿命长。由于它是合成油，该发 动机油具有极低的倾点和优良的低温启动性能，也具有优良的高温热安定性、高 温下的低挥发性、高温防腐蚀性和燃料经济性。i n d i a n a p o l i sa n d n _ a 润滑剂 公司也在天然气发动机油方面做了许多工作，生产了一系列重负载天然气发动机 油，并已经投入市场。d - ab l u ef l a m e 润滑油系列有：低灰、无灰、中灰和高 灰润滑剂，专门用于移动式及固定式设备用二冲程、四冲程天然气发动机。 表2 - 2康明斯发动机台架试验 康明斯c 系列发动机 6 缸，8 3 l 油道温度， 1 0 6 试验时间，h 2 0 0 冷却温度，9 0 输出功率，k - 2 0 0空气进气温度， 4 6 发动机速度( 常数) ，r m i n 2 4 0 0 燃料温度， 2 0 燃料供给速度，k g h 4 3试验参数挺杆磨损+ 缸套磨损 表2 - 3发动机制造商对天然气发动机油的技术要求 制造商一a l l 质量指标s a e 粘度级硫酸盐灰其它要求 别份， s u p e r i o r c c 4 0 o 5 1 o需1 0 0 溶剂精制基础油 1 b n 2 0 续表2 - 3 g e n e r a ls g c c3 0 0 5 m o l o r s ( g m c ) i n t e r a t i o n a l c d3 0 o 5 c 系列。u c 系列 c u m m i n s1 5 w 1 4 0o 5 金属c a1 2 0 0 p p m l 1 0 g - 2 4 0 z n ( 2 5 0 3 5 0 ) p p m ( c n p ( 2 5 0 3 5 0 ) p p m t b n d 2 8 9 6 ) ( 5 o 5 - 5 ) c a t e r p i l l a r 系列3 0 ，4 0 o 4 o 6 1 5 w 柚 w a u k e s h a c c 3 0 或4 0o 3 5 1 o 油需进行7 0 0 0 小时现行 口系列 c d 试验灰份合格 v s g 系列 盯系列 表2 4美国o e m 对天然气发动机油的技术要求 项目c 删i n s d d c c a t e r p i l l a rj d c b c 2 0 0 7 4 最低 p i 水平 c f 粘度等级1 5 4 01 5 i _ 4 01 5 w 4 0 硫酸盐灰分，( 质量分数) 0 4 o 0 o 50 4 o 6 1 0 磷，( 质量分数) o 0 6 5 0 0 8 5 c n s f s a e 粘度等级 1 5 - 4 01 5 吖4 01 5 w 4 0 4 0 或1 5 w 4 0 硫酸盐灰分。 1 0 o 0 8 锌，( 质量分数)m o 0 8 钙，( 质量分数) 0 0 8 o 0 8 t b n( s n l 6 0 5 o5 o 7 o 6 0 d 2 8 6 9 ) ( k o l l ) m g g 一1 台架试验0 m 3 6 6 ，0 m 3 6 4 a ，删3 6 4 a ， 6 0 m 4 4 7 b gm 1 l i s l或m a n 附加要求行车试验行车试验 2 2 2 国内c n 6 发动机油的发展概况 随着天然气汽车的大量发展，国内一些润滑油生产厂家顺应天然气汽车发动 机油的这一发展要求，正致力于天然气发动机油的研究开发。我国长城、南海、 一坪等厂家在这方面做了许多工作，进行了天然气发动机油的研制。由于目前世 界上还没有统一的天然气发动机油标准和发动机台架试验评定方法，我国也无统 一的国家标准和行业标准，各个厂家均自行制定企业标准。长城1 5 w 4 0 压缩天 然气发动机油技术指标见表2 - 6 捌。 表2 6长城1 5 w 4 0 压缩天然气发动机油技术要求 项目质量指标试验方法 1 0 0 。c 运动黏度，r m 2 s 1 2 5 1 6 3g b t2 6 5 低温动力黏度( c c s ) ( 一1 5 。c ) ，m p a s不大于 3 5 0 0 镪f t6 5 3 8 低温动力黏度( 脓v ) ( - 2 0 ) ，m p a s不大于 s n id 4 7 4 1 或 3 0 0 0 0 i s t hd 5 4 8 1 高温高剪切黏度( 1 5 0 c ，l o s 1 ) m p a s报告 s h t0 6 1 8 闪点( 开口) ，不低于 2 1 5g b t3 5 3 6 倾点。不高于 - 2 3 g b t3 5 3 5 泡沫性( 泡沫倾向泡沫稳定性) ，j l m l g b t1 2 5 7 9 2 4 不大于2 5 0 9 3 5 不大于 7 5 o 后2 4 不大于2 5 0 碱值( k 伽) ，m g g - 不小于 4 - 5 s h t0 2 5 1 酸值( k o l l ) ，m g g - , 0 5 1 5哂 t7 3 0 4 机械杂质，不大于 o 0 1 6 b t5 儿 水分，不大于痕迹g b t2 6 0 硫酸盐灰分， 0 4 0 6g b t2 4 3 3 磷含量，报告g b t1 7 4 7 6 钙含量，报告锯n1 7 4 7 6 锌含量，报告g = b f t1 7 4 7 6 铜片腐蚀试验，( 1 2 0 c 3 h ) ，级 不大于3g b t5 0 9 6 c n g 8 3 g 通过c u m m i n s6 8 0 _ 一l 2 2 3 国内外c n g 汽油两用燃料发动机油的发展概况 目前，国内外还没有c n g 汽油两用燃料发动机油，特别是专门用于公交车 辆c n g 汽油两用燃料发动机的润滑油，这类发动机普遍采用汽油机油润滑；润 滑油生产厂家推荐使用压缩天然气发动机油，如埃索公司的巴士宝燃气发动机油 1 5 w 4 0 、美孚的燃气机油飞马6 0 5 系列、长城公司的压缩天然气发动机油1 5 w 4 0 等。然而，这些发动机油的共同点就是价格高，比普通汽油机油的价格高出一倍 左右，在公交车c n g 汽油两用燃料发动机上难于推广使用。 2 3c n g 汽油两用燃料发动机油的主要使用性能及其评定1 2 6 l z r l ( 2 8 l 为了保证c n g 汽油两用燃料发动机油能够在各种苛刻条件下正常工作，使各 摩擦副处于良好的润滑状态，c n g 汽油两用燃料发动机油应具有如下性能。 2 3 1 黏度和黏温性能 2 3 1 1 黏度 黏度：表示液体内摩擦力的量度，是润滑油流动性能的主要评定指标，是 划分润滑油牌号的主要依据之一；因此，黏度是各种机械设备选油的主要依据。 黏度分为绝对黏度和相对黏度两大类。绝对黏度分为动力黏度和运动黏度；相对 黏度分为恩氏黏度、赛氏黏度和雷氏黏度。但比较常用的是运动黏度，发动机润 滑油的黏度分类是按照运动黏度来划分的。运动黏度就是流体的动力黏度与同温 度下该流体的密度的比值，运动黏度的单位是咖1 2 s 发动机油的黏度对发动机油的流动性和它在摩擦表面间形成的油膜厚度有 很大影嗬。发动机油黏度较小，则流动性较好，容易流到间隙小的摩擦面之闻， 可以保证润滑效果，零件克服摩擦阻力消耗的功率也较小，发动机的冷却和清洗 效果较好，但黏度过小时，无法形成连续的油膜不能够保证正常的润滑，会造成 大的摩擦和磨损。黏度太大，摩擦面之间形成的油膜较厚，较大负荷时润滑效果 较好，但其流动性较差，不易流到摩擦面之间，低温启动性差，且容易造成较大 的阻力，影响发动机的效率。 我国现行运动黏度测定方法是按照国家标准g b t 2 6 5 的规定进行测定的，相 当于a s 删d 4 4 5 。方法概要是：在某一恒定的温度下，测定一定体积的液体在重 力作用下流过一个标定好的玻璃毛细管黏度计的时间，黏度计的毛细管常数与流 一 动时间的乘积，即为该温度下测定液体的运动黏度。 2 3 1 2 黏度指数 舟。 发动机油的黏温特性是指发动机油的黏度随着温度的变化而变化的性质 【2 9 1 。发动机油的黏温特性以黏度指数v i ( v i s c o s i t yi n d e x ) 表示，也就是将润 滑油试样与另一种黏温性能较好( 黏度指数为1 0 0 ) 以及另一种黏温性能较差( 黏 度指数为o ) 的标准进行比较，得出表示发动机油黏度受到温度影响而变化差异 的相对数值。黏度指数越高，表示油品黏度随着温度变化量越小。在实际应用中， 由于c n g 汽油两用燃料发动机在不同的季节、不同的工况时的温度差异很大， c n g p e 油两用燃料发动机中各摩擦表面的温度也不尽相同，润滑油工作时的温度 变化很大。因而要求c n g 汽油两用燃料发动机油有适宜的黏度和良好的黏温特 性，避免产生上述危害。 黏度指数的是通过测定油品4 0 ( 2 与1 0 0 c 的运动黏度，按照国家标准g b t 1 9 9 5 求得。 2 3 2 低温性能 2 3 2 1 倾点 倾点：油样在规定的条件下，被冷却的试样能够流动的最低温度。倾点是 润滑油低温流动性能的重要指标，对于生产、运输和使用均很重要。倾点高的润 滑油不能满足低温下使用，可能出现在低温下失去流动性，堵塞油路，不能保证 润滑。 倾点的实验室方法按照国家标准g b t3 5 3 5 的方法进行测定。方法概要：试 样经预热，在规定的速度下冷却，每隔3 检查试验的流动性，记录观察到试样 能够流动的最低温度为倾点。 2 3 2 2 低温动力黏度 低温动力黏度主要是用来评定内燃机油的低温启动性。使用的仪器为曲轴箱 冷起动模拟试验机。其测定范围为：剪切应力为5 00 0 0 p a 1 0 00 0 0 p a ，剪切 速率为l0 5 s 1 1 s 1 条件下，一5 一3 0 的表观黏度，测定范围为5 0 0 m p a s 1 00 0 0m p a s 。 我国参照美国低温黏度测试方法a s t m2 6 0 2 制定了发动机油低温动力黏度测 试方法g b t6 5 3 8 2 0 0 0 冷起动模拟机法( c c s 法) 。方法概要：一个电子马达驱 动一个与定子配合的转子，在转子和定子的空隙充满试样，通过调节流过定子的 冷却剂流量来维持试验温度，并在靠近定子内壁处测定这一温度，由万向电机驱 动，测定转子的转数，转数与黏度有函数关系，通过程序直接读出试油该温度下 的表观黏度。 2 3 2 3 边界泵送温度 边界泵送温度：油品在温度高时能够正常泵送，但当温度降到某一个数值后 就出现边界泵送状态，这时候的温度称着边界泵送温度。低于这一温度，油品将 不能正常泵送。 边界泵送温度是按照国家标准g b t9 1 7 1 进行测定。方法概要：试样在l o h 内，以非线性程序冷却速率，由8 0 冷却到试验温度，恒温冷却共1 6 h 。然后在 旋转黏度计上，逐步施加规定的扭矩，观察并测定其转动速度，再计算该温度的 屈服应力和表观黏度。由三个以上试验温度所得结果，确定该试样的边界泵送温 度。 2 3 3 清净分散性 发动机油具有清净分散性能，能抑制氧化胶状物和积炭的生成，悬浮在油中， 使其不易沉积在机件上。而且能将沉积在机件上的沉积物洗涤下来，通过滤清器 把它除掉。 发动机油在发动机工作过程中受到温度差异性较大，接触面积大，直接与金 属接触，容易变质而产生对发动机工作有害的各种物质。积炭、漆膜和油泥是典 型的三种沉积物，它们在发动机的不同温度部位生成。 积炭是覆盖在气缸盖、进气门背面、活塞环、火花塞、活塞顶等区域，厚度 较大的固体态物。它是燃烧不完全或发动机油窜入燃烧室，在高温下分解的烟气 等物质在高温零件上的沉积。积炭使燃烧室的容积减小，实际压缩比提高，易发 生爆震i 积炭形成的高温颗粒，使润滑油产生表面点火现象，工作紊乱，功率下 降；积炭生成有时还会使运动部件磨损或卡死、拉伤；积炭使气门关田不严充气 效率降低；高温炭粒还会使气门和气门座烧蚀；积炭进入曲轴箱中，会引起发动 机油变质，堵塞滤清器。漆膜是一种高分子烃类聚合物，它在热状态下是一种黏 稠性物质，能把大量的烟炱、炭粒粘在活塞上，使环槽间隙减小，降低了环的灵 活性，甚至造成死环，引起密封不良，功率下降；漆膜导热性很差，易导致活塞 过热，造成膨胀以致拉缸。油泥沉积在油道、油箱底壳等发动机的低温区域，是 一种棕黑色稀泥状物，易堵塞滤网、油泵和输油管道，使机油流动性变差、润滑 系统供油量减少甚至中断，从而引起各摩擦副的异常磨损。烟炱是一种悬浮在润 滑油中的碳状沉积物，成分和颗粒直径差异性大。烟炱使润滑油的黏度上升，流 动性变差，另外，大的烟炱颗粒可造成滤网堵塞，影响供油，或进入摩擦表面之 间成为磨料，造成严重的磨料磨损。在油品中加入适量的清净分散剂，可分散发 动机部件上的各种沉积物，减少它们带来的危害。c n g 汽油两用燃料发动机在燃 烧气体时，燃烧温度高，从而增加了氮氧化合物( n 0 x ) 的生成，普通汽油机油 很容易氧化和硝化，继而形成油泥、积碳等物质，从而导致发动机易拉缸、磨损 快等问题；由于使用c ! n c , 气体燃料，燃料对发动机的冷却作用比使用汽油和柴油 的冷却作用差，同样也会导致发动机的热负荷加重。因此，要求c n g 汽油两用 燃料汽车发动机使用的润滑油具有比普通发动机油更高的热氧化安定性和清净 分散性能。 成焦板试验成焦板法是评价发动机油的热稳定性能及清净分散性能的综 合方法，是使加热的润滑油与高温( 3 1 0 c 3 4 0 g ) 的铝板短暂接触而结焦的倾 向来评定润滑油的热稳定性。 方法( s h t0 3 0 0 ) 是使含添加剂发动机油飞溅到高温金属表面形成漆膜， 以此模拟曲轴箱在活塞工作时的成漆情况。方法概要：使加热到一定温度的试油 以规定的速度和时间飞溅在规定温度的铝板上，到完成试验规定的时间后，黏附 的润滑油受热变质，形成漆膜，观察和测量铝板上结焦和漆膜的颜色和重量，用 以评定润滑油耐热性能和高温清净性【3 0 1 2 3 4 润滑性能、 发动机各摩擦副的润滑条件非常复杂，不同的摩擦副有着不同的材质、接触 形式、运动形式和磨损类型，在不同的工况下又承受着不同的熟载荷和机械载荷。 因此，要求发动机机油有良好的润滑性能。 润滑油降低摩擦，减少磨损的能力统称为润滑性能【3 1 1 。润滑性能包括油性 和极压性。油性是指发动机油吸附在摩擦表面形成吸附膜的能力，它只能在轻负 荷和中等负荷条件下，即在流体润滑或混合润滑的条件下，起到形成油膜、防止 磨损的作用。当负荷较大或者温度和速度较高时，油性失效，吸附膜脱落。极压 性是指发动机油在较高载荷工作的条件下，极压添加剂中含硫、磷、氯等元素的 成分与金属表面发生化学反应而生成反应膜，防止摩擦发生擦伤和烧结的能力 【3 1 1 。 c n g 汽油两用燃料发动机，其润滑系统的结构与汽油发动机相同，车辆的运 行状况也相同。发动机的配气机构，凸轮一挺杆摩擦副一般处于边界润滑状态， 甚至处于极压润滑状态；此外，发动机的活塞与缸套之间、活塞往复运动的上下 止点等也处于边界润滑状态，因此，c n g 汽油两用燃料汽车发动机油需要满足工 作条件较为苛刻的摩擦部件的润滑要求。 为了评价或测试发动机油的抗磨性能，必须在实际的摩擦条件下进行，因而 出现了各种模拟实际摩擦条件的摩擦磨损实验设备和方法，简称模拟实验机。其 中四球机在评定油品润滑性方面得到广泛的应用，同时能用四球机初步预测油品 的抗磨方面的性能【3 2 】。它可以评定油品的最大无卡咬负荷p 。、烧结负荷p 。、磨 斑直径w s d 。这些指标可以在一定程度上反映油品的极压抗磨性能，对筛选配方 和考察油品的抗磨性能具有一定的意义。 抗磨损试验按照国家标准g b t1 2 5 8 3 进行，主要测试最大无卡咬负荷p b 值 和磨斑直径值。p 。值表示油膜强度，超过此负荷，油膜破裂，摩擦表面磨损迅速 增大磨斑直径是指在规定的载荷下，规定的运转时间，三个底球磨斑直径的平 均值，与润滑油的抗磨损性能具有较好的对应关系。 2 3 5 氧化安定性能 发动机油在一定的外界条件下，抵抗氧化作用的能力称为氧化安定性。氧化 安定性表明发动机油的抗老化性能。是发动机油耐用性能的主要指标。影响发动 机油氧化安定性的主要因素是油品的使用温度及其化学组分。由于发动机油是高 分子的有机碳氢化合物，它们在发动机运转中会空气中的氧以及燃料燃烧产物接 触，还受到高温作用，发动机油容易被氧化变质沉积物的产生、磨损的加剧， 泡沫等都与发动机油的氧化有直接关系。 发动机润滑油在使用过程中，由于油品呈薄膜覆盖在气缸内表面上，气缸温 度高，有氧存在下，金属表面对发动机油的劣化起着强烈的催化作用，使氧化速 度加快。氧化产物生成低分子含氧化合物以外，还会生成高分子的缩合物1 3 3 1 。 这类缩合物对机械十分有害，如漆膜状物质可能造成活塞环粘结，堵塞过滤器和 输油管路等。另外，油氧化后生