LNG重型货车发动机油的研究

发表时间:2019-07-04 13:33来源:润滑油品导购
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随着我国经济的飞速发展,巨大的资源消耗和环境污染也呈现在我们面前,其中石油消耗的增长和由此引发的环境问题尤为突出。而在石油资源消耗和大气污染中,机动车辆占据了非常重要地位置。有关资料表明:2012年末,全国民用汽车保有量达到12089万辆,随着汽车保有量的迅速增加,将会给国家能源安全和环境带来巨大压力,尤其是重型卡车近几年以超常规速度的发展,其对能源的需求和环境污染已愈来愈受各界人士的普遍关注。

燃气汽车燃烧室温度远高于使用汽柴油,促使润滑油的过快老化,造成润滑失效和部件早期磨损。

LNG(液化天然气)是目前国际上公认的优质、清洁、安全、廉价的能源,具有抗爆性高、排放污染物少、经济安全等优点,是汽车发动机理想的燃料。LNG重型卡车的推广和使用在能源安全和环保两方面具有非常重要的价值。从能源安全方面来讲,发展LNG重型卡车符合中国能源供应多元化的要求,有利于保证中国的能源安全。在中国石油进口份额超过60%的今天,石油进口一旦受到影响,后果将不堪设想。近几年北方雾霾等不良天气多发,危害人民群众的身心健康,汽车尾气排放是造成污染的重要原因。而LNG重型卡车的最大特点就是清洁,与燃油重型卡车相比,尾气中二氧化碳、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物排放量均有显著下降,基本不含铅、硫化物以及苯类等有害物质,符合全面实施的国Ⅳ标准。在世界能源日趋紧张,大气污染极为严重的今天,在交通运输领域,尤其是重型卡车上大力推广清洁能源,降低石油消耗,减少排放污染,将是未来世界清洁汽车发展的趋势。

LNG重型卡车的开发是一项系统工程,LNG重型卡车专用发动机润滑油的研制也是其中不可或缺的一部分。

润滑油的设计是以满足发动机在各种状态下的正常运转为前提,根据发动机的结构性能,燃料物性与构成,燃烧特性与产物,发动机压缩比与强化系数,排放标准与尾气处理,以及运行环境等等因素做到有机平衡。在国外发动机的每一项重大技术改进与发展,环保标准的每次升级,润滑油必然相与匹配,通过研制、台架和行车试验,再付之应用。气体燃料又不同于汽、柴油,其纯度高,热效率高,燃气温度高,燃烧干净,但其润滑性差,容易造成粘结、磨擦、腐蚀和锈蚀等磨损。如错用普通发动机油,必然带来严重的后果。因此在大面积推广应用LNG重型卡车的同时,必须加快LNG重型卡车发动机润滑油的研制与应用。

LNG重型卡车发动机润滑油研究目的

LNG重型卡车,是以液化天然气(LNG)作为发动机燃料,总质量为14~100吨的新能源卡车。LNG重型卡车市场定位为市政建设中建筑车辆、垃圾及土方转运车辆、环卫车辆等运输车辆,因其载重吨位大、使用环境恶劣,要求发动机必须具有高功率、高扭矩、高转速,与普通的LNG发动机润滑油相比,LNG重型卡车对发动机润滑油提出了更加苛刻的性能要求:

(1)载重吨位大,负荷提高,这就要求LNG重型卡车发动机油具备更好的极压抗磨性及剪切安定性。

(2)重型卡车的工作特点是长时间、远距离、高速行驶,易产生高温,不利于润滑油膜的形成,并促使发动机润滑油快速氧化高温、沉积物增多,要求LNG重型卡车发动机油具有杰出的热氧化安定性、抗硝化性和清净分散性的要求;载荷提高要求LNG重型卡车发动机油要具有较高地极压抗磨性。

(3)若考虑外界工作条件对发动机润滑油的影响,如运输场地粉尘大,不可避免总有一定数量的粉尘进入气缸壁与活塞之间,构成磨料磨损加速气缸活塞副受到磨损,这就要求LNG重型卡车发动机润滑油必须具有优异的清净分散性,为LNG重型卡车发动机提供全面保护。

(4)试验预期达到的最终目标。通过实验室试验,确定在抗磨性、抗氧化安定性等方面优于现在CNG发动机所用的发动机润滑油,研制出满足LNG重型卡车发动机润滑油的技术要求的发动机润滑油油样,有条件时,通过发动机台架、实车试验,进一步优化添加剂和基础的配比,最终得到最佳配比方案。

综上,LNG重型卡车使用普通柴油机油出现很多危害如难润滑、积碳、尾气中氮氧化物含量高等;从使用性能上讲,普通柴油机油、CNG发动机润滑油也不符合LNG重型卡车发动机对润滑油的要求,不适宜在LNG重型卡车上推广使用。

目前市场上LNG重型卡车专用的发动机润滑油稀缺,因此针对LNG重型卡车发动机的使用环境,我们需要对现有发动机润滑油的使用性能进行优化和改进,研究出开发一种性价比高、适用于LNG重型卡车发动机润滑要求的专用发动机润滑油,有着非常重要的现实意义。

LNG重型卡车发动机润滑油选题综述、国内外研究现状及发展趋势

(1)随着LNG汽车的大量发展,国内一些润滑油生产厂家顺应LNG汽车发动机油的这一发展要求,致力于LNG发动机油的研究开发。例如在国家清洁汽车行动工程推动下,上海海联润滑材料科技有限公司研制开发“气体燃料发动机专用油”,之后上海海联公司又成功开发研制了液化天然气(LNG)发动机专用润滑油,以适应LNG发动机燃烧室的高温工况和更大的抗磨性,但它与重卡LNG发动机要求还是有一定差距。

LNG发动机专用润滑油在国内还没有统一的国家标准、质量指标和相应的发动机台架评定方法,只有按照各大燃气发动机OEM制造商的生产标准去生产;有些其他润滑油品牌也推出了燃气发动机油,但是很多这样的产品都不是特别开发的专用的燃气发动机油,例如有显示API CF-4、API CH-4等柴机油标准的,也有显示API SG、API SL等汽机油标准的,这些产品很明显就是柴汽油发动机油,而绝不是专门的燃气发动机机油;有些其它品牌的燃气发动机油所执行的生产标准是GB11121-2006/GB11122-2006。这两个标准一个是汽机油的质量标准,另一个是柴机油的质量标准,执行汽机油和柴机油的生产标准生产出来的机油,决不会是燃气发动机专用机油,更没有针对LNG发动机的润滑油标准。

(2)、在天然气汽车发动机油研究、开发方面,国外润滑油生产企业已经开展了大量的工作,开发出天然气发动机油产品与天然气汽车发动机油用复合添加剂,并广泛用于天然气汽车。如壳牌推出适用于压缩天然气(CNG)和液化天然气(LNG)燃油发动机用的润滑油RotellaT3NG15W-40机油。

目前,国内外还没有LNG重型卡车专用的发动机润滑油,发动机生产厂家推荐使用专用的天然气发动机油,如埃索公司的巴士宝燃气发动机油,15W/40Rotella T3NG15W-40机油。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LNG重型卡车发动机上难于推广使用。

主要研究内容和拟解决的关键技术

研究的主要内容

根据LNG重型卡车发动机润滑油基础油及添加剂的性质以及它们之间的感受性和配伍性,结合车辆的使用环境和使用条件,选择适合LNG重型卡车使用的发动机润滑油油。在试验部分,首先考察基础油对各添加剂的感受性以及添加剂之间的配伍性;其次针对发动机润滑油复合添加剂与基础油的配比对各理化指标进行分析,并通过实验室模拟试验确定添加剂的加量,使各指标都优于参比油。

LNG重型卡车发动机对润滑油使用性能要求

(1)优良的清净分散性。专用油选用高效的清净分散剂和低的灰分/碱值比例,能够保证阀系、活塞、火花塞等部件始终保持高度的清净性,减少积碳等沉淀物的生成,避免由于火花塞积碳而引起的点火提前等发动机故障,特别是高温分散性,其中无灰高温清净分散剂的比例高于汽、柴油机油,保证发动机正常工作。还能控制EGR废气循环装置对机油粘度、烟炱的增长。

(2)优异的抗腐防锈性能。专用油具有良好的总碱值保持能力,保证了发动机在工作过程中不会产生过多的油泥、积碳等有害物质,而且能够随时中和气体燃料在燃烧过程中产生的酸性物质,减少酸性物质对发动机活塞、缸套和铜铅合金的轴承造成的腐蚀磨损。防锈性好可以有效防止发动机铜铅合金轴承锈蚀和腐蚀磨损。

(3)优良的高温抗氧化和抗硝化能力。由于LNG发动机具有更高的热负荷,混合型的火焰传播方式和更长的火焰持续时间,再加上燃料稀燃,极易生成醛、酮、酸、酯类氧化物和硝化物,油品的氧化、硝化加速了油品的老化变质。因此对机油的抗氧化抗硝化要求极高。高效的高温抗氧剂和金属钝化剂能够保持专用油具有良好的抗氧化和抗硝化能力,延长油品换油期。

(4)抗泡沫性。当发动机润滑油受到激烈搅动,将空气混入油中时,就会产生泡沫。泡沫如果不及时消除,会产生气阻、供油不足等故障。因此,要求发动机润滑油有良好的抗泡沫性,在出现泡沫后能及时消除,以保证正常工作。

(5)极压抗磨性。LNG重型卡车载重吨位大,负荷提高,这就要求LNG重卡发动机油具备更好的极压抗磨性。

(6)黏温性。由于发动机润滑油所接触到的各润滑部位的工作温度差别甚大,因此需要发动机油具有良好的黏温性。

(7)热氧化安定性。重型卡车工作时间长、工作负荷大,在高温条件下,加速了发动机油的氧化速度而导致变质速度加快。

(8)抗剪切安定性。由于重负荷发动机工作强度高、剪切力大,要求发动机油拥有良好的抗剪切性能,以保证在使用过程中粘度不要下降过快。

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