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      不同堿值柴油機(jī)油的使用性能考察

      2021-07-02 09:24:16趙磊
      石油商技 2021年3期
      關(guān)鍵詞:堿值硫含量臺架

      趙磊

      中國石化潤滑油有限公司北京研究院

      發(fā)動(dòng)機(jī)油的堿值指標(biāo),通常被用來判斷機(jī)油的中和酸性物質(zhì)的能力。發(fā)動(dòng)機(jī)油的堿值主要來源于清凈劑組分。清凈劑一般為金屬鹽類,屬于多功能添加劑,除用于中和酸性物質(zhì)外,還提供沉積物控制、抗氧化、分散、防銹等功能[1]。因此一般認(rèn)為堿值在一定程度上,代表了油品具備的清凈性和酸腐蝕抑制能力。經(jīng)過Caterpillar 1K/1N臺架試驗(yàn)以及行車試驗(yàn)的驗(yàn)證,證明柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的使用性能,與初始堿值水平無必然關(guān)聯(lián);同時(shí)發(fā)現(xiàn)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的堿值變化趨勢,與所用的清凈劑技術(shù)水平、燃料硫含量以及運(yùn)行工況等因素有關(guān)。

      本文通過Caterpillar 1K/1N臺架試驗(yàn),驗(yàn)證不同堿值柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的使用性能,關(guān)注堿值變化的趨勢,討論清凈性和抗磨損性的性能表現(xiàn)的關(guān)系;通過行車試驗(yàn)驗(yàn)證不同堿值柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的實(shí)際使用性能,并根據(jù)行車試驗(yàn)中取得的機(jī)油樣品分析情況,綜合判斷機(jī)油的性能與堿值變化的影響因素。

      試驗(yàn)部分

      試驗(yàn)油品

      試驗(yàn)油品信息見表1。

      表1 試驗(yàn)油品信息

      臺架試驗(yàn)

      臺架試驗(yàn)為Caterpillar 1K/1N試驗(yàn)(以下簡稱1K、1N)[2]。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為排量2.44 L的Caterpillar 1Y540單缸試驗(yàn)機(jī),直噴四氣門,壓縮比為14.5∶1,頂環(huán)為梯形環(huán),第二環(huán)為矩形環(huán)。試驗(yàn)工況見表2。

      表2 Caterpillar 1K/1N臺架試驗(yàn)工況

      分別在試驗(yàn)0 h、24 h、204 h、252 h取樣,對運(yùn)動(dòng)黏度、堿值、磨損金屬元素含量進(jìn)行測試。試驗(yàn)結(jié)束后,對活塞清凈性進(jìn)行評分,并測量缸套磨損量。

      行車試驗(yàn)

      試驗(yàn)車輛均為長途物流運(yùn)輸牽引車。行車試驗(yàn)工況見表3。

      表3 行車試驗(yàn)工況

      結(jié)果與討論

      臺架試驗(yàn)

      試驗(yàn)油品堿值(測試方法為SH/T 0688)結(jié)果與試驗(yàn)終點(diǎn)下降率見圖1。

      由圖1可見,1N試驗(yàn)的2個(gè)樣品,其堿值下降值與下降率,均小于1K試驗(yàn)中的樣品;在200 h以后,1#、2#樣品的剩余堿值已大于3#、4#樣品。由于1N試驗(yàn)的燃油硫含量遠(yuǎn)低于1K試驗(yàn)所用燃油,使得燃燒產(chǎn)物中硫酸等的含量也相對降低,在試驗(yàn)硬件與測試條件相同時(shí),混入發(fā)動(dòng)機(jī)油中的硫酸含量也相應(yīng)降低,在使用低硫含量燃油時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)油會呈現(xiàn)出更好的堿值保持性[3]。

      圖1 1K/1N臺架試驗(yàn)樣品堿值結(jié)果

      臺架試驗(yàn)的磨損結(jié)果與清凈性缺點(diǎn)評分結(jié)果見圖2。通常,缸套磨損量越低,認(rèn)為該機(jī)油的磨損控制越好;清凈性缺點(diǎn)評分越低,認(rèn)為該機(jī)油的清凈性能越好。

      由圖2可見:

      圖2 1K/1N臺架試驗(yàn)?zāi)p與清凈性缺點(diǎn)評分

      ◇在1N試驗(yàn)中,1#樣品的清凈性缺點(diǎn)評分低,說明堿值保持能力更好的1#相比2#具備更優(yōu)異的清凈性。1#樣品的缸套磨損保護(hù)略優(yōu)于2#,但均遠(yuǎn)未達(dá)到磨損警戒限值。

      ◇在1K試驗(yàn)中,3#、4#、5#樣品的清凈劑體系相似。3#、5#樣品的堿值下降率略小于4#樣品。3#、5#的清凈性評分略優(yōu)于4#;初始堿值較高且堿值下降率較低的5#樣品展現(xiàn)了更優(yōu)異的活塞清凈性。3#、5#樣品的缸套磨損保護(hù)優(yōu)于4#;影響磨損性能的主要為添加劑中的抗磨組分與配方的平衡性,與體現(xiàn)堿值的清凈劑關(guān)系較小,磨損指標(biāo)僅作為參考表征發(fā)動(dòng)機(jī)油的整體使用性能。

      發(fā)動(dòng)機(jī)油的堿值主要由清凈劑所貢獻(xiàn)。因排放標(biāo)準(zhǔn)要求,柴油發(fā)動(dòng)機(jī)需加裝后處理裝置,尤其是DPF(顆粒捕集器)裝置,為了更好保護(hù)后處理裝置、延長其使用壽命,發(fā)動(dòng)機(jī)油對硫酸鹽灰分含量做了進(jìn)一步的要求,這就要求限制發(fā)動(dòng)機(jī)油中的金屬成分總量,尤其是鈣、鎂元素含量)。而為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)油的清凈性能的進(jìn)一步提升,在保證皂含量的基礎(chǔ)上,控制金屬成分總量,必須對清凈劑的過堿化程度進(jìn)行控制,即需控制金屬清凈劑的種類與加入量,這也一定程度上限制了發(fā)動(dòng)機(jī)油的初始堿值水平。在發(fā)動(dòng)機(jī)油使用過程中,部分烴類會被氧化,生成過氧化物、有機(jī)酸等化合物,同時(shí)酸性燃燒產(chǎn)物等也存在混入發(fā)動(dòng)機(jī)油中的可能性,這些酸性物質(zhì)會容易腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)部件,降低發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。堿值保持能力更好的發(fā)動(dòng)機(jī)油,能夠更好的抑制腐蝕的發(fā)生。因此,隨著新型添加劑與高檔基礎(chǔ)油得以更廣泛的應(yīng)用[4,5],盡管發(fā)動(dòng)機(jī)油的初始堿值水平不高,但仍能具備較好的堿值保持能力,夠保證發(fā)動(dòng)機(jī)油的綜合性能并未下降。

      行車試驗(yàn)

      行車試驗(yàn)的堿值平均值結(jié)果見圖3,磨損金屬(以鐵元素為例)平均值結(jié)果見圖4。

      由圖3可見,在40000 km換油期內(nèi),隨著行駛里程的增加,油樣堿值呈現(xiàn)明顯的下降趨勢,說明發(fā)動(dòng)機(jī)油中的堿性組分持續(xù)與酸性物質(zhì)中和,造成堿值下降;4#試驗(yàn)組的堿值下降幅度最低,磨損金屬監(jiān)測鐵含量最低。由圖4可見,所有試驗(yàn)油的鐵元素含量均未超過50 mg/kg,證明3種發(fā)動(dòng)機(jī)油在當(dāng)前的堿值水平以及堿值下降率的條件下,均能較好地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑需求。堿值保持能力更好的配方,更有助于控制發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕與磨損。

      圖3 行車試驗(yàn)樣品堿值結(jié)果

      圖4 行車試驗(yàn)樣品鐵元素含量結(jié)果

      比 較 圖 3、 圖1可 知,3#、4#、5#樣品在到達(dá)40000 km換油期時(shí),堿值均高于在1K臺架試驗(yàn)252 h終點(diǎn)時(shí)的堿值,表明1K臺架試驗(yàn)252 h后油品的老化程度,高于40000 km行車試驗(yàn)油品的老化程度。其中,初始堿值最低的4#樣品,在40000 km使用后堿值下降幅度最小,推測仍具有較長的剩余壽命。

      結(jié)論

      ☆Caterpillar 1K/1N臺架試驗(yàn)證實(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)油的堿值下降幅度,隨著燃料中硫含量的下降而變緩;在燃料中硫含量相同時(shí),不同清凈劑體系的發(fā)動(dòng)機(jī)油堿值變化趨勢存在差異;不同堿值的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油,其初始堿值的高低與缸套/活塞環(huán)摩擦副的磨損情況無直接關(guān)聯(lián);堿值保持能力更好的油品,呈現(xiàn)出更好的清凈性。

      ☆行車試驗(yàn)證實(shí),柴油機(jī)油初始堿值的高低,與油品老化程度和磨損情況無顯著的直接關(guān)聯(lián);堿值保持能力更好的機(jī)油,具備更優(yōu)異的使用性能。

      ☆隨著市場上燃料油中硫含量水平的降低,以及發(fā)動(dòng)機(jī)油添加劑技術(shù)的進(jìn)步,部分具有良好配方平衡性的發(fā)動(dòng)機(jī)油,盡管初始堿值較低,但當(dāng)油品具備較好的堿值保持能力時(shí),仍然能夠滿足柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油的潤滑性、清凈性、抗磨損以及抗腐蝕的使用需求[6,7]。

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