1、生物柴油对润滑油使用性能的影响及其评价方法 余磊 2010-04-15目 录 概述 生物柴油对润滑油的稀释作用研究 利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 利用行车试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结语一、概述一、概述 无毒 可再生 硫含量低 有害排放气体少 润滑性能好 十六烷值高 闪点 无需对发动机进行大的改进一、概述 能量含量较低；氧化稳定性不好及易滋生微生物；低温性能欠佳，低温下易阻塞过滤器；使废气中NOX浓度增大；容易造成喷射器的堵塞、锈蚀和橡胶件膨胀失效；易形成燃油稀释，使润滑油性能下降，需缩短换油期。一、概述
2、主要参考文献来源Cummins1Chevron麻省理工1麻省理工2Cummins2Thermo-King Infenium Afton David Stehouwer 二、生物柴油对润滑油 的稀释作用研究 发动机 6.7L柴油发动机（正常状态、再生状态）试验燃料：USLD：Ultra Low Sulfur Diesel 硫含量15ppm 示踪剂为季戊四醇酯 B20：80%的柴油+20%的生物柴油 示踪剂为ZDDPCummins二、生物柴油对润滑油 的稀释作用研究 结论 在正常状态下，废气中HC含量正常，表明生物柴油没有进入润滑油造成稀释，但在发动机采用延迟喷射、减少空燃比等方式提高排气温度，以
3、燃烧DPF（Diesel Particle Filter）中积累的积碳时，B20造成的稀释比例要高于ULSD，这种情况在低转速低负荷工况时尤为明显。二、生物柴油对润滑油 的稀释作用研究 结论 一旦B20燃料进入润滑油，其挥发速度也要慢于ULSD，造成生物柴油在润滑油中的稀释比例进一步增加。在实际行车中观测到的燃油稀释比例则高达10%，甚至15%。Chevron三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 氧化安定性试验材料：CH-4 +大豆油甲基酯 菜籽油甲基酯 棕榈油甲基酯 椰油甲基酯Chevron三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 三、利用模拟台架试验考察生物
4、柴油对润滑油使用性能的影响 三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 麻省理工1 润滑油老化加速系统两种自订的氧化试验：试验1：100ml油品在160的烘箱中放置78小时，试验中通入空气，流量为13L/h；试验2：黏度增长试验，80ml油品在铁催化剂的作用下进行氧化，温度维持在160，试验中通入5 L/h的氧气，试验时间为48h。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：加入5%的ULSD和B100的润滑油在加速老化与氧化试验1后总酸值、总碱值以及黏
5、度增长上相近，因此此种情况下生物柴油实际上对润滑油的氧化性能并无影响，造成“氧化性能变差”现象的主要原因是在红外光谱上生物柴油中的酯基峰与氧化产物峰比较接近，造成混淆。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：黏度增长试验表明，与传统柴油相比，生物柴油会造成润滑油戊烷不溶物增多、黏度和酸值增大，使润滑油性能衰减更快。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 防腐性能试验方法：ASTM D6594试验材料：CJ-4和CI-4+麻省理工2三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论生物柴油对油品的防腐性能有较大影响，而使用质量等级更高的CJ-4柴油
6、机油能有效地遏制生物柴油带来的负面影响。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论生物柴油对铜片腐蚀效果较小，但对铅的腐蚀作用很大。HTBCT，High Temperature Bench Corrosion Test掺有生物柴油的润滑油酸值的增加速度往往大于碱值的下降速度Chevron麻省理工1三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 抗磨性能试验方法：高频往复机、四球机、接触电阻试验结论：未老化的生物柴油可以在一定程度上减少磨损，但老化后的生物柴油产物会与ZDDP反应，生产比较稳定的化合物，使其不能吸附在金属表面起到保护作用，可使磨损增大5%。Cummins
7、2三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 清净分散性试验材料：4种不同润滑油（两种以矿物基润滑油，一种半合成油，一种全合成油）；B100（大豆油甲基酯）燃料；试验方法：Yanmar 4TNE86 2.1L直喷柴油机，1000hThermo-King 三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 小结生物柴油对润滑油的氧化安定性能、防腐性能、清净分散性以及抗磨性能确实有不同程度的影响；生物燃料混合比例越高，其影响也越大；润滑油本身的性能越好，对这些负面影响的遏制越有效。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论使用生物柴油的发动机更易在活塞裙部和活塞环
8、槽中产生沉积物，而这种沉积物在使用传统柴油时不会出现，这使得实验结束时，每种油品至少有一个活塞环产生粘环现象。不同润滑油对沉积物的影响也不同：油品添加剂含量越高，基础油质量越好，沉积越少，而且，半合成和全合成润滑油能有效减少活塞顶环槽沉积。三、利用模拟台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论不同的试验方法、不同的燃料类型以及不同的润滑油可能产生不同的结论，尤其在氧化安定性能上，传统的红外分析方法会对分析结果产生影响，总酸值与总碱值的变化也似乎存在矛盾，有必要寻找或发展新的试验方法，以准确判断生物柴油带来的影响；润滑油各个性能之间的相互影响也会使模拟试验的考察不尽全面，还需要台架试验和行
9、车试验进行验证。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 ChevronMack T-12（发动机磨损与腐蚀）CJ-4为润滑油 分别以超低硫柴油ULSD和B20（大豆油甲基酯）为燃料四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 ChevronMack T-12（发动机磨损与腐蚀）CJ-4为润滑油 分别以超低硫柴油ULSD和B20（大豆油甲基酯）为燃料结论：在B20燃料中，机油耗、活塞环磨损和缸套磨损与ULSD相近，但油中铅含量要远远高于ULSD，而且在试验后期，铅含量增长很快，意味着在实际行车中，润滑油的换油期应相应缩短。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使
10、用性能的影响 ChevronCummins ISB CJ-4为润滑油 分别以超低硫柴油ULSD和B20（大豆油甲基酯）为燃料结论：由于生物柴油的主要成分脂肪酸甲酯本身具有较好润滑作用，使得发动机曲轴和气门磨损均较低。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 ChevronVW TDI CJ-4中加入15%的菜籽油甲基酯 常规硫含量燃油结论：生物柴油的加入对润滑油清净性能的影响很大，会造成活塞环槽堵塞。Caterpillar 1N中的试验中加入5%燃料。Infenium 四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 试验材料：15W-40 CI-4+和15W-40 C
11、J-4 LSD、ULSD、B20（大豆油）、汽油试验方法：Mack T-11、Mack T-12、Caterpillar 1N、Cummins ISM试验和程序IIIFAfton LSD：Low Sulfur Diesel，硫含量500ppm四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：Cummins ISB的试验结果与上述试验相似，B20没有造成凸轮轴和气门阀磨损增加，总碱值则在指标下限通过，但总酸值的上升超过规范要求；Mack T-12的试验结果稍有差异，其各项磨损、机油耗、积碳指标均与其他油品相似，但铅含量则超出指标范围；四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性
12、能的影响 结论：在Cummins ISM和Mack T-12试验中，CJ-4的表现较好，即使使用B20燃料和用B100稀释过的润滑油，也能顺利通过试验，在Mack T-12中，CJ-4在使用B20时甚至没有观察到明显的氧化变差。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：在Caterpillar 1N试验中，B20使得顶环槽充炭率和顶环台重炭率指标变差，同时机油耗也是使用低硫燃油的两倍，对此，作者认为稀释在油中的燃料并不会产生如此大的影响，积碳应主要来源于燃烧室中的生物柴油。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：另外，在程序IIIF和Mack T-
13、12试验中，研究人员在润滑油中混入B100模拟燃油稀释，结果其氧化性能变差十分显著，润滑油黏度增长和铅含量等指标均是传统柴油时的两倍。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 试验材料：CJ-4 B20试验方法：Cummins ISB，Mack T-12，Caterpillar C13David Stehouwer 四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：Mack T-11的试验结果表明，B20不影响分散型OCP在润滑油中的应用，润滑油的黏度增长也处在正常范围之内；对油中的烟炱分析则表明，B20与LSD形成的烟炱在尺寸与硬度上比较相近，由此造成的磨损效果
14、也应相近。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：Caterpillar C13试验结果则与Caterpillar 1N相差较大，顶环槽充炭率和顶环台重炭率指标在规格范围内，第二环充炭率则在指标上限通过，机油耗只是稍有上升，同时，有两个活塞环发生冷粘环，对油品黏度、总碱值、总酸值的检测表明油品氧化程度较高。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 结论：总的来看，除了铅腐蚀和Mack T-12中的氧化性能变差外，使用CJ-4和B20可以通过台架试验的大部分指标要求，同时旧油的低温性能也表现尚可。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 小
15、结：发动机台架实验与模拟台架试验存在着较好的一致性，表明还是有必要对润滑油的性能进行改进，以满足生物柴油带来的苛刻性能要求。但在试验方法上，尽管发动机台架试验的控制条件比较严格，但改变其标准本身的一部分燃料对润滑油的评价结果也有很大影响。四、利用发动机台架试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 小结：要进行生物柴油相关台架试验方法的开发，或在现有发动机台架试验上进行修订，还需要相当多的费用与时间，但对消费者、OEM和润滑油生产商来说，要保证生物柴油的正常使用，统一的润滑油标准和试验方法是必不可少的。五、利用行车试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 与模拟台架试验和发动机台架试验相比，不同行车
16、试验的结果比较一致，而且看上去也要比上述试验的结论好得多，即生物柴油的应用对润滑油的各项性能并没有特别大的影响，从油品检测数据来看，黏度增长、总碱值衰减、ZDDP衰减、氧化安定性等性能均与其他燃料车辆相当，而且润滑油中烟炱含量较小，磨损金属元素含量也较小。五、利用行车试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 一方面是现有润滑油产品标准是依据苛刻使用工况制定的，在一般使用条件下还有较大的性能余地，另一方面，行车试验的条件也相对比较缓和，如使用B5、B20等生物柴油混合比例较小的燃料，采取换油周期减半等措施，使得行车试验的结果要好于模拟台架试验和发动机台架试验。五、利用行车试验考察生物柴油对润滑油使
17、用性能的影响 在这些行车试验的基础上，北美和欧洲汽车公司对于生物柴油的应用有了比较明确的说明，但一般允许的生物柴油比例不超过20%，并提出缩短换油期的要求，在这方面Caterpillar做了比较多的试验，根据发动机的类型不同可以使用B5、B20、B30等不同比例燃料，允许使用B100燃料的仅有纽荷兰（New Holland）公司。五、利用行车试验考察生物柴油对润滑油使用性能的影响 在润滑油的选用上，各汽车公司并没有提出特殊要求，不同车型的内燃机油质量等级要求与使用普通柴油时一致，但从目前欧美的润滑油发展水平和对生物柴油的研究工作来看，一般要求使用CI-4等级以上的润滑油。六、结语 生物柴油以其降低有害气体排放和减少石油资源消耗的优点在全世界获得越来越广泛的应用，而它对润滑油使用性能的影响也已经得到国外研究机构的逐步重视，与此相关的试验研究正进行得如火如荼，还有一些油品公司针对生物柴油的使用特点开发了相应的内燃机油产品14，但由于生物柴油在应用过程中影响因素比较复杂，在不同条件下对润滑油使用性能的影响也不尽相同，形成标准的试验方法还尚需时日。六、结语 在国内，虽然生物柴油的应用还存在诸多困难，但其发展已是势不可当，借鉴国外在润滑油使用性能方面的研究经验，将有助于生物柴油在我国的顺利推广和应用。
