（化学工程专业论文）fc二冲程汽油机油的研究.pdf

摘要 随着二冲程汽油发动机的不断发展，及各国对二冲程汽油发动机排放的限制，国际 上形成了二冲程汽油机油几种系列规格，风冷二冲程汽油机油规格将逐步向j a s 0 和i s 0 统一。为了适应国内摩托车工业的迅速发展、国产摩托车的性能不断提高，以及我国二 冲程汽油发动机排放法规的逐步实施的现状，国内迫切需要具有优良的清净性能、润滑 性能、排烟性能和抗排气系统堵塞性能的3 a s 0f c 二冲程汽油机油。为此，等效采用j a s 0 r c 规格，制定了我国风冷二冲程汽油机油( f c ) 石油化工行业标准。结合我国实际情况， 研究f c 二冲程汽油机油具有十分重要的意义。 本文介绍了= 冲程汽油机油规格的发展、我国二冲程汽油机油的现状和发展趋势， 结合锦西石化分公司生产实际，论述了f c 二冲程汽油机油的研究，给出了研究结果。 通过对基础油、聚异丁烯、稀释剂和添加剂配伍性的研究，确定了以大庆基础油( h n i l 5 0 、 h v l 6 5 0 ) 和低分子量聚异丁烯为基础油的调合组分，航煤、o 柴油为稀释剂，适量的金 属清净剂、无灰分散剂为复合添加剂配方的f c 二冲程汽油机油组成。 经国家认证授权的天津内燃机研究所发动机台架程序评定和理化性能分析，研究 油品的润滑性指数、初始扭矩指数、清净性指数、裙部漆膜指数、排烟指数、堵塞指数 及理化性能全部达到我国石化行业f c 二冲程汽油机油技术指标要求，表明所研究油品 具有良好的清净性能、润滑性能、排烟性能和抗排气系统堵塞性能。 l ? c 二冲程汽油机油的研究成功及推广应用，将会延长二冲程汽油机的使用寿命，降 低排烟量，满足我国规定的二冲程摩托车排放标准，具有显著的经济效益和社会效益。 关键词： 二冲程汽油机油、添加剂、基础油、聚异丁烯 a bs t r a c t w i t hc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft w o s t r o k eg a s o l i n ee n g i n ea n dr e s t r i c t i o no nf u e l e m i s s i o n ，s e v e r a ls p e c i f i c a t i o no ft w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i lh a v eb e e nf o r m e dt h e s p e c i f i c a t i o no f t w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i lw i l lg r a d u a l l ym a t c hj a s oa n d1 s o i nc h i n a ， i no r d e rt ok e e pt h er a p i dd e v e l o p m e n to f m o t o r c y c l ei n d u s t r y , t oi m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f m o t o r c y c l ea n dt oc a r r yo u ts p e c i f i c a t i o no fe m i s s i o n ，t w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n ef u e lw i t h g o o dp e r f o r m a n c eo fd e t e r g e n c y ，l u b r i c a t i o n ，e m i s s i o na n da n t i - j a m ，i su r g e n t l yr e q u i r e d b a s e do nj a s of cs p e c i f i c a t i o n ，c h i n e s es t a n d a r do fp e t r o la n dc h e m i c a li n d u s t r yo f a i r - c o o l i n gt w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n ef u e lh a sb e e ne s t a b l i s h e ds o ，i ti sv e r yi m p o r t a n tt o d e v e l o pf ct w o s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i l i nt h i sp a p e r , t h ed e v e l o p m e n to f t w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i la n di t ss p e c i f i c a t i o n ，t h e t e n d e n c yo ft w o s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i lw e r eb r i e f l yi n t r o d u c e db a s e do nt h ep r a c t i c eo f j i n x i c o m p a n y o fp e t r o lc h i n a , f ct w o - s t r o k e g a s o l i n ee n g i n eo i l w a ss t u d i e d b y i n v e s t i g a t i n gt h ec o m p a t i b i l i t yo fb a s eo i l ，p o l yi s o b u t e n e ，d i l u e r l t sa n da d d i t i v e s ，f c t w o - s t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i lw a s m a d ef r o mb a s eo i lf h v i l 5 0a n dh v l 6 5 0 p r o d u c e db y d a q i n g ，p o l yi s o b u t e n ew i t hl o wm o l e c u l a rw e t g h t ) ，d i l u e n t s ( k e r o s e n e ，0 8 d i e s e lo i l ) a n d m e t a l l i cd e t e r g e n t ，a s h l e s sd i s p e r s a n t t h er e s u l to fe n g i n eb e n c ha n dp h y s i c - c h e m i c a lp e r f o r m a n c es h o w e dt h a ta l l i n d e x e s ( d e t e r g e n c y ，l u b r i c a t i o n ，i n i t i a lt o r s i o n ，v e s s e ls k i r tp a i n tf i l m ，s m o k ee m i s s i o na n d a n t i - j a mo f e x h a u s ts y s t e m ) c a nm e e tt h es p e c i f i c a t i o no f i n d u s t r ys t a n d a r df o rf c t w o - s t r o k e g a s o l i n ee n g i n eo i l ( s h t 0 6 7 5 t 9 9 9 ) t h es u c c e s s f u ld e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no f t h i so i lw i l le x t e n dt h el i f eo fe n g i n ea n d r e d u c et h ee m i s s i o n ，w h i c hw i l lb em e e tt h ei n d u s t r ys t a n d a r dw i t hs o c i a la n de c o n o m i c a l b e n e f i t s k e yw o r d ：触os t r o k eg a s o l i n ee n g i n eo i l ，a d d k i v e ，b a s eo i i ，p o l y i s o b u t e n e l i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包宙为获得云洼盍堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确地说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 纠；舌 签字日期：0 3 年月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云接太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权云洼盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 学位论文作者签名：纠涪 签字日期：- j 年，月日 导师签名 签字日期 辨文 时年，月f m 天津大学硕士学位论文 前言 前言 二冲程汽油机油是二冲程汽油发动机的专用润滑油。二冲程汽油发动 机由于具有重量轻、体积小、易起动和成本低等优点，被广泛用作摩托车、 舷外机、雪橇、链锯、割草机、机动脚踏车等小型移动式机具的原动力， 其中用于摩托车的二冲程汽油发动机为最多。 随着摩托车工业的不断发展，对二冲程汽油机油的质量提出了较高的 要求，产品升级换代较快。就风冷二冲程汽油机油而言，美国石油学会( a pr ) 在上世纪7 0 年代制定的t s c - l t s c 3 和8 0 年代中期推出的t a t c 规格 以及相应质量等级的油品己基本淘汰。目前国际最新风冷二冲程汽油机油 的分类为日本汽车标准化组织( j a s o ) 于1 9 9 3 年提出的j a s o 分类( f a f c ) 及国际标准化组织以j a s o 分类为基础制定的1s 0 二冲程汽油机油分类 ( f g b e g d ) 。其中高品质的j a s 0f c i s 0e g c 二冲程汽油机油，除具有更 优异的润滑性能、清净性能外，还具有低排烟及抗排气系统堵塞性能。 近十年，我国摩托车工业发展较为迅速，19 8 6 年我国摩托车产量仅 6 3 5 万辆，到1 9 9 7 年产量已达到10 0 3 万辆，约占当年世界摩托车总产 量的一半，跃居世界第一位”1 ，1 9 9 9 年产量增加到110 0 万辆，保有量达 到4 3 8 0 万辆“。预计到2 0 0 5 年，摩托车保有量将达到9 0 0 0 万辆以上， 我国成为世界摩托车生产第一大国的地位已经确定。我国二冲程摩托车保 有量1 9 9 3 年1 0 0 0 万辆，居世界第三，1 9 9 5 年l5 0 0 万辆，仅次于印度， 居世界第二位“3 ，到1 9 9 9 年达到2 0 0 0 万辆，占摩托车总保有量的4 5 7 。 我国每年需要摩托车汽油发动机油约2 0 万吨，其中二冲程汽油机油约1 0 万吨。 目前在我国市场上销售的二冲程汽油机油多为l - e r b 、l - e r c 和j a s of b 规格，而高品质的j a s of c is oe g c 规格油销售量很少。随着国内大部分摩 托车生产企业引进国外先进制造技术或与国外公司合资，国产摩托车的性 能将会不断地提高，另外随着国内环保问题越来越受到人们的关注，我国 二冲程汽油机油将会逐步采用国际标准，j a s of c is oe g c 二冲程汽油机油 将主宰我国二冲程汽油机油市场。1 9 9 9 年我国等效采用】a s of c 规格，制定 了我国风冷二冲程汽油机油( f c ) 石油化工行业标准s i t t 0 6 7 5 - l9 9 9 ，因此 在我国开展f c 二冲程汽油机油的研究具有显著的经济效益和社会效益。 本课题研究的f c 二冲程汽油机油是采用大庆原油生产的高粘度指数基 础油，加入适宜分子量的聚异丁烯和稀释剂，再辅以掭加剂调制而成，与 天津大学硕士学位论文 国内外同质量等级的二冲程汽油机油相比，添加剂的总剂量比较低，仅为 4 7 。 天津大学硕士学位论文文献综述 第一章文献综述 1 1 二中程汽油发动机工作特点 二冲程汽油发动机结构简单，采用曲轴箱扫气方式，无配气机构、无 机油底壳，扫气1 ：3 处在气缸壁上，易造成高温摩擦部位及燃烧时气缸的散 热困难，工作条件比较苛刻，其工作原理如图1 1 ”。 ( a ) ( b ) ( c )( d ) 图1 - l 二冲程汽油发动机工作原理图 由图卜j 可见，气缸上有三种气孔，即迸气孔( 1 ) 、排气孔( 2 ) 和扫气 孔f3 ) 。它们分别在一定时刻由活塞来开启和关闭。进气孔与化油器相连通， 可燃混合气( 汽油和机油) 经进气孔流入益轴箱，再由扫气孔进入气缸。 而废气则经排气孔和排气管排出。图l - 1 ( a ) 表示活塞向上移动，当活塞将 三个孔都关闭时，开始压缩可燃混台气。由于曲轴箱是密闭的，活塞向上 移动必然使曲轴箱形成真空。当活塞继续上行时，进气孔开启，在大气压 力作用下，可燃混合气便自动经化油器和进气孔流入曲轴箱，如图卜1 ( b ) 。 活塞接近上止点时，火花塞点火，点燃被压缩的混合气，如图1 1 ( c ) 。燃 烧的高温高压气体膨胀，推动活塞向下，经连杆使曲轴转动，向外作功。 活塞下移时，进气孔被关闭，流入曲轴箱的可燃混合气被预先压缩，活塞 3 天津大学硕士学位论文文献综述 接近下止点时，排气孔开启，废气经排气孔和排气管排到大气中，受到预 压的可燃混合气便由曲轴箱经扫气孔流入气缸，并驱除废气，如图】1 ( d ) 。 这种废气从气缸内被可燃混合气驱除并取代的过程，叫做气孔的扫气过程。 根据上述工作过程，二冲程汽油发动机与四冲程机相比有以下特点： ( 1 ) 二冲程汽油发动机曲轴每旋转一周就有一个作功冲程，而四冲程 内燃机曲轴旋转两周才有一个作功冲程。因此，若排量、转速和压缩比相 同，理论上二冲程汽油发动机的功率要比四冲程机大一倍。但由于二冲程 汽油发动机废气不易排净，残余废气量较大，废气冲淡了可燃混合气，造 成燃烧效率降低；也由于气缸上有多种气孔存在，使活塞的有效工作冲程 缩短，所以实际上二冲程汽油发动机功率只增加5 0 8 0 。 ( 2 ) 由于二冲程汽油发动机每两个冲程作功一次，所以运转比较平稳， 飞轮尺寸可以减小，结构紧凑轻巧。 ( 3 ) 二冲程汽油发动机在扫气过程中。有一部分可燃混合气混在废气 中被同时排出，损失了一部分燃料，其经济性比四冲程机差，故限制了其 在汽车上的应用。但由于二冲程汽油发动机没有象四冲程机那样的气门机 构，只有极简单的气缸上的气孔，所以其运动部件少。结构简单、体积小、 重量轻、成本低、使用方便，可广泛用作背负式、手提式工具的动力。 ( 4 ) 由于二冲程汽油发动机每两个冲程作功一次，使扫气过程和燃烧 过程的实际时间比四冲程机要短很多，造成混合气的制各和燃烧室内的进 气较难掌握，这就对汽油喷射技术和电子控制技术提出更高的要求。 ( 5 ) 二冲程汽油发动机只有简单的进、排气孔，排气噪音比四冲程机 大一般采取减小最高燃烧压力的方法来降低噪音，但这会减小功率。 ( 6 ) 由于二冲程汽油发动机扫气时部分未燃混合气随废气排出，外加 机油与汽油一起进入气缸燃烧，所以其废气排放问题较四冲程机严重。 二冲程汽油发动机以上这些特点使得它在许多领域得到应用，但也限 制了它在汽车上的大量使用。 二冲程汽油发动机润滑主要采用分离式润滑或混合式润滑两种方式， 见图l 2 。分离式润滑可根据二冲程汽油机工况自动调节汽油与机油的比 例，从而克服固定混合比的缺点。 天津丈学硕士学位论文 文献综述 分 相精 混合润滑 图1 - 2二冲程汽油发动机分离润滑与混合润滑 化嚣 无论那种润滑方式，都是汽油与机油经气化器形成空气一油品( 汽油和 机油) 混合油雾，进入曲轴箱，汽油首先汽化与机油分离，机油中比较大 的油雾颗粒粘附着在曲轴、连杆轴承和缸套的低温区，使摩擦部位得以润 滑，略小些的机油颗粒可进入气缸，在高温区的活塞环、活塞销、气缸壁 及活塞表面起润滑作用，部分机油与汽油一起进入燃烧室烧掉，在燃烧室 没有燃烧或没有充分燃烧的机油进入到排气系统，与燃烧气体一起排出。 二冲程汽油发动机独特的工作方式，使得二冲程汽油发动机工作条件 比较苛刻，如比功率大、转速高、工作温度高、散热条件差等，造成二冲 程汽油发动机的润滑条件较差。二冲程汽油发动机与四冲程发动机有着本 质的区别，因此二冲程汽油发动机要使用专用的二冲程汽油机油来润滑。 1 2 二冲程汽油机油性能要求 为了保证二冲程汽油发动机正常运转，延长二冲程汽油发动机的使用 寿命，二冲程汽油机油应具有以下性能： ( 】) 良好的润滑性能 小型风冷二冲程汽油发动机在运转时，气缸靠空气流动冷却，迎风面 无滓大学硕士学位论文文献综述 冷却效采好，背风面冷却效果差，冷却不均匀，气缸会发生变形，活塞与 气缸的配合间隙有的部位会变小，另外二冲程汽油发动机是一次性润滑， - 二冲程汽油机油与汽油混台后一起进入曲轴箱和气缸，润滑机件并燃烧。 这就要求二冲程汽油机油应具有良好的润滑性能，能够在高温部件的表面 形成润滑油膜，减少活塞环和气缸磨损，防止活塞烧结，有效地润滑发动 机轴承。润滑性能的提高往往是通过加入光亮油和聚异丁烯来实现。 ( 2 ) 良好的清净性能 空气一油品的混合油雾进入曲轴箱后，在曲轴箱内的实际停留时间约为 两个冲程，曲轴箱温度为1 0 0 左右。此条件下的油品己开始早期氧化， 而在高温环区( 温度为2 0 0 2 5 0 ) ，油品的氧化加剧，再加上机油馏分 较重，不易充分燃烧，所以容易形成积炭和沉积物，造成发动机功率下降、 火花塞跨连、提前点火等，因此要求二冲程汽油机油要具有良好的清净性 能，以防止火花塞跨连，减少活塞沉积物。 ( 3 ) 良好的排烟性能和抗排气系统堵塞性能 由于二冲程汽油机油馏分比较重，不容易充分燃烧，由此造成排烟量 大。没有燃烧或燃烧不完全的机油通过排气孔时叉容易结焦，易造成排气 系统堵塞。因此要求二冲程汽油机油尽可能充分燃烧，以减少排烟和降低 排气系统堵塞。加入适宜分子量的聚异丁烯可以改善二冲程汽油发动机的 排烟性能和抗排气系统堵塞性能。 ( 4 ) 良好的高温性能 由于二冲程汽油发动机单位功率大、转速高、热负荷大、工作温度高， 因此要求二冲程汽油机油应具有良好的高温性能。 此外，二冲程汽油机油还应具有适宜的粘度、低的灰分，以便于；由品 的使用和输送，提高油品抗早燃性能。二冲程汽油机油还应与汽油具有良 好的混溶性，保证机油与汽油快速混合均匀。 由于二冲程汽油机油是一次性润滑，所以对二冲程汽油机油的抗氧化 性能、抗剪切性能、抗泡沫性能和低温流动性能要求不高。 1 3 二冲程汽油机油的组成 如上所述，二冲程汽油机油应具有优良的润滑性能和排烟性能，这两 种性能主要通过调整基础油来解决。二冲程汽油机油的基础油可以是矿物 油、半合成油，也可以是合成油。矿物油可用5 0 0 s n 、6 5 0 s n ，为了提高 活塞抗烧结性，可加入5 15 光亮油；合成油可用酯类油、聚o - 烯烃、 聚异丁烯和烷基苯。仅用矿物油作基础油的二冲程汽油机油只能满足一般 聚异丁烯和烷基苯。仅用矿物油作基础油的二冲程汽油机油只能满足一般 6 天津大学硕士学位论文 文献综述 二冲程发动机的使用要求，属于普通型二冲程汽油机油；采用聚n - 烯烃以 及具有较高的生物降解性的酯类和植物油为基础油的二冲程汽油机油属于 赛车型二冲程汽油机油：以聚丁烯为基础油的二冲程汽油机油属于无烟型 二冲程汽油机油。国外己将聚异丁烯和合成油引入二冲程汽油机油中。日 本市场上出现的无烟油，其基础油的主要成分是聚丁烯，聚丁烯含量越多， 矿物油含量越少，排烟就越少。西欧在一些油品中加入9 0 左右的聚异丁 烯( 其分子量与矿物油的分子量大致相同) ，油品既有较好的粘附性，又减 少了废气排量，并保持了笈动机零件清洁。二冲程汽油机油中引入合成组 分，既能改善油品的润滑性和抗炭性，还能改善可燃混合物的燃烧过程。 因此二冲程汽油机油的基础油正在由以矿物油为主转向以聚丁烯及合成油 为主18 1 。 二冲程汽油机油的一个重要特征是机油中加有稀释剂，目的是为了改 进二冲程汽油机油与汽油的混溶性。常用的稀释剂为煤油、高闪点的柴油， 也可以用非芳香族溶剂、低粘度基础油和酯类油。 二冲程汽油机油是一次性润滑，对抗氧化性能要求不高，无需添加 z d d p 等易引起火花塞积垢的有灰抗氧剂。为了使二冲程汽油机油能在汽 油中迅速混合、分散，减少燃烧后沉积物及积炭的生成，需添加一定量的 清净分散剂。有灰剂会造成金属氧化物在燃烧室内，特别是在火花塞上沉 积，水冷二冲程汽油机油易因水污染而乳化，堵塞滤清器，因此水冷二冲 程汽油机油应以无灰分散剂为主剂，常用氨基酰胺型无灰荆；风冷二冲程 汽油机油一般以耐热性能好的金属清净剂和无灰分散剂为主剂，无灰荆多 用丁_ = 酰亚胺，金属清净剂则采用中、低碱值金属清净剂或与少量商碱值 金属清净剂复合”j 。考虑到可燃混合物燃烧的积炭会增加磨损及分离润滑 对低温流动性的要求，往往还需要加入减摩剂、降凝剂。 1 4 国内外二冲程汽油机油规格的发展 1 4 1 国外风冷二冲程汽油机油规格的发展 国外二冲程汽油机油的发展较早，主要开始于上世纪6 0 年代中期。当 时没有统一的二冲程汽油机油标准，主要是各发动机制造商、石油公司根 据自己的需要推出相应的产品，应用较为混乱。随着二冲程汽油发动机的 不断发展，对二冲程汽油机油的要求也越来越高，由此推动了二冲程汽油 机油规格的不断发展与完善。 19 8 5 年美国石油学会( a p i ) 、美国汽车工程师协会( s a e ) 、美国试验 天津大学硕士学位论文 文献综述 和材料协会( a s t m ) 、欧洲技术协调委员会( c e c ) 共同在上世纪7 0 年代二 冲程汽油机油分类基础上，发展了t s c - 1 、t s c 一2 、t s c - 3 、t s c - 4 系列二冲 程汽油机油规格。t s c - l 、t s c 2 、t s c - 3 规格适用于不同负荷、不同排量 的风冷二冲程汽油发动机，t s c 一4 规格则用于大功率水冷舷外机，但实际 上美国并没有进行过t s c - 1 、t s c 一2 的正式评定，仅进行过t s c - 3 、t s c - 4 的评定。随着二冲程发动机的不断强化、发动机寿命不断提高及高燃油比 的采用，用该分类评定合格的二冲程汽油机油，在使用中仍出现高温粘环、 拉缸等问题，另外由于按t s c 系列性能分类评定油品的设备及配件供应不 足，该分类渐渐遭到淘汰。1 9 87 年美国试验和材料协会( a s t m ) 公布了t c 风冷二冲程汽油机油及t d 水冷舷外机油规格。与原规格相比，主要改进了 燃油比和发动机的型号，但在使用过程中仍不同程度地受到测试零件和发 动机损坏及环保要求的限制。随着低排放规范的实旌，19 9 0 年后又陆续发 展了t c 级低烟油、i c + 级及t c + 级优质低烟油，油品润滑性能、清净性能 水平进一步提高。 日本作为目前世界最大的摩托车生产国之一，对二冲程汽油机油规格 的发展产生了较大影响。1 9 8 7 年，日本摩擦学会成立了二冲程发动机研究 小组，开始为期两年的二冲程汽油机油规格研究。19 8 9 年，日本汽车工程 师协会( j a s e ) 摩托车分会成立工作小组，进行了一年有关规格基本概况 和建立方法的研究工作。1 9 9 0 年，j a s e 摩托车分会成立二冲程汽油机油题 目小组，着手进行规格和发动机试验方法的建立，l9 9 2 年9 月，完成了日 本汽车标准组织( j a s o ) 二冲程汽油机油发动机试验方法的建立，19 9 3 年 3 月，完成了j a s o 二冲程汽油机油规格质量级别的建立，形成了f a 、f b 、 f c 风冷二冲程汽油机油分类。j a s o 二冲程汽油机油规格”包括三部分：( 1 ) 二冲程汽油机油规格分类，见表1 一l 。( 2 ) 理化性能指标，见表1 2 。( 3 ) 发动机评价试验方法，见表l 一3 。日本希望未来的二冲程汽油机油规格不 再按风冷和水冷分类，而应该按发动机负荷级别分类。 表卜1j a s o 二冲程汽油机油规格分类( 5 a s om 3 45 - 9 3 ) 天津大学硕士学位论文文献综述 运动粘度( 1 0 0 ) m m2 s 闪点( 闭口) 硫酸盐灰分( 1 1 1 ) 8 5 7 0 0 2 5 j is “k 2 2 8 3 “ j 1sk 2 2 6 5 “ j is k 2 2 7 2 。 注：a 对应于a s t md 4 4 5 ，b 对应于a s t md 9 3 ，c 对应于a s t md 8 7 4 d 为b 本工业标准。 表1 - 3j a s o 发动机评定试验方法 试验项目评定项目 蓑蓑震 燃油比 试验条件评价方法 润滑性耐粘结性、耐h o n d a a f 2 7 型 5 0 1 j a s o活塞环磨损性4 9 m l 强制空 m 3 4 ( j 一9 2 冷发动机 4 0 0 0 r m i n 一，节气门全开， 由火花塞垫片温度 火花塞垫片温度1 6 0 c ，切在2 0 0 c 3 0 0 c 间 断冷却风。的扭矩降评价 清净性耐活塞环粘结h o n d a a f 2 7 型 1 0 0 ：l 6 0 0 0 r m i n ，节气门全开加权标准评价法 j h s o m 3 4 1 一性，燃烧室及活4 9 m l 强制空火花塞垫片温度2 4 0 _ + 5 c 。( j p i 5 s 3 3 9 1 ) 9 2 塞的耐沉积性冷发动机试验时问1 小时。 排烟j k s o 排烟浓度 m 4 l 一9 2 u z u k is x 8 0 0 1 1 0 ：l 无负荷运转2 0 m i n 后，加载用烟度计测量 型发电机组到6 7 0 w 5 0 1 1 c 。6 7 0 w 5 0 1 t ，烟度峰 用发动机 值 排气系统排气系统形成u z u l t is x 8 0 0 r 5 ：l 排气温度3 3 0 时加载至进气负压达到2 k p a 堵塞1 a s o的沉积物型发电机组7 5 0 + f l o w 排气温度3 7 0 y ：时的运转时间 m 3 4 2 - 9 2 用茨动机时撤除负载。每循环15 0 0 7 5 m i n 。 往：为了使试验尽量少受大气条件等的影响。试验用油和标准油的比较要在同 一天进行。 9 天津大学硕士学位论文文献综述 日本j a s 0 推出的二冲程汽油机油规格对世界二冲程汽油机油规格统 一产生了重要的影响。l9 9 4 年5 月，国际标准化组织( is o ) 在英国通过 投票表决形成了以j a s o 为基础的试行国际规格草案( d is ) 。其中 is o c d l3 7 3 8 用作二冲程汽油机油规格的l - e g b 、l - e g c 、l e g d 级别，其 理化指标见表卜4 ，分类标准见表1 ，5 ”3 。 表1 4t s 0 二冲程汽油机油理化指标 项目指标 运动粘度( 1 0 0 ) m m2 s 闪点 硫酸盐灰分( m ) 6 5 待定 0 18 表l 5i s o 二冲程汽油机油分类标准 由表卜4 、表卜5 可见，is 0 二冲程汽油机油在理化性能上，取消了闪 点的限制，硫酸盐灰分由0 2 5 降低到0 1 8 ，说明在早燃方面条件更苛刻； 在分类标准中去掉了j a s o 最低规格f a ，增加了比j a s 0f c 试验条件更苛 刻的is 0 】，一b ( ；d 规格。与j a s of c 规格相比，i s 0l e g d 规格增加了清净 性评定的苛刻度，试验方法由j a s 0m 34 l 改为c e cl 5 8 - x ， j a s 0 y 3 4 1 与c e cl - 5 8 - x 评定程序的比较见表1 6 1 。 天津大学硕士学位论文文献综述 表1 - 63 a s om 3 4 1 与c e cl - 5 8 - x 评定程序的比较 项目1 a s 0m 3 4 1 c e cl 一5 8 x 发动机型号本田a f 2 7本田a f 2 7 试验条件 转速r m i n 6 0 0 06 0 0 0 火花塞、垫片温度2 4 0 5 2 6 0 2 燃油比 1 0 0 ：15 0 ：l 负荷全负荷全负荷 c 0 浓度6 0 0 5 6 3 6 5 运行时间m in6 0 18 0 评定指标 清净性指数9 5l2 5 裙部漆膜指数9 09 5 硫酸盐灰分0 2 5 0 18 参比油清净性评定结果 6 6 5 54 4 5 0 注：参比油为ja t r e - l 。 由表1 6 可见，c e cl 一5 8 一x 与j a s om 3 4 1 相比，试验时间由1 小时增 加到3 小时，清净性指数通过标准由9 5 增加到1 2 5 ，活塞裙部漆膜指数通 过标准由9 0 增加到9 5 。 ls o 将来还有可能推出具有更优良的抗粘环性能的i s 0l - e g d + 级规格 油，该规格增加了一项使用劣质燃料的h u s q v a r n a 试验。 1 ，4 2 国外水冷二冲程汽油机油规格的发展 早在上世纪6 0 年代，美国国际海运协会( 简称b i a ，即n m m a 的前身) 就制定了b i at c - w 水冷二冲程汽油机油规格，随着舷外机( 水冷二冲程汽 油机) 的不断改进和发展，特别是在上世纪8 0 年代中期以后，1c w 规格 油的性能已不能满足发动机的要求，舷外机制造公司强烈希望能有较高性 能的油品取代t c - w 规格油，以减少发动机的故障率3 。】9 8 8 年，美国船 舶制造商协会( n m i a ) 提出了t c w 2 规格”“，该规格包括模拟评定( 见表 卜7 ) 和发动机程序评定( 见表1 - 8 ) ，从此水冷二冲程汽油机油有了比较 完整的程序评定方法。由于t c - w 2 规格比较接近舷外机的实际使用工况， 所以这一规格从1 9 8 8 年开始沿用了几年。 天津大学硕士学位论文 文献综述 混溶性- 2 5 静置4 8 小时后与 汽油置于同一量筒，测 定溶解时所需旋转次数 a s t mv i d a s t md16 8 7 87 ；测定 油旋转次数参比油旋 转次数 堡璺流2 5 布氏粘度测定值 n m m a9 3 7 3 8a s t md2 9 8 2 8 7 7 5 0 0 m p a s 功伐 锈蚀 一2 2 c ，浸油试验簧片置 n m m a9 3 7 3 8 于盐水内，观察产生锈 点的面积 婆乎器事潭二掣塞尊、型垫含 n m m a9 3 5 1 1 流动速率降2 0 堵塞水试验油的过滤速率 的的片m 片簧簧油径油比直验参 生试比 产，积 油时面。比点点小参锈锈的 天滓丈学硕士学位论文 文献综述 上世纪9 0 年代后，国外舷外机发展较快，几乎每年都有新机型出现， 发动机结构也在不断改进，油耗不断降低。特别是出现了功率大型化的趋 势。显然t c - w 2 规格油已经不能满足新型大马力舷外机的性能要求。1 9 9 2 年，n m m a 公布了t c w 3 舷外机油规格“3 。t c - w 3 规格在模拟台架评定方面， 除了要求通过t c - w 2 规格的四个项目外，还增补了油品的适应性试验，即 将待测油与n m m a 9 3 7 3 8 参比油吼及x p a - 3 2 5 9 参比油各5 9 m l 混合后储存4 8 小时必须无变化：在发动机台架评定方面，除了仍需按t c w 2 规定的条件 进行早燃试验和o m c4 0e c c 一般性试验外，还有如下变化：( 1 ) 润滑性试 验使用商性能的x p a - 3 2 5 9 参比油取代n m m a 9 3 7 3 8 参比油，而待测油的平均 扭矩降必须等于或小于( 在9 0 的置信度统计范围内) 高性能的x p a 3 2 5 9 参比油的扭矩降。( 2 ) 在一般性试验方面增加了o m c7 0e l 。e ie 发动机和水 星1 1 0 3 k w ( 15 p s ) 发动机程序试验，o m c7 0 程序条件及工况与o m c4 0 程序试验相似，但所用燃料则改为劣质汽油( 容易引起粘环的汽油) ，其型 号为h o w e l lr s f ，参比油为高性能的n m m a 7 15 9 1 ，燃油比5 0 ：l ，试验时间 9 8 小时，通过标准为第二环平均粘环以及活塞平均沉积物评分均好于或等 于高性能的n m m a 7 15 9 l 的平均值；水星1 1 0 3 k w ( 15 p s ) 发动机试验条件 及工况亦与o m c 2 9 4 k w ( 4 0 p s ) 程序试验相似，但使用劣质汽油( 容易引 起粘环的汽油) h o w e l lr s f ，参比油为高性能的n m m a 7 15 9 l ，燃油比10 0 ：l ， 试验时间为9 8 小时，通过标准为无压缩损失，活塞、活塞环擦伤不超过限 度值，活塞销及滚针正常。由此看出，t c - w 3 规格比t c w 2 规格苛刻多了。 特别是增加的两项发动机试验，除了使用高性能的参比油外，还要使用容 易产生粘环的劣质汽油，这就要求t c - w 3 规格油具有优良的清净性能。 1 4 3 我国二冲程汽油机油规格的发展 我国二冲程汽油机油发展起步较晚，在上世纪8 0 年代以前，无专用二 冲程汽油机油，多数二冲程发动机使用四冲程汽油机油润滑，由于用油不 当，造成二冲程发动机故障频发，甚至损坏，缩短了发动机的使用寿命。 为适应我国摩托车工业的飞速发展，“七五”期间，我国参照】9 8 5 年a s t m 分类，建立了相当于国外t s c i 、t s c 一2 、t s c 一3 的二冲程汽油机油分类” ( 见表1 - 9 ) 及二冲程汽油机油规格标准”“( 见表l - l0 ) ，此分类标准只 相当于世界风冷二冲程汽油机油规格的初期水平，而在舷外机用油方面仍 无规格标准。 天津大学硕士学位论文文献综述 表l 一9我国二冲程汽油机油分类及与a s t m 分类的对应性 1 9 8 5 年a s t m 二冲程汽油机油 l9 8 9 年我1 3 1 二冲程汽油机油 发动机台架 评定程序嚣萎发动机使用范围嚣萎发动机使用范围繁国内标准 i 润滑性，h o t o b e c a n e 5 0 1 0 0 c c i j j 气系缔苦塞t s c 1 v 7 l 5 0 c c 小型风冷机 i 润滑性 l 沉积物t s c 2 早燃 i 沉积物粘环 i i 润滑性t s c - 3 【i i 旱燃 v i s p a 1 8 0 c c y 舢h i 0 5 0 v 7 l 5 0 t 0 0 c c 轻50 ：l 便摩托车、小s h t 0 5 7 4 型动力装置2 0 ：1 1 0 融o c c 以y _ m x e 篱蛊磊嬲 i 加速润滑性 “搿m一。嚣太豁ii早燃舷外机 “ r o t a x 5 0 32 5 0 c c 以上大 5 0 0 c c功率风冷机 表1 - 1 0我国二冲程汽油机油规格 20 ：1 2 0 ：1s h t 0 5 7 5 2 0 ：l 5 0 l 5 0 ：1s h ，t 0 5 7 6 5 0 ：l 项目 运动粘度( 加稀释剂后，10 0 ) m m2 s 运动粘度( 加稀释剂前。10 0 ) m m2-5 粘度指数( 加稀释剂前) 闪点f 开口) ( 加稀释剂前) 闪点( 开口) ( 加稀释剂后) 倾点j 水分j 机械杂质 硫酸盐灰分 报告 报告报告 4 蛐 啪 粼 嗡 眦 阳 峙 迹 叭 0 0 一 痕 玑 旧 如 迹 叭 0 0 痕 叭 釜 甚 天津大学硕士学位论文 文献综述 项目 混溶性试验( 一l0 ) 溶剂加入量 润滑性试验 鉴别指数d 【 选择性指数s i 平均扭矩降n - m 早燃试验 发生早燃时间h 排气堵塞试验 堵塞时间h 沉积物试验 沉积物效应系数e d 清净性总评分 排气管及排气口堵塞率 粘环与沉积物试验 活塞气缸及缸盖清净性总评分 活塞沉积物g 排气口堵塞率 火花塞故障 通过 0 5 9 0 通过 5 10 08 6 8 25 1 ： 2 通过 5 2 0 50 5 5 02 5 io 2 由表l 一9 、表l l o 可以看出，我国l - e r a 、l e r b 、l e r c 规格油的台 架评定项目主要是评定活塞环灵活性、发动机清净性、火花塞结垢及早燃、 功率损耗、排气系统沉积物等。 “八五”期问，我国参照19 9 3 年日本j a s of b 、f c 二冲程汽油机油规 格和美国n m m at c - w 2 规格，在茂名石化公司研究院和天津内燃机研究所建 立了评定】a s of b 、f c 、n m m at c - w 2 规格油的超级风冷、优质水冷二冲程 汽油机油的发动机台架，表1 - 1 1 、表1 - 1 2 ”1 列出了茂名石化公司研究院建 立的超级风冷和优质水冷二冲狸汽油机油台架评定的主要设备。 天津大学硕士学位论文文献综述 表i l l 茂名石化超级风冷二冲程汽油机油台架评定设备 表i l2 茂名石化优质水冷二冲程汽油机油台架评定设各 天津大学硕士学位论文 文献综述 由表1 1 l 、表1 12 可见，茂名石化公司研究院建立的超级风冷二冲 程汽油机油台架与j a s 0 所用发动机完全一致，各试验参数也基础相同；优 质水冷二冲程汽油机油台架除因评定润滑性、早燃所用的发动枫( y a m a h a ( 、e 5 0 s ) 在市场上已淘汰而采用相近型号外，其他各种参数与国外评定方法 相近。茂名石化公司研究院建立的这两种台架评定方法与ja g of b 、f c 和 n m m at c w 2 基本等效。 “九五”期间，为了适应世界二冲程汽油机油发展的需要，我国建立 了评定1s ol e c , d 规格油的发动机台架；但与j a s o 、i s o 相对应的二冲程 汽油机油国家标准仍未建立。直至l9 9 9 年，我国才等效采用日本汽车标准 组织的3 a s 0f c 二冲程汽油机油规格。制定了我国风冷二冲程汽油机油( f c ) 石油化工行业标准s t t t 0 6 7 5 19 9 9 “，见表1 - l3 。 表1 - 13我国风冷二冲程汽油机油( p c ) 行业标准 注：a 可采用o b t 5 1 l 测定机械杂质，指标为不大于00 i ( m ) ，有争议时 以6 p , r 653 l 为准，b 属保证项目，每四年审定一次，必要时进行评审。 综上所述，随着世界二冲程发动机的发展以及世界各国环保法规的出 台，国际上已形成了几个系列较为完整的二冲程汽油机油规格，世界二冲 程汽油机油规格发展进程见表卜14 ”1 。 天津大学硕士学位论文文献综述 9 8 5 年 a a p i s t m 、；a e e c 、t s c i t s c 一2t s c - 3 - 1 9 8 7 年 19 8 8 正 i9 8 9 年 i9 9 2 年 l9 9 2 年 19 9 4 现在 t s c 一4 t d t c w 3 目前虽然各二冲程汽油机油生产厂仍是根据市场需要按各种标准组织 生产，但今后将逐步趋于风冷二冲程汽油机油采用j a s o 和1s o 规格，水 冷二冲程汽油机油采用n m m a 规格。由于is o 是在j a s 0 的基础上发展起来 的，所以风冷二冲程汽油机油规格容易统一于l s 0 规格。 国外曾用j a s o 风冷二冲程汽油机油台架评定了t c w 3 舷外机油，该油 通过了j k s of b 的标准”1 。由此推断，也许将来水冷、风冷二冲程汽油机 油可以统一通用。但风冷与水冷两个系列的二冲程汽油机油规格能否统一 起来，还要看今后的发展。 通过对二冲程汽油机油规格发展的介绍，我们可以看到，二冲程汽油 机油规格的不断更新是二冲程发动机发展的客观需要。随着二冲程发动机 向高强化、高功率方向发展，以及发动机寿命的不断提高和高燃油比的采 用，二冲程汽油机油的质量将会进一步地提高。 15 二冲程汽油机的排放 1 5 1 二冲程汽油机排放法规 二冲程汽油机具有结构简单、容易维修、成本低、体积小、重量轻等 优点，但由于发动机进气和排气设计问题，存在相当严重的排气污染问题。 随着各国对控制环境污染的日益重视，美国、欧盟、印度、泰国、新加坡、 我国台湾等国家和地区相继出台了二冲程汽油机排放法规( 见表卜15 、表 1 16 、表1 - 17 ) ，以严格控制二冲程汽油机的排放。 1 8 k 胩 阢 阱 他 锄 k 锄 仆 嘲 阳 饿 u 一 睐 一 n 一 阱 卧 一 化 州从石舭姗配|兰川 中 天津大学硕士学位论文 文献综述 表1 一l5美国对二冲程汽油机有害排放限制 l 9 9 4 9 9 8 年加里福尼亚推