甲醇汽油甲醛排放及其对润滑油性能影响试验研究

杨超

摘 要 对于两辆燃烧甲醇汽油的车辆进行8万公里试验运行，期间对车辆的甲醛排放以及更换的润滑油进行试验检测。结果表明：分别燃用M15甲醇汽油和93号汽油时，尾气中都有甲醛排放，M15甲醇汽油甲醛排放高于93号汽油，两者处于同一数量级。随着行驶里程的增加，两辆车辆所更换的潤滑油运动粘度变化率均在20%范围内，酸值增加量都小于0.5mgKOH/g，水分含量都小于0.2%，满足换油指标的规定，可以得出M15甲醇汽油对发动机润滑油性能劣化影响较小。

关键词 M15甲醇汽油 甲醛排放 润滑油

0前言

近年来我国汽车产业快速发展，2013年，汽车产销量均达到2200万辆，连续四年位于全球第一，机动车保有量达到2.5亿辆，这必然会导致汽车石油消耗量持续增大，加剧我国的石油资源短缺。与此同时，汽车保有量的持续增长使得汽车尾气排放造成的城市环境污染也越来越严重，因此开发和研究合适的新型清洁石油替代能源是缓解石油资源短缺、改善大气污染的有效手段。

“富煤、贫油、少气”是我国目前的能源现状，煤炭资源丰富以及煤炭产业升级转型的政策导向为新型清洁石油替代能源的发展提供了基础和方向，将煤炭转化为甲醇，大力发展甲醇燃料，符合我国的能源资源现状，是解决我国石油资源短缺的重要途径。甲醇与汽油具有相似的理化性质，在汽车上使用低比例的甲醇汽油时不需要对发动机结构进行任何改动与调整，只有大比例掺烧甲醇时，需对发动机的供油控制系统进行改动，使用较为方便。但是汽车燃用甲醇燃料也存在非常规污染物甲醛排放以及对金属的腐蚀和橡胶的溶胀等问题，制约着甲醇汽油的推广。

目前，国内外学者对甲醇汽油的排放以及腐蚀性进行了较多的研究，但是很少有对车辆长期燃用甲醇汽油后的甲醛排放和腐蚀性进行研究。本文对两辆燃用M15甲醇汽油的车辆进行长达8万公里的试验运行，运行期间定期测量车辆的甲醛排放，同时更换93#汽油进行对比试验，并且定期对车辆的润滑油进行更换，对更换润滑油的三个主要劣化指标粘度、酸度和水分进行试验，以评价M15甲醇汽油对发动机润滑油的影响。

1试验装置和方法

本试验选择市场上较为普遍的两款排量分别为1.6L朗逸和2.0T帕萨特的汽油车进行试验运行，试验车辆道路运行8万公里，其中：前1万公里运行时车辆燃料为93号汽油，完成试验车辆的磨合；从第一万公里开始，车辆燃用M15甲醇汽油运行，运行里程为7万公里，运行期间分别对车辆的甲醛排放和润滑油性能进行试验。

1.1甲醛排放试验方法

目前，国标中没有对汽车尾气中甲醛排放测试方法进行规定，只能以现有的《公共场所空气中甲醛测定方法》标准作为参考。国内外学者对汽车尾气中甲醛排放测试中应用较多的测试方法主要有气相色谱法、高效液相色谱法、酚试剂分光光度法等，色谱法存在仪器设备昂贵、使用成本高以及对试验操作人员要求也较高等缺点，因此本次试点中甲醛排放测试采用基于酚试剂分光光度法的快速甲醛测试仪，同时基于自行开发的尾气采样系统对两辆试验车辆的甲醛排放进行测量。道路运行中，车辆行驶里程数分别达到1万、4万和8万公里时，分别测试车辆燃烧93#汽油和M15甲醇汽油的甲醛排放。

本试验中利用甲醛可以与水任意互溶的特性来收集汽车尾气中的甲醛，图1为汽车甲醛排放测试仪的系统原理图，汽车尾气通过采样泵进入到采样系统中进行冷却，再通过水分离器除去尾气中的水蒸汽，而后通过流量计进入到混合器中与一定流量的大气混合，然后通入甲醛吸收装置得到反应溶液，最后通过甲醇分析仪可以读出试验结果。测试仪器采用快速甲醛测试仪，仪器的甲醛浓度测量范围为0-1.00mg/m3，仪器的测量精度为0.01mg/m3。

1.2润滑油性能检测试验方法

发动机燃烧甲醇汽油时会对润滑油产生影响，而润滑油的三个主要性能劣化指标分别是运动粘度、酸度和水分，因此需要对更换的润滑油的三个主要指标进行检测。运行中车辆燃料为M15甲醇汽油，发动机润滑油型号为5W-40，未使用时其理化指标如表1所示，每隔5000公里对车辆进行检查和维护，保证其良好的行驶性能，同时更换润滑油、机油滤芯、汽油滤芯等，对更换后的润滑油进行取样，分析其理化指标。

2甲醛排放结果分析

由图中可以看出可知，在怠速（900r/min）以及高怠速（2500r/min）工况下，试验车辆上使用的M15甲醇汽油和使用93#汽油相比，甲醛排放量高于93号汽油的排放量。这是由于车辆燃烧甲醇汽油时，燃料中的甲醇不完全燃烧会产生甲醛排放；同时甲醛作为一种燃烧的中间产物普遍存在于碳氢化合物燃烧过程中，因此在车辆燃烧93号汽油时排气中也有甲醛的存在。并且怠速工况下甲醛排放高于高怠速工况，这是由于高怠速工况下缸内温度较高，高温不利于甲醛的生成，在较高温度下，HC和甲醛可能完全氧化生成CO2和H2O。

同时随着行驶里程的增加，朗逸在怠速工况下甲醛排放呈现先减小后缓慢增大的趋势，而高怠速工况下呈现逐步增大的趋势；帕萨特在怠速和高怠速工况下都呈现先增大后减小的趋势，怠速工况下增大明显。原因可能是随着车辆行驶里程的增加，从1万公里的磨合状态到8万公里的逐渐老化状态，发动机的性能变化导致上述的甲醛排放变化。同时由于两辆试验车辆性能差异以及帕萨特为涡轮增压发动机，排气温度较高，因此两辆试验车辆甲醛排放趋势有差异。

由于M15中甲醇含量较少，从试验结果可以看出，试验车辆的发动机工作正常，燃烧较为充分，因此燃用M15时甲醛的生成量比较低的，与燃用汽油时的生成量处于同一数量级。

3润滑油试验结果分析

3.1粘度试验结果分析

运动粘度是润滑油的一个最重要的性能指标，运动粘度的大小影响润滑油在摩擦副中形成的油膜强度以及其流动性的大小。通常情况下，由于氧化作用、燃料油的稀释、润滑油中轻组分的挥发以及机械剪切等都会造成润滑油粘度的变化，粘度过大会增加机械的动力损耗，并且粘度过大会造成润滑油泵送困难，润滑油难以在摩擦副间形成充足的润滑油膜，粘度过小则会导致摩擦副间油膜厚度过小，机械磨损增加，甚至造成发动机的拉缸。

在此试验中，分别测量40℃和100℃运动粘度，并且计算运动粘度变化率，试验完成后进行数据处理，得到润滑油粘度随行驶里程的变化关系，如图5、6所示。

从图中可以看出，随着试验车辆行驶里程的增加，两辆车所更换的润滑油在相同温度下的粘度都会有随之增高的趋势，并且朗逸较帕萨特相比增高趋势明显，这是由于发动机燃烧甲醇汽油时，甲醇及其燃烧产物甲酸的可能会流入到曲轴箱中，会与润滑油中的添加剂反应导致润滑油粘度增加；同时随着行驶里程的增加，发动机开始出现缓慢老化，导致燃料窜入到曲轴箱的机率增加，所以其粘度会有缓慢增长的趋势；同时，两台试验车辆所更换的润滑油粘度与未使用的润滑油粘度相比，变化很小。

图7为润滑油100℃运动粘度变化率随行驶里程的变化关系，根据国标中关于机油换油指标的规定，100℃运动粘度变化率最大不能超过20%，由试验数据可知，两辆试验车辆所使用润滑油在100℃时的粘度变化率均在20%范围内，因此可知，M15甲醇汽油对润滑油的粘度影响很小。

3.2酸值試验结果分析

润滑油的酸值变化主要原因是氧化变质和污染变质，酸值主要影响零件的腐蚀性，若酸值过高就会对发动机零部件产生腐蚀作用。润滑油在使用中由于水分存在、甲醇及其燃烧产物甲醛、甲酸等的窜入等都会使润滑油氧化作用加剧，加速润滑油的老化，在此过程中会产生较多的酸性物质。润滑油酸值较大会对发动机部件造成腐蚀，并且与金属部件相互作用还会使润滑油的老化加速，会对发动机造成较大的损害。图8和9为酸值以及增加量随行驶里程的变化关系。

由上图可知：润滑油酸值有随着试验车辆行驶里程的增加而增大的趋势，并且朗逸较帕萨特相比增高趋势较大，这是由于发动机燃烧甲醇汽油时，气缸中的甲醇及其燃烧产物可能会流入曲轴箱中，加剧了润滑油的氧化老化，酸值增加；从图5.5中可以看出总体酸值增加较小，都小于0.5mg，均低于2.0mg的换油限值，这表明M15甲醇汽油对润滑油的酸值影响很小。

3.3水分试验结果分析

燃烧中生成的水蒸气以及环境中的水的凝结会造成润滑油中有水分存在，这容易造成润滑油乳化变质产生油泥，同时也增加了润滑油的氧化作用，使其氧化变质产生不溶性物质和有机酸，破坏润滑系统油膜，腐蚀金属部件，因此需要避免润滑油中过多水分的存在。

润滑油水分试验结果为：两台车辆所更换的润滑油含水量过小，很难精确测量出，均低与国标规定的0.2%，因此可以得出结论试验车辆燃烧M15甲醇汽油对润滑油水分含量基本无影响。

4结论

（1）两辆试验车辆分别燃油M15甲醇汽油和93号汽油时，排气中都有甲醛排放，M15甲醇汽油甲醛排放高于93号汽油，两者甲醛排放量都较低，处于同一数量级；对于两种燃料怠速工况下的甲醛排放要高于高怠速工况下的甲醛排放。

（2）随着试验车辆行驶里程的增加，两辆试验车辆所更换的润滑油在相同温度下的粘度都会有随之增高的趋势，100℃时的运动粘度变化率均在20%范围内；润滑油酸值有随着试验车辆行驶里程的增加而增大的趋势，酸值增加量都小于0.5mgKOH/g；润滑油中水分含量均低于0.2%，可以得出M15甲醇汽油对发动机润滑油性能劣化影响较小。

参考文献

[1] 刘生全，马志义，刘丹丹等.含醇类燃料非常规排放污染物甲醛的实验研究[J].汽车工程，2008，30（09）：775-778.

[2] 张凡，帅石金，肖建华等.低比例甲醇汽油燃料非常规排放特性的试验研究[J].内燃机工程，2010，31（06）：1-7.

[3] 李兴虎，赵晓静.润滑油粘度的影响因素分析[J].润滑油，2009，24（06）：59-64.

[4] 李静，杨慧青. SJ汽油机油换油标准的修订[J].润滑油，2012，27（05）：60-64.

[5] GB/T 8028-2010，石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法[S].

[6] 魏守有，刘晓晨.汽轮机润滑油油质对运行的影响及改进措施[J].科技情报开发与经济，2008，18（02）：226-227.