燃油
挑战未来的燃料
21 十二月 2020
08 三月 2017
在极端条件下测试低温操作性
每年,润英联都会在日本北部岛屿的极端恶劣条件下进行行车试验。润英联燃油技术专家Masanori Takahashi特别介绍了这些测试如何帮助深入了解燃油质量在极端低温条件下对车辆操作性的影响。
北海道旭川市的一二月份平均温度约为零下13°C,是润英联验证其产品在真实行车条件(而非完全依赖于实验室测试)下性能表现的理想地点。
在共同参加测试的主要OEM厂商和油公司的协作下,润英联日本燃油团队在气温低于冰点的黎明之前就开始测试,其目的是使大家更好地理解低温流动性改进剂(CFI)添加剂、燃油和硬件在这些极端严苛条件下的操作性能。对许多参与人员而言,这是他们第一次亲身体验真实世界的行车问题,这也是一次令他们终身难忘的严寒体验。
燃油在真实世界行车条件下的操作性能受到多重因素的影响,包括燃油中的蜡含量、蜡晶如何形成及蜡晶沉积在过滤器上的方式。因为这是诸多变量的复杂组合,所以低温流动性的实验室测试过于简单,难以充分模拟现实世界的条件。尽管燃油规格中包含了这些台架测试,但是这些测试并不一定能够保证燃油的操作性能。
然而,台架测试确实有其用处。例如,关于浊点、冷滤点(CFPP)和倾点的台架试验可以有效帮助显示燃油是否符合需求。此外,润英联将台架模拟测试作为一种便捷手段用于预测在某些条件下哪些低温流动添加剂可以提供所需的操作性能等级。
但是,即便冷室底盘测功机(CCCD)测试使用了真实发动机,并在受控条件下运行,也不能完全再现真实世界的条件。我们认为,行车试验是能够准确测量车辆低温流动操作性的唯一方式。在日本进行的这次测试使得润英联能够识别测试车辆中出现的不同故障机制和现象。然后,可以将测试结果与CCCD的测试数据结合,用于矫正未来的台架模拟测试。
润英联使用两个参数(“启动性能”和“驾驶性能”)来评估操作性能,这两个参数均受到燃油质量和车辆系统的影响。
用于保护高压泵的末端过滤器(LCF)会影响启动性能。车辆在不用时,如夜晚,燃油中会有蜡晶形成并留在燃油管线中。当发动机启动时,这些晶体就会堵塞LCF。这意味着车辆系统的一项重要参数就是LCF的筛孔尺寸和燃油管线的长度。
驾驶性能会受到燃油箱内形成的蜡在燃油过滤器上累积的影响。如果所形成的蜡不能在发动机运行时因燃油升温而重新熔化,那么过滤器就会堵塞。在21世纪初之前,大多数车辆完全依靠燃油从发动机返回至油箱时的热量来融化蜡。最近的车辆则通常配备一个电加热器来使燃油升温或使燃油重新从发动机循环至燃油过滤器,进而降低过滤器堵塞的可能性,并改善驾驶性能。
良好的CFPP性能和燃油中存在的小的蜡晶体可改善过滤器的耐受性,使蜡更易重新熔化。
为达到这一目标,炼厂需要挑选最合适的添加剂,并确保他们的燃油能满足相关的CFPP规格要求。低温流动性改进剂可使给定燃油实现最佳的操作性能。但是,由于过滤能力和过滤面积有限,因此也有必要控制燃油中的蜡含量。
润英联与炼厂和OEM厂商合作,提供最佳的燃油特性建议,以使当今的燃油和车辆能够实现最佳的操作性能。日本冬季行车试验是寻找检验启动性能和驾驶性能最佳方式、并评估改善车辆操作性方式的一次极佳机会。
启动性能测试用于评估发动机是否会在第一次点火之后继续运行。下图显示了车辆的启动性能,其中测试车辆采用了标准的日本二级燃油并添加了传统的低温流动性改进剂。Y-轴表示燃油温度与CFPP的差值。红线以上各点表示燃油温度高于CFPP,红线以下各点表示燃油温度低于CFPP,表明测试结果很好。
评估了两台乘用车的启动性能,这两台车的燃油管线长度(在燃油过滤器与LCF之间)几乎相同,且都留有~20cc,但LCF筛孔尺寸不同。测试用燃油通常会在CFPP温度时形成100-150微米的针状蜡晶。不出所料,配有更大筛孔LCF的车辆在启动性能测试中表现优于配有更小筛孔LCF的车辆,后者在高于CFPP温度时未能通过测试。
这些结果表明炼厂使用合适的蜡晶改进剂和低温流动性改进剂来控制CFPP是多么重要。
通过对比三辆全部使用了相同LCF的轻型卡车,显而易见的是过滤器之间更长的燃油管线会对启动性能造成不利影响。随着高压共轨系统变得更加精确,末端过滤器有望发挥更大作用。
驾驶性能测试用于评估车辆能否在测试期间内继续以50km/hr的速度运行。驾驶性能受到燃油质量和车辆过滤器设计的影响。在燃油质量方面,由于蜡在燃油箱中形成,所以需要控制的重要参数是蜡晶尺寸、形状和含量。
在下例中,燃油形成小的针状蜡晶,这意味着将会在过滤器上形成多孔的蜡饼。这会最大程度地提高过滤器在不同操作条件下对蜡的耐受性,使得蜡更容易重新熔化。
卡车A是一辆新型短期(NST)排放轻型卡车,驾驶性能的边界区域约为1.5wt%。卡车B配备了一个从发动机到燃油过滤器的再循环系统,可帮助将形成的蜡重新熔化,可容忍更高的蜡含量。卡车C的燃油过滤器体积小,但是配有一个电加热器来加热燃油,这对驾驶性能有很大影响 - 在乘用车中也观察到这一趋势。
这些结果显示在评估车辆的驾驶性能时,必须要考虑燃油质量和车辆的燃油系统设计。
在燃油质量方面,考虑目标温度下恰当的蜡含量水平、并选择可以确保更小蜡晶形成(更易重新融化)的添加剂是非常重要的。
燃油过滤器的设计是尝试改善驾驶性能时的一项关键考虑因素。从我们对轻型车辆的行业经验看来,车辆的过滤面积如果非常小,则其驾驶性能的极限接近浊点。可以配置电加热器和再循环系统来使蜡重新熔化,从而可以帮助缓解这一问题。此外,也应该考虑使用额外的过滤器,就像在那些乘用车在内置式燃油泵中配置过滤器。
为使卡车和乘用车保持卓越的低温操作性,需要考虑启动性能和驾驶性能。由于这些参数受到燃油质量和车辆系统设计的影响,所以行车试验是评估这些变量变化影响的最佳方式。
日本冬季行车试验是一次极佳的机会,可使油公司、添加剂公司和OEM厂商能够携手努力,以便更好地了解其最新产品在真实世界条件下的性能表现。
通过这一技术合作,对车辆操作性获得了新的数据和深入洞察。这意味着润英联完全有能力帮助OEM厂商避免未来在低温条件下将会出现的行车问题,帮助油公司确保其燃油满足最新车辆的低温操作性目标。
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