上海默芮達(dá)專業(yè)知識(shí)與您分享：發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油煙炱分散技術(shù)分析

    為了滿足日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)，重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不斷采用新的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，例如延遲噴射柴油、尾氣顆粒捕捉器、選擇性催化還原器、氧化催化轉(zhuǎn)換器等。這些新技術(shù)的應(yīng)用，改變了發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的工作環(huán)境，對(duì)機(jī)油的使用性能提出了越來越高的要求，尤其是煙炱分散性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑中煙炱含量的增長(zhǎng)將對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響：首先，機(jī)油中的小煙炱微粒會(huì)逐步積聚為較大顆粒，會(huì)在摩擦副表面產(chǎn)生磨粒磨損，如曲軸及連桿軸承、缸套及活塞環(huán)以及相關(guān)閥系的磨損。煙炱也可以在高溫及低溫條件下形成活塞沉積漆膜或油泥。煙炱在機(jī)油中積聚成較大顆粒，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而阻礙了機(jī)油正常流動(dòng)，同時(shí)加速油品氧化，加速消耗機(jī)油堿性，使油中的功能添加劑過早失效。在重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油規(guī)格發(fā)展過程中，油品在各方面性能要求上都有著不同程度的提高，從CF-4到CJ-4，在防止油品粘度增長(zhǎng)、缸套拋光、閥系及軸承磨損性能方面得到了顯著提升，而這些性能都與潤(rùn)滑油的煙炱分散性能緊密相連，對(duì)于煙炱分散性能的要求越來越高。

煙炱是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)不完全燃燒的產(chǎn)物，通過竄氣及氣缸壁的油膜經(jīng)氣缸油環(huán)刮入曲軸箱。重負(fù)荷柴油機(jī)排放的固體顆粒物主要是由碳黑、有機(jī)碳和磺酸鹽等組成。煙炱表面元素分析表明，煙炱表面含有氮、氫及硫元素，也含有來自潤(rùn)滑油添加劑的鈣、鎂、鋅、磷等元素，為了提高機(jī)油的煙炱分散性，通常的做法是加大分散劑的用量。實(shí)驗(yàn)證明，過多的分散劑用量會(huì)影響油品的低溫流變性（CCS和MRV）、抗磨性和密封材料相容性，用此方法不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用及Mack T8E臺(tái)架條件下油品粘度增長(zhǎng)過快的問題。

煙炱顆粒直徑在20~40nm，其表面積很大，微粒間吸引力很強(qiáng)，很容易團(tuán)聚。采用不同結(jié)構(gòu)、不同堿值的聚異丁烯二酰亞胺分散劑搭配使用可明顯提高機(jī)油的煙炱分散性?；撬猁}和硫化烷基酚鹽是表面活性劑。在油中，油溶性烷基鏈向外側(cè)把極性基聚集起來，形成膠束而溶解。因此，清凈劑具有增溶作用、膠束作用及酸中和作用，從而能抑制或減少各種發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油沉淀物。清凈劑的膠溶作用主要是指其能夠吸附于煙炱及其它非油溶性固體顆粒表面，形成覆蓋膜，從而阻止了其聚集成較大粒子而在金屬表面沉積。而正是清凈劑在煙炱表面強(qiáng)的吸附力影響了分散劑在煙炱表面的吸附，致使油品的煙炱分散性能降低。CF-4~CJ-4對(duì)機(jī)油煙炱分散性大幅度提高，因此其配方主組成中無灰分散劑的比例較早先的CD油有明顯提高，二者之間的平衡是研究配方的關(guān)鍵。分散劑的選擇及加劑量還要充分考慮各種性能之間的平衡，如分散劑對(duì)煙炱分散能力、熱氧化穩(wěn)定性、對(duì)油品高溫清凈性的影響以及對(duì)油泥的控制。無灰分散劑的堿值（氮含量）越高，分散能力越強(qiáng)，但熱穩(wěn)定性、高溫清凈性變差，這就是不同結(jié)構(gòu)分散劑復(fù)合使用的原因。

美國(guó)API和歐洲ACEA重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油規(guī)格對(duì)油品抗磨性能的評(píng)價(jià)主要體現(xiàn)在高煙炱條件下機(jī)油對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦副的保護(hù)能力。CUMMINS M11臺(tái)架主要評(píng)價(jià)在高煙炱條件下潤(rùn)滑油對(duì)閥系的保護(hù)能力；Mark T-9實(shí)驗(yàn)主要評(píng)價(jià)機(jī)油在煙炱存在條件下，機(jī)油對(duì)缸套-----活塞環(huán)的保護(hù)能力。通過各種實(shí)驗(yàn)?zāi)M和臺(tái)架實(shí)驗(yàn)表明，提高油品對(duì)煙炱的分散能力，防止煙炱聚集，不但可以降低煙炱引起的粘度增長(zhǎng)，而且可減少煙炱所造成的磨損。提高機(jī)油組成中ZDDP加劑量，可以降低油中高煙炱含量對(duì)抗磨性所造成不利影響，但其含量的提高又會(huì)直接影響油品的高溫清凈性，相應(yīng)的要提高油品組成中清凈劑的加量。因此在研制高檔重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油時(shí)，與CD油相比，可適當(dāng)增加ZDDP的加劑量，以保證抗磨性，同時(shí)要復(fù)合L-57、L-135、T323之類高溫抗氧化劑，以提高油品的熱氧化安定性。

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架實(shí)驗(yàn)表明，活塞頂岸和頂環(huán)槽沉積物含有約15~40%的無機(jī)殘留物，油品中硫酸鹽灰分越大，沉積物中無機(jī)殘留物相對(duì)含量增大，但頂岸重碳率和潤(rùn)滑油灰分關(guān)系不大，說明高堿值清凈劑對(duì)油品高溫清凈性的影響是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。一方面高堿值清凈劑的熱氧化分級(jí)生成的殘留物直接影響相關(guān)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果，另一方面，高堿值清凈劑所含皂鹽又起清凈作用，由于燃料中所含的硫在燃燒過程中生成的SOX，會(huì)造成缸套、活塞等部件的化學(xué)腐蝕而燃料不完全燃燒產(chǎn)物及潤(rùn)滑油氧化產(chǎn)物所生成的酸性物質(zhì)也會(huì)造成瓦軸腐蝕，為了減少各種酸性物質(zhì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件化學(xué)腐蝕的影響，必須添加高咸值清凈劑以中和這些酸性物質(zhì)。資料數(shù)據(jù)表明，在硫化烷基酚鹽與磺酸鹽復(fù)配體系中，硫化烷其酚鹽對(duì)降低第一環(huán)槽積碳有利，磺酸鹽對(duì)降低二環(huán)以下的積碳和漆膜有利。

提高煙炱分散性是高檔重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的主要性能特性，其主要途徑是使用具有高煙炱分散性能的無灰分散劑，同時(shí)高溫清凈劑和抗氧抗磨劑都對(duì)油品的煙炱分散性有很大影響。

目前我國(guó)市場(chǎng)上柴油中硫含量在0.15%以下，行車實(shí)驗(yàn)表明，潤(rùn)滑油中的堿值（TBN））在大于燃油中硫含量60倍以上時(shí)，才能有效中和生成的SOx,防止發(fā)動(dòng)機(jī)部件的化學(xué)腐蝕磨損，因此在調(diào)制CF-4油時(shí)，在滿足TBN大于90時(shí)，盡可能使用中性磺酸鈣比例高的，清凈分散性好低堿值磺酸鈣T101或T104。API重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油規(guī)格從CF-4到CH-4，最關(guān)鍵指標(biāo)是大大提高了對(duì)煙怠所造成負(fù)面影響的Mack T8E臺(tái)架試驗(yàn)苛刻度增加，由150h增加到300h，煙炱分散性好壞直接關(guān)系的Cummins M11臺(tái)架。CH-4在高溫清凈性方面提高不是很大，但由于煙炱分散、抗磨損性和抗氧化性能要求的提高，無灰分散劑和ZDDP加量增加，這樣會(huì)給高溫區(qū)清凈性帶來不利影響，因此清凈劑的選擇和加量是至關(guān)重要的。CH-4與CF-4最重要的區(qū)別之一是提高了其對(duì)抗氧化性能的要求，MS程序IIIE的臺(tái)架實(shí)驗(yàn)要求粘度增長(zhǎng)不大于200%，較SJ汽油機(jī)不大于375%的要求還要苛刻，因此配方中要相應(yīng)提高抗氧劑的比例，特別是添加高效抗氧劑。綜上所訴，CH-4組成要較CF-4油有較大幅度的改進(jìn)，加劑量至少提高50%，根據(jù)這一思路，CH-4組成要在CF-4基礎(chǔ)上抗氧劑和無灰分散劑各提高加劑量1.2%，而增加劑量的余部則要提高清凈劑，其中抗氧劑中除了適當(dāng)提高ZDDP加量外，主要是添加高溫抗氧劑L-57、L-35和T324等。

為了進(jìn)一步減少NOX的排放，2002年歐美廠家生產(chǎn)柴油機(jī)都安裝廢氣再循環(huán)后處理體統(tǒng)EGR，帶有EGR裝置的柴油機(jī)對(duì)潤(rùn)滑油提出了更加苛刻的要求，這是因?yàn)槲矚庵?/span>SOX進(jìn)入氣缸內(nèi)，增加了缸內(nèi)酸濃度，廢氣換熱器需要通過發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)帶走熱量，使熱負(fù)荷增加25%，油底殼溫度可達(dá)120℃，加快了機(jī)油氧化；進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)再循環(huán)廢氣還會(huì)將大量的炭黑、NOX、SOX、水蒸氣以及未完全燃燒所產(chǎn)生的酸性物質(zhì)帶入機(jī)內(nèi)，會(huì)使機(jī)油變稠造成機(jī)件腐蝕磨損，因此帶EGR裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)油必須能夠承受熱的煙炱以及控制酸腐蝕能力，CI-4油的使用性能較上一代標(biāo)準(zhǔn)有了明顯提高。

發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，特別是連桿端的抗磨損性能大幅度提高；機(jī)油耗量減少，為發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)提供極好的抗磨損保護(hù)，保持冷車狀態(tài)下良好的低溫流動(dòng)性；良好的防止機(jī)濾被積碳堵塞的能力；密封件的壽命更長(zhǎng)；良好的機(jī)油粘度穩(wěn)定性，防止因煙炱過多而導(dǎo)致粘度升高；使曲軸軸承更好的防腐蝕性能；提高良好的高溫抗氧化性能。我國(guó)目前缺少評(píng)定CI-4油的相關(guān)臺(tái)架評(píng)定設(shè)備，此類油只能選擇國(guó)外公司生產(chǎn)復(fù)合劑來調(diào)制。

重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油最新規(guī)格API CJ-4為了適用排放法規(guī)要求，對(duì)油品的硫、磷、硫酸鹽灰分做了嚴(yán)格限制，這對(duì)目前發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油配方技術(shù)提出了挑戰(zhàn)?；曳謥碜越饘偾鍍魟┖?/span>ZDDP，硫酸來自硫化烷基酚煙、ZDDP和基礎(chǔ)油。硫含量的限制和揮發(fā)性指標(biāo)的降低要求使用II類以上的基礎(chǔ)油調(diào)制CJ-4。在添加劑方面，使用代替或部分代替ZDDP作用的添加劑，如無灰無硫無磷的抗氧劑、抗磨劑。在最新的重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油配方專利中，也體現(xiàn)了上述發(fā)展趨勢(shì)。例如有一專利發(fā)明，一定水平的硼添加劑可以使機(jī)油具備滿意的抗磨性能，并使配方中硫和磷處于較低水平，油中硼含量在200mg/kg,硫含量小于4000mg/kg，灰分小于1.5%，并含有相當(dāng)數(shù)量的鉬鹽和水楊鹽酸。另一專利則涉及一種低灰配方，主要通過減少金屬清凈劑的用量降低油中灰分，而高溫清凈劑和氧化安定性的保持通過加入了氮硼酸脂來實(shí)現(xiàn)。