發(fā)動機國Ⅲ排放標準的實施對潤滑油組成的影響

宋應(yīng)金 張桂林 郗 杰

摘要:隨著國Ⅲ排放標準在全國范圍內(nèi)實施,它對汽車相關(guān)各行業(yè)的影響已經(jīng)日益呈現(xiàn)。對車用潤滑油來說,降低發(fā)動機油的磷含量,提高燃油經(jīng)濟性,延長發(fā)動機油的使用壽命,是行業(yè)對潤滑油生產(chǎn)企業(yè)的要求;對潤滑油添加劑來說,綜合具有減摩抗磨、抗氧防腐且磷含量低的添加劑將越來越受到業(yè)界的關(guān)注。文章在分析國Ⅲ排放標準實施對潤滑油組成影響的同時,重點介紹具有以上綜合優(yōu)勢的有機鉬、有機硼添加劑,并對引入此類添加劑的潤滑油進行了多次臺架模擬試驗和分析,得出有機鉬、有機硼添加劑在車用機油中減摩抗磨、抗氧、節(jié)能、延長換油期和改善尾氣排放方面的優(yōu)異表現(xiàn),并預(yù)測此類添加劑的使用將成為發(fā)動機油升級換代的關(guān)鍵和整個潤滑油行業(yè)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:發(fā)動機油;國Ⅲ排放標準;有機鉬;有機硼;組成

中圖分類號:TE626.3 文獻標識碼:A

Impact of the National Ⅲ Emission Standard on the Formulation of Engine Oils

SONG Ying-jin1, ZHANG Gui-lin2, XI Jie3

(1.Petroleum Institute of Harbin University of Commerce, Harbin 150028,China; 2. Pacific Ocean United (Beijing) Petrochemical Co., Ltd, Beijing 100101,China; 3. PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

Abstract:With the implementation ofthe NationalⅢ Emission Standard nationwide, its impact on vehicle-related industries becomes increasingly obvious. For engine oils, all lube oil manufacturers are trying every means to lower Phosphorus content, enhance fuel economy and extend oil drain intervals. For lubricant additive industry, those additives which enjoy such comprehensive advantages as friction reduction, antioxidation and lower Phosphorus content will gain wide appeal and come into use more and more. In this paper, an in-depth analysis of what impactthe NationalⅢ Emission Standard will exercise on lube oil formulations is materialized, and organic Molybdenum compound and organic Borate are introduced as high-performance additives for lube oil blenders. Additionally, many experiments on engine oils with and without these two additives were conducted, and test results showed that these two additives can impart good performances to engine oils. It is predictable that these kinds of lubricant additives will become the key for upgrading of engine oils and represent the development of lubricant industry in the future.

Key words:engine oil;nationalⅢ emission Standard; organic Molybdenum compound; organic Borate; formulation

0 前言

汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,一方面促進了國民經(jīng)濟的快速增長,日益改善著人們的生活;但另一方面,汽車尾氣排放量也隨之迅速增加,嚴重影響了環(huán)境和空氣質(zhì)量,威脅到人們的身體健康,因此,執(zhí)行嚴格的排放法規(guī)勢在必行。而且隨著汽車生產(chǎn)量和保有量的持續(xù)增加,更加嚴格的排放法規(guī)將會不斷頒布和實施。

每一次排放標準的頒布執(zhí)行,都將意味著新的發(fā)動機技術(shù)的推廣應(yīng)用和新的發(fā)動機潤滑油規(guī)格的出現(xiàn)。日益嚴格的排放法規(guī)推動著發(fā)動機制造商不斷采用新的發(fā)動機技術(shù),同時也推動著潤滑油制造廠生產(chǎn)出能同時滿足這些新技術(shù)和新排放標準的潤滑油。因此,發(fā)動機國Ⅲ標準的實施,必然使國內(nèi)發(fā)動機潤滑油配方組成有比較大的調(diào)整。本文將針對滿足國Ⅲ排放標準的發(fā)動機潤滑油使用性能做初步研究。

1 國Ⅲ標準的實施對發(fā)動機潤滑油的技術(shù)要求

(1)組成中有較低的硫、磷含量。較低的硫、磷含量能保證汽車尾氣催化轉(zhuǎn)化器的正常作用,因此,發(fā)動機潤滑油限制硫、磷含量是必然趨勢。

(2)要求發(fā)動機潤滑油具有優(yōu)異的高溫抗氧性能,減少高溫沉積物的形成,同時減少低溫油泥的產(chǎn)生。

(3)要求發(fā)動機潤滑油具有優(yōu)良的清凈性和優(yōu)良的酸中和能力,防止發(fā)動機銹蝕、腐蝕和磨損。

(4)要求發(fā)動機潤滑油具有優(yōu)異的分散能力。EGR(廢氣再循環(huán)技術(shù))和DPF(顆粒捕捉器)等新技術(shù)在發(fā)動機上的應(yīng)用,相應(yīng)增加了發(fā)動機潤滑油的積炭和煙炱污染,因此,必須在發(fā)動機潤滑油組成中加強對油泥和積炭的分散性能。

(5)要求發(fā)動機潤滑油具有優(yōu)良的高溫高剪切性能。在苛刻環(huán)境下,具有優(yōu)異的粘度保持性能,能顯著降低發(fā)動機磨損。

(6)要求發(fā)動機潤滑油具有優(yōu)良的抗磨損性能。新發(fā)動機的壓力負荷明顯增加,因此,要求其組成中有優(yōu)良的抗磨和減摩成分。

(7)要求發(fā)動機潤滑油低溫泵送性能突出,可提高發(fā)送機的啟動性能,降低磨損。

(8)要求發(fā)動機潤滑油組成中含有能抑制ZDDP醇解的組分。我國部分地區(qū)推廣了醇燃料,因此,上述地區(qū)使用的發(fā)動機潤滑油組成中應(yīng)含有該組分。

(9)要求發(fā)動機潤滑油對密封材料具有良好的兼容性。

2 試驗部分

2.1 試驗?zāi)康?/p>

在發(fā)動機潤滑油的組成中,通過引入氮鉬配合物和氮硼配合物這兩種添加劑,來降低機油中硫、磷含量,調(diào)合出滿足CI-4規(guī)格的潤滑油,進行500 h可靠性臺架試驗,來考察其衰變情況。

2.2 試驗材料

(1)發(fā)動機:上海柴油機廠8DK,參數(shù)如下:

型式:直列、四沖程、水冷、直接噴射式、增壓中冷、高壓共軌;

氣缸數(shù):6;

單缸氣門數(shù):4;

氣缸套型式:濕式;

氣缸直徑:114 mm;

活塞行程:144 mm;

活塞總排量:8.83 L;

壓縮比:17.3∶1。

標定工況:

標定轉(zhuǎn)速:2200 r/min;

標定功率:275×(1±5%)kW;

平均有效壓力:1370 kPa;

活塞平均速度:10.56 m/s;

排氣煙度:≤1.183 m-1。

最大扭矩工況:

最大扭矩時轉(zhuǎn)速:1300~1500 r/min;

扭矩儲備率:≥25%;

最大扭矩:1500×(1±6%)N?m;

最高爆發(fā)壓力:≤16 kPa。

(2)潤滑油:采用美國雪佛龍?zhí)砑觿┱{(diào)合出符合CI-4規(guī)格的15W-40粘度等級發(fā)動機潤滑油兩份,在其中一份中按照0.5%(質(zhì)量分數(shù))引入了POUPC 1002氮鉬配合物和POUPC 3001氮硼配合物。該試驗潤滑油典型數(shù)據(jù)見表1。

2.3 試驗過程及試驗結(jié)果

上述發(fā)動機潤滑油裝入8DK柴油發(fā)動機,校車后測試尾氣排放,滿足國Ⅲ排放規(guī)格后,對2份發(fā)動機油分別進行50 h、100 h、200 h、300 h、400 h、500 h的臺架抗疲勞試驗。

2.3.1 50 h臺架模擬試驗(見表2~表5)

試驗數(shù)據(jù)分析:

通過50 h臺架試驗可以看到:不含POUPC 3001(氮硼配合物)和POUPC 1002(氮鉬配合物)的油品在金屬元素含量方面比含有上述兩種添加劑的油品有所增加,這表明,添加POUPC 3001與POUPC 1002的油品減摩性能良好;同時,添加劑原有元素多于不加鉬和硼的油品,表明添加劑的消耗降低,間接說明添加鉬和硼的油品換油期將會延長。

從表2至表4看出,添加鉬和硼元素的油品抗磨損能力有顯著增強。

從表5看出,添加鉬和硼的油品四球試驗數(shù)據(jù)均呈現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)的變化。

2.3.2 100 h臺架模擬試驗(見表6~表9)

通過100 h臺架試驗結(jié)果看,綜合表6至表9,隨著試驗時間的延長,含有鉬和硼添加劑的油品對比不加該劑的油品,抗磨能力逐漸增強,油品中原有的功能元素損失小,表明含這些添加劑的油品使用壽命更長。

同時,抗磨損能力增強,四球摩擦數(shù)據(jù)更好。

2.3.3 200 h臺架模擬試驗(見表10~表13)

試驗數(shù)據(jù)分析:

經(jīng)過200 h臺架試驗,由表10至表13看出,添加鉬和硼的油品在金屬磨損、油品長效性、抗磨損能力以及四球試驗數(shù)據(jù)上均有更優(yōu)異的表現(xiàn)。

2.3.4 300 h臺架模擬試驗(見表14~表17)

試驗數(shù)據(jù)分析:

經(jīng)過300 h臺架試驗,由表14~表17的數(shù)據(jù)看出,隨著臺架試驗時間的延長,含有鉬和硼添加劑的油品在減摩和耐久性方面顯示很強的優(yōu)勢。

2.3.5 400 h臺架模擬試驗(見表18~表21)

試驗數(shù)據(jù)分析:

經(jīng)過400 h臺架試驗,由表18~表21的數(shù)據(jù)結(jié)果看出:

隨著機器運行時間的不斷延長,加有鉬和硼元素的油品比不含該劑的油品在減摩性能和長效性上均表現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。

2.3.6 500 h臺架模擬試驗(見表22~表25)

試驗數(shù)據(jù)分析:

經(jīng)過長達500 h臺架模擬試驗,由表22~表25的試驗數(shù)據(jù),我們可以看出:

隨著機器試驗時間的不斷延長,試驗條件的越發(fā)苛刻,加有氮鉬劑和氮硼劑的油品比不含該劑的油品在減摩抗磨性能和長效持續(xù)性上都表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

2.3.7 試驗結(jié)果綜述

(1)引入氮鉬劑和氮硼劑的發(fā)動機潤滑油的抗磨效果顯著;

(2)引入氮鉬劑和氮硼劑的發(fā)動機潤滑油有很強的抗氧和抑炭能力;

(3)引入氮鉬劑和氮硼劑的發(fā)動機潤滑油磷含量維持較低的水平,有利于延長尾氣催化轉(zhuǎn)化器的壽命,改善汽車尾氣排放;

(4)鐵譜試驗結(jié)果表明:引入氮鉬劑和氮硼劑的發(fā)動機潤滑油磨損形態(tài)大都發(fā)生在啟動階段,且能維持極低的狀態(tài),有利于延長發(fā)動機的使用壽命。

3 結(jié)論

(1)發(fā)動機國Ⅲ排放標準的實施,對潤滑油的組成影響顯著。要滿足國Ⅲ排放標準,必須控制含硫和含磷添加劑的用量,相應(yīng)就要求有新的替代產(chǎn)品的出現(xiàn)。

(2)發(fā)動機國Ⅲ排放標準的實施,引導發(fā)動機制造商不斷采用更先進的技術(shù),發(fā)動機工況的變化,相應(yīng)就要求有新組分的發(fā)動機潤滑油來滿足其使用要求。

(3)上述試驗結(jié)果表明:引入氮鉬劑和氮硼劑的發(fā)動機潤滑油能滿足此要求。

(4)建議研制更新的低溫油泥分散劑以及能降低硫、磷含量的替代添加劑,來滿足不斷苛刻的發(fā)動機排放標準;同時,EGR(廢氣再循環(huán))和DPF(顆粒捕捉器)以及SCR(選擇性催化還原器)等技術(shù)不斷裝備發(fā)動機,則要求更新的發(fā)動機潤滑油來滿足其使用要求,必將帶動新組分添加劑的出現(xiàn)。

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收稿日期:2008-11-03。

基金項目:黑龍江省自然科學基金項目(200632)。

作者簡介:宋應(yīng)金(1966-),男,1987年畢業(yè)于哈爾濱商業(yè)大學石油儲運系油料分析與應(yīng)用專業(yè),黑龍江省哈爾濱商業(yè)大學石油商品應(yīng)用研究所所長,教授,一直從事潤滑油及各種石油添加劑的應(yīng)用研究工作,已公開發(fā)表相關(guān)論文數(shù)篇。