汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

李小剛，王愛香，雷愛蓮

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近20年汽車工業(yè)迅速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源成為影響汽車及其相關(guān)工業(yè)發(fā)展的兩大因素[1]。發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生的有效能中大約30%能量用于做功、25%隨氣缸冷卻散失、25%隨廢氣排放、20%用于各部分機(jī)械摩擦損失。因此，降低摩擦成為提高燃油經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素[2]。

汽油機(jī)油的規(guī)格等級(jí)和性能隨著汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行工況和環(huán)保節(jié)能而持續(xù)發(fā)展，車用潤滑油頻繁升級(jí)換代。在汽油機(jī)油規(guī)格方面，ILSAC(國際潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化和批準(zhǔn)委員會(huì))在API(美國石油學(xué)會(huì))規(guī)格基礎(chǔ)上增加了MS程序Ⅵ、ⅥA、ⅥB和ⅥD燃油經(jīng)濟(jì)性臺(tái)架試驗(yàn)，推出了節(jié)能型汽油機(jī)油GF-1、GF-2、GF-3、GF-4和GF-5規(guī)格。ACEA(歐洲汽車制造協(xié)會(huì))的A1、A5汽油機(jī)油規(guī)格和B1、B5輕負(fù)荷柴油機(jī)油規(guī)格要求用MB M111發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)來評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)油的燃油經(jīng)濟(jì)性[3]。

眾所周知，采用發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架評(píng)定潤滑油燃油經(jīng)濟(jì)性試驗(yàn)周期長、需要的試驗(yàn)油量較大、試驗(yàn)件成本也較高，因此，模擬評(píng)價(jià)手段已備受廣大潤滑油研究者在配方篩選中的青睞。在考察潤滑油品組成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響，之前有李桂云等人[4]研究汽油機(jī)油配方對(duì)節(jié)能發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)的影響得出摩擦改進(jìn)劑的影響成為第一因素，分散劑、清凈劑和ZDDP的影響成為第二影響因素。

本文采用SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件柱-盤及試驗(yàn)方法研究汽油機(jī)油中常用的五類減摩劑的減摩特性，并對(duì)選出的最優(yōu)減摩劑進(jìn)行不同加劑量減摩效果的考察，為油品配方開發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)簡介

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)是由德國OPTIMOL公司研制并生產(chǎn)的研究潤滑油脂和材料涂層摩擦磨損性能的高頻往復(fù)試驗(yàn)機(jī)，它以可以實(shí)現(xiàn)摩擦副點(diǎn)、線、面接觸模式的優(yōu)勢而被全球摩擦學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及本文所涉及到的摩擦副接觸形式如圖1所示。

圖1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、試驗(yàn)腔體及摩擦副示意

SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)如表1所示。

表1 SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)控制參數(shù)

2 模擬試驗(yàn)方法介紹

本試驗(yàn)方法采用SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)定制試驗(yàn)件柱-盤進(jìn)行試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)條件如表2所示。

表2 汽油機(jī)油減摩性能模擬試驗(yàn)條件

3 不同類型汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

本文選用蘭州潤滑油研發(fā)中心自主開發(fā)的API SL汽油機(jī)油復(fù)合劑為研究對(duì)象，以相同劑量的摩擦改進(jìn)劑代替原配方中的摩擦改進(jìn)劑，分別調(diào)入大慶石化公司生產(chǎn)的HVIH 6基礎(chǔ)油中，進(jìn)行了減摩性能考察，摩擦改進(jìn)劑類型見表3，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

表3 摩擦改進(jìn)劑類型說明

圖2 對(duì)不同類型摩擦改進(jìn)劑的考察

圖2的結(jié)果表明：不含S、P的鉬胺化合物和苯三唑化合物的減摩性能最差，含S不含P的鉬胺化合物的減摩性能次之，氨基甲酸鉬的減摩效果最好，并且蘭州潤滑油研發(fā)中心自主研發(fā)的氨基甲酸鉬與進(jìn)口的氨基甲酸鉬減摩效果相當(dāng)。同時(shí)也說明該模擬試驗(yàn)方法對(duì)不同類型摩擦改進(jìn)劑減摩效果有明顯的區(qū)分性，可以作為油品配方中摩擦改進(jìn)劑的篩選提供技術(shù)支持。

4 不同劑量汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

為了驗(yàn)證該試驗(yàn)方法對(duì)同一類型不同劑量摩擦改進(jìn)劑的區(qū)分能力，在蘭州潤滑油研究開發(fā)中心自主研發(fā)的不含摩擦改進(jìn)劑的API SL汽油機(jī)油復(fù)合劑中，分別加入0.1%、0.3%、0.5%氨基甲酸鉬摩擦改進(jìn)劑，調(diào)入大慶石化公司生產(chǎn)的HVIH 6基礎(chǔ)油中，進(jìn)行了減摩性能考察，試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 對(duì)不同劑量摩擦改進(jìn)劑的考察

從圖3可以看出：隨著氨基甲酸鉬劑量的增加，摩擦系數(shù)隨溫度增加的變化趨勢不同，當(dāng)加劑量增加到0.5%時(shí)，隨著溫度的增加，摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定且總體較低。說明氨基甲酸鉬在劑量達(dá)到0.5%時(shí)，其減摩性能能夠在汽油機(jī)油工作的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩性能。

5 模擬試驗(yàn)方法與ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)的對(duì)應(yīng)性考察

從本文介紹的模擬試驗(yàn)方法對(duì)汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑的研究結(jié)果顯示，模擬試驗(yàn)方法對(duì)汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑具有較好的區(qū)分性。而汽油機(jī)油規(guī)格ILSAC GF-3、GF-4中對(duì)汽油機(jī)油都有專門的節(jié)能試驗(yàn)臺(tái)架ⅥB的要求，為了進(jìn)一步體現(xiàn)出本文模擬試驗(yàn)方法的優(yōu)勢，本文選取三種規(guī)格的油品SJ/GF-2 10W-30為油1、SL/GF-3 5W-30為油2以及SM/GF-4 5W-30為油3進(jìn)行模擬試驗(yàn)方法和ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)之間的對(duì)應(yīng)性，其中油1、油2、油3的ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，油1、油2、油3模擬試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表4 ⅥB節(jié)能臺(tái)架數(shù)據(jù)

表5 通過ⅥB節(jié)能臺(tái)架油樣的試驗(yàn)結(jié)果

從表5可以看出：通過ⅥB節(jié)能臺(tái)架的油樣在不同溫度下的摩擦系數(shù)結(jié)果均小于0.07，說明該方法與ⅥB節(jié)能臺(tái)架有一定的對(duì)應(yīng)性，可以作為ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)的篩選依據(jù)。

6 結(jié)論

(1)以SRV?4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)為試驗(yàn)平臺(tái)，柱-盤摩擦副為試驗(yàn)件進(jìn)行汽油機(jī)油摩擦改進(jìn)劑減摩性能的研究，研究結(jié)果顯示：摩擦改進(jìn)劑氨基甲酸鉬的減摩效果最好，同時(shí)也顯示蘭州研發(fā)自主研制的氨基甲酸鉬的減摩效果和進(jìn)口氨基甲酸鉬的減摩效果基本一致。

(2)汽油機(jī)油中氨基甲酸鉬的加劑量在0.5%左右較為適宜，能使汽油機(jī)油在工作溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩性能。

(3)通過對(duì)三種通過ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)的油品進(jìn)行模擬試驗(yàn)考察，結(jié)果顯示模擬試驗(yàn)和ⅥB節(jié)能臺(tái)架試驗(yàn)具有較好的對(duì)應(yīng)性。