堿性添加劑對(duì)潤(rùn)滑油性能影響的研究

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，深圳518055）

堿性添加劑對(duì)潤(rùn)滑油性能影響的研究

孟凡生

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，深圳518055）

隨著潤(rùn)滑油工業(yè)的發(fā)展，含有金屬離子的堿性添加劑已經(jīng)成為潤(rùn)滑油工業(yè)不可缺少的添加成分。堿性添加劑大大改善了潤(rùn)滑油的性能，使其使用壽命大大延長(zhǎng)，并起到了保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的作用，但過(guò)量的堿性添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)后處理會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。本文就堿性添加劑對(duì)機(jī)油使用性能的影響，通過(guò)試驗(yàn)的方式加以驗(yàn)證，并對(duì)實(shí)際的機(jī)油使用提出建議。

堿性添加劑 潤(rùn)滑油 堿值

1 前言

堿值是內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油特別是柴油機(jī)潤(rùn)滑油的一項(xiàng)十分重要的性能指標(biāo)，它表示內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油的中和能力，其值取決于潤(rùn)滑油中所含的堿性添加劑的多少。內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油普遍添加有超堿值清凈分散劑，使?jié)櫥途哂幸欢ǖ膲A儲(chǔ)備能力，用以中和氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。因此，堿值可間接表示潤(rùn)滑油所含清凈分散劑的多少，也用來(lái)表示在用油的剩余清凈分散能力。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法將堿值定義為在規(guī)定的條件下，中和1 g潤(rùn)滑油試樣中全部堿性組分所需高氯酸的量，以相當(dāng)?shù)腒OH毫克數(shù)表示，其單位是mgKOH/g[1]。

當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)潤(rùn)滑油都有一定的堿值，堿值高低取決于潤(rùn)滑油中堿性添加劑的量，堿性添加劑對(duì)所產(chǎn)生酸性物質(zhì)的中和使得堿值下降。堿值的變化主要和所用燃料油的含硫量及油品使用過(guò)程中氧化變質(zhì)有關(guān)，反映了油品抑制氧化和中和酸性物質(zhì)能力的強(qiáng)弱，堿值下降到一定程度，油品失去了中和酸性物質(zhì)的能力，會(huì)引起油泥增多，發(fā)動(dòng)機(jī)部件有可能產(chǎn)生腐蝕、磨損等現(xiàn)象。自2011年5月1日起實(shí)施的GB/T 7607-2010柴油機(jī)油換油指標(biāo)規(guī)定機(jī)油中堿值下降率限值為50%[2]。

2 試驗(yàn)分析

潤(rùn)滑油堿性添加劑大多含有由鈣、鎂等金屬離子與各種有機(jī)酸鹽表面活性劑（烷基苯磺酸鹽、烷基水楊酸鹽等）所構(gòu)成[3]。表1為針對(duì)深圳巴士集團(tuán)股份有限公司城市公交大巴常用的幾種新柴油潤(rùn)滑油進(jìn)行測(cè)試的數(shù)據(jù)。

從表1中看出，潤(rùn)滑油中鈣、鎂元素的量大致與其堿值成正比。理論上而言，潤(rùn)滑油的堿值越高越好。然而潤(rùn)滑油堿值高，則意味著機(jī)油中的金屬清凈劑中的金屬成分（以鈣、鎂為主）含量越高，進(jìn)入燃燒室的潤(rùn)滑油燃燒后生成的灰分就會(huì)越多。當(dāng)灰分進(jìn)入排氣系統(tǒng)時(shí)，遇到高流動(dòng)阻力的DPF將會(huì)沉積在其表面。當(dāng)柴油機(jī)系統(tǒng)對(duì)DPF進(jìn)行定期再生時(shí)，就會(huì)使得再生的效果降低。在JCAP II項(xiàng)目中，研究發(fā)現(xiàn)，用低灰份的潤(rùn)滑油（硫酸鹽灰分為1.31和0.96）比用高灰分的潤(rùn)滑油（硫酸鹽灰分為1.70）DPF壓力降增加小[4]。因而，為增加DPF使用周期，一方面要提高DPF的灰燼儲(chǔ)存能力，另一方面要盡量減少潤(rùn)滑油中的金屬灰分[5]。

表1 不同種類的新柴油潤(rùn)滑油測(cè)試數(shù)據(jù)

一些新的潤(rùn)滑油規(guī)格正在對(duì)硫、磷以及硫酸鹽灰分進(jìn)行限制，以滿足后處理裝置耐久性的需要。到2005年，為滿足美國(guó)高速公路標(biāo)準(zhǔn)2007對(duì)于減低顆粒物排放的要求，美國(guó)的重載柴油機(jī)必須增加（DPF）。為此，要求潤(rùn)滑油和排放氣體只含有很少的SAPS，即硫酸鹽灰分SA、磷P和硫S，來(lái)保證DPF的使用壽命[6]。

針對(duì)深圳巴士集團(tuán)股份有限公司的LNG、柴油城市公交大巴進(jìn)行潤(rùn)滑油更換周期的研究，試驗(yàn)車輛車況良好。試驗(yàn)日期為2011年5月。車輛及潤(rùn)滑油使用狀況如表2所示。

對(duì)使用LNG、柴油兩種燃料汽車的潤(rùn)滑油堿值進(jìn)行檢測(cè)，針對(duì)不同類型的車輛及其更換潤(rùn)滑油時(shí)取樣檢測(cè)。圖1、圖2為更換潤(rùn)滑油相對(duì)于新潤(rùn)滑油的堿值變化率。

表2 深圳城市公交大巴車輛及機(jī)油使用情況

從圖1可以看出，四輛LNG車輛的潤(rùn)滑油堿值下降率均超過(guò)上限值50%。試驗(yàn)結(jié)果表明：LNG發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油堿值變化過(guò)大，應(yīng)提早更換。在同等行駛條件下，所測(cè)試的4輛柴油公交大巴堿值下降率則很小，均在8%以下。原因在于：LNG燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒溫度高，熱負(fù)荷增加，NOx的生成量增加，生成的NOx融入機(jī)油中增加了潤(rùn)滑油中的酸性物質(zhì)的含量。建議使用LNG發(fā)動(dòng)機(jī)的車輛使用高堿值的潤(rùn)滑油，以盡可能地延長(zhǎng)其使用壽命。

圖1 LNG車輛潤(rùn)滑油堿值變化率

圖2 柴油車輛潤(rùn)滑油堿值變化率

對(duì)于潤(rùn)滑油中堿性添加劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排放后處理的影響的研究較少。潤(rùn)滑油中所含的一些金屬元素（鈣、鎂等）在DPF灰質(zhì)中所占的比例就比發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱中潤(rùn)滑油對(duì)應(yīng)的比例低，相反，潤(rùn)滑油中ZDDP添加劑中的磷，在DPF的灰分中就占很高的比例[7]。這對(duì)研究堿性添加劑對(duì)后處理的影響提供了有力證據(jù)。為研究堿性添加劑對(duì)柴油機(jī)DPF的影響，Simon等人于幾年前就提出了柴油機(jī)潤(rùn)滑油中灰質(zhì)組分遷移模型理論的雛形，并通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图安裼蜋C(jī)臺(tái)架的驗(yàn)證取得了一定的成果，但該方法只是剛剛提出，尚有大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究需要進(jìn)行[8]。

3 結(jié)論與建議

堿性添加劑對(duì)潤(rùn)滑油使用性能的影響不僅體現(xiàn)在機(jī)油本身上，隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)后處理系統(tǒng)的研究畢竟成為未來(lái)的研究熱點(diǎn)，如何在是的機(jī)油充分發(fā)揮其效能的同時(shí)，而不對(duì)后處理系統(tǒng)造成危害，是所有潤(rùn)滑油的科研人員的未來(lái)研究方向。

1化巖，史永剛，梁俊等．傅立葉變換紅外光譜快速測(cè)定潤(rùn)滑油堿值[J]．潤(rùn)滑與密封．2008，33（9）：55-57．

2中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 7607－2010.柴油機(jī)油換油指標(biāo)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

3姚文釗，劉雨花，李靜．潤(rùn)滑油清凈劑粘度及濁度的變化規(guī)律研究[J].潤(rùn)滑油，2005，20（6）：49-53．

4 Seiji Togawa.Impactofoil-derived Ash on Continuous Regeneration-type Diesel Particulate Filter-JCAP II Oil Workgroup Report[EB/OL]. http://www.pecj.or.jp/japanese/division/ division09/asia_symp_4th/pdf/1-9b.pdf

5徐小紅，謝驚春，劉文俊等．潤(rùn)滑油性質(zhì)對(duì)汽車排放后處理系統(tǒng)的影響[J].潤(rùn)滑與密封，2009，34（12）：113-117．

6韓恒文．Mack系列重負(fù)荷柴油潤(rùn)滑油臺(tái)架測(cè)試的發(fā)展[J]．潤(rùn)滑油，2009，24（2）：53-59．

7 Givens W A,Buck W H,Jackson A,et al. Lubricant Formulation Effects on Transfer of Elements to Exhaust After-treatment System Components[C].SAE 2003-01-3109.

8 Simon A G.Watson.Lubricant-Derived Ash-In-Engine Sources and Opportunities for Reduction.Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering at the Massachusetts Institute of Technology,June 2010.

Impact of Alkaline Additives on the Performance of Lubricating Oil

Meng Fansheng
（Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,China）

With the development of lubricating oil industry,alkaline additives containing metal ions have become indispensable additive ingredients.Alkaline additives have greatly improved the performance of Lubricating oil,extending the service life significantly and playing an important role in protecting the engine,but the excess of alkaline additives on the impact of post-processing engine will have a negative influence.In this paper,alkaline additives,impact on the performance of lubricating oil can be verified through a trial basis,and come to the actual lubricating oil using recommendations.

alkaline additives,lubricating oil,base value

10.3969/j.issn.1671-0614.2012.01.005

來(lái)稿日期：2011-11-24

孟凡生（1981-），男，講師，碩士，主要研究方向?yàn)閮?nèi)燃機(jī)機(jī)油性能的研究。