唐彩珍，劉 琨，黃福川，李 勝

（廣西大學(xué)廣西石化資源加工與過(guò)程強(qiáng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530004）

近年來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。截至2011年底，中國(guó)汽車保有量達(dá)到9 350萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)至2020年中國(guó)汽車保有量將達(dá)2億輛的規(guī)模，汽車消耗的石油總量將達(dá)4.4億t，如不采取強(qiáng)有力的節(jié)油措施，將會(huì)嚴(yán)重影響中國(guó)石油能源的安全性。此外，汽車排放總量不斷增加，會(huì)加重環(huán)境負(fù)荷，直接影響空氣質(zhì)量。現(xiàn)今中國(guó)部分城市出現(xiàn)的持續(xù)霧霾天氣，與汽車尾氣排放密切相關(guān)。在節(jié)能方面，由于中國(guó)國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)水平與國(guó)外存在一定差距，汽油機(jī)油耗比國(guó)外同類產(chǎn)品高10%～15%［1-2］，中國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車工業(yè)仍有很大提升空間。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽車硬件（如發(fā)動(dòng)機(jī)子系統(tǒng)或相關(guān)部件）進(jìn)行改造或優(yōu)化，可以改善燃油燃燒狀態(tài)，達(dá)到提高能源利用率、降低油耗、減少排放的目的。但這種方法工藝復(fù)雜，費(fèi)用高，難度大，通常效果也不理想。從發(fā)動(dòng)機(jī)的軟件著手，研制新型環(huán)境友好發(fā)動(dòng)機(jī)油，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性，減少排放，是一創(chuàng)新之舉，也是當(dāng)前研究的熱門。發(fā)動(dòng)機(jī)油是發(fā)動(dòng)機(jī)非常重要的“軟件”之一。本研制立足環(huán)境友好節(jié)能減排，研制新型發(fā)動(dòng)機(jī)油，使其能有效減少和降低發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)副的磨損，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的密封性，提高燃油燃燒效率，減少污染物的排放［3］。

1 研制蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油性能要求

汽油發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)由機(jī)油泵、油底殼、粗濾器、細(xì)濾器及相應(yīng)油管組成。機(jī)油泵以一定的壓力使?jié)櫥驮诎l(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)，實(shí)現(xiàn)曲軸、連桿、軸承以及其他摩擦部位的潤(rùn)滑，以確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在潤(rùn)滑的同時(shí)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)還起到減摩、冷卻、密封、清洗以及防銹等作用。發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲軸轉(zhuǎn)速快，曲軸箱內(nèi)溫度高（活塞頂、氣缸壁及汽缸蓋的溫度為250～300℃）［4］，發(fā)動(dòng)機(jī)油易發(fā)生氧化衰變，其氧化產(chǎn)物多為聚合物，使油品變稠。此外，氧化過(guò)程產(chǎn)生有機(jī)酸會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件產(chǎn)生腐蝕。因此，為確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，研制蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油應(yīng)具備的的基本性能有以下幾方面：1）適當(dāng)?shù)酿ざ群土己玫酿匦阅埽_保油品能在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)副表面形成良好的油膜保護(hù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的低溫啟動(dòng)性能；2）良好的清凈分散性，不僅要具備良好的高溫清凈和酸中和作用，而且還應(yīng)具備良好的低溫油泥的分散性，減少積炭、漆膜以及油泥沉積；3）良好的抗高溫、低溫氧化和減少蒸發(fā)損耗能力，抑制和減少油品氧化物的生成，有效延長(zhǎng)換油周期；4）良好的減摩、抗磨性能，保護(hù)活塞、缸套、軸瓦組件，減少發(fā)動(dòng)機(jī)維修次數(shù)，延長(zhǎng)使用壽命。此外，還應(yīng)具有良好的抗泡性、抗剪切性、凝膠性能、環(huán)境友好以及橡膠相容性，這些也直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。同時(shí)，隨著節(jié)能、減排法規(guī)的日趨嚴(yán)格，發(fā)動(dòng)機(jī)油對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性的影響也是良好發(fā)動(dòng)機(jī)油性能的重要指標(biāo)之一［5］。

2 研制內(nèi)容

2.1 基礎(chǔ)油

基礎(chǔ)油是發(fā)動(dòng)機(jī)油的重要組成，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油性質(zhì)起著決定性的作用。在滿足發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的基礎(chǔ)上，本研制油主要關(guān)注對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境方面的影響。因此，對(duì)基礎(chǔ)油的選擇更為慎重，特別是可再生、環(huán)境友好、節(jié)能、減排、減少霧霾的合理技術(shù)要求。

蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油的基礎(chǔ)油之一是以蓖麻油為原料制得的蓖麻基癸二酸二辛酯。蓖麻基癸二酸二辛酯屬于合成油中的酯類基礎(chǔ)油，具有多重酯鍵，賦予基礎(chǔ)油較強(qiáng)的極性，增強(qiáng)油品與添加劑的相溶性能；同時(shí)，使油膜強(qiáng)度、抗剪切性、抗高溫氧化性得以提高。癸二酸二辛酯的潤(rùn)滑機(jī)理如下：它會(huì)在運(yùn)動(dòng)副潤(rùn)滑表面形成定向排列的分子吸附膜，以物理鍵作用吸附為主，對(duì)運(yùn)動(dòng)副具有良好的抗磨和減摩作用。此外，還具有良好的低溫流動(dòng)性、黏溫性能、減摩特性、彈性體相容性以及可降解性［6］。蓖麻基癸二酸二辛酯理化性能見(jiàn)表1。

表1 蓖麻基癸二酸二辛酯典型理化指標(biāo)Tab.1 Typical physical and chemical properties of the cestor based dioctyt sebacate

復(fù)合基礎(chǔ)油的另一組分為Ⅲ類基礎(chǔ)油。Ⅲ類基礎(chǔ)油采用加氫裂化、異構(gòu)脫蠟技術(shù)，脫除了正構(gòu)蠟組分，具有優(yōu)異的低溫流動(dòng)性，飽和烴含量高，硫、氮、氧雜原子含量極少，芳烴含量少，揮發(fā)性、黏溫性、熱氧化安定性、燃油經(jīng)濟(jì)性以及對(duì)添加劑的感受能力都優(yōu)于Ⅰ類和Ⅱ類基礎(chǔ)油，性能與Ⅳ類基礎(chǔ)油相似，但價(jià)格遠(yuǎn)低于Ⅳ類基礎(chǔ)油，具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)［7］。Ⅲ類基礎(chǔ)油理化性能見(jiàn)表2。

選用的Ⅲ類基礎(chǔ)油中，HVIW H350具有較好的低溫啟動(dòng)性能、良好的抗氧化安定性能；IDW 150BS蒸發(fā)損耗性低、黏溫性能好，加入少量即可顯著提高基礎(chǔ)油的黏度，增加油膜強(qiáng)度和抗剪切性［8-9］。以蓖麻基癸二酸二辛酯和Ⅲ類基礎(chǔ)油復(fù)合的基礎(chǔ)油，蒸發(fā)損失小，積炭?jī)A向性小，具有良好的低溫流動(dòng)性和添加劑感受性能，采用可再生資源蓖麻基癸二酸二辛酯，生物可降解性高，還減少了礦物油的使用。

表2 Ⅲ類基礎(chǔ)油基本理化指標(biāo)Tab.2 Typical physical and chemical properties of mineral oil（Ⅲtype）

2.2 添加劑

添加劑是發(fā)動(dòng)機(jī)油配方的重要組成部分，加入少量就可以明顯改善或增強(qiáng)基礎(chǔ)油的性能。傳統(tǒng)篩選添加劑的方法需通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，不僅過(guò)程復(fù)雜，而且進(jìn)程緩慢，不能滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)的需求。為此，采用模糊層次分析法，引入模糊矩陣，利用模糊一致矩陣對(duì)各方案進(jìn)行總排序，輔助研制進(jìn)程，可極大減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，有利于解決油品性能要求多、具體配方選擇難、研制時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題［10-11］。篩選出的功能型添加劑有黏度指數(shù)改進(jìn)劑、清凈劑、分散劑、抗氧劑、摩擦改進(jìn)劑、抗氧防腐劑、降凝劑以及抗泡劑或同類劑的復(fù)合。其中，各添加劑組分的用途、性能如下所述［5，12］。

1）黏度指數(shù)改進(jìn)劑 選用乙烯-丙烯共聚物。在研制油中適量添加乙烯-丙烯共聚物黏度改進(jìn)劑的膠液，可以彌補(bǔ)基礎(chǔ)油黏度范圍的不足，提高油品黏度，改善油品黏溫性能。根據(jù)溫度條件的不同，乙烯-丙烯共聚物可以改變自身結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油品黏度的調(diào)整。高溫下呈線性伸展，增加黏度；低溫下呈收縮狀態(tài)，避免黏度過(guò)高，使油品在不同季節(jié)都能保持適合的黏度，保證發(fā)動(dòng)機(jī)良好的低溫啟動(dòng)性、抗剪切性和高溫潤(rùn)滑能力。

2）清凈劑 選用低堿值石油磺酸鈣、高堿值石油磺酸鈣和硫化烷基酚鈣復(fù)合。磺酸鹽對(duì)漆膜和積炭具有很強(qiáng)的吸附能力，可以較好地清洗活塞上的沉積物。硫化烷基酚鈣具有較強(qiáng)的極性，常以膠束分散于油中，可以阻止極性物質(zhì)在油中發(fā)生集聚。復(fù)合使用的清凈劑能保持油品較高的儲(chǔ)備堿度，有效中和油品氧化生成的酸性物質(zhì)，阻止其進(jìn)一步氧化縮合，且其增溶效果優(yōu)良，可避免極性物質(zhì)在化油器、噴嘴、進(jìn)氣閥及燃燒室等處沉積，保持發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔環(huán)境，保證發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力效果，提高經(jīng)濟(jì)性以及安全系數(shù)。

3）分散劑 選用單烯基丁二酰亞胺。單烯基丁二酰亞胺屬于無(wú)灰型分散劑，可避免因灰分過(guò)多而引起發(fā)動(dòng)機(jī)部件的磨損。單烯基丁二酰亞胺結(jié)構(gòu)中的極性基團(tuán)在固體表面具有較強(qiáng)的吸附能力，消弱油泥、積炭等沉積物在機(jī)件金屬表面的吸附作用，使沉積物易從金屬表面上清洗下來(lái)，起到清洗、分散、增溶作用。在研制油中加入少量單烯基丁二酰亞胺，能較好解決因汽車頻繁啟停而導(dǎo)致的低溫油泥堵塞油路的問(wèn)題。

4）抗氧劑 選用2，6-二叔丁基對(duì)甲酚與N-苯基-α-萘胺復(fù)合。2，6-二叔丁基對(duì)甲酚是一種鏈反應(yīng)終止抗氧劑，能于油品初期氧化生成較穩(wěn)定的化合物，終止油品氧化衰變反應(yīng)。N-苯基-α-萘胺分解溫度較高，抗氧耐久性好，在油溶性有機(jī)鎢摩擦改進(jìn)劑存在情況下，只需極少量即可有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)油因氧化引起的黏度增大和沉積物的生成。二者復(fù)合使用，協(xié)和增效，能夠有效抑制油品氧化，延長(zhǎng)換油周期。

5）摩擦改進(jìn)劑 選用油溶性有機(jī)鎢摩擦改進(jìn)劑（兼有抗氧、防銹作用）。油溶性有機(jī)鎢摩擦改進(jìn)劑與基礎(chǔ)油互溶性能良好，并能緊緊吸附在摩擦層表面，形成硬度高的致密保護(hù)膜，在混合潤(rùn)滑和邊界潤(rùn)滑的狀態(tài)下發(fā)揮抗壓、減摩和抗磨的作用。在油品中添加油溶性有機(jī)鎢摩擦改進(jìn)劑，減少了因運(yùn)動(dòng)副的邊界摩擦造成零部件的損壞，且油溶性有機(jī)鎢與抗氧劑具有協(xié)同效應(yīng)，加入少量的抗氧劑，可以增強(qiáng)潤(rùn)滑油的減摩、抗磨和抗氧化性能。

6）抗氧防腐劑 選用硫磷雙辛基鋅鹽。硫磷雙辛基鋅鹽具有抗氧、抗腐、抗磨等多重作用，有效抑制油品氧化，減少沉淀、漆膜、油泥等物質(zhì)生成，其特有的硫磷結(jié)構(gòu)能在機(jī)件表面形成特殊保護(hù)膜，抵抗磨損和腐蝕。

7）降凝劑 選用聚甲基丙烯酸酯。聚甲基丙烯酸酯可以破壞低溫下基礎(chǔ)油中蠟結(jié)晶生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，抑制結(jié)晶速度，改善油品流動(dòng)性。聚甲基丙烯酸酯與乙烯-丙烯共聚物共同使用，不但能極大提高油品的黏溫性能和低溫性能，而且增強(qiáng)油品的剪切穩(wěn)定性、低溫啟動(dòng)性以及低溫泵送性能。

8）抗泡劑 在研制油中使用二甲基硅油抗泡劑，能顯著減少氣泡的生成，提高泡沫表面油膜的流動(dòng)性。二甲基硅油抗泡劑降低了氣泡的表面張力，當(dāng)氣泡升到油表面，迅速發(fā)生破裂，避免潤(rùn)滑過(guò)程中產(chǎn)生局部干摩擦而導(dǎo)致部件損壞［13］。

2.3 理化性能

蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油具有如下特點(diǎn)：良好的黏溫性能和低溫流動(dòng)性，能減少因汽車?yán)鋯?dòng)造成的磨損；減摩、抗磨、抗剪切、清凈性、分散性、防銹性、抗高溫和低溫氧化性、防腐性能良好，能較好地保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)副，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。以蓖麻基癸二酸二辛酯和Ⅲ類油復(fù)合作為研制油的基礎(chǔ)油，利用蓖麻基癸二酸二辛酯的優(yōu)點(diǎn)，保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力性能。蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油的理化性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 研制油主要理化性能指標(biāo)Tab.3 Typical physical and chemical properties of the developed oil

2.4 道路性能試驗(yàn)及排放檢測(cè)試驗(yàn)

對(duì)蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排型發(fā)動(dòng)機(jī)油和相同規(guī)格級(jí)別的某發(fā)動(dòng)機(jī)油進(jìn)行性能比較。依據(jù)GB／T 14951《汽車節(jié)油技術(shù)評(píng)定方法》，蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油的節(jié)油率、HC氣體凈化率、加速時(shí)間對(duì)比系數(shù)、掛檔滑行距離對(duì)比系數(shù)與參比油比較，都有明顯的提高或改善，達(dá)到了GB／T 25348—2010《汽車節(jié)油產(chǎn)品使用技術(shù)條件》規(guī)定的要求。此外，節(jié)油產(chǎn)品綜合節(jié)油率達(dá)3%～5%，可認(rèn)為該產(chǎn)品具有明顯的節(jié)油效果［14］。根據(jù)表4道路性能試驗(yàn)結(jié)果可知，使用蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油可使燃油更充分燃燒，顯著提高汽車燃油經(jīng)濟(jì)性，并降低HC有害氣體的排放。

表4 研制油道路性能試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Road test result of the developed oil

此外，對(duì)研制油進(jìn)行CO排放的檢測(cè)。試驗(yàn)場(chǎng)地為某尾氣監(jiān)測(cè)站，使用機(jī)動(dòng)車為在用別克車，檢測(cè)方法采用穩(wěn)態(tài)工況法（ASM），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 研制油CO排放試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 CO test result about developed oil

結(jié)果表明，使用蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油，能有效控制有害氣體CO的排放。

3 結(jié) 語(yǔ)

采用以蓖麻基癸二酸二辛酯和Ⅲ類油（HVIW H350）復(fù)合作為研制油的基礎(chǔ)油，減少了礦物油的加入量，充分利用蓖麻基癸二酸二辛酯的優(yōu)點(diǎn)，降低摩擦、磨損，保持發(fā)動(dòng)機(jī)良好的動(dòng)力性能。

在研制油中加入多種功能型添加劑，經(jīng)過(guò)理化性能檢測(cè)，研制的發(fā)動(dòng)機(jī)油達(dá)到了GB 11121—2006中汽油、機(jī)油規(guī)格要求，其基本性能與當(dāng)前市場(chǎng)同類規(guī)格產(chǎn)品相當(dāng)。通過(guò)道路性能試驗(yàn)，驗(yàn)證了研制油能顯著提高發(fā)動(dòng)機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性，降低有害氣體排放。

以應(yīng)用模糊層次分析法研究獲得的蓖麻基環(huán)境友好節(jié)能減排發(fā)動(dòng)機(jī)油配方，用于生產(chǎn)“寶利暢”發(fā)動(dòng)機(jī)油，產(chǎn)品通過(guò)了國(guó)家交通部相關(guān)檢測(cè)，并被列入“十二五”期間第2批中國(guó)重點(diǎn)推廣公路、水路、交通運(yùn)輸產(chǎn)品（技術(shù)）目錄，已在國(guó)內(nèi)推廣使用。

／References：

［1］劉玉梅.汽車節(jié)能技術(shù)與原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.LIU Yumei.The Theory and Technology of Automobile Energy Saving［M］.Beijing：Machinery Industry Press，2010.

［2］蔣文科，呂玉江，鄺樸生.汽油發(fā)動(dòng)機(jī)空燃比控制系統(tǒng)［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（3）：19-22.JIANG Wenke，LYU Yujiang，KUANG Pusheng.Gasoline engine air-fuel ratio control system［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2001，22（3）：19-22.

［3］姚志良，王歧東，申現(xiàn)寶，等.機(jī)動(dòng)車能源消耗及污染物排放與控制［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.YAO Zhiliang，WANG Qidong，SHEN Xianbao，et al.Energy Consumption and Pollutant Emissions and Control of Motor Vehicle［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2012.

［4］黃福川.多燃料多級(jí)環(huán)保內(nèi)燃機(jī)油的研制［D］.成都：西南石油學(xué)院，2005.HUANG Fuchuan.Study on Multi-fuel &Multi-structure Green General Internal Combustion Engine Oil［D］.Chengdu：Southwest Petroleum Institute，2005.

［5］黃文軒.潤(rùn)滑劑添加劑性質(zhì)及應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)石化出版社，2012.HUANG Wenxuan.The Properties and Application of Lubricant Additives［M］.Beijing：Sinopec Press，2012.

［6］RUDNICK L R，SHUBKIN R L.合成潤(rùn)滑劑及其應(yīng)用［M］.李普慶，關(guān)子杰，耿英杰，譯.北京：中國(guó)石化出版社，2006.RUDNICK L R，SHUBKIN R L.Synthetic Lubricants and High-Performance Functional Fluids［M］.Translated by LI Puqing，GUAN Zijie，GENG Yingjie.Beijing：Sinopec Press，2006.

［7］錢伯章.潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)展［J］.潤(rùn)滑油與燃料，2013，23（3）：1-9.QIAN Bozhang.Progress in the production technology of lube base oil［J］.Lubricating Oil and Fuel，2013，23（3）：1-9.

［8］湯仲平，孫丁偉，荊海東，等.用大慶加氫基礎(chǔ)油研制CD 15W／40油［J］.潤(rùn)滑油，2003，18（6）：39-43.TANG Zhongping，SUN Dingwei，JING Haidong，et al.Developed CD 15W／40by Daqing hydrogenated base oil［J］.Lubricating Oil，2003，18（6）：39-43.

［9］方紅彬，馬龍茂.異構(gòu)脫蠟基礎(chǔ)油在潤(rùn)滑油生產(chǎn)中的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)［J］.潤(rùn)滑油，2001，16（4）：13-17.FANG Hongbin，MA Longmao.Application and development of isodewaxing base oil in lubricating oil production［J］.Lubricating Oil，2001，16（4）：13-17.

［10］黃福川，曾在春，羅慧娟，等.利用模糊層次分析方法研究綠色切削液配方優(yōu)選［J］.潤(rùn)滑油，2010，25（2）：55-57.HUANG Fuchuan，ZENG Zaichun，LUO Huijuan，et al.Study on the formula optimization of green cutting fluids by fuzzy analytic hierarchy process［J］.Lubricating Oil，2010，25（2）：55-57.

［11］楊茂立.模糊層次分析法在環(huán)境友好潤(rùn)滑油優(yōu)選配方中的應(yīng)用研究［D］.南寧：廣西大學(xué)，2011.YANG Maoli.Application of Fuzzy Analytic Hierarchy Process in Environmental Friendly Lubricants in the Optimal Formulas［D］.Nanning：Guangxi University，2011.

［12］呂 涯.石油產(chǎn)品添加劑［M］.上海：華東理工大學(xué)出版社，2011.LYU Ya.Additives for Petroleum Products［M］.Shanghai：East China University of Science and Technology Press，2011.

［13］張 劍，金映麗，馬先貴，等.現(xiàn)代潤(rùn)滑技術(shù)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2008.ZHANG Jian，JIN Yingli，MA Xiangui，et al.Modern Lubrication Technology［M］.Beijing：Metallurgical Industry Press，2008.

［14］郭耀駿.汽車的節(jié)能措施研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2009.GUO Yaojun.Study on the Measures of Automotive Energysaving［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University，2009.