佘海波，丁冬梅，楊超，陳光，于梅

(中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

0 引言

近十幾年來，日趨嚴(yán)格的排放法規(guī)推動(dòng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)制造商不斷采取新的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，如燃油延遲噴射、廢氣再循環(huán)(EGR)、尾氣顆粒捕集器(PDF)、選擇性催化還原(SCR)等，以滿足相應(yīng)的排放法規(guī)的要求。其中燃油延遲噴射、廢氣再循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料柴油不完全燃燒產(chǎn)生的煙炱量增多，從而使柴油機(jī)油受煙炱污染的程度越來越高。機(jī)油中煙炱含量的增加會(huì)導(dǎo)致油品黏度的過快增長，并導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損量的增加。減少煙炱污染對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能不良影響的最主要的有效手段是提高油品對(duì)煙炱的分散能力。ACEA規(guī)格中的輕(A/B、C系列)、重負(fù)荷柴油機(jī)油(E系列)以及API規(guī)格中的重負(fù)荷柴油機(jī)油(CF-4級(jí)及以上)都有相應(yīng)的臺(tái)架評(píng)定測試以考察柴油機(jī)油有效控制煙炱導(dǎo)致的油品黏度增長和發(fā)動(dòng)機(jī)磨損的能力，并有對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值表征油品分散性能的優(yōu)劣。

提高柴油機(jī)油分散性能是研發(fā)滿足新排放法規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)需求油品的主要手段之一，目前在油品的研制過程中，沒有針對(duì)性較好的分散性能模擬評(píng)價(jià)方法，因此有必要進(jìn)行柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法的研究,得出柴油機(jī)油的組分(基礎(chǔ)油、功能添加劑等單一及復(fù)配因素)對(duì)油品分散性能影響程度的規(guī)律性認(rèn)識(shí),為高檔柴油機(jī)油的研發(fā)提供技術(shù)支持。

通過對(duì)柴油機(jī)油分散性能的研究，可以指導(dǎo)油品的配方研制，解決分散性能臺(tái)架測試費(fèi)用較高、時(shí)間周期長等在油品研制過程中面臨的實(shí)際問題，提高臺(tái)架的通過率。

1 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法研究所用儀器和方法

1.1 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法研究所用儀器

進(jìn)行柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法研究所用儀器是L—5型柴油機(jī)油煙炱分散性模擬試驗(yàn)機(jī)，見圖1。

圖1 L-5型柴油機(jī)油煙炱分散性模擬試驗(yàn)機(jī)

1.2 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法

一定量的油樣加在試樣管中，試樣管連接煙炱進(jìn)入管和煙炱排出管，油樣通過油浴保持一定的溫度，使用煙炱發(fā)生器將柴油燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙炱連續(xù)通入被測樣品中，通過真空泵保持一定的負(fù)壓使得煙炱進(jìn)入測試油樣，煙炱以穩(wěn)定的速率在樣品中遞增時(shí)，樣品黏度也會(huì)遞增，通過測量煙炱吸收瓶的壓力變化來表征油品的分散性能，油品的分散性能由油品的衰變期來體現(xiàn)，衰變時(shí)間越長，說明油品的分散性越好。

2 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法的研究實(shí)施

2.1 分散試驗(yàn)儀的穩(wěn)定性考察

為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性，首先必須進(jìn)行分散試驗(yàn)儀的穩(wěn)定性考察，采用分散試驗(yàn)儀進(jìn)行重復(fù)性和區(qū)分性試驗(yàn)，達(dá)到進(jìn)行分散性試驗(yàn)要求。試驗(yàn)條件：油樣質(zhì)量50 g，油浴溫度：100 ℃，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)重復(fù)性和區(qū)分性試驗(yàn)結(jié)果

表中試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)兩個(gè)樣品500N、20090725進(jìn)行的是重復(fù)性試驗(yàn)；

(2)三個(gè)樣品500N、20090725、0304進(jìn)行的是區(qū)分性試驗(yàn)；

(3)試驗(yàn)結(jié)果表明該儀器操作穩(wěn)定，重復(fù)性和區(qū)分性較好，達(dá)到進(jìn)行分散性試驗(yàn)要求。

2.2 分散性模擬方法與柴油機(jī)油分散性臺(tái)架的相關(guān)性研究

為了保證采用的分散性模擬方法與油品分散性臺(tái)架具有一定的相關(guān)性，收集有DV4TD、Mack T-8臺(tái)架數(shù)據(jù)的油樣，進(jìn)行模擬試驗(yàn)和臺(tái)架試驗(yàn)相關(guān)性研究，試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。

表2 DV4臺(tái)架試驗(yàn)與分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果說明：

(1)DV4臺(tái)架試驗(yàn)黏度增長小的校機(jī)油(RL216)分散性模擬試驗(yàn)衰變期較長；DV4臺(tái)架試驗(yàn)黏度增長大的校機(jī)油(RL223)分散性模擬試驗(yàn)衰變期較短；DV4臺(tái)架試驗(yàn)黏度增長在校機(jī)油(RL216)和校機(jī)油(RL223)試驗(yàn)結(jié)果之間的試驗(yàn)油(AB-1201)分散性模擬試驗(yàn)衰變期在校機(jī)油(RL216)和校機(jī)油(RL223)試驗(yàn)結(jié)果之間；

(2)分散性模擬結(jié)果表明, 分散性模擬試驗(yàn)與DV4臺(tái)架試驗(yàn)相關(guān)性較好。

采用的分散性模擬機(jī)做Mack T-8E臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和臺(tái)架試驗(yàn)油模擬結(jié)果見表3。

表3 Mack T-8E臺(tái)架試驗(yàn)與分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知：通過臺(tái)架試驗(yàn)油的分散性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于基礎(chǔ)油；黏度等級(jí)不同的通過Mack T-8E臺(tái)架試驗(yàn)油的分散性模擬結(jié)果接近。分散性模擬方法試驗(yàn)結(jié)果與柴油機(jī)油分散性臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果具有一定的相關(guān)性。

2.3 煙炱分散性模擬試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的煙炱與臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)生的煙炱相關(guān)性研究

采用掃描電鏡考察了煙炱分散性模擬試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的煙炱與Mack T-8E臺(tái)架試驗(yàn)和DV4 臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)生的煙炱情況，具體情況見表4。

表4 煙炱分散性模擬試驗(yàn)煙炱與Mack T-8E和DV4 臺(tái)架試驗(yàn)產(chǎn)生的煙炱情況分析

表4中的煙炱顆粒范圍數(shù)據(jù)可以判斷出：

(1)分散性模擬試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)生的顆粒較大煙炱部分附著在油樣管入口管壁上；

(2)分散性模擬試驗(yàn)進(jìn)入試驗(yàn)油中的煙炱顆粒較小的溶在試驗(yàn)油中，顆粒較大的從試驗(yàn)油中排出附著在油樣管出口管壁上；

(3)Mack T-8E試驗(yàn)后300 h油樣中煙炱顆粒主要范圍與分散性模擬試驗(yàn)溶在試驗(yàn)油中煙炱顆粒主要范圍接近；

(4)DV4試驗(yàn)后120 h油樣中煙炱顆粒主要范圍與分散性模擬試驗(yàn)溶在試驗(yàn)油中煙炱顆粒主要范圍接近。

分散性模擬試驗(yàn)產(chǎn)生的煙炱顆粒與Mack T-8E試驗(yàn)、DV4試驗(yàn)煙炱顆粒尺寸相近，為分散性模擬試驗(yàn)與Mack T-8E試驗(yàn)、DV4試驗(yàn)相關(guān)性研究打下了科學(xué)基礎(chǔ)。

2.4 潤滑油的分散性能與煙炱分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律性考察

2.4.1 潤滑油中基礎(chǔ)油對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用煙炱分散性模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同種類基礎(chǔ)油的分散性能影響規(guī)律考察，所考察的基礎(chǔ)油種類范圍包括Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 不同基礎(chǔ)油的分散性能

注：衰變時(shí)間越長，說明油品的分散性越好。

基礎(chǔ)油分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)451(季戊四醇酯)由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)其本身的分散性能最好；

(2)Ⅱ基礎(chǔ)油的HVIP6和500N相比較，黏度大的500N分散性能好于黏度小的HVIP6；

(3)其他基礎(chǔ)油相比較，HVI400、HVIP6、PAO166的分散性能基本相當(dāng)，ETRO6的分散性能稍差。

2.4.2 潤滑油中降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

(1)潤滑油中降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(非分散型)對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用同一基礎(chǔ)油和不同結(jié)構(gòu)的降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(非分散型)(劑量相同)相復(fù)配，進(jìn)行分散性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 不同降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(非分散型)的分散性能

注：衰變時(shí)間越長，說明油品的分散性越好。

試驗(yàn)結(jié)果說明：不同降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,四個(gè)樣品的衰變時(shí)間基本接近，比基礎(chǔ)油的衰變時(shí)間稍長一些，說明降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(非分散型)對(duì)油品的分散性能影響較小。

(2)潤滑油中黏度指數(shù)改進(jìn)劑(分散型)對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用同一基礎(chǔ)油和黏度指數(shù)改進(jìn)劑(分散型本中心合成/H5777)(劑量相同)相復(fù)配，進(jìn)行分散性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 不同降凝劑、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(分散型)的分散性能

分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,分散性黏度指數(shù)改進(jìn)劑可有效提高油品的分散性能，本中心合成的DOCP與進(jìn)口的H5777分散性能相當(dāng)。

2.4.3 潤滑油中抗氧抗腐抗磨劑對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用基礎(chǔ)油(500N)與抗氧抗磨劑調(diào)合樣品，進(jìn)行分散性試驗(yàn)，考察抗氧抗磨劑對(duì)分散性能影響，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

表8 抗氧抗磨劑對(duì)分散性能影響

試驗(yàn)結(jié)果說明：抗氧抗磨劑對(duì)分散性能影響不大。

2.4.4 潤滑油中清凈劑對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用基礎(chǔ)油(500N)與常用清凈劑調(diào)合樣品，進(jìn)行分散性試驗(yàn)，考察同種清凈劑不同來源和不同劑量對(duì)分散性能影響，并與同劑量的國產(chǎn)分散劑作對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 清凈劑對(duì)油品分散性能的影響

分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明：

(1)清凈劑具有一定的分散性能，清凈劑T101、T115A劑量的增加，分散性能有所提高，同等劑量情況下，OLOA246、T115A的分散性能優(yōu)于T101；

(2)同等劑量情況下，分散劑T152的分散性明顯優(yōu)于清凈劑T101、T115A。

2.4.5 潤滑油中分散劑對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

(1)潤滑油中分散劑量對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用基礎(chǔ)油(500N)與常用國產(chǎn)分散劑(劑量不同)調(diào)合樣品，進(jìn)行分散性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表10。

表10 不同劑量分散劑對(duì)分散性能影響

分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, 隨著分散劑量的增加，油品分散性能提高。

(2)潤滑油中不同分散劑對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

采用基礎(chǔ)油(500N)與不同結(jié)構(gòu)國產(chǎn)分散劑(劑量相同)調(diào)合樣品，進(jìn)行分散性試驗(yàn)，并與進(jìn)口的分散劑分散性對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見表11。

表11 不同分散劑對(duì)油品分散性能的影響

分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, 不同結(jié)構(gòu)國產(chǎn)分散劑分散性能有差異，分散性能T154B優(yōu)于T152，T161A；結(jié)構(gòu)相似分散劑進(jìn)口的分散性能優(yōu)于國產(chǎn)的。

2.4.6 全配方中基礎(chǔ)油和功能添加劑之間復(fù)配對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察

(1)艦船油分散性能考察

考察研制的艦船油3和競品艦船油1及已生產(chǎn)艦船油2分散性能，試驗(yàn)結(jié)果見表12。

表12 艦船油分散性能

試驗(yàn)結(jié)果說明：

試驗(yàn)油樣的氮含量可表征試驗(yàn)油中分散劑的加量，分散性模擬結(jié)果表明, 試驗(yàn)油樣的氮含量與分散性模擬試驗(yàn)衰變期成正比，試驗(yàn)油樣分散性能隨著分散劑量的增加而增強(qiáng)。

(2)小漁船油分散性能考察

小漁船油分散性能考察見表13。

表13 小漁船油分散性能

表13(續(xù))

試驗(yàn)結(jié)果說明：

①小漁船油1和小漁船油2進(jìn)行的是重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果表明該試驗(yàn)重復(fù)性較好；

②小漁船油、CD、CF-4、CH-4油樣的質(zhì)量級(jí)別不同，進(jìn)行的區(qū)分性試驗(yàn)，結(jié)果表明該試驗(yàn)區(qū)分性較好。

(3)移動(dòng)式液化天然氣(LNG)發(fā)動(dòng)機(jī)專用油分散性能考察

移動(dòng)式液化天然氣(LNG)發(fā)動(dòng)機(jī)專用油分散性能考察見表14。

表14 移動(dòng)式LNG發(fā)動(dòng)機(jī)專用油分散性能

試驗(yàn)結(jié)果說明：

①分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, 試驗(yàn)油樣的氮含量與分散性模擬試驗(yàn)衰變期成正比，試驗(yàn)油樣分散性能隨著分散劑量的增加而增強(qiáng)。

②分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, LNG2的分散性能優(yōu)于參比油和競品LNG、LNG1。

(4)考察船用柴油機(jī)油不同基礎(chǔ)油、不同配方的分散性能

采用分散性試驗(yàn)儀考察船用柴油機(jī)油不同基礎(chǔ)油、不同配方的分散性能，試驗(yàn)結(jié)果見表15。

表15 船用柴油機(jī)油不同基礎(chǔ)油、不同配方的分散性能

試驗(yàn)結(jié)果說明：

①4040S、4040H-8樣品分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, Ⅱ類基礎(chǔ)油的分散性稍優(yōu)于Ⅰ類基礎(chǔ)油。

②4040、4040H-8樣品分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明, 分散劑量相同的條件下，水楊酸鹽的分散性優(yōu)于磺酸鹽。

③4040H-8、4040H-1樣品分散性模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,中高堿水楊酸復(fù)配有利于提高油品的分散性能。

(5)機(jī)車油分散性能考察

機(jī)車油分散性能考察見表16。

表16 機(jī)車油分散性能

試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)車油分散性能基本與氮含量成正比。

(6)漁船油分散性能考察

漁船油分散性考察見表17。

表17 漁船油分散性能

試驗(yàn)結(jié)果表明：漁船油分散性能基本與氮含量成正比。

3 柴油機(jī)油分散性模擬試驗(yàn)方法的研究結(jié)論

(1)分散性模擬方法與柴油機(jī)油分散性臺(tái)架具有一定的相關(guān)性。

(2)通過本試驗(yàn)方法的研究可以建立一種分散性模擬試驗(yàn)方法，用于評(píng)價(jià)柴油機(jī)油分散性能。

(3)通過對(duì)潤滑油中的組分(基礎(chǔ)油、黏度指數(shù)改進(jìn)劑、降凝劑、分散劑、清凈劑、抗氧抗腐劑、抗磨劑等)分散性能的影響規(guī)律考察，可以得出初步的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。

(4)全配方中基礎(chǔ)油和功能添加劑之間復(fù)配對(duì)油品分散性能的影響規(guī)律考察，可以指導(dǎo)全配方的不同性能之間的平衡。

(5)本分散性模擬方法的研究，對(duì)全配方油品的開發(fā)、油品分散性評(píng)價(jià)、油品配方內(nèi)部性能之間的平衡等具有一定的指導(dǎo)意義。

(6)本方法是一種分散性模擬方法，對(duì)配方研制針對(duì)油品分散性能的篩選提供了切實(shí)可行的有效手段。