高君保, 陳炳耀,2,3, 楊善杰, 蘇 俊

(1 廣東三和控股有限公司, 廣東 中山 528429;2 廣東三和化工科技有限公司, 廣東 中山 528429; 3 廣東阜和實(shí)業(yè)有限公司, 廣東 中山 528429)

在 “碳達(dá)峰、 碳中和” 的共識(shí)下, 綠色環(huán)保技術(shù)的研發(fā)將越來越重要[1]。 汽車尾氣排放、 節(jié)能要求及發(fā)動(dòng)機(jī)硬件技術(shù)的不斷升級(jí)更新, 推動(dòng)著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)油技術(shù)配方的不斷更新升級(jí)。 發(fā)動(dòng)機(jī)油逐漸向低粘度發(fā)展, 近幾年包括寶馬、 奔馳、 沃爾沃等很多歐系車都推薦0W-20 的初裝油, 節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)[2]。

2020 年5 月1 日起, 最新的ILSAC 乘用車機(jī)油標(biāo)準(zhǔn)GF-6A和GF-6B 以及API 最高的質(zhì)量等級(jí) API SP 開始進(jìn)行首批認(rèn)證[3]。 國(guó)內(nèi)外的潤(rùn)滑油生產(chǎn)商也陸續(xù)推出滿足國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)的SP 質(zhì)量級(jí)別的汽機(jī)油。 GF-6A 生效之日, 將替代GF-5 及以下標(biāo)準(zhǔn)。 GF-6B 由于不能兼容以前的老標(biāo)準(zhǔn), 只推薦用于使用0W-16 的新車, 目前主要是日系車。 GF-6A 和GF-6B 技術(shù)規(guī)格對(duì)比如表1 所示。

表1 GF-6A 和GF-6B 技術(shù)規(guī)格對(duì)比Table 1 Comparison of technical specifications of GF-6A and GF-6B

2020 年7 月1 日, 中國(guó)史上最嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)開始實(shí)施,國(guó)Ⅵ對(duì)新車執(zhí)行更嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn), 比現(xiàn)在的歐Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)還嚴(yán)格, 各大汽車生產(chǎn)商也新增了很多技術(shù)路線和新的發(fā)動(dòng)機(jī)硬件來應(yīng)對(duì)此次新規(guī)。 國(guó)Ⅵ又分為國(guó)ⅥA 和國(guó)ⅥB 兩個(gè)階段, 國(guó)ⅥA 是國(guó)Ⅴ到國(guó)ⅥB 的一個(gè)過渡期, 國(guó)ⅥB 才是真正意義上的國(guó)Ⅵ, 將在2023 年7 月1 日起開始實(shí)施[4]。 小排量渦輪增壓、直噴技術(shù)、 GPF、 混合動(dòng)力、 節(jié)能環(huán)保等將是未來乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì), 國(guó)Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽機(jī)油的要求更加高, 在防止TGDI 直噴技術(shù)導(dǎo)致的低速早燃(LSPI)現(xiàn)象, 以及抑制燃燒室及噴油嘴周圍的油泥和積碳堆積都有特殊的要求[5]。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 性能指標(biāo)

SP/GF-6A C5 0W-20 是針對(duì)國(guó)Ⅵ發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)的一款中灰歐系汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油, 產(chǎn)品要滿足AECE-2016 C5 和API SP/ILSAC GF-6A 技術(shù)規(guī)格, 并且對(duì)硫、 磷及硫酸鹽灰分作了嚴(yán)格的限制, 150 ℃HTHS 粘度在2.6 ~2.9 之間, 具有優(yōu)異的節(jié)能效果, 推薦用于帶尾氣后處理裝置GPF 的國(guó)Ⅵ車。 SP/GF-6A C5 0W-20 須滿足的理化指標(biāo)見表2。

表2 SP/GF-6A C5 0W-20 的質(zhì)量指標(biāo)Table 2 Quality index of SP/GF-6A C5 0W-20

1.2 基礎(chǔ)油的選擇

發(fā)動(dòng)機(jī)油中85% ~90%的成分為基礎(chǔ)油, 所以基礎(chǔ)油的性能影響著發(fā)動(dòng)機(jī)油的整體性能。 API 分類為目前國(guó)內(nèi)外通用的基礎(chǔ)油分類, 我國(guó)跟國(guó)外大多數(shù)的溶劑精制基礎(chǔ)油為Ⅰ類油,此類油一般密度比較大, 低溫流動(dòng)性較差, 雜質(zhì)含量也較高,顏色也較深。 通過加氫精制、 酮苯脫蠟路線生產(chǎn)出來的基礎(chǔ)油為Ⅱ類基礎(chǔ)油。 加氫異構(gòu)化脫蠟生產(chǎn)出來的為Ⅲ類基礎(chǔ)油, 由于Ⅲ類基礎(chǔ)油主要為異構(gòu)烷烴及低分子的烷烴, 蠟含量較少,所以黏溫性能和低溫性能較好[6]。 以上三類基礎(chǔ)油都為礦物油, 對(duì)添加劑的感受性較好。 Ⅳ類和Ⅴ類屬于合成型基礎(chǔ)油,Ⅳ類基礎(chǔ)油主要是聚a-烯烴, Ⅴ類基礎(chǔ)油是合成酯類, Ⅳ類和Ⅴ類基礎(chǔ)油有著優(yōu)異的低溫流動(dòng)性、 高溫抗氧性及抗剪切應(yīng)力, 價(jià)格比礦物油高很多[7]。 GTL 基礎(chǔ)油[8]的主要成分是異構(gòu)烷烴, 目前也廣泛用于發(fā)動(dòng)機(jī)油的調(diào)配中, 它的性能介于Ⅲ類和Ⅳ類基礎(chǔ)油之間, 跟合成基礎(chǔ)油一樣有著較高的粘度指數(shù)及較好黏溫性能, 不過低溫性能及高溫抗氧性還是不如聚a-烯烴, 但是在價(jià)格上比聚a-烯烴有優(yōu)勢(shì)。 Ⅲ類基礎(chǔ)油(阿布扎比)、 GTL 基礎(chǔ)油(殼牌)及聚a-烯烴(雪佛龍)的性能參數(shù)如表3 所示。

表3 Ⅲ類基礎(chǔ)油、 GTL 基礎(chǔ)油及PAO 基礎(chǔ)油的性能參數(shù) (實(shí)測(cè))Table 3 Performance parameters of Ⅲ type base oil, GTL base oil and PAO base oil

1.3 添加劑的選擇

一個(gè)好的發(fā)動(dòng)機(jī)油產(chǎn)品, 不僅需要性能優(yōu)異的基礎(chǔ)油, 對(duì)功能添加劑的選擇同樣很重要。 添加劑的功能是加強(qiáng)基礎(chǔ)油已有的性能或新增一些其它的性能[9]。 如今各種功能添加劑單劑較少使用, 一般使用復(fù)合添加劑。

粘度指數(shù)改進(jìn)劑, 用來提升機(jī)油的粘度指數(shù), 從而減小溫度變化對(duì)機(jī)油粘度的影響, 改善機(jī)油黏溫性。 黏度指數(shù)改進(jìn)劑目前比較常用的是聚異丁烯(PIB)、 乙丙烯共聚物(OCP)、 聚甲基丙烯酸酯(PMA)、 苯乙烯雙烯共聚物(HSD), 他們各有各的特點(diǎn), 可以根據(jù)性能和成本適當(dāng)選用。

PIB 黏度指數(shù)改進(jìn)劑的熱氧化安定性和剪切安定性優(yōu)異,但是低溫性能差, 主要用在低溫性能要求不高的齒輪油中。OCP 黏度指數(shù)改進(jìn)劑是油溶性共聚物, 增稠效率高成本低, 是目前主流的黏度指數(shù)改進(jìn)劑。 HSD 黏度指數(shù)改進(jìn)劑熱穩(wěn)定性好, 剪切安定性好, 低溫流動(dòng)性差, 與乙丙烯共聚物類似, 但是增稠效率比乙丙烯共聚物高[10]。

PMA 黏度指數(shù)改進(jìn)劑在第二次世界大戰(zhàn)中大規(guī)模被用于航空液壓油, 由于航空液壓油對(duì)溫度和時(shí)間的要求非?？量? 而PMA 在低溫下對(duì)潤(rùn)滑油粘度的增稠效果不大, 但是在高溫下對(duì)潤(rùn)滑油粘度的增稠效果特別好, 換句話來說, 就是可以極大改善潤(rùn)滑油的黏溫性能, 剛好彌補(bǔ)了航空液壓油的缺陷。 目前PMA 黏度指數(shù)改進(jìn)劑主要用在對(duì)低溫流動(dòng)性要求較高、 要求有較高的粘度指數(shù)及對(duì)剪切穩(wěn)定性要求較高的自動(dòng)傳動(dòng)液、 多級(jí)齒輪油、 液壓油及多級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油中[11]。 目前主要的生產(chǎn)商是潤(rùn)英聯(lián)、 路博潤(rùn)及羅曼克斯等。

本次SP/GF-6A C5 0W-20 級(jí)別的發(fā)動(dòng)機(jī)油, 主要體現(xiàn)在高效節(jié)能、 低排放、 低溫流動(dòng)性、 黏溫性能、 清凈分散性、 氧化安定性及抗磨性能優(yōu)異, 在提升正時(shí)鏈條磨損保護(hù)的同時(shí),防止發(fā)生低速早燃。 考慮到成本及性能, 在基礎(chǔ)油的選擇上,使用III 類基礎(chǔ)油100N(AD4CST-100N, 阿布扎比)、 聚a-烯烴(PAO4, 雪佛龍)、 ZX-109(己二酸二異十三酯, INOLEX)和聚酯(KL23000, 意特麥琪)之間的互相組合。 復(fù)合劑選用OLOA@ 54720 (雪佛龍奧倫耐), PMA 黏度指數(shù)改進(jìn)劑(VISCOPLEX@ 3-510, 曼克斯羅)及降凝劑(VISCOPLEX@ 1-248, 曼克斯羅)。 可以滿足 ACEA C5-16、 API SP/SN Plus/SN、ILSAC GF-6、 Opel OV0401547 及 MB 229.71 等 OEM 認(rèn)證。

1.4 SP/GF-6A C5 0W-20 發(fā)動(dòng)機(jī)油的調(diào)配工藝

按配方重量份配比, 將III 類基礎(chǔ)油150N、 聚a-烯烴及合成酯基礎(chǔ)油投入反應(yīng)釜中, 攪拌、 升溫加熱到55 ~65℃, 依次投入粘PMA 度指數(shù)改進(jìn)劑、 無硫磷有機(jī)鉬、 汽油機(jī)油復(fù)合劑、聚酯、 降凝劑, 保持55 ~65℃溫度下繼續(xù)攪拌2 小時(shí)至混合均勻, 即制得SP/GF-6A C5 0W-20 全合成汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油。

2 結(jié)果與討論

經(jīng)過前期的實(shí)驗(yàn)探究, 做配方小試, 在各項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB11121-2006 的理化指標(biāo), 同時(shí)滿足 API SP、 ILSAC GF-6A及ACEA-2016 C5 的理化指標(biāo)。 按照配方設(shè)計(jì)的配比, 計(jì)劃生產(chǎn)15000 kg, 給客戶試用。 配方表如表4 所示。

表4 SP/GF-6A C5 0W-20 配方表Table 4 Formula table of SP/GF-6A C5 0W-20

按照上述1.4 的調(diào)配工藝生產(chǎn), 并取樣進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè), 檢測(cè)結(jié)果為表5 所示。

表5 通過車間生產(chǎn)的SP/GF-6A C5 0W-20 檢測(cè)結(jié)果上看,各項(xiàng)理化指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)API SP/ILSAC GF-6A、 ACEA-2016 C5 及SAE J300。 油品的外觀清亮透明, 其中粘度指數(shù)為194,處于較高水平。 粘度指數(shù)高的潤(rùn)滑油, 油品粘度越穩(wěn)定, 粘度隨工作環(huán)境溫度變化越小, 同時(shí)PMA 粘度指數(shù)改進(jìn)劑只加了3%,機(jī)油具有非常好的粘度保持能力; 傾點(diǎn)為-51 ℃, -40 ℃的低溫泵送黏度低為16500 mPa·s, 低溫動(dòng)力粘度為4800 mPa·s, 說明此機(jī)油低溫流動(dòng)性優(yōu)異, 在冷啟動(dòng)時(shí), 潤(rùn)滑油能更容易泵送到發(fā)動(dòng)機(jī)的各個(gè)零部件, 從從而起到潤(rùn)滑、 減少摩擦、 減低磨損的作用; 由于本配方滿足ACEA-2016 C5, 是一個(gè)低硫磷、 低硫酸鹽灰分的配方, 總堿值為7.9 mgKOH/g, 說明該機(jī)油具有優(yōu)異的清凈分散性, 對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的積碳、 油泥及漆膜有抑制和清洗作用; 高溫高剪切黏度為2.7 mPa.s, 說明機(jī)油具有非常好燃油經(jīng)濟(jì)性; 蒸發(fā)損失只有5.8%, 說明此配方發(fā)動(dòng)機(jī)油的揮發(fā)度較小, 在實(shí)際車況中機(jī)油消耗不大, 比較省機(jī)油。

表5 車間生產(chǎn)SP/GF-6A C5 0W-20 的檢測(cè)結(jié)果Table 5 Test results of SP/GF-6A C5 0W-20 produced in workshop

研究表明, LSPI 發(fā)生頻率=6.59×Ca% -(26.6×P%)-(5.12×Mo%), 說明Ca 元素的含量跟LSPI 的發(fā)生頻率是成正比的, 跟P 元素及Mo 元素的含量成反比, 也就是說低Ca、 高P、 高M(jìn)o 的發(fā)動(dòng)機(jī)油技術(shù)配方可以有效的降低LSPI 的發(fā)生頻率[12]。 本配方Ca 元素的含量只有0.121%, P 元素含量滿足ACEA-2016 C5 的質(zhì)量指標(biāo), 配方中加入無硫磷有機(jī)鉬, Mo 元素的含量較高, 可以有效降低LSPI 的發(fā)生頻率。

3 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

本次車間生產(chǎn)的SP/GF-6A C5 0W-20 機(jī)油開展發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn), 結(jié)果如表6 所示。

表6 SP/GF-6A C5 0W-20 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果Table 6 SP/GF-6A C5 0W-20 engine bench test results

由表6 的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)可以看出, 油樣具有優(yōu)異的清凈分散性, 可以有效控制油泥、 積碳及漆膜, 通過了ACEA-2016 C5 的臺(tái)架試驗(yàn)的各項(xiàng)之指標(biāo)。

4 結(jié) 論

(1)在配方設(shè)計(jì)上, 從基礎(chǔ)油和功能添加劑性能特點(diǎn), 作出了合理的選擇。 采用PAO、 Ⅲ類基礎(chǔ)油及酯類油這樣的組合, 使發(fā)動(dòng)機(jī)油具有優(yōu)異的低溫流動(dòng)性、 低的揮發(fā)性, 對(duì)功能添加劑的兼容性和復(fù)配效果也非常好。 無硫磷有機(jī)鉬賦予機(jī)油卓越的減摩抗磨性能, 有效降低摩擦系數(shù)和減少磨損, 實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪。 各項(xiàng)理化指標(biāo)均滿足AECE-2016 C5 和API SP/ILSAC GF-6A 技術(shù)規(guī)格, 推薦用在滿足國(guó)Ⅵ排放標(biāo)準(zhǔn)各種歐系車上。

(2)SP/GF-6A C5 0W-20 汽機(jī)油通過了ACEA-2016 C5 的臺(tái)架試驗(yàn)的各項(xiàng)之指標(biāo), 具有優(yōu)異的清凈分散性, 可以有效抑制發(fā)動(dòng)機(jī)油泥、 積碳及漆膜的產(chǎn)生, 延長(zhǎng)機(jī)油的換油周期及發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。