柴油机油抗烟炱磨损性能研究

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Performance Study of Anti-wear by Soot in Diesel Engine OilZhao Zhenghua Liao Xiangyun Lei Ailian Wang Aixiang(Lanzhou Lube Oil R&D Institute，Lanzhou Gansu 730060，China)Abstract：The soot content is increased significantly in diesel engine oil by using the exhaust gas recirculation(EGR)，and the demands for the soot dispersion and anti·-weal'by soot performances of diesel engine oil are much more rigor-·OUS.Through the four bal test and SRV cylinder liner wear test on several additives single agent and compound with eachother in diesel engine oil，the anti-wear by soot perform ance was investigated，and the beter anti-wear by soot evaluationmethod and the best form ula of additives were screen out.The results show that acid phosphate compound with ammoniumcarbamate can obviously improve the anti-wear by soot performance of diesel engine oil；and the SRV cylinder liner weartest is more suitable for the evaluation anti-wear by soot performance of diesel engine oil。

Keywords：diesel engine oil；soot；weal"发动机新技术，例如废气再循环 (EGR)、延迟喷射等的采用，使柴油机的排放质量大大改善，显著降低了微粒 (PM)和氮氧化物 (NO )的排量。但这些新技术的采用，却使润滑油中的烟炱含量大大增加 。柴油机油中烟炱含量的增加会导致发动机在运转过程中烟炱大量聚集，易造成发动机滤网堵塞而影响供油，使油品黏度增大而流动性变差，同时会使发动机缸套-活塞环部分和进排气阀系部分的磨损加剧。因此，新技术的采用，要求发动机油具有更优越的烟炱分散性能和抗磨损性能等 J。

要解决柴油机油因烟炱引起的黏度增加和磨损增大等问题，除提高油品的烟炱分散性能外 J，还应通过添加添加剂改进油品的抗磨损性能。本文作者针对柴油机油的抗烟炱磨损而开展了相关研究，并通过实验室模拟评定手段来筛压磨损性能更为优越的添收稿 日期 ：2012-10-25作者简介：赵正华 (1981-)，硕士，工程师，从事于内燃机油的研究开发工作.E-mail：zhaozhenghua-rhy###petrochina.com.cn加剂配方组成。

1 烟炱对柴油机油性能的影响烟炱是由多种物质组成的混合物，其主要成分为石墨化碳黑，它在润滑油中以固体不溶物的形式存在 。烟炱的生成与空气温度、空气中氧浓度、燃料的种类及其在燃烧过程中与空气的配比情况有关。

- 般而言，空气的预热温度越高，空气中氧的含量越低，燃料与空气混合越不均匀，燃料就越容易发生裂解，生成的烟炱就越多。不同的燃料，烟炱的生成趋势也不同 。

柴油发动机在苛刻的燃烧条件下，会产生很多的燃烧副产物，其中的固体物主要是柴油和进入燃烧室的柴油机油在空气不足的条件下经不完全燃烧或热裂解而产生的不定型碳 (微小的炭微粒)，表现为烟炱，烟炱是燃油不完全燃烧的副产物。低颗粒物排放的新式发动机其喷嘴工作压力在10～170 MPa，在如此高的工作压力下燃油的雾化效果更好，燃烧更均匀 ，而同时在如此高的燃烧温度下产生了-种很孝110 润滑与密封 第38卷硬度很大的烟炱粒子，在活塞环和阀系上作为-种研磨介质 ，它通过撞击气缸壁而被活塞环碾碎带入油底壳中 。烟炱-旦进入油底壳中，就很快与柴油机油混合并随着柴油机油-起在发动机中进行循环，同时造成对油品性能的损害进而造成发动机的非正常运转，缩短发动机的寿命 。烟炱的含量高低和结构状况直接影响到发动机的可靠性和柴油机油 的耐久性。

烟炱以-定的形式积聚，造成发动机活塞环、汽缸壁和气阀执行机构的磨损。活塞环和汽缸壁的磨损会使发动机缸压降低，动力输出减少；气阀执行机构的磨损会改变发动机的点火时间、进气量，影 响排气，这些磨损直接影响着发动机的使用寿命。有文献表明，在活塞顶环槽内的柴油机油中含有更高含量的烟炱，可表现为有研磨作用的切割油，造成活塞环和汽缸壁间的磨损。发动机在装备EGR后带来的腐蚀磨损，就是由于含有更多烟炱的柴油机油表现出更高的切割性能 。对于同-种油品，烟炱含量水平越高，其保持抗磨损性能的时间就越短 ，因而要减少发动机磨损，就需要使用更好的柴油机油。

2 柴油机油抗烟炱磨损性能研究润滑油中烟炱对柴油机磨损的影响，主要表现在缸套 -活塞环部分和进排气阀系部分 。研究表明，柴油机的烟炱磨损主要表现为磨粒磨损，因此作者有针对性地选雀种添加剂进行油品抗烟炱磨损性能的研究。

用于柴油机油抗烟炱磨损的模拟评价方法主要有烟炱磨损、p 值 (最大无卡咬负荷)、Po值 (烧结负荷)等。其中试验油品的承载能力 (P 值和P。值)通过四球机来测定，根据试验值的大猩以判定试验油品的极压抗磨性能的差别；按照SI-I/T 0189，通过四球试验机测定相同承载压力和温度条件下油品润滑时钢球的磨斑直径来考察其抗磨损性能。烟炱磨损试验是在试验油品中加入-定量的烟炱模拟物后 ，充分搅拌使烟炱模拟物均匀分散在试验油中，通过规定条件下的四球磨损试验来考察试验油品的磨斑直径。

2.1 单剂对抗烟炱磨损性能的考察根据不同的抗磨机制选取酸性磷酸酯胺盐、氨基甲酸酯、有机钼盐和纳米二氧化钛 ，以不同的加量加入到某柴油机油中，进行抗烟炱磨损性能的考察，结果如表 1所示。

表 1 不同添加剂对抗烟炱磨损性能的影响Table 1.The efect of diferent additives on anti-weal"by soot performance从表 1的实验结果可看出，酸性磷酸酯胺盐和氨基甲酸酯加入到柴油机油中，可明显提高油品的最大烧结负荷，但对烟炱磨损、最大无卡咬负荷和磨斑直径等无明显改善；热管氧化试验结果表明，该添加剂对油品的高温清净性无不良影响；不同量的二氧化钛和有机钼盐加人柴油机油中，各项抗磨损模拟结果均与加人酸性磷酸酯铵盐、氨基甲酸酯变化趋势基本-致，但随着二氧化钛的加量逐步增大，油品的抗烟炱磨损性能变差，另外，有机钼盐的加入还对油品的高温清净性有影响，因此，该添加剂不适用于柴油机油。

根据有关资料，柴油机油配方中常用的ZDDP抗氧抗腐剂具有-定的抗磨作用，因此在柴油机油中补加 %的 ZDDP进行了抗烟炱磨损的考察 ，结果见表1∩以看 出，补加-定量的 ZDDP，也就是说在原配方中提高 ZDDP的加量，对油品的抗烟炱磨损性能没有太大的改善。

另外，将硼酸酯、噻二唑衍生物分别以 %的加量和1：1的比例加入到柴油机油中，其抗烟炱磨损性能试验结果见表2∩见，硼酸酯、噻二唑衍生物均能提高油品的最大烧结负荷；此外将两者以 1：1的比例复配到-起时，还可提高油品的最大无卡咬负荷，而其他结果与前几种添加剂相差不大。

2013年第 5期 赵正华等：柴油机油抗烟炱磨损性能研究 111表2 硼酸酯、噻二唑衍生物对抗烟炱磨损性能的影响rab1e 2 ，I1Ile efect of borate or thiadiazole derivatives on sootanti-wear performancePB/N 706PD/N 3 089磨斑直径D/mm 0.43烟炱磨损 D/mm 0.34热管氧化 (270 oC)/级 77853 0890.420.3468833 0890.420.357.52.2 添加剂复配规律对抗烟炱磨损性能的考察根据各添加剂单独使用时对油品的抗烟炱磨损性能考察的结果来看，各添加剂单-使用时，对抗烟炱磨损性能改善不大，因此，将各添加剂复配后加入柴油机油中，进行抗烟炱磨损性能的考察 (在前文中对硼酸酯与噻二唑衍生物的考察结果看，两者以1：1比例复配使用效果好，因此，在进行复配规律考察时这两种添加剂始终以1：1的比例进行考察)。表3给出了几种添加剂复配后对抗烟炱磨损性能的考察结果。

表3 几种添加剂复配后对抗烟炱磨损性能的影响Table 3 The efect of several additives compound on anti-wear by soot perform ance可以看出，四球机试验得到的各种复配方案的磨斑直径与抗烟炱磨损性能相差不大，无法进行区分。

因此，筛选上述方案中的部分试验油品进行 SRV缸套磨损试验，以考察各油品抗烟炱磨损性能的差异，确定烟炱磨损性能优异的添加剂复配方案。

SRV缸套磨损试验是通过固定的试验条件，在油样中加入3%的炭黑作为试验油，以实际发动机上截取的缸套和活塞环作为试验件，在 SRV试验机上进行试验，可用于评定油品的平均摩擦因数、缸套失重、活塞环失重、磨损深度等。

Mack T-9发动机台架试验主要用于评价柴油机油抗烟炱磨损性能。因此，在SRV缸套磨损试验时，也选择了MackT-9发动机台架试验的-种通过油和-种失败油进行了考察，并通过对比确定试验油品在抗烟炱磨损方面的性能，具体试验数据见表4，图1给出了 Mack T-9通过油、失败油和油样 l8的SRV缸套摩擦磨损趋势图。

112 润滑与密封 第 38卷表4 复配添加剂抗烟炱磨损性能SRV试验结果Table 4 The results of soot anti-wear performance ofcomposite additive in SRV testFig 1置辍圈姑瓣辍暖蜒世辍圈赣静时间t/min(a)MackT-9通过油时问t/mln(a)MackT-9通过油- 从表4可以看出，油样6的 SRV缸套失重、活塞环失重、磨损深度和平均摩擦因数值均最低，而图1(c)的摩擦因数曲线表明，油样 6的摩擦因数始终处于较低水平且有走低的趋势，各数据显示该油样的抗烟炱磨损性能优于Mack T-9通过油的试验数据，即将酸性磷酸酯铵盐与氨基甲酸酯复配后，可明显改善油品的抗烟炱磨损性能。

以上分析结果表明，SRV缸套磨损试验更适用于评价柴油机油的抗烟炱磨损性能，利用该试验方法能筛选出抗烟炱磨损性能优异的添加剂配方组成。

3 结论(1)SRV缸套磨损试验更适用于评价柴油机油的抗烟炱磨损性能。

(2)通过对各添加剂单剂及其复配使用后烟炱磨损性能的考察，酸性磷酸酯铵盐与氨基甲酸酯复配后，可明显改善油品的烟炱磨损性能。