发动机国Ⅲ排放标准的实施对润滑油组成的影响

宋应金 张桂林 郗 杰

摘要:随着国Ⅲ排放标准在全国范围内实施,它对汽车相关各行业的影响已经日益呈现。对车用润滑油来说,降低发动机油的磷含量,提高燃油经济性,延长发动机油的使用寿命,是行业对润滑油生产企业的要求;对润滑油添加剂来说,综合具有减摩抗磨、抗氧防腐且磷含量低的添加剂将越来越受到业界的关注。文章在分析国Ⅲ排放标准实施对润滑油组成影响的同时,重点介绍具有以上综合优势的有机钼、有机硼添加剂,并对引入此类添加剂的润滑油进行了多次台架模拟试验和分析,得出有机钼、有机硼添加剂在车用机油中减摩抗磨、抗氧、节能、延长换油期和改善尾气排放方面的优异表现,并预测此类添加剂的使用将成为发动机油升级换代的关键和整个润滑油行业的发展趋势。

关键词:发动机油;国Ⅲ排放标准;有机钼;有机硼;组成

中图分类号:TE626.3 文献标识码:A

Impact of the National Ⅲ Emission Standard on the Formulation of Engine Oils

SONG Ying-jin1, ZHANG Gui-lin2, XI Jie3

(1.Petroleum Institute of Harbin University of Commerce, Harbin 150028,China; 2. Pacific Ocean United (Beijing) Petrochemical Co., Ltd, Beijing 100101,China; 3. PetroChina Dalian Petrochemical Company, Dalian 116032, China)

Abstract:With the implementation ofthe NationalⅢ Emission Standard nationwide, its impact on vehicle-related industries becomes increasingly obvious. For engine oils, all lube oil manufacturers are trying every means to lower Phosphorus content, enhance fuel economy and extend oil drain intervals. For lubricant additive industry, those additives which enjoy such comprehensive advantages as friction reduction, antioxidation and lower Phosphorus content will gain wide appeal and come into use more and more. In this paper, an in-depth analysis of what impactthe NationalⅢ Emission Standard will exercise on lube oil formulations is materialized, and organic Molybdenum compound and organic Borate are introduced as high-performance additives for lube oil blenders. Additionally, many experiments on engine oils with and without these two additives were conducted, and test results showed that these two additives can impart good performances to engine oils. It is predictable that these kinds of lubricant additives will become the key for upgrading of engine oils and represent the development of lubricant industry in the future.

Key words:engine oil;nationalⅢ emission Standard; organic Molybdenum compound; organic Borate; formulation

0 前言

汽车工业的迅猛发展,一方面促进了国民经济的快速增长,日益改善着人们的生活;但另一方面,汽车尾气排放量也随之迅速增加,严重影响了环境和空气质量,威胁到人们的身体健康,因此,执行严格的排放法规势在必行。而且随着汽车生产量和保有量的持续增加,更加严格的排放法规将会不断颁布和实施。

每一次排放标准的颁布执行,都将意味着新的发动机技术的推广应用和新的发动机润滑油规格的出现。日益严格的排放法规推动着发动机制造商不断采用新的发动机技术,同时也推动着润滑油制造厂生产出能同时满足这些新技术和新排放标准的润滑油。因此,发动机国Ⅲ标准的实施,必然使国内发动机润滑油配方组成有比较大的调整。本文将针对满足国Ⅲ排放标准的发动机润滑油使用性能做初步研究。

1 国Ⅲ标准的实施对发动机润滑油的技术要求

(1)组成中有较低的硫、磷含量。较低的硫、磷含量能保证汽车尾气催化转化器的正常作用,因此,发动机润滑油限制硫、磷含量是必然趋势。

(2)要求发动机润滑油具有优异的高温抗氧性能,减少高温沉积物的形成,同时减少低温油泥的产生。

(3)要求发动机润滑油具有优良的清净性和优良的酸中和能力,防止发动机锈蚀、腐蚀和磨损。

(4)要求发动机润滑油具有优异的分散能力。EGR(废气再循环技术)和DPF(颗粒捕捉器)等新技术在发动机上的应用,相应增加了发动机润滑油的积炭和烟炱污染,因此,必须在发动机润滑油组成中加强对油泥和积炭的分散性能。

(5)要求发动机润滑油具有优良的高温高剪切性能。在苛刻环境下,具有优异的粘度保持性能,能显著降低发动机磨损。

(6)要求发动机润滑油具有优良的抗磨损性能。新发动机的压力负荷明显增加,因此,要求其组成中有优良的抗磨和减摩成分。

(7)要求发动机润滑油低温泵送性能突出,可提高发送机的启动性能,降低磨损。

(8)要求发动机润滑油组成中含有能抑制ZDDP醇解的组分。我国部分地区推广了醇燃料,因此,上述地区使用的发动机润滑油组成中应含有该组分。

(9)要求发动机润滑油对密封材料具有良好的兼容性。

2 试验部分

2.1 试验目的

在发动机润滑油的组成中,通过引入氮钼配合物和氮硼配合物这两种添加剂,来降低机油中硫、磷含量,调合出满足CI-4规格的润滑油,进行500 h可靠性台架试验,来考察其衰变情况。

2.2 试验材料

(1)发动机:上海柴油机厂8DK,参数如下:

型式:直列、四冲程、水冷、直接喷射式、增压中冷、高压共轨;

气缸数:6;

单缸气门数:4;

气缸套型式:湿式;

气缸直径:114 mm;

活塞行程:144 mm;

活塞总排量:8.83 L;

压缩比:17.3∶1。

标定工况:

标定转速:2200 r/min;

标定功率:275×(1±5%)kW;

平均有效压力:1370 kPa;

活塞平均速度:10.56 m/s;

排气烟度:≤1.183 m-1。

最大扭矩工况:

最大扭矩时转速:1300~1500 r/min;

扭矩储备率:≥25%;

最大扭矩:1500×(1±6%)N•m;

最高爆发压力:≤16 kPa。

(2)润滑油:采用美国雪佛龙添加剂调合出符合CI-4规格的15W-40粘度等级发动机润滑油两份,在其中一份中按照0.5%(质量分数)引入了POUPC 1002氮钼配合物和POUPC 3001氮硼配合物。该试验润滑油典型数据见表1。

2.3 试验过程及试验结果

上述发动机润滑油装入8DK柴油发动机,校车后测试尾气排放,满足国Ⅲ排放规格后,对2份发动机油分别进行50 h、100 h、200 h、300 h、400 h、500 h的台架抗疲劳试验。

2.3.1 50 h台架模拟试验(见表2~表5)

试验数据分析:

通过50 h台架试验可以看到:不含POUPC 3001(氮硼配合物)和POUPC 1002(氮钼配合物)的油品在金属元素含量方面比含有上述两种添加剂的油品有所增加,这表明,添加POUPC 3001与POUPC 1002的油品减摩性能良好;同时,添加剂原有元素多于不加钼和硼的油品,表明添加剂的消耗降低,间接说明添加钼和硼的油品换油期将会延长。

从表2至表4看出,添加钼和硼元素的油品抗磨损能力有显著增强。

从表5看出,添加钼和硼的油品四球试验数据均呈现明显好转的变化。

2.3.2 100 h台架模拟试验(见表6~表9)

通过100 h台架试验结果看,综合表6至表9,随着试验时间的延长,含有钼和硼添加剂的油品对比不加该剂的油品,抗磨能力逐渐增强,油品中原有的功能元素损失小,表明含这些添加剂的油品使用寿命更长。

同时,抗磨损能力增强,四球摩擦数据更好。

2.3.3 200 h台架模拟试验(见表10~表13)

试验数据分析:

经过200 h台架试验,由表10至表13看出,添加钼和硼的油品在金属磨损、油品长效性、抗磨损能力以及四球试验数据上均有更优异的表现。

2.3.4 300 h台架模拟试验(见表14~表17)

试验数据分析:

经过300 h台架试验,由表14~表17的数据看出,随着台架试验时间的延长,含有钼和硼添加剂的油品在减摩和耐久性方面显示很强的优势。

2.3.5 400 h台架模拟试验(见表18~表21)

试验数据分析:

经过400 h台架试验,由表18~表21的数据结果看出:

随着机器运行时间的不断延长,加有钼和硼元素的油品比不含该剂的油品在减摩性能和长效性上均表现出很大的优势。

2.3.6 500 h台架模拟试验(见表22~表25)

试验数据分析:

经过长达500 h台架模拟试验,由表22~表25的试验数据,我们可以看出:

随着机器试验时间的不断延长,试验条件的越发苛刻,加有氮钼剂和氮硼剂的油品比不含该剂的油品在减摩抗磨性能和长效持续性上都表现出明显的优势。

2.3.7 试验结果综述

(1)引入氮钼剂和氮硼剂的发动机润滑油的抗磨效果显著;

(2)引入氮钼剂和氮硼剂的发动机润滑油有很强的抗氧和抑炭能力;

(3)引入氮钼剂和氮硼剂的发动机润滑油磷含量维持较低的水平,有利于延长尾气催化转化器的寿命,改善汽车尾气排放;

(4)铁谱试验结果表明:引入氮钼剂和氮硼剂的发动机润滑油磨损形态大都发生在启动阶段,且能维持极低的状态,有利于延长发动机的使用寿命。

3 结论

(1)发动机国Ⅲ排放标准的实施,对润滑油的组成影响显著。要满足国Ⅲ排放标准,必须控制含硫和含磷添加剂的用量,相应就要求有新的替代产品的出现。

(2)发动机国Ⅲ排放标准的实施,引导发动机制造商不断采用更先进的技术,发动机工况的变化,相应就要求有新组分的发动机润滑油来满足其使用要求。

(3)上述试验结果表明:引入氮钼剂和氮硼剂的发动机润滑油能满足此要求。

(4)建议研制更新的低温油泥分散剂以及能降低硫、磷含量的替代添加剂,来满足不断苛刻的发动机排放标准;同时,EGR(废气再循环)和DPF(颗粒捕捉器)以及SCR(选择性催化还原器)等技术不断装备发动机,则要求更新的发动机润滑油来满足其使用要求,必将带动新组分添加剂的出现。

参考文献:

[1] Leslie R Rudnick. Lubricant Additives Chemistry and Applications[M]. USA: Marcel Dekker Inc, 2003.

[2] Dave Mann. Motor Oils and Engine Lubrication[M]. USA: Motor Oil Engineers L L C, 2003.

[3] 姚俊兵, Glenn A Mazzamaro, Gaston Aguilar,等.发动机油非磷抗氧、抗磨、减摩添加剂协同研究[J].润滑油,2008,23(2):21-25.

[4] 黄文轩.润滑剂添加剂应用指南[M].北京:中国石化出版社,2003.

收稿日期:2008-11-03。

基金项目:黑龙江省自然科学基金项目(200632)。

作者简介:宋应金(1966-),男,1987年毕业于哈尔滨商业大学石油储运系油料分析与应用专业,黑龙江省哈尔滨商业大学石油商品应用研究所所长,教授,一直从事润滑油及各种石油添加剂的应用研究工作,已公开发表相关论文数篇。