高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油的研制

夏青虹

(中国石化石油化工科学研究院,北京 100083)

高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油的研制

夏青虹

(中国石化石油化工科学研究院,北京 100083)

通过对高烟炱润滑油发动机试验参考冲洗油清净性、抗氧性、抗磨性、烟炱分散性进行考察,确定高烟炱润滑油发动机试验冲洗参考油各项性能,通过实验室模拟方法进行配方筛选,经试验证实,研制的高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油具有良好的清净性能、抗氧性能、烟炱分散性能,该油品可以满足高烟炱润滑油发动机台架试验的冲洗要求。

台架冲洗油;基础油;清净性能;抗氧性能

Abstract:The reference flush o il for engine test w ith high lubricating oil soot loading w as evaluated for its detergency,antioxidat ion perform ance,ant iw earproperty and soot dispersancy perform ance.The fo r m ulas of the developed flush oilw ere screened by laboratory bench testm ethods.Compared w ith the reference flush o il,the developed flush oil show s good perfor m ances above-m entioned.The real engine w ashing test proved that the developed flush oil can m eet the requirem ents of engine test w ith high lubricating oil soot loading.

Key words:bench test flush oil;base oil;detergency;antioxidat ion perform ance

0 前言

近年来,国内柴油机油更新换代加快,CF-4、CG-4、CH-4等柴油机油已经逐步取代以往占主导地位的 CD级油。而 CF-4、CG-4、CH-4等柴油机油台架评定与以往有显著不同,不仅要进行清净性台架评定,还要进行烟炱分散性能的台架评定。Mack T-8柴油机油台架试验是美国用于评价 API CG-4和 CH-4(T-8E)柴油机油由于烟炱引起的粘度增长的多缸柴油发动机评价设备[1]。同时,由于用于评价CF-4柴油机油的Mack T-7发动机已停止生产,也将Mack T-8(T-8A)用于 CF-4柴油机油的性能评价。国内在 2000年就已引进Mack T-8台架,并随机引进了相应的Mack T-8冲洗油。Mack T-8台架每次标定后开机 3000 h或进行10次台架试验后才拆机,因此每次台架试验过后必须用冲洗油冲洗发动机,方能进行下一次台架试验。该冲洗油价格昂贵,购买手续繁琐,且每次用量大,以往一直从国外进口,国内无相应产品。因此研制出高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油,性能与参考冲洗油相当,可以满足国内Mack T-8台架使用需要,并且具有来源易、成本低的特点。

1 Mack T-8台架试验方法简介

Mack T-8用于评价柴油发动机油与烟炱有关的粘度增长[2],评价 CF-4(代替Mack T-7)、CG-4和 CH-4柴油机油,分为 T-8A(150 h)、T-8 (250 h)和 T-8 E(300 h)。试验发动机为Mack E7 -350发动机,为直列 6缸、四冲程中冷式涡轮增压发动机,缸径 124 mm,行程 165 mm,排量 2 L。每次试验前用试验油进行 2 h冲洗,然后根据试验油样级别分别进行 150 h、250 h或 300 h试验。试验结束,用冲洗油进行 2 h冲洗。试验过程中定期抽取油样进行热重烟炱分析(TGA)[3]。

2 试验方法和条件

研制高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油过程中所用各项评定试验条件如下:

连续成焦试验:板温 330℃、油温 150℃,连续溅油 6 h。

间歇成焦试验:板温 330℃、油温 100℃,溅油15 s,停 45 s,试验时间 1 h。

四球机试验:按 SH/T 0189-92方法测磨斑直径 d,按 GB 3142-82方法测定最大无卡咬负荷(PB)。

PDSC试验:测氧化诱导期,2 mg油样,程序升温至210℃。

TGA试验:测油中烟炱含量。

分散试验:在油中加入一定量碳黑后测油品的粘度增长。

3 试验内容及结果

3.1 冲机用参考油各项性能要求

首先对高烟炱润滑油发动机试验参考冲洗油(以下简称冲机参考油)进行各项性能评定。由于冲洗油在发动机台架中要进行 2 h热运转,因此为进一步确定冲机参考油的各项性能处于何种水平,选择了 4种不同质量级别润滑油作为参比油,进行比对试验,参比油质量级别从 CF-4到 CH-4。结果见表 1、表 2。

表1 油品高低温粘度

表2 油品各项性能评定

从表 1可以确定,冲机参考油粘度级别符合SAE 15W-40粘度级别规格。由表 2可见,与参比油相比,冲机参考油的清净、分散、抗磨性能均差于参比油 1～4,抗氧性能略好于参比油 1～3,但差于参比油 4。通过分析试验结果得到,冲机参考油应是一种抗氧性能、清净性能较好的油品,对油品的抗磨性能要求与参比油相近。冲洗油是在台架试验结束后冲洗发动机的油品,冲机参考油对烟炱应有很好的分散能力。根据这些要求,选择适当的基础油和添加剂,对高烟炱润滑油发动机台架试验冲洗油进行研制。

3.2 稠化基础油的调配

15W-40粘度等级属于中跨度的多级油,采用加氢基础油为主要成分[4],并掺调少量光亮油进行稠化基础油的调配。

用加氢 150N为主要成分调配 15W-40稠化油,调配结果见表3。

表3 15W-40稠化油调合方案及性质

15W-40粘度等级要求成品油 100℃运动粘度在 12.5～小于 16.3 mm2/s,-20℃低温动力粘度不大于 7000 mPa·s。由表 3可见,调配了 4种不同比例的稠化油,调为成品油后均能满足 15W-40粘度等级的要求,其中 4号稠化油具有较高的高温粘度,低温动力粘度也满足 15W-40粘度级别的规格要求,最后选择了 4号稠化油进行下一步配方研究。

3.3 配方筛选及评价

为满足使用要求,冲洗油需具备较好的清净分散性,并且对台架后附着在发动机内部的一些油品氧化物质具有很好的清洗性能。为此,选择高效优质清净剂、抗氧剂、分散剂和抗磨剂在加氢稠化油中进行复配。

3.3.1 油品清净性能的研究

磺酸盐、硫化烷基酚盐等是内燃机油中常用清净剂。磺酸盐能有效地控制发动机活塞中温区第二、三、四环槽及活塞裙部漆膜的生成,硫化烷基酚盐能有效地控制活塞顶环槽的充炭。两者搭配得合理就能很好地控制漆膜和积炭的生成。选择磺酸钙和硫化烷基酚钙作为清净剂,在固定分散剂及抗氧抗腐抗磨剂用量的前提下,改变磺酸盐和硫化烷基酚盐的比例,采用成焦板试验机进行清净性能评定,试验结果见图 1、图 2。

由图 1可以看出,选择磺酸盐:硫化烷基酚盐为0.4∶1时,间歇成焦试验的成焦量最低,油品的清净性能较好。由图 2的结果可以看出,研制油品连续成焦试验的成焦量相当,均远远小于冲机参考油的连续成焦量。综合考虑到冲洗油的特点与配方经济性,最后选择磺酸盐∶硫化烷基酚盐为 0.4∶1的配比继续进行配方筛选。

图 1 磺酸盐与硫化烷基酚盐复配与成焦量关系

3.3.2 油品抗氧化性能研究

冲洗油应用的发动机为直喷柴油发动机,与普通柴油发动机相比,功率增加,燃烧室温度提高,对发动机润滑油的抗氧化性能要求也提高。润滑油在高温条件下氧化会加剧,为减缓氧化,必须加入抗氧剂以保持良好的抗氧性能。因此,以 ZDDP为主要抗氧剂,加上合适的辅助抗氧剂,采用压力差式扫描量热试验(PDSC)对油品抗氧化性能进行评价。试验结果见表4。

由表 4可以看出,研制油的氧化诱导期均长于参考油,综合冲洗油使用环境以及经济性考虑,最终确定采用 3号油的四元复合抗氧剂体系进行下一步配方筛选。

3.3.3 油品分散性能研究

台架试验结束后,试验油中烟炱含量高于2.5%,最高可达 5%以上。为保障下一次台架评定能顺利进行,冲洗油必须能有效清洗试验后残存在发动机内的烟炱。因此,冲洗油需具有良好的烟炱分散性能。采用分散方法考察油品对烟炱的分散能力。试验结果见表 5。

表5 油品冲洗分散性能评价

由表 5可以看出,研制油的分散性能好于冲机参考油,最终确定采用 3号油的分散剂复合体系进行下一步配方筛选。

3.3.4 油品抗磨性能研究

通过对冲洗油的分析得到结果看,冲洗油是在台架结束后冲洗发动机的油品,对油品的抗氧性能、清净性能、分散性能要求较高,对油品的抗磨性能要求不是很高。采用四球试验机对研制油品的抗磨性能进行评定。试验结果见表 6。

表6 油品抗磨性能评价

由表 6可以看出,研制油的抗磨性能与冲机参考油相当,最终确定采用 3号油的抗磨剂复合体系作为冲洗油的配方体系。

研制油最终确定配方见表 7。

表7 研制油配方

研制油与冲机参考油各项性能评定见表 8。

表 8 油品部分理化性能与其他各项性能

由表 8可以看出,在各项模拟评定试验中研制油品均与冲机参考油性能相当。

3.4 应用

在Mack T-8台架试验结束后对台架进行冲洗。油品烟炱携带能力强,则试验后油品中烟炱含量高。试验后油中烟炱含量见表 9。结果表明,研制油品完全可以满足Mack T-8台架的冲洗需要,冲洗后效果与冲机参考油效果相当。

表9 台架试验后油品烟炱含量

4 结论

所研制高烟炱台架冲洗油是以加氢 150N油为主要成分,掺调少量光亮油为基础油,添加清净剂、分散剂、抗氧抗磨剂等调制而成,通过实验室模拟方法对油品的清净、分散、抗氧、抗磨性能进行评定,研制油品各项性能与冲机参考油相当。

[1]AST M D4485-00 Stand Specification for Performance of Engine Oils[S].

[2]AST M D5967-97 Stand Test Method for Evaluation of Diesel Engine Oils in T-8 Diesel Engine[S].

[3]刘顺涛,李绍玉,魏荣田,等.高档柴油机油发动机试验评价系统Mack T-8的建立[J].润滑油,2003,18(2): 54-58.

[4]施洪香,潘文焕,沈清.用加氢油开发润滑油产品的探讨

[J].润滑油,2002,17(4):15-21.

Deve lopm ent of Flush O il for Eng ine Tes t w ith High Lub rica ting O il Soot Load ing

X IA Q ing-hong
(Research Institute of Petro leum Processing,S INO PEC,Beijing 100083,China)

TE626.3

A

2009-08-03。

夏青虹(1974-),女,1996年毕业于华东理工大学石油加工专业,现从事润滑油及添加剂方面的研究工作,已公开发表论文2篇。

1002-3119(2010)03-0030-04