碱性添加剂对润滑油性能影响的研究

（深圳职业技术学院，深圳518055）

碱性添加剂对润滑油性能影响的研究

孟凡生

（深圳职业技术学院，深圳518055）

随着润滑油工业的发展，含有金属离子的碱性添加剂已经成为润滑油工业不可缺少的添加成分。碱性添加剂大大改善了润滑油的性能，使其使用寿命大大延长，并起到了保护发动机的作用，但过量的碱性添加剂对发动机后处理会带来负面影响。本文就碱性添加剂对机油使用性能的影响，通过试验的方式加以验证，并对实际的机油使用提出建议。

碱性添加剂 润滑油 碱值

1 前言

碱值是内燃机润滑油特别是柴油机润滑油的一项十分重要的性能指标，它表示内燃机润滑油的中和能力，其值取决于润滑油中所含的碱性添加剂的多少。内燃机润滑油普遍添加有超碱值清净分散剂，使润滑油具有一定的碱储备能力，用以中和氧化产生的酸性物质。因此，碱值可间接表示润滑油所含清净分散剂的多少，也用来表示在用油的剩余清净分散能力。国家标准方法将碱值定义为在规定的条件下，中和1 g润滑油试样中全部碱性组分所需高氯酸的量，以相当的KOH毫克数表示，其单位是mgKOH/g[1]。

当前内燃机润滑油都有一定的碱值，碱值高低取决于润滑油中碱性添加剂的量，碱性添加剂对所产生酸性物质的中和使得碱值下降。碱值的变化主要和所用燃料油的含硫量及油品使用过程中氧化变质有关，反映了油品抑制氧化和中和酸性物质能力的强弱，碱值下降到一定程度，油品失去了中和酸性物质的能力，会引起油泥增多，发动机部件有可能产生腐蚀、磨损等现象。自2011年5月1日起实施的GB/T 7607-2010柴油机油换油指标规定机油中碱值下降率限值为50%[2]。

2 试验分析

润滑油碱性添加剂大多含有由钙、镁等金属离子与各种有机酸盐表面活性剂（烷基苯磺酸盐、烷基水杨酸盐等）所构成[3]。表1为针对深圳巴士集团股份有限公司城市公交大巴常用的几种新柴油润滑油进行测试的数据。

从表1中看出，润滑油中钙、镁元素的量大致与其碱值成正比。理论上而言，润滑油的碱值越高越好。然而润滑油碱值高，则意味着机油中的金属清净剂中的金属成分（以钙、镁为主）含量越高，进入燃烧室的润滑油燃烧后生成的灰分就会越多。当灰分进入排气系统时，遇到高流动阻力的DPF将会沉积在其表面。当柴油机系统对DPF进行定期再生时，就会使得再生的效果降低。在JCAP II项目中，研究发现，用低灰份的润滑油（硫酸盐灰分为1.31和0.96）比用高灰分的润滑油（硫酸盐灰分为1.70）DPF压力降增加小[4]。因而，为增加DPF使用周期，一方面要提高DPF的灰烬储存能力，另一方面要尽量减少润滑油中的金属灰分[5]。

表1 不同种类的新柴油润滑油测试数据

一些新的润滑油规格正在对硫、磷以及硫酸盐灰分进行限制，以满足后处理装置耐久性的需要。到2005年，为满足美国高速公路标准2007对于减低颗粒物排放的要求，美国的重载柴油机必须增加（DPF）。为此，要求润滑油和排放气体只含有很少的SAPS，即硫酸盐灰分SA、磷P和硫S，来保证DPF的使用寿命[6]。

针对深圳巴士集团股份有限公司的LNG、柴油城市公交大巴进行润滑油更换周期的研究，试验车辆车况良好。试验日期为2011年5月。车辆及润滑油使用状况如表2所示。

对使用LNG、柴油两种燃料汽车的润滑油碱值进行检测，针对不同类型的车辆及其更换润滑油时取样检测。图1、图2为更换润滑油相对于新润滑油的碱值变化率。

表2 深圳城市公交大巴车辆及机油使用情况

从图1可以看出，四辆LNG车辆的润滑油碱值下降率均超过上限值50%。试验结果表明：LNG发动机润滑油碱值变化过大，应提早更换。在同等行驶条件下，所测试的4辆柴油公交大巴碱值下降率则很小，均在8%以下。原因在于：LNG燃气发动机的燃烧温度高，热负荷增加，NOx的生成量增加，生成的NOx融入机油中增加了润滑油中的酸性物质的含量。建议使用LNG发动机的车辆使用高碱值的润滑油，以尽可能地延长其使用寿命。

图1 LNG车辆润滑油碱值变化率

图2 柴油车辆润滑油碱值变化率

对于润滑油中碱性添加剂对发动机排放后处理的影响的研究较少。润滑油中所含的一些金属元素（钙、镁等）在DPF灰质中所占的比例就比发动机曲轴箱中润滑油对应的比例低，相反，润滑油中ZDDP添加剂中的磷，在DPF的灰分中就占很高的比例[7]。这对研究碱性添加剂对后处理的影响提供了有力证据。为研究碱性添加剂对柴油机DPF的影响，Simon等人于几年前就提出了柴油机润滑油中灰质组分迁移模型理论的雏形，并通过大量的实验模型及柴油机台架的验证取得了一定的成果，但该方法只是刚刚提出，尚有大量的理论及实验研究需要进行[8]。

3 结论与建议

碱性添加剂对润滑油使用性能的影响不仅体现在机油本身上，随着排放法规的日益严格，针对发动机后处理系统的研究毕竟成为未来的研究热点，如何在是的机油充分发挥其效能的同时，而不对后处理系统造成危害，是所有润滑油的科研人员的未来研究方向。

1化岩，史永刚，梁俊等．傅立叶变换红外光谱快速测定润滑油碱值[J]．润滑与密封．2008，33（9）：55-57．

2中华人民共和国国家标准.GB/T 7607－2010.柴油机油换油指标[S].北京：中国标准出版社，2011.

3姚文钊，刘雨花，李静．润滑油清净剂粘度及浊度的变化规律研究[J].润滑油，2005，20（6）：49-53．

4 Seiji Togawa.Impactofoil-derived Ash on Continuous Regeneration-type Diesel Particulate Filter-JCAP II Oil Workgroup Report[EB/OL]. http://www.pecj.or.jp/japanese/division/ division09/asia_symp_4th/pdf/1-9b.pdf

5徐小红，谢惊春，刘文俊等．润滑油性质对汽车排放后处理系统的影响[J].润滑与密封，2009，34（12）：113-117．

6韩恒文．Mack系列重负荷柴油润滑油台架测试的发展[J]．润滑油，2009，24（2）：53-59．

7 Givens W A,Buck W H,Jackson A,et al. Lubricant Formulation Effects on Transfer of Elements to Exhaust After-treatment System Components[C].SAE 2003-01-3109.

8 Simon A G.Watson.Lubricant-Derived Ash-In-Engine Sources and Opportunities for Reduction.Doctor of Philosophy in Mechanical Engineering at the Massachusetts Institute of Technology,June 2010.

Impact of Alkaline Additives on the Performance of Lubricating Oil

Meng Fansheng
（Shenzhen Polytechnic,Shenzhen 518055,China）

With the development of lubricating oil industry,alkaline additives containing metal ions have become indispensable additive ingredients.Alkaline additives have greatly improved the performance of Lubricating oil,extending the service life significantly and playing an important role in protecting the engine,but the excess of alkaline additives on the impact of post-processing engine will have a negative influence.In this paper,alkaline additives,impact on the performance of lubricating oil can be verified through a trial basis,and come to the actual lubricating oil using recommendations.

alkaline additives,lubricating oil,base value

10.3969/j.issn.1671-0614.2012.01.005

来稿日期：2011-11-24

孟凡生（1981-），男，讲师，硕士，主要研究方向为内燃机机油性能的研究。