高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油的研制

夏青虹

(中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院,北京 100083)

高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油的研制

夏青虹

(中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院,北京 100083)

通過對(duì)高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)參考沖洗油清凈性、抗氧性、抗磨性、煙炱分散性進(jìn)行考察,確定高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)沖洗參考油各項(xiàng)性能,通過實(shí)驗(yàn)室模擬方法進(jìn)行配方篩選,經(jīng)試驗(yàn)證實(shí),研制的高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油具有良好的清凈性能、抗氧性能、煙炱分散性能,該油品可以滿足高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)的沖洗要求。

臺(tái)架沖洗油;基礎(chǔ)油;清凈性能;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

近年來,國(guó)內(nèi)柴油機(jī)油更新?lián)Q代加快,CF-4、CG-4、CH-4等柴油機(jī)油已經(jīng)逐步取代以往占主導(dǎo)地位的 CD級(jí)油。而 CF-4、CG-4、CH-4等柴油機(jī)油臺(tái)架評(píng)定與以往有顯著不同,不僅要進(jìn)行清凈性臺(tái)架評(píng)定,還要進(jìn)行煙炱分散性能的臺(tái)架評(píng)定。Mack T-8柴油機(jī)油臺(tái)架試驗(yàn)是美國(guó)用于評(píng)價(jià) API CG-4和 CH-4(T-8E)柴油機(jī)油由于煙炱引起的粘度增長(zhǎng)的多缸柴油發(fā)動(dòng)機(jī)評(píng)價(jià)設(shè)備[1]。同時(shí),由于用于評(píng)價(jià)CF-4柴油機(jī)油的Mack T-7發(fā)動(dòng)機(jī)已停止生產(chǎn),也將Mack T-8(T-8A)用于 CF-4柴油機(jī)油的性能評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)在 2000年就已引進(jìn)Mack T-8臺(tái)架,并隨機(jī)引進(jìn)了相應(yīng)的Mack T-8沖洗油。Mack T-8臺(tái)架每次標(biāo)定后開機(jī) 3000 h或進(jìn)行10次臺(tái)架試驗(yàn)后才拆機(jī),因此每次臺(tái)架試驗(yàn)過后必須用沖洗油沖洗發(fā)動(dòng)機(jī),方能進(jìn)行下一次臺(tái)架試驗(yàn)。該沖洗油價(jià)格昂貴,購(gòu)買手續(xù)繁瑣,且每次用量大,以往一直從國(guó)外進(jìn)口,國(guó)內(nèi)無相應(yīng)產(chǎn)品。因此研制出高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油,性能與參考沖洗油相當(dāng),可以滿足國(guó)內(nèi)Mack T-8臺(tái)架使用需要,并且具有來源易、成本低的特點(diǎn)。

1 Mack T-8臺(tái)架試驗(yàn)方法簡(jiǎn)介

Mack T-8用于評(píng)價(jià)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)油與煙炱有關(guān)的粘度增長(zhǎng)[2],評(píng)價(jià) CF-4(代替Mack T-7)、CG-4和 CH-4柴油機(jī)油,分為 T-8A(150 h)、T-8 (250 h)和 T-8 E(300 h)。試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)為Mack E7 -350發(fā)動(dòng)機(jī),為直列 6缸、四沖程中冷式渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī),缸徑 124 mm,行程 165 mm,排量 2 L。每次試驗(yàn)前用試驗(yàn)油進(jìn)行 2 h沖洗,然后根據(jù)試驗(yàn)油樣級(jí)別分別進(jìn)行 150 h、250 h或 300 h試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束,用沖洗油進(jìn)行 2 h沖洗。試驗(yàn)過程中定期抽取油樣進(jìn)行熱重?zé)熿品治?TGA)[3]。

2 試驗(yàn)方法和條件

研制高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油過程中所用各項(xiàng)評(píng)定試驗(yàn)條件如下:

連續(xù)成焦試驗(yàn):板溫 330℃、油溫 150℃,連續(xù)濺油 6 h。

間歇成焦試驗(yàn):板溫 330℃、油溫 100℃,濺油15 s,停 45 s,試驗(yàn)時(shí)間 1 h。

四球機(jī)試驗(yàn):按 SH/T 0189-92方法測(cè)磨斑直徑 d,按 GB 3142-82方法測(cè)定最大無卡咬負(fù)荷(PB)。

PDSC試驗(yàn):測(cè)氧化誘導(dǎo)期,2 mg油樣,程序升溫至210℃。

TGA試驗(yàn):測(cè)油中煙炱含量。

分散試驗(yàn):在油中加入一定量碳黑后測(cè)油品的粘度增長(zhǎng)。

3 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

3.1 沖機(jī)用參考油各項(xiàng)性能要求

首先對(duì)高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)參考沖洗油(以下簡(jiǎn)稱沖機(jī)參考油)進(jìn)行各項(xiàng)性能評(píng)定。由于沖洗油在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架中要進(jìn)行 2 h熱運(yùn)轉(zhuǎn),因此為進(jìn)一步確定沖機(jī)參考油的各項(xiàng)性能處于何種水平,選擇了 4種不同質(zhì)量級(jí)別潤(rùn)滑油作為參比油,進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn),參比油質(zhì)量級(jí)別從 CF-4到 CH-4。結(jié)果見表 1、表 2。

表1 油品高低溫粘度

表2 油品各項(xiàng)性能評(píng)定

從表 1可以確定,沖機(jī)參考油粘度級(jí)別符合SAE 15W-40粘度級(jí)別規(guī)格。由表 2可見,與參比油相比,沖機(jī)參考油的清凈、分散、抗磨性能均差于參比油 1～4,抗氧性能略好于參比油 1～3,但差于參比油 4。通過分析試驗(yàn)結(jié)果得到,沖機(jī)參考油應(yīng)是一種抗氧性能、清凈性能較好的油品,對(duì)油品的抗磨性能要求與參比油相近。沖洗油是在臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)束后沖洗發(fā)動(dòng)機(jī)的油品,沖機(jī)參考油對(duì)煙炱應(yīng)有很好的分散能力。根據(jù)這些要求,選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)油和添加劑,對(duì)高煙炱潤(rùn)滑油發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)沖洗油進(jìn)行研制。

3.2 稠化基礎(chǔ)油的調(diào)配

15W-40粘度等級(jí)屬于中跨度的多級(jí)油,采用加氫基礎(chǔ)油為主要成分[4],并摻調(diào)少量光亮油進(jìn)行稠化基礎(chǔ)油的調(diào)配。

用加氫 150N為主要成分調(diào)配 15W-40稠化油,調(diào)配結(jié)果見表3。

表3 15W-40稠化油調(diào)合方案及性質(zhì)

15W-40粘度等級(jí)要求成品油 100℃運(yùn)動(dòng)粘度在 12.5～小于 16.3 mm2/s,-20℃低溫動(dòng)力粘度不大于 7000 mPa·s。由表 3可見,調(diào)配了 4種不同比例的稠化油,調(diào)為成品油后均能滿足 15W-40粘度等級(jí)的要求,其中 4號(hào)稠化油具有較高的高溫粘度,低溫動(dòng)力粘度也滿足 15W-40粘度級(jí)別的規(guī)格要求,最后選擇了 4號(hào)稠化油進(jìn)行下一步配方研究。

3.3 配方篩選及評(píng)價(jià)

為滿足使用要求,沖洗油需具備較好的清凈分散性,并且對(duì)臺(tái)架后附著在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的一些油品氧化物質(zhì)具有很好的清洗性能。為此,選擇高效優(yōu)質(zhì)清凈劑、抗氧劑、分散劑和抗磨劑在加氫稠化油中進(jìn)行復(fù)配。

3.3.1 油品清凈性能的研究

磺酸鹽、硫化烷基酚鹽等是內(nèi)燃機(jī)油中常用清凈劑。磺酸鹽能有效地控制發(fā)動(dòng)機(jī)活塞中溫區(qū)第二、三、四環(huán)槽及活塞裙部漆膜的生成,硫化烷基酚鹽能有效地控制活塞頂環(huán)槽的充炭。兩者搭配得合理就能很好地控制漆膜和積炭的生成。選擇磺酸鈣和硫化烷基酚鈣作為清凈劑,在固定分散劑及抗氧抗腐抗磨劑用量的前提下,改變磺酸鹽和硫化烷基酚鹽的比例,采用成焦板試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行清凈性能評(píng)定,試驗(yàn)結(jié)果見圖 1、圖 2。

由圖 1可以看出,選擇磺酸鹽:硫化烷基酚鹽為0.4∶1時(shí),間歇成焦試驗(yàn)的成焦量最低,油品的清凈性能較好。由圖 2的結(jié)果可以看出,研制油品連續(xù)成焦試驗(yàn)的成焦量相當(dāng),均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于沖機(jī)參考油的連續(xù)成焦量。綜合考慮到?jīng)_洗油的特點(diǎn)與配方經(jīng)濟(jì)性,最后選擇磺酸鹽∶硫化烷基酚鹽為 0.4∶1的配比繼續(xù)進(jìn)行配方篩選。

圖 1 磺酸鹽與硫化烷基酚鹽復(fù)配與成焦量關(guān)系

3.3.2 油品抗氧化性能研究

沖洗油應(yīng)用的發(fā)動(dòng)機(jī)為直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī),與普通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)相比,功率增加,燃燒室溫度提高,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的抗氧化性能要求也提高。潤(rùn)滑油在高溫條件下氧化會(huì)加劇,為減緩氧化,必須加入抗氧劑以保持良好的抗氧性能。因此,以 ZDDP為主要抗氧劑,加上合適的輔助抗氧劑,采用壓力差式掃描量熱試驗(yàn)(PDSC)對(duì)油品抗氧化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表 4可以看出,研制油的氧化誘導(dǎo)期均長(zhǎng)于參考油,綜合沖洗油使用環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)性考慮,最終確定采用 3號(hào)油的四元復(fù)合抗氧劑體系進(jìn)行下一步配方篩選。

3.3.3 油品分散性能研究

臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)束后,試驗(yàn)油中煙炱含量高于2.5%,最高可達(dá) 5%以上。為保障下一次臺(tái)架評(píng)定能順利進(jìn)行,沖洗油必須能有效清洗試驗(yàn)后殘存在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的煙炱。因此,沖洗油需具有良好的煙炱分散性能。采用分散方法考察油品對(duì)煙炱的分散能力。試驗(yàn)結(jié)果見表 5。

表5 油品沖洗分散性能評(píng)價(jià)

由表 5可以看出,研制油的分散性能好于沖機(jī)參考油,最終確定采用 3號(hào)油的分散劑復(fù)合體系進(jìn)行下一步配方篩選。

3.3.4 油品抗磨性能研究

通過對(duì)沖洗油的分析得到結(jié)果看,沖洗油是在臺(tái)架結(jié)束后沖洗發(fā)動(dòng)機(jī)的油品,對(duì)油品的抗氧性能、清凈性能、分散性能要求較高,對(duì)油品的抗磨性能要求不是很高。采用四球試驗(yàn)機(jī)對(duì)研制油品的抗磨性能進(jìn)行評(píng)定。試驗(yàn)結(jié)果見表 6。

表6 油品抗磨性能評(píng)價(jià)

由表 6可以看出,研制油的抗磨性能與沖機(jī)參考油相當(dāng),最終確定采用 3號(hào)油的抗磨劑復(fù)合體系作為沖洗油的配方體系。

研制油最終確定配方見表 7。

表7 研制油配方

研制油與沖機(jī)參考油各項(xiàng)性能評(píng)定見表 8。

表 8 油品部分理化性能與其他各項(xiàng)性能

由表 8可以看出,在各項(xiàng)模擬評(píng)定試驗(yàn)中研制油品均與沖機(jī)參考油性能相當(dāng)。

3.4 應(yīng)用

在Mack T-8臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)臺(tái)架進(jìn)行沖洗。油品煙炱攜帶能力強(qiáng),則試驗(yàn)后油品中煙炱含量高。試驗(yàn)后油中煙炱含量見表 9。結(jié)果表明,研制油品完全可以滿足Mack T-8臺(tái)架的沖洗需要,沖洗后效果與沖機(jī)參考油效果相當(dāng)。

表9 臺(tái)架試驗(yàn)后油品煙炱含量

4 結(jié)論

所研制高煙炱臺(tái)架沖洗油是以加氫 150N油為主要成分,摻調(diào)少量光亮油為基礎(chǔ)油,添加清凈劑、分散劑、抗氧抗磨劑等調(diào)制而成,通過實(shí)驗(yàn)室模擬方法對(duì)油品的清凈、分散、抗氧、抗磨性能進(jìn)行評(píng)定,研制油品各項(xiàng)性能與沖機(jī)參考油相當(dāng)。

[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]劉順濤,李紹玉,魏榮田,等.高檔柴油機(jī)油發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)Mack T-8的建立[J].潤(rùn)滑油,2003,18(2): 54-58.

[4]施洪香,潘文煥,沈清.用加氫油開發(fā)潤(rùn)滑油產(chǎn)品的探討

[J].潤(rùn)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年畢業(yè)于華東理工大學(xué)石油加工專業(yè),現(xiàn)從事潤(rùn)滑油及添加劑方面的研究工作,已公開發(fā)表論文2篇。

1002-3119(2010)03-0030-04