现代汽油机油基础油和添加剂

17± 1 76± 14 113± 9 116± 3
21± 1 49± 8 116± 10 122± 5
20± 1 40± 8 115± 10 121± 3
注: 未加高碱值清净剂基础 油的 A GV 值为 19± 2; 清 净剂加入量 = (油 TBN - 2. 3)× 100 /高碱值清净剂 TBN。
第 23卷 第 3期 2003年 5月
长安大学学报 (自然科学版 )
Jo ur nal o f Chang′a n Univ ersi t y( Nat ural Science Editi on)
V ol. 23 No. 3 May 2003
文章编号: 1671-8879( 2003) 03-0071-04
表 5 高碱值清净剂的 BRT 结果 [ 2]
高碱值清净剂 TBN
磺酸钙 ( C S) 300 磺酸镁 ( M S) 400 酚钙 ( CP-1) 220 酚钙 ( CP-2) 170
不同碱值 TBN 油的 A GV 值*
3. 5
5. 5
7. 5
9. 5
18± 2 74± 2 109± 7 114± 2
Abstract: The gaso li ne engi ne lube is dev elopi ng along wi th the m oderni zatio n o f auto mobi le desi gn, the harsh of driv e co ndi tio n and the st ri ng ency of the emissio n reg ula tio ns. T hus the st rict er requirements to base oi l a nd addi tiv es a re put fo rwa rd. Inv estig at ed the i nf luence of the base oil a nd addi tiv es to the m odern gasoline engine and the com pati bilit y am ong the addi tives base on the da ta of the t est s i nclude those of ball rust t est , o xida tio n st abilit y t est , g reasy filt h f o rm atio n a nd v alve w earing t est of V E sequence. Resea rch i ndica tes t ha t the base oi l a nd additiv es m ust be caref ully inv estig at ed and balanced i n order t o meet the dem ands of modern g asoline engi ne lube perf orma nce. Key words: gasoline engine lube; base oil; functi onal addi tives; perfo rmance
2 汽油机油添加剂的应用
2. 1 球锈蚀试验 ( BRT ) 程序Ⅱ D汽油机锈蚀的产生与窜气中的酸性气
体 N Ox 和水分有重要关系。 因此 , BR T 试验模拟这 一原理 ,在 48℃试油中通入空气和稀酸 ,测 18 h 后 浸入油中钢球未锈蚀光亮面积值 ( AGV )。Ⅱ D试验 通过锈蚀评分为 8. 5分 ( 10分最好 ) ,而 BRT 通过 AGV 值至少为 100。 从表 4和表 5结果看出 ,低碱 值清净剂的防锈蚀性能不如高碱值清净剂 ; 而且随 汽油机油的碱值升高 ,防锈蚀性能越好 ( AGV 值增 大 ) ; 在油碱值较低 ( T BN5. 5)情况下 ,磺 酸盐防锈 性能比酚盐好。
的防锈性能 ( AGV 值 )不如碱性无灰分散剂加入量 的变化敏感 ,后者随分散剂加入量增大而明显改善 , 在分散剂加入量为 7% 时 , BRT 的 AGV 值与分散 剂碱值有强的正相关关系。
为了研究各添加剂组分的相互作用 ,进行一组 23- 1 ( 3因素 , 2水平 )的正交设计试验 (见表 7) ,该组 试验模型在置信度 99. 9% 下 , R 2值为 0. 69, F 值为 29。 发现所有 A型无灰分散剂 ( AD-1)存在的试油 AGV 值 均比其他 A型和 C型分 散剂 ( AD-1 / AD5)复合使用的 AGV 值高 ; 清净剂体系中 , AGV 值 高低的顺序是: Ca / Mg 磺酸盐复合 ( CS /M S) > 全部 磺 酸钙 ( CS) > 磺酸钙 /酚 钙复合 ( CS /CP-2) ; CS / CP-2的清净剂体系明显不如其它清净剂体系 ,特别 是与 AD-1 / AD-5复合的分散 剂体系组合在一块 , 就更差 ,而 ZDDP加入量的高低无明显影响。
从表 6的结果看出 ,不同化学结构的五种无灰 分散剂中 ,中性无灰分散剂 ( AD-2、 AD-4和 AD-5)
表 6 无灰分散剂的 BR T 结果 [3 ]
无灰分散剂
A 型 ( A D-1) A 型 ( A D-2) B型 ( AD-3) B型 ( AD-4) C型 ( AD -5)
TBN
不同添加量分散剂的 A GV 值*
表 3 基础油粘度指数对程序Ⅳ A 试验的影响 [ 3]
A PI分类
S AE粘度级
Ⅰ 类 ( 100N / 140N ) Ⅰ 类 ( 100N ) Ⅱ 类 ( 100N )
Ⅱ 类 ( 100N / 170N ) Ⅲ 类 ( 90N /250N ) Ⅳ 类 ( PA O-4 / PAO -8)
5W / 30 5W / 30 5Wห้องสมุดไป่ตู้/ 30 5W / 30 0W / 30 0W / 30
A PI基础油分类 Ⅰ 类 ( 100 N) Ⅱ 类 ( 100N) Ⅲ 类 ( 100N) Ⅳ 类 ( A PO -6)
BR T AG V* 97± 16 89± 2 96± 14 102± 8
注: 不同基础油加入相同的功能复合剂和粘度指数改进剂。
基础油粘度较高 ,含非理想的化学活性物质 (如 极性化合物 )较少 ,对汽油机油防锈性能会产生有利 的结果。 但是从表 2结果看 ,不同基础油对 BRT 锈 蚀性能没有明显影响。
表 4 低碱值清净剂的 BRT 结果 [ 2]
低碱值清净剂
磺酸钙 ( LCS) 酚钙 ( LCP)
不同的清净剂加入量 A GV 值
TBN
0. 5%
1. 0%
1. 5%
30
73± 7
65± 3
71± 5
90
76± 5
99± 2
116± 1
注: 基础油的 AGV 为 77± 10, TBN 为 5. 6。
3%
5%
7%
28
60± 1
80± 2
90± 2
17
34± 2
31± 3
53± 5
42
66± 2
92± 5
114± 7
8
41± 4
30± 1
36± 5
2
51± 1
48± 1
30± 5
注: 未加分散剂基础油 AGV 值为 50± 4, TBN 为 4. 0。
第 3期 姚顽强 ,等: 现代汽油机油基础油和添加剂
收稿日期: 2002-07-23 作者简介: 姚顽强 ( 1967-) ,男 ,山西繁峙人 ,西安科技学院讲师 ,长安大学博士生 .
长安大学学报 (自然科学版 ) 2003年
现代汽油机油要求基础油具有特别好的氧化安
定性和很高的粘度指数 ,以满足日益苛刻的使用性 能要求。 传统的溶剂精制基础油已难以满足这一要 求。近年来 ,加氢裂化和石蜡加氢异构化工艺生产的 高粘度指数的基础油 (烷烃、环烷烃占 90% 以上 ) , 聚 T-烯烃合成油 (近 100% 的异构烷烃 )逐渐获得广 泛应用。美国石油学会 ( API)按饱和烃含量、硫含量 和粘度指数 ,将基础油分为 5类 (见表 1)。
PAO
PAO
PAO
聚 α-烯烃合成油
Ⅴ类
其它
其它
其它 不包括在Ⅰ ～ Ⅳ 类中的基础油
美国材料试验协会 ( ASTM )用实验室球锈蚀试验 ( BRT )代替原程序Ⅱ D汽油机锈蚀试验。 表 2为不同 基础对 BRT 平均光亮面积值 ( AGV)的影响结果。
表 2 基础油对 BRT 性能的影响 [2 ]
表 1 AP I基础油分类
API分类 饱和烃 /% 硫烃 /% 粘度指数 Ⅰ 类 最大 90 最小 0. 03 80～ 120 Ⅱ 类 最小 90 最大 0. 03 80～ 120
备注 溶剂精制矿物油 缓和加氢裂化基础油
Ⅲ 类 最小 90 最大 0. 03 最小 120 加氢裂化、异构化基础油
Ⅳ类
新规格。 近年来 ,基础油添加剂的品种有了增加 ,质 量也有明显改进。 因此 ,为了开发、研制新一代的汽 油机油 ,精心设计和选择基础油与添加剂非常重要。
1 基础油对汽油机油使用性能的影响
基础油是汽油机油中一个重要组成部分 ,约占 汽油机油的 70% ～ 90% 份额。汽油机油的基本物理 化学性能主要由基础油决定 ,而且基础油对汽油机 油各种使用性能的影响也是显著的。
基础油 粘度指数
94 95 97 100 144 141
程序Ⅳ A试验 节省燃料 /%
0. 9 0. 9 1. 0 1. 1 1. 4 1. 6
72
有节省燃料的 要求 ,需分别 通过程程 序Ⅳ、Ⅳ A和 Ⅳ B试验。 从表 3可知 ,基础油粘度指数越高 ,在程 序Ⅳ A试验中节省的燃料越多。因此 , APⅠ 、Ⅱ 、Ⅲ 、 Ⅳ类基础油将在现代汽油机油中得到更多的应用。
Base oil and additives for modern gasoline engine lube
Y AO W an-qiang1 , WU Ya -li2 , L IU J ing-yu3
( 1. Depar tment of Surv eying Eng ineering , Xi′a n U niv er sity o f Science a nd Technolog y, Xi′an 710054, China; 2. Scho ol of Info rma tion Enginee ring , Chang′an U niv ersity, Xi′an 710064, China; 3. Schoo l o f Auto mo bile, Cha ng′a n U niv er sity , Xi′a n 710064, China )
现代汽油机油基础油和添加剂
姚顽强1 ,武雅丽 2 ,刘晶郁 3
( 1. 西安科技学院 测量工程系 ,陕西 西安 710054; 2. 长安大学 信息工程学院 ,陕西 西安 710064; 3. 长安大学 汽车学院 ,陕西 西安 710064)
摘 要: 汽油机油的质量和使用性能随着现代汽油机的设计和驾驶工况的变化以及环保节能的要 求而不断发展 ,相应地对基础油和添加剂也提出更高的要求。 通过对球锈蚀试验 ( BRT)、氧化安定 性试验 ( T FOU T )、程序 V E油泥生成和阀系磨损试验的试验数据进行科学分析 ,考察了基础油和 添加剂对现化汽油机油的影响及它们之间的协和作用。结果表明 ,为了满足现代汽油机油性能的要 求 ,对基础油和添加剂必须精心选择和设计。 关键词: 汽油机油 ; 基础油 ; 功能添加剂 ;性能 中图分类号: T E626. 32 文献标识码: A
从 20世纪 90年代起 ,世界先进国家在讨论现 代汽油机油时 ,提出三“ E”的要求 [1 ] ( Economy ,代表 节约 能源 ; Emi ssio n,代表 环保 与排放 ; Ev o luti on, 代表技术进步 )。 美国、欧洲和日本的汽车制造商对 汽油机油主要关注三个问题: ①减少排气污染 ; ②节 省燃料 ; ③延长换油期。这些国家先后颁布或修订了 减少汽车排气污染的法规 ,而且每 4～ 5年标准增强 一次。因此推动了汽油机设计的不断更新 ,相应地加 快了汽油机油的更新换代 ,平均每 3～ 4年出现一代
为了减少汽油机排气污染 ,其 Noack蒸发损失 要求不断下降 ,现代汽油机油 GF-1( S H)、 GF-2( S J) 和 GF-3( SL )应分 别达到 25% 、 22% 和 15% 以下。 而 APⅡ 类 基 础 油 100N 的 No ack 蒸 发 损 失 达 30% ,满足不了要求。 另外 ,上述规格的汽油机油都