CN104046418B - 一种轻负荷柴油/汽油轿车发动机润滑油组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明所配制的发动机润滑油组合物，质量满足ACEA-2010A3/B4和SAEJ300规格要求，适用于苛刻工况下的轻负荷柴油/汽油轿车发动机的润滑，特别适用于带涡轮增压直喷轻负荷柴油发动机的润滑。该润滑油组合物具有优异的抗氧抗磨性、中低温分散性和高温清净性，其碱值较高，碱保持能力强，可有效抑制活塞高温沉积物的产生，防止活塞粘环，具有较长的换油期，能给发动机充分的润滑保护。本发明的润滑油组合物包括至少两种金属清净剂、两种无灰分散剂、三种抗氧抗腐抗磨剂、一种粘度指数改进剂、一种降凝剂、一种抗泡剂和两种基础油。
Description
（一）技术领域
本发明属于润滑油技术领域，具体涉及一种能够满足苛刻工况下的轻负荷柴油/汽油轿车发动机的润滑，特别适用于带涡轮增压直喷轻负荷柴油发动机的润滑油组合物。它应具有优异的抗氧抗磨性、中低温分散性和高温清净性，并具有较高的碱值和较好的碱保持能力。本发明属于加氢型润滑组合物类。
（二）背景技术
随着有限石油资源的日趋枯竭、环境污染问题的日趋严重和排放法规的更新换代，轻负荷柴油轿车以好的燃油经济性、动力性、低CO2排放性等优点，已越来越受到世界的重视和青睐。由于柴油轿车发动机特殊的技术参数和工作条件，常规的汽油轿车发动机油和重负荷柴油发动机油都不能很好的满足润滑需求。
轻负荷柴油/汽油轿车发动机对润滑油的要求主要有以下几方面：
首先发动机压缩比较高很容易就能达到20，至少也在13以上，压缩比和升功率的提高势必造成机油的机械负荷和热负荷相应增高，这样就更易发生活塞粘环和高温沉积现象（带涡轮增压的引擎的油温比非涡轮增压的引擎的油温显著提高），造成发动机的润滑故障，因此要求柴油轿车发动机油的高温清净性和热氧化安定性要优于常规的汽油轿车发动机油和重负荷柴油机油。
此外，发动机转速虽然没有普通汽油轿车发动机高，但却是重负荷柴油车的两倍，可达到4000r/min，因此燃烧速度很快，并且应用了EGR（尾气再循环***），致使大量的未完全燃烧的燃料、烟炱、颗粒物及氮氧化物进入到润滑***中，从而影响润滑状态。同时因轻负荷柴油轿车长期行驶于城市路段，因交通状况不可避免地会经常处于开开停停的状态，而重负荷柴油车则常处于高速路段行驶状态，在这种情况下轻负荷柴油轿车更易产生低温油泥。因此要求发动机油具有更优异的中低温油泥和烟炱分散性。
还有因轻负荷柴油轿车涡轮增压器中废气温度较高，可达550～650℃，而机油要润滑涡轮增压器的轴承，但机油箱相对于重负荷柴油机又很小，每升机油要负载20kW左右的功率。因此，柴油轿车机油的热负荷大、循环量大，要求机油的蒸发损失更低，并具有好的热氧化安定性，此外由于高温下发动机机件也更易发生磨损，油品还必须具备更好的抗磨损性能。
结合我国车用柴油质量标准相对滞后于欧洲和美国等发达国家，国内各地供应柴油质量也并不统一的情况，轻负荷柴油轿车发动机油还必须具有较高的碱值和更优的碱保持能力，来更好地中和因燃油中高硫含量而造成的机油中酸性物质的增多，保护发动机不被酸性物质腐蚀发生磨损。
因此，轻负荷柴油/汽油轿车发动机油性能，需要在兼顾普通汽油和柴油发动机油性能需求的同时，对油品的高温清净性和中低温分散性有了更高的要求，并且需要较高的碱值和更优得碱保持能力。本发明涉及的润滑油组合物具备以上轻负荷柴油/汽油轿车发动机对润滑油的性能要求，而普通市售汽油轿车发动机油在高温清净性上表现效果不突出，碱值也不符合轻负荷柴油轿车发动机的高碱值性能要求。而普通重负荷柴油发动机油则在低温油泥分散性、抗氧抗磨性上表现效果不突出。
（三）发明内容
本发明所要解决的技术问题在于需平衡各添加剂间的相互作用，通过将单剂间制约影响最小化，协同作用最大化来提供一种具有优异的抗氧抗磨性、中低温分散性、高温清净性，并具有较高碱值和碱保持能力的适用于轻负荷柴油/汽油轿车发动机润滑油组合物。
本发明为实现上述技术要求，对润滑油组合物中的各基础油、添加剂组分进行了精心筛选，并对各组分间的相互作用和关系进行了全面***地研究，有针对性地把提高高温清净性、抗氧抗磨性、中低温分散性作为研究的重点，以期达到本发明的润滑油组合物满足轻负荷柴油/汽油轿车发动机的润滑要求，并具有较高的碱值和碱保持能力。
本发明涉及的润滑油组合物包括下列组分：
A至少两种金属清净剂，可以是烷基水杨酸钙、烷基苯磺酸钙、硫化烷基酚钙以上任意两者或三者的混合物。约占润滑剂组合物总重量的1.5-4.5%，其优选的适宜范围为4.0-4.5%；
B至少两种无灰分散剂，可以是高分子丁二酰亚胺、聚异丁烯单丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺以上任意两者或三者的混合物。约占组合物总重量的5.1-6.0%，其优选的适宜范围为5.1-5.5%。
C至少三种抗氧抗腐抗磨剂，可以是丁辛基二硫代磷酸锌、异丙基异辛基二硫代磷酸锌、芳胺类无灰抗氧剂、酚类酚型无灰抗氧剂、有机钼盐以上任意三者或四者或五者的组合物。约占组合物总重量的1.5-3.5%，其优选的适宜范围为2.0-3.5%。
D至少一种粘度指数改进剂，可以是苯乙烯-异戊二烯共聚物或非分散型乙烯丙烯共聚物或以上两者的组合物。约占组合物总重量的4.0-10.0%，其优选的适宜范围为5.0-9.5%。
E至少一种降凝剂，可以是烷基萘型或聚a烯烃或以上任意两者的组合物。约占组合物总重量的0.2-0.4%，其优选的适宜范围为0.2-0.3%。
F至少一种抗泡剂，可以是二甲基硅油或烷基丙烯酸共聚物或烷基聚酰胺或以上任意两者的组合物。约占组合物总重量的0.001-0.010%，其优选的适宜范围为0.003-0.005%。
G至少两种基础油，可以是性能满足APIⅢ类基础油标准要求的两种或两种以上的高粘度指数加氢基础油组合物。约占组合物总重量的75.6-87.6%，其优选的适宜范围为80.0-85.0%。
本发明润滑油组合物的制法：先将按比例所需量的基础油组分（G）加入带搅拌器的不锈钢调合釜中，升温至60～70℃下搅拌2小时后，将按比例所需量的抗泡剂（F）加入到调合釜中继续搅拌2小时，再将按比例所需量的降凝剂（E）、黏度指数改进剂（D）依次加入到调合釜中继续搅拌2小时，再依次加入按比例所需量的无灰分散剂（B）、抗氧抗腐抗磨剂（C）、金属清净剂（A），在70～80℃下继续搅拌4小时，至混合物均匀透明。
为平衡各添加剂间相互作用，特别是在提高油品高温清净性的同时又要兼顾中低温分散性能的情况下，对不同类型的清净剂和分散剂间如何取舍及加入比例的复配就尤为重要。不同清净剂单剂其在油品中表现出的作用各不相同，例如本发明中硫化烷基酚盐对于活塞顶环的沉积物控制就效果突出，但对油泥分散性却有负面影响；同样无灰分散剂在一定的润滑油体系中也存在一个性能取舍和确定最佳比例范围的问题，例如本发明中高分子无灰分散剂对高温苛刻环境下具有较好的分散效果，但在超过某一添加量时，其分散性基本不再提高，反而会因各单剂间的竞争吸附作用导致油品清净性能下降；而为使油品具有优异的抗氧抗磨性，特别是为提高油品抗磨性能时加入的抗磨添加剂，例如本发明组合物中的有机钼盐，其在提高油品抗磨性的同时却会降低清净分散性。因此，为保证发明组合物性能达到发明目的，使油品在具有优异的高温清净性的同时，还具有优异的抗氧抗磨性和中低温分散性，本发明通过多种模拟试验手段，对不同类型添加剂间及同种类型不同组成的添加剂间进行了***繁杂的筛选和优化复配，最终解决了关键技术难题，通过引入和调整添加剂类型及比例，打破以往润滑油体系中主剂和副剂类型，在降低各单剂间抑制作用的同时，提高了添加剂间的协同效应，调制出了性能满足轻负荷柴油/汽油轿车发动机润滑要求的组合物。
本发明调配的润滑油组合物，产品的硫含量为0.20～0.35%（质量），磷含量为0.08～0.10%（质量），氮含量为0.10～0.20%（质量），碱值为10.0～11.0mgKOH/g，硫酸盐灰分为1.0～1.3%（质量），具有优异的高温清净性、抗氧抗磨性、中低温分散性。按ACEA-2010欧洲润滑油性能规范中对轻负荷柴油/汽油轿车发动机润滑油的质量要求，本发明润滑油组合物通过了ACEA-2010A3/B4标准要求中TU3M、TU5JP、DV4TD、M271、OM646LA、VWTDI、ⅤG发动机台架试验，性能满足ACEA-2010A3/B4指标要求。在实验室模拟性能评价中本发明润滑油组合物也表现出了优异的清净分散性、抗氧抗磨性和油泥分散性。
为了筛选基础油和添加剂组分，本发明在实验室采用了热管氧化、SDT油泥分散性、磨斑直径（四球机试验法）、PDSC（诱导期）等模拟试验方法，分别评价油品的高温清净分散性、低温油泥分散性、抗磨性及氧化安定性。模拟试验条件分别是：热管氧化试验温度设定265℃，磨斑直径试验设定负荷392N，SDT油泥分散性试验设定150℃搅拌温度，PDSC氧化诱导期设定温度210℃。
（四）具体实施方式
本发明的效果通过下面的实施例进一步说明。但下面的实施例不是限值本发明的范围，任何不超出本发明的构思和范围的改动，都在本发明的范围之内。
实施例1：
以生产本发明产品100Kg为例所用的原料及其质量比为：
实施例2：
以生产本发明产品100Kg为例所用的原料及其质量比为：
实施例3：
以生产本发明产品100Kg为例所用的原料及其质量比为：
上述实施例1中的碱值为160～175的烷基水杨酸钙用相同质量的碱值为160～175的合成水杨酸镁替换，聚异丁烯单丁二酰亚胺用相同质量的双丁二酰亚胺替换，其它组分与质量相同。
实施例4：
以生产本发明产品100Kg为例所用的原料及其质量比为：
上述实施例2中的碱值为300～325的烷基苯磺酸钙用相同质量的碱值为300～325的合成磺酸镁替换，单丁二酰亚胺用相同质量的双丁二酰亚胺替换，其它组分与质量相同。
为验证本发明的效果，发明人采用本发明实施例制备的发动机润滑油进行了实验室模拟性能评价、发动机台架试验和耐久性试验，试验结果如下：
1、本发明润滑油组合物实验室模拟性能评价
表1本发明润滑油组合物模拟性能评价结果
由表1数据可以看出，与市售汽油机油、柴油机油相比，本发明润滑油碱值更高，在热管氧化评级、PDSC氧化诱导期、磨斑直径、SDT油泥分散性模拟试验评价中结果更优，具有优异的高温清净性，油泥分散性、抗氧抗磨性。
2、本发明实施例1润滑油组合物发动机台架试验
表2本发明实施例1润滑油组合物台架试验结果
由表2数据可以看出，本发明实施例1润滑油组合物通过了ACEA-2010A3/B4质量指标要求的7个发动机台架试验，性能满足欧洲轻负荷柴油/汽油轿车发动机油A3/B4质量要求。而市售汽油机油、柴油机油质量水平通常是参照API质量级别来分类的，其通过的台架试验和欧洲ACEA标准要求的完全不同，API标准中并没有涵盖ACEA所要求的专门用来验证轻负荷柴油/汽油轿车通用型发动机油质量水平的TU5JP、TU3M、DV4TD、OM646LA、VWTDI、M271等发动机台架试验。因此，通过台架试验验证，本发明润滑油组合物更能满足轻负荷柴油/汽油轿车发动机的润滑需求。
3、本发明实施例1润滑油组合物发动机耐久性试验考察
为考察本发明润滑油组合物在涡轮增压直喷轻负荷柴油发动机上的实际使用性能，还进行了1200小时发动机耐久性试验（每200小时更换一次发动机油）。
试验发动机最大功率(4000r/min时)为82Kw，最大扭矩(1800-2400r/min时)为235N.m，油底壳等部件密封良好，无渗油漏油现象，窜气正常。试验在全负荷、全速、高温苛刻工况条件下进行，其苛刻程度是耐久性试验1小时相当于实车行驶100公里。
测试方法：GB/T265测定油品粘度，GB/T4945测定油品酸值，SH/T0251测定油品碱值，GB/T17476测定使用过的润滑油中磨损金属元素含量，SH/T0760测定油品烟炱含量，GB/T3536测定油品闪点，GB/T8926测定油品戊烷不溶物。
表3本发明润滑油1200小时发动机耐久性试验结果
由表3分析数据可知，本发明润滑油组合物在1200小时发动机耐久性试验中表现出了优异的黏度保持性、碱保持能力、抗氧抗磨性和烟炱分散性，能够满足涡轮增压直喷轻负荷柴油轿车发动机的用油要求。
Claims (2)
1.一种发动机润滑油组合物，其特征在于：组合物包括(A)至少两种金属清净剂、(B)至少两种无灰分散剂、(C)至少三种抗氧抗腐抗磨剂、(D)至少一种粘度指数改进剂、(E)至少一种降凝剂、(F)至少一种抗泡剂、(G)至少两种基础油，组分(A)占组合物总重的1.5-4.5％，组分(B)占组合物总重的5.1-6.0％，组分(C)占组合物总重的1.5-3.5％，组分(D)占组合物总重的4.0-10.0％，组分(E)占组合物总重的0.2-0.4％，组分(F)占组合物总重的0.001-0.010％，组分(G)占组合物总重的75.6-87.6％；
其中，组分(A)金属清净剂是烷基水杨酸钙、烷基苯磺酸钙、硫化烷基酚钙以上任意两者或三者的混合物；
组分(B)无灰分散剂是高分子丁二酰亚胺、聚异丁烯单丁二酰亚胺、聚异丁烯双丁二酰亚胺以上任意两者或三者的混合物；
组分(C)抗氧抗腐抗磨剂是丁辛基二硫代磷酸锌、异丙基异辛基二硫代磷酸锌、芳胺类无灰抗氧剂、酚类无灰抗氧剂、有机钼盐以上任意三者或四者或五者的组合物；
组分(D)粘指剂是苯乙烯-异戊二烯共聚物或非分散型乙烯丙烯共聚物或以上两者的组合物；
组分(E)降凝剂是烷基萘型或聚a烯烃或以上任意两者的组合物；
组分(F)抗泡剂是二甲基硅油或烷基丙烯酸共聚物或烷基聚酰胺或以上任意两者的组合物；
组分(G)基础油是性能满足APIⅢ类基础油标准要求的两种或两种以上的高粘度指数加氢基础油组合物。
2.按照权利要求1所述的发动机润滑油组合物，其特征在于组分(A)占组合物总重的4.0-4.5％，组分(B)占组合物总重的5.1-5.5％，组分(C)占组合物总重的2.0-3.5％，组分(D)占组合物总重的5.0-9.5％，组分(E)占组合物总重的0.2-0.3％，组分(F)占组合物总重的0.003-0.005％，组分(G)占组合物总重的80.0-85.0％。
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