隨著國(guó)家節(jié)能和環(huán)保法規(guī)的不斷升級(jí)，越來(lái)越嚴(yán)苛的汽車燃油經(jīng)濟(jì)性要求和排放法規(guī)推動(dòng)著發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展。潤(rùn)滑油作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心零部件，是發(fā)動(dòng)機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)的“血液”，其對(duì)整車節(jié)能減排的貢獻(xiàn)至關(guān)重要，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)汽車廠商的關(guān)注。目前國(guó)內(nèi)OEM主機(jī)廠也越來(lái)越關(guān)注低黏度節(jié)能型油品對(duì)整車燃油經(jīng)濟(jì)性提升的貢獻(xiàn)，節(jié)能型汽油機(jī)油0W-20已逐漸成為國(guó)內(nèi)主機(jī)廠初裝油的首選。

 

眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)油一般由基礎(chǔ)油、黏度指數(shù)改進(jìn)劑(以下簡(jiǎn)稱黏指劑)、復(fù)合添加劑和降凝劑組成，而對(duì)于低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油如0W-20、0W-16甚至更低黏度，為了增強(qiáng)油品的抗磨耐久性保護(hù)，還會(huì)額外加入摩擦改進(jìn)劑以降低油品的摩擦系數(shù)。

 

目前，汽油機(jī)油的減摩節(jié)能途徑主要從以下兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)：一是降低油品黏度，減小流體潤(rùn)滑條件下的摩擦損失，如發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)軸承以及部分活塞環(huán)/缸套間的潤(rùn)滑；二是在油品中添加減摩劑，降低混合/邊界潤(rùn)滑條件下的摩擦損失，如閥系和活塞環(huán)/缸套的潤(rùn)滑。

 

其中，減摩劑作用機(jī)理主要是形成物理吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜。物理吸附膜主要有長(zhǎng)鏈羧酸、酯、醚、胺、胺基化合物、酰亞胺，這些化合物溶解在油中的摩擦改進(jìn)劑借助分子的極性基團(tuán)附著在金屬表面，碳?xì)溟L(zhǎng)鏈溶解在油中，垂直于金屬表面形成摩擦改進(jìn)劑分子的多層基體。化學(xué)反應(yīng)膜主要為油溶性有機(jī)金屬化合物，如有機(jī)鉬等，其作用機(jī)理基本與抗磨劑類似，添加劑與金屬表面反應(yīng)形成保護(hù)膜，從而減少摩擦。但兩者最根本的區(qū)別在于摩擦改進(jìn)劑的化學(xué)反應(yīng)膜出現(xiàn)在混合潤(rùn)滑狀態(tài)較溫和的負(fù)載和一定溫度條件下，要求摩擦改進(jìn)劑的化學(xué)活性相當(dāng)高。

 

采用SRV型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)研究了汽油機(jī)油中不同類型摩擦改進(jìn)劑的減摩效果以及同一種摩擦改進(jìn)劑不同劑量的減摩效果，試驗(yàn)結(jié)果表明氨基甲酸鉬在汽油機(jī)油中的減摩效果最好。采用高頻往復(fù)試驗(yàn)儀(HFRR)研究了不同摩擦改進(jìn)劑在汽油機(jī)油中的摩擦性能，并篩選出了能降低摩擦的摩擦改進(jìn)劑。許金山等人考察了不同類型的黏指劑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油的摩擦特性、低溫性能、氧化安定性、高溫清凈性、抗磨性能等的影響，結(jié)果表明PMA黏指劑有利于油品燃油經(jīng)濟(jì)性的提升，并具有優(yōu)異的低溫性能，可應(yīng)用于對(duì)節(jié)能要求較高的低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油。然而，開(kāi)發(fā)節(jié)能型汽油機(jī)油，選擇合適的復(fù)合添加劑更為重要，還要考慮復(fù)合添加劑與摩擦改進(jìn)劑等的配伍性。

 

本文基于對(duì)國(guó)內(nèi)外節(jié)能型汽油機(jī)油0W-20競(jìng)品的研究與分析，并結(jié)合國(guó)際四大添加劑公司的復(fù)合添加劑情況，研究了不同配方組成的汽油機(jī)油性能和抗磨減摩特性，最終確定了具有較優(yōu)抗磨減摩特性的技術(shù)配方，為開(kāi)發(fā)節(jié)能型0W-20汽油機(jī)油提供參考。

 

 

采用廈門(mén)天機(jī)自動(dòng)化有限公司出品的MS-10J型四球摩擦試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)不同配方組成的汽油機(jī)油抗磨減摩性能。參照NB/SH/T 0189-2017標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定試驗(yàn)條件為: 轉(zhuǎn)速1200r/min，溫度80℃，負(fù)載392N，時(shí)間60min。

 

采用德國(guó)OPTIMOL公司出品的SRV 4型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)來(lái)模擬內(nèi)燃機(jī)的“邊界-混合”潤(rùn)滑狀態(tài)，測(cè)試給定條件下汽油機(jī)油的摩擦系數(shù)，以考察不同配方組成對(duì)汽油機(jī)油減摩性能的影響。參照NB/SH/T 0847-2010標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定SRV試驗(yàn)條件為: 溫度80℃，負(fù)荷300N，頻率50Hz，振幅1.0mm，測(cè)試時(shí)間2h。

 

 

根據(jù)汽油機(jī)油的行業(yè)技術(shù)規(guī)范，目前調(diào)配滿足最高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)汽油機(jī)油0W-20的添加劑主要有兩大類: 一類是滿足API SP/GF-6A技術(shù)規(guī)范；另一類是滿足ACEA C5技術(shù)規(guī)范。其中ACEA規(guī)格相比API規(guī)格對(duì)油品的高溫清凈性、抗氧化性、分散性、舊油性能保持和耐久性等有更高要求。

 

此外，盡管兩者都有燃油經(jīng)濟(jì)性臺(tái)架測(cè)試要求，但采用的發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)試條件及標(biāo)準(zhǔn)要求也不同。因此，在主機(jī)廠的燃油經(jīng)濟(jì)性臺(tái)架測(cè)試中，采用這兩類復(fù)合添加劑技術(shù)調(diào)配的油品所表現(xiàn)出來(lái)的節(jié)能效果也會(huì)有所差異。

 

在相同的基礎(chǔ)油和黏指劑前提下，我們選擇了6種復(fù)合添加劑分別調(diào)配了汽油機(jī)油0W-20，其中復(fù)合劑A、復(fù)合劑B和復(fù)合劑C均滿足API SP/GF-6A規(guī)范；復(fù)合劑D、復(fù)合劑E和復(fù)合劑F均滿足ACEA C5規(guī)范。對(duì)這6款油品進(jìn)行了抗磨減摩性能測(cè)試，以初步篩選出具有較好減摩性能的復(fù)合添加劑，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1的結(jié)果可以看出，在分別滿足API SP/GF-6A和ACEA C5技術(shù)規(guī)范的前提下，復(fù)合劑C和復(fù)合劑E具有相對(duì)較好的抗磨減摩性能。

 

黏指劑主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油的黏度指數(shù)、高溫高剪切黏度、低溫動(dòng)力黏度等指標(biāo)有影響。目前用于發(fā)動(dòng)機(jī)油黏指劑主要有OCP、HSD和PMA三大類。本文分別采用這三種不同類型的黏指劑，并采用相同的基礎(chǔ)油和復(fù)合劑C調(diào)配了汽油機(jī)油0W-20，對(duì)其相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)評(píng)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，不同黏指劑調(diào)配的油品在抗磨減摩性能方面的差異不明顯，但采用PMA黏指劑調(diào)配的汽油機(jī)油0W-20具有較高的黏度指數(shù)和高溫高剪切黏度，可以為發(fā)動(dòng)機(jī)在高溫工況下提供更好的保護(hù)。

 

此外，根據(jù)對(duì)日本OEM裝機(jī)油和售后服務(wù)油0W-20競(jìng)品的分析與研究發(fā)現(xiàn)，黏度指數(shù)改進(jìn)劑多使用PMA型黏指劑，且專利CN106459821 A中提到油品的運(yùn)動(dòng)黏度(40℃)/HTHS(150℃)在12.4以下具有較好的省油耗表現(xiàn)，與表2中采用PMA黏指劑調(diào)配的0W-20相關(guān)數(shù)據(jù)吻合。因此，綜合來(lái)看調(diào)配節(jié)能型汽油機(jī)油0W-20宜采用PMA型黏指劑。

 

目前常用的摩擦改進(jìn)劑主要有油溶性有機(jī)鉬鹽和無(wú)灰型有機(jī)減摩劑兩大類。其中，油溶性有機(jī)鉬鹽目前應(yīng)用最為廣泛，其具有優(yōu)秀的改善摩擦系數(shù)和抗磨作用，在較高溫度下可以顯著降低摩擦部件之間的摩擦系數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能的目的。而無(wú)灰摩擦改進(jìn)劑大多通過(guò)物理吸附在摩擦表面形成易于剪切的吸附膜來(lái)達(dá)到降低摩擦的目的，主要在低溫工況下發(fā)揮作用，且在使用過(guò)程中消耗較少，因而具有較強(qiáng)的降低摩擦的保持能力。因此，在低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油中將兩種類型的摩擦改進(jìn)劑復(fù)配使用可獲得更好和更持久的燃油經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)。

 

本文分別采用上述復(fù)合劑C和復(fù)合劑E，考察了有機(jī)鉬減摩劑FM1及其與無(wú)灰減摩劑FM2的組合對(duì)分別調(diào)配的6種汽油機(jī)油0W-20抗磨減摩性能的影響。鑒于對(duì)以往文獻(xiàn)研究及對(duì)國(guó)外競(jìng)品的剖析結(jié)果，兩種摩擦改進(jìn)劑的優(yōu)選加入量分別為0.6%，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3及圖1、圖2的結(jié)果可以看出，采用摩擦改進(jìn)劑FM1和FM2的組合在這兩種復(fù)合劑中均表現(xiàn)出較為明顯的減摩效果，且采用復(fù)合劑C與摩擦改進(jìn)劑FM1、FM2組合調(diào)配的油品具有更低的摩擦系數(shù)和抗磨減摩表現(xiàn)。

 

在低黏度發(fā)動(dòng)機(jī)油中，基礎(chǔ)油主要選用Ⅲ類油、PAO或者酯類基礎(chǔ)油，而目前大多以Ⅲ類油為主。考慮到酯類油的極性和良好的潤(rùn)滑性能特點(diǎn)，我們研究了在油品2和油品5的方案中，采用適量的酯類油替代部分Ⅲ類油分別得到了油品7和油品8，并對(duì)其抗磨減摩性能進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4的結(jié)果可以看出，酯類油的加入可以幫助進(jìn)一步降低油品的摩擦系數(shù)，尤其對(duì)減小磨斑直徑效果更為明顯，這說(shuō)明酯類油和油溶性有機(jī)鉬鹽存在良好的協(xié)同效應(yīng)。

 

根據(jù)以上的研究結(jié)果，最終我們確定了以Ⅲ類基礎(chǔ)油、PMA型黏指劑和符合API SP/GF-6A規(guī)范的復(fù)合劑C，并加入0.6%減摩劑FM1和0.6%減摩劑FM2調(diào)配成了汽油機(jī)油0W-20，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5的數(shù)據(jù)可以看出，研制的汽油機(jī)油0W-20具有較高的黏度指數(shù)和高溫高剪切黏度，且抗磨減摩性能優(yōu)異。

 

 

(1) 在開(kāi)發(fā)節(jié)能型汽油機(jī)油0W-20配方時(shí)，要綜合考慮基礎(chǔ)油種類、復(fù)合添加劑、黏指劑及摩擦改進(jìn)劑等的有效復(fù)配，才能達(dá)到較好的抗磨減摩性能和節(jié)能表現(xiàn)。

 

(2) 在選擇復(fù)合添加劑時(shí)，為獲得與摩擦改進(jìn)劑較好的抗磨減摩協(xié)同效應(yīng)，優(yōu)選符合API SP/GF-6A規(guī)格的復(fù)合劑會(huì)帶來(lái)相對(duì)更好的抗磨減摩表現(xiàn)，且油溶性有機(jī)鉬鹽和酯類基礎(chǔ)油存在協(xié)同效應(yīng)，可進(jìn)一步降低油品的摩擦系數(shù)，尤其是減小磨斑直徑。

 

(3) 本文研制的汽油機(jī)油0W-20各項(xiàng)性能指標(biāo)均較優(yōu)，為開(kāi)發(fā)低黏度節(jié)能型汽油機(jī)油提供理論基礎(chǔ)和參考。