堿性添加劑對潤滑油性能影響的研究

（深圳職業技術學院，深圳518055）

堿性添加劑對潤滑油性能影響的研究

孟凡生

（深圳職業技術學院，深圳518055）

隨著潤滑油工業的發展，含有金屬離子的堿性添加劑已經成為潤滑油工業不可缺少的添加成分。堿性添加劑大大改善了潤滑油的性能，使其使用壽命大大延長，并起到了保護發動機的作用，但過量的堿性添加劑對發動機后處理會帶來負面影響。本文就堿性添加劑對機油使用性能的影響，通過試驗的方式加以驗證，并對實際的機油使用提出建議。

堿性添加劑 潤滑油 堿值

1 前言

堿值是內燃機潤滑油特別是柴油機潤滑油的一項十分重要的性能指標，它表示內燃機潤滑油的中和能力，其值取決于潤滑油中所含的堿性添加劑的多少。內燃機潤滑油普遍添加有超堿值清凈分散劑，使潤滑油具有一定的堿儲備能力，用以中和氧化產生的酸性物質。因此，堿值可間接表示潤滑油所含清凈分散劑的多少，也用來表示在用油的剩余清凈分散能力。國家標準方法將堿值定義為在規定的條件下，中和1 g潤滑油試樣中全部堿性組分所需高氯酸的量，以相當的KOH毫克數表示，其單位是mgKOH/g[1]。

當前內燃機潤滑油都有一定的堿值，堿值高低取決于潤滑油中堿性添加劑的量，堿性添加劑對所產生酸性物質的中和使得堿值下降。堿值的變化主要和所用燃料油的含硫量及油品使用過程中氧化變質有關，反映了油品抑制氧化和中和酸性物質能力的強弱，堿值下降到一定程度，油品失去了中和酸性物質的能力，會引起油泥增多，發動機部件有可能產生腐蝕、磨損等現象。自2011年5月1日起實施的GB/T 7607-2010柴油機油換油指標規定機油中堿值下降率限值為50%[2]。

2 試驗分析

潤滑油堿性添加劑大多含有由鈣、鎂等金屬離子與各種有機酸鹽表面活性劑（烷基苯磺酸鹽、烷基水楊酸鹽等）所構成[3]。表1為針對深圳巴士集團股份有限公司城市公交大巴常用的幾種新柴油潤滑油進行測試的數據。

從表1中看出，潤滑油中鈣、鎂元素的量大致與其堿值成正比。理論上而言，潤滑油的堿值越高越好。然而潤滑油堿值高，則意味著機油中的金屬清凈劑中的金屬成分（以鈣、鎂為主）含量越高，進入燃燒室的潤滑油燃燒后生成的灰分就會越多。當灰分進入排氣系統時，遇到高流動阻力的DPF將會沉積在其表面。當柴油機系統對DPF進行定期再生時，就會使得再生的效果降低。在JCAP II項目中，研究發現，用低灰份的潤滑油（硫酸鹽灰分為1.31和0.96）比用高灰分的潤滑油（硫酸鹽灰分為1.70）DPF壓力降增加小[4]。因而，為增加DPF使用周期，一方面要提高DPF的灰燼儲存能力，另一方面要盡量減少潤滑油中的金屬灰分[5]。

表1 不同種類的新柴油潤滑油測試數據

一些新的潤滑油規格正在對硫、磷以及硫酸鹽灰分進行限制，以滿足后處理裝置耐久性的需要。到2005年，為滿足美國高速公路標準2007對于減低顆粒物排放的要求，美國的重載柴油機必須增加（DPF）。為此，要求潤滑油和排放氣體只含有很少的SAPS，即硫酸鹽灰分SA、磷P和硫S，來保證DPF的使用壽命[6]。

針對深圳巴士集團股份有限公司的LNG、柴油城市公交大巴進行潤滑油更換周期的研究，試驗車輛車況良好。試驗日期為2011年5月。車輛及潤滑油使用狀況如表2所示。

對使用LNG、柴油兩種燃料汽車的潤滑油堿值進行檢測，針對不同類型的車輛及其更換潤滑油時取樣檢測。圖1、圖2為更換潤滑油相對于新潤滑油的堿值變化率。

表2 深圳城市公交大巴車輛及機油使用情況

從圖1可以看出，四輛LNG車輛的潤滑油堿值下降率均超過上限值50%。試驗結果表明：LNG發動機潤滑油堿值變化過大，應提早更換。在同等行駛條件下，所測試的4輛柴油公交大巴堿值下降率則很小，均在8%以下。原因在于：LNG燃氣發動機的燃燒溫度高，熱負荷增加，NOx的生成量增加，生成的NOx融入機油中增加了潤滑油中的酸性物質的含量。建議使用LNG發動機的車輛使用高堿值的潤滑油，以盡可能地延長其使用壽命。

圖1 LNG車輛潤滑油堿值變化率

圖2 柴油車輛潤滑油堿值變化率

對于潤滑油中堿性添加劑對發動機排放后處理的影響的研究較少。潤滑油中所含的一些金屬元素（鈣、鎂等）在DPF灰質中所占的比例就比發動機曲軸箱中潤滑油對應的比例低，相反，潤滑油中ZDDP添加劑中的磷，在DPF的灰分中就占很高的比例[7]。這對研究堿性添加劑對后處理的影響提供了有力證據。為研究堿性添加劑對柴油機DPF的影響，Simon等人于幾年前就提出了柴油機潤滑油中灰質組分遷移模型理論的雛形，并通過大量的實驗模型及柴油機臺架的驗證取得了一定的成果，但該方法只是剛剛提出，尚有大量的理論及實驗研究需要進行[8]。

3 結論與建議

堿性添加劑對潤滑油使用性能的影響不僅體現在機油本身上，隨著排放法規的日益嚴格，針對發動機后處理系統的研究畢竟成為未來的研究熱點，如何在是的機油充分發揮其效能的同時，而不對后處理系統造成危害，是所有潤滑油的科研人員的未來研究方向。

1化巖，史永剛，梁俊等．傅立葉變換紅外光譜快速測定潤滑油堿值[J]．潤滑與密封．2008，33（9）：55-57．

2中華人民共和國國家標準.GB/T 7607－2010.柴油機油換油指標[S].北京：中國標準出版社，2011.

3姚文釗，劉雨花，李靜．潤滑油清凈劑粘度及濁度的變化規律研究[J].潤滑油，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徐小紅，謝驚春，劉文俊等．潤滑油性質對汽車排放后處理系統的影響[J].潤滑與密封，2009，34（12）：113-117．

6韓恒文．Mack系列重負荷柴油潤滑油臺架測試的發展[J]．潤滑油，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

來稿日期：2011-11-24

孟凡生（1981-），男，講師，碩士，主要研究方向為內燃機機油性能的研究。