汽油機油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

李小剛，王愛香，雷愛蓮

(中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心，甘肅 蘭州 730060)

0 引言

近20年汽車工業(yè)迅速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源成為影響汽車及其相關(guān)工業(yè)發(fā)展的兩大因素[1]。發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的有效能中大約30%能量用于做功、25%隨氣缸冷卻散失、25%隨廢氣排放、20%用于各部分機械摩擦損失。因此，降低摩擦成為提高燃油經(jīng)濟性的關(guān)鍵因素[2]。

汽油機油的規(guī)格等級和性能隨著汽油發(fā)動機的設(shè)計、運行工況和環(huán)保節(jié)能而持續(xù)發(fā)展，車用潤滑油頻繁升級換代。在汽油機油規(guī)格方面，ILSAC(國際潤滑劑標(biāo)準(zhǔn)化和批準(zhǔn)委員會)在API(美國石油學(xué)會)規(guī)格基礎(chǔ)上增加了MS程序Ⅵ、ⅥA、ⅥB和ⅥD燃油經(jīng)濟性臺架試驗，推出了節(jié)能型汽油機油GF-1、GF-2、GF-3、GF-4和GF-5規(guī)格。ACEA(歐洲汽車制造協(xié)會)的A1、A5汽油機油規(guī)格和B1、B5輕負(fù)荷柴油機油規(guī)格要求用MB M111發(fā)動機臺架試驗來評價發(fā)動機油的燃油經(jīng)濟性[3]。

眾所周知，采用發(fā)動機臺架評定潤滑油燃油經(jīng)濟性試驗周期長、需要的試驗油量較大、試驗件成本也較高，因此，模擬評價手段已備受廣大潤滑油研究者在配方篩選中的青睞。在考察潤滑油品組成對發(fā)動機燃油經(jīng)濟性的影響，之前有李桂云等人[4]研究汽油機油配方對節(jié)能發(fā)動機實驗的影響得出摩擦改進(jìn)劑的影響成為第一因素，分散劑、清凈劑和ZDDP的影響成為第二影響因素。

本文采用SRV?4型摩擦磨損試驗機標(biāo)準(zhǔn)試驗件柱-盤及試驗方法研究汽油機油中常用的五類減摩劑的減摩特性，并對選出的最優(yōu)減摩劑進(jìn)行不同加劑量減摩效果的考察，為油品配方開發(fā)提供一定的技術(shù)支持。

1 SRV?4型摩擦磨損試驗機簡介

SRV?4型摩擦磨損試驗機是由德國OPTIMOL公司研制并生產(chǎn)的研究潤滑油脂和材料涂層摩擦磨損性能的高頻往復(fù)試驗機，它以可以實現(xiàn)摩擦副點、線、面接觸模式的優(yōu)勢而被全球摩擦學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。SRV?4型摩擦磨損試驗機、試驗腔體及本文所涉及到的摩擦副接觸形式如圖1所示。

圖1 SRV?4型摩擦磨損試驗機、試驗腔體及摩擦副示意

SRV?4型摩擦磨損試驗機控制參數(shù)如表1所示。

表1 SRV?4型摩擦磨損試驗機控制參數(shù)

2 模擬試驗方法介紹

本試驗方法采用SRV?4型摩擦磨損試驗機定制試驗件柱-盤進(jìn)行試驗，模擬試驗條件如表2所示。

表2 汽油機油減摩性能模擬試驗條件

3 不同類型汽油機油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

本文選用蘭州潤滑油研發(fā)中心自主開發(fā)的API SL汽油機油復(fù)合劑為研究對象，以相同劑量的摩擦改進(jìn)劑代替原配方中的摩擦改進(jìn)劑，分別調(diào)入大慶石化公司生產(chǎn)的HVIH 6基礎(chǔ)油中，進(jìn)行了減摩性能考察，摩擦改進(jìn)劑類型見表3，試驗結(jié)果見圖2。

表3 摩擦改進(jìn)劑類型說明

圖2 對不同類型摩擦改進(jìn)劑的考察

圖2的結(jié)果表明：不含S、P的鉬胺化合物和苯三唑化合物的減摩性能最差，含S不含P的鉬胺化合物的減摩性能次之，氨基甲酸鉬的減摩效果最好，并且蘭州潤滑油研發(fā)中心自主研發(fā)的氨基甲酸鉬與進(jìn)口的氨基甲酸鉬減摩效果相當(dāng)。同時也說明該模擬試驗方法對不同類型摩擦改進(jìn)劑減摩效果有明顯的區(qū)分性，可以作為油品配方中摩擦改進(jìn)劑的篩選提供技術(shù)支持。

4 不同劑量汽油機油摩擦改進(jìn)劑減摩性能研究

為了驗證該試驗方法對同一類型不同劑量摩擦改進(jìn)劑的區(qū)分能力，在蘭州潤滑油研究開發(fā)中心自主研發(fā)的不含摩擦改進(jìn)劑的API SL汽油機油復(fù)合劑中，分別加入0.1%、0.3%、0.5%氨基甲酸鉬摩擦改進(jìn)劑，調(diào)入大慶石化公司生產(chǎn)的HVIH 6基礎(chǔ)油中，進(jìn)行了減摩性能考察，試驗結(jié)果見圖3。

圖3 對不同劑量摩擦改進(jìn)劑的考察

從圖3可以看出：隨著氨基甲酸鉬劑量的增加，摩擦系數(shù)隨溫度增加的變化趨勢不同，當(dāng)加劑量增加到0.5%時，隨著溫度的增加，摩擦系數(shù)趨于穩(wěn)定且總體較低。說明氨基甲酸鉬在劑量達(dá)到0.5%時，其減摩性能能夠在汽油機油工作的溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩性能。

5 模擬試驗方法與ⅥB節(jié)能臺架試驗的對應(yīng)性考察

從本文介紹的模擬試驗方法對汽油機油摩擦改進(jìn)劑的研究結(jié)果顯示，模擬試驗方法對汽油機油摩擦改進(jìn)劑具有較好的區(qū)分性。而汽油機油規(guī)格ILSAC GF-3、GF-4中對汽油機油都有專門的節(jié)能試驗臺架ⅥB的要求，為了進(jìn)一步體現(xiàn)出本文模擬試驗方法的優(yōu)勢，本文選取三種規(guī)格的油品SJ/GF-2 10W-30為油1、SL/GF-3 5W-30為油2以及SM/GF-4 5W-30為油3進(jìn)行模擬試驗方法和ⅥB節(jié)能臺架試驗之間的對應(yīng)性，其中油1、油2、油3的ⅥB節(jié)能臺架試驗結(jié)果如表4所示，油1、油2、油3模擬試驗結(jié)果如表5所示。

表4 ⅥB節(jié)能臺架數(shù)據(jù)

表5 通過ⅥB節(jié)能臺架油樣的試驗結(jié)果

從表5可以看出：通過ⅥB節(jié)能臺架的油樣在不同溫度下的摩擦系數(shù)結(jié)果均小于0.07，說明該方法與ⅥB節(jié)能臺架有一定的對應(yīng)性，可以作為ⅥB節(jié)能臺架試驗的篩選依據(jù)。

6 結(jié)論

(1)以SRV?4型摩擦磨損試驗機為試驗平臺，柱-盤摩擦副為試驗件進(jìn)行汽油機油摩擦改進(jìn)劑減摩性能的研究，研究結(jié)果顯示：摩擦改進(jìn)劑氨基甲酸鉬的減摩效果最好，同時也顯示蘭州研發(fā)自主研制的氨基甲酸鉬的減摩效果和進(jìn)口氨基甲酸鉬的減摩效果基本一致。

(2)汽油機油中氨基甲酸鉬的加劑量在0.5%左右較為適宜，能使汽油機油在工作溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的減摩性能。

(3)通過對三種通過ⅥB節(jié)能臺架試驗的油品進(jìn)行模擬試驗考察，結(jié)果顯示模擬試驗和ⅥB節(jié)能臺架試驗具有較好的對應(yīng)性。