CN106544108A - 一种节能型中灰柴油/天然气双燃料发动机油 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其中包含有矿物基础油、清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、辅助抗氧剂、摩擦改进剂以及抗泡剂。该发动机油属于中灰型产品，不仅能应用于我国商用车柴油/天然气双燃料发动机，也可以用作油气田钻井发动机。本发明研制产品具有良好的抗氧抗磨性、高温清净分散性及碱保持性能，能显著延长柴油/天然气双燃料发动机油使用寿命和设备保养周期。

Description

一种节能型中灰柴油/天然气双燃料发动机油
技术领域
本发明涉及发动机润滑油，具体是指用于以柴油和天然气为燃料的双燃料发动机使用的润滑油。
背景技术
在全球应对气候变化和我国治理大气污染的双重压力下，天然气汽车在环保上有显著优势。应用于汽车的天然气主要包括压缩天然气(Compressed Natural Gas，简称CNG)和液化天然气(Liquefied Natural Gas,简称LNG)，与汽油和柴油相比，天然气单位热值更高，且燃烧产物主要为水和二氧化碳，几乎不含硫化物、氮氧化物和铅，对大气环境的污染(雾霾和温室气体)都更小。从经济上来说，由于天然气价格比原油低，天然气相对于汽柴油具有明显的比较优势。在低油价背景下，天然气作为交通燃料在运营费用上仍低于汽柴油。相对于电动汽车等其他新能源汽车，天然气汽车在整车技术成熟度、续航里程、安全性、冷启动等方面表现更加出色。
以大货车和城市公交车为代表的柴油车，所使用的柴油燃料含硫量大，排放污染严重。目前柴油车改装技术方案主要有两大类，将原柴油车改装成天然气单燃料车和改装成柴油/天然气双燃料车。由于天然气着火温度(约650℃)高于柴油(220℃)，因此改成天然气发动机难于采用压燃方式，不得已采用火花点燃方式，需要对点火系统进行较大改进。而柴油/天然气双燃料车的改装方案保留了原柴油机的压燃点火方式不变，对发动机本体不做任何改动，只附加一套天然气供气的进气以及与空气混合的混气系统，通过压燃式点燃柴油进而引燃天然气，系统结构简单、改装快捷方便。通常来说，柴油/天然气双燃料车所使用的原料中柴油约占15％左右。
柴油在燃烧过程中会形成酸性物质，连同高温高压废气一道窜入油底壳内，加速机油的氧化与变质，故在柴油机油的配方中需要加入较多高灰分的碱性的清净剂。而天然气为燃料较为清洁，燃烧温度高，润滑油的过快老化，造成润滑失效和部件早期磨损，需加入较多低灰分的辅助抗氧剂。目前国内对于灰分没有明确分类，一般都根据硫酸盐灰分粗分为无灰(＜0.15％)、低灰(0.15～0.6％)、中灰(0.6～1％)和高灰(＞1％)。专门的天然气发动机机油和柴油机油都不能满足双燃料车的使用需求，可能造成换油期短或者异常磨损等问题。
专利CN102559342介绍一种针对汽油和天然气的双燃料发动机的机油，并提供了制作方法；专利CN104119992也提供了一种用于汽油和天然气为燃料的双燃料发动机使用的内燃机机油，并加入了特殊添加剂实现节能减磨的特点，不过文中没有明确节能添加剂的结构和性能。以上专利均为基于汽油和天然气为燃料而开发的发动机油，而汽油和柴油燃料本身结构有差异，配套的汽油机油主要注重低温分散性，而柴油机油注重高温清净性。柴油/天然气双燃料车如果使用汽油和天然气为燃料的发动机油，会出现高温清净性差等一系列问题，而专门针对柴油和天然气双燃料发动机的润滑油研究非常少。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，严格控制产品的灰分为中灰等级，既能满足柴油燃料清净性能的要求，又能满足天然气燃料对高温性能的要求以及活塞对沉积物控制的需求，能够适用柴油/天然气双燃料发动机系统。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，它的主要组成按质量份数计为：矿物基础油75～85份，粘度指数改进剂6～9份，清净剂3～5份，分散剂3～5份，抗氧抗腐剂0.5～1份，辅助抗氧剂0.6～0.8份，降凝剂0.2～0.5份，摩擦改进剂0.1～0.3份，抗泡剂0.01～0.03份。
按上述方案，所述的矿物基础油为美国石油协会(API)规定的用I、II、III类矿物基础油。
按上述方案，所述的粘度指数改进剂为乙丙共聚物型(OCP)型粘度指数改进剂，包括T614，T615或者LZ7067。
按上述方案，所述的清净剂为长链磺酸钙、硫化烷基酚钙的混合物。优选地，所述的清净剂按质量百分比计，长链磺酸钙占30～40％，硫化烷基酚钙占60～70％。其中，长链磺酸钙结构通式为式I中所示，R1和R2均选自C15～C22烷基，R1和R2相同或者不同；硫化烷基酚钙结构通式为式II中所示，R3和R4均选自C16～C22烷基，R3和R4相同或者不同。
优选地，所述长链磺酸钙选自型号为T101，T106等中的一种；所述硫化烷基酚钙选自型号为T115A，T115B等中的一种。
按上述方案，所述的分散剂为丁二酰亚胺类无灰分散剂。优选地，所述的分散剂主要包括双丁二酰亚胺T154，硼化双丁二酰亚胺T154B，高分子量丁二酰亚胺T161等型号中至少一种。
按上述方案，所述的抗氧抗腐剂为二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)。优选地，所述的抗氧抗腐剂主要包括硫磷丁辛基锌T202，硫磷二辛基锌T203和硫磷丙辛基锌T205等型号中的至少一种。
按上述方案，所述的辅助抗氧剂为胺类辅助抗氧剂。优选地，所述的辅助抗氧剂为包括辛戊基二苯胺L57，丁辛基二苯胺和二壬基二苯胺等中的至少一种。
按上述方案，所述的降凝剂为聚α-烯烃型T803和聚甲基丙烯酸酯V1-368等中的至少一种。
按上述方案，所述的摩擦改进剂为油溶性有机硼酸酯Vanlube 289。
按上述方案，所述的抗泡剂为T921或者T922中的至少一种。
本发明还提供上述一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的制备方法，主要步骤如下：
1)按质量分数计，称取矿物基础油75～85份，粘度指数改进剂6～9份，清净剂3～5份，分散剂3～5份，抗氧抗腐剂0.5～1份，辅助抗氧剂0.4～0.8份，降凝剂0.2～0.5份，摩擦改进剂0.1～0.3份，抗泡剂0.01～0.05份，备用；
2)将矿物基础油加热至50～70℃，依次加入粘度指数改进剂和降凝剂，混合均匀后加入清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、辅助抗氧剂、摩擦改进剂以及抗泡剂；所得混合物保持在50～70℃混合溶解均匀，即可得到柴油/天然气双燃料发动机油。
本发明所述节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其中中灰指硫酸盐灰分质量分数在0.6～1％范围内。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明针对柴油/天然气双燃料发动机的特殊工况，提供了一种专门应用于柴油和天然气双燃料发动机的润滑油组合物，综合考虑柴油燃料对清净性能的要求和天然气燃料对高温性能的要求，对灰分进行调整并严格控制灰分在0.6～1％范围内，既能满足柴油燃料高温清净性能的要求，又能满足天然气燃料对高温抗氧性能的要求以及活塞对沉积物控制的需求，有效抑制油泥、积碳的产生，同时减少有害气体的排放，延长发动机的使用寿命；
2、本发明中所述摩擦改进剂为油溶性有机含氮硼酸酯，其中硼原子具有空的杂化轨道易被含有未共用电子对的亲核试剂进攻，在摩擦表面形成强吸附作用有硼酸酯铁以及具有层状结构的氮硼化合物类边界润滑膜。另一方面，目前二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)不仅仅作为抗氧抗腐剂，还能作为极压抗磨的左右，一般认为ZDDP抗磨作用机制可归结为其在滑动过程中发生复杂的物理化学反应在金属表面反应生成的含磷、硫和锌的固体润滑膜阻止摩擦副的接触。而含氮硼酸酯的引入，加快了ZDDP与金属表面的反应，从而增加了润滑膜的厚度，提供高的承载强度。同时，硼酸酯自身也可以通过物理和化学吸附形成长链分子的液体层提供低的摩擦系数，由反应层和吸附层共同组成的边界润滑膜的复合起到了更好的抗磨减磨作用，含氮硼酸酯与ZDDP的协同作用，边界润滑膜厚度和强度得到提高，有效降低了摩擦系数；
3、本发明所述节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油制造方法简单，质量高，成本低，具有较高的推广应用价值。
附图说明
图1为实施例1中的润滑油的摩擦系数曲线，其中A曲线代表SL汽油机油，B曲线代表SN汽油机油，C曲线代表实施例1所制备的成品油。
图2为实施例1～3中的润滑油的摩擦系数曲线，其中，C曲线代表实施例1，D曲线代表实施例2，E曲线代表实施例3。
其中，摩擦系数的测试条件为：载荷200N，频率50Hz，振幅1.0mm，时间为2小时，按照ASTM5707标准进行。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，它的组成按质量份数计为：42.6份HVI150，20份HVI500，20份HVIH6，8份T615，1份T101，2.5份T115B，4份T154，0.6份T202，0.6份L57，0.4份T803，0.3份Vanlube 289，0.02份T921。
上述节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的制备方法：称取基础油HVI150、HVI500、HVIH6混合并加热至60℃，然后依次加入T615和T803搅拌均匀后，再加入余下各组分T101、T115B、T154、T202、L57、Vanlube 289、T921，搅拌至体系完全溶解，所得的棕红色均匀油样，即为成品发动机油。
本实施例所得节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的各性能参数如表1所示。
表1
项目 质量指标 实测值 试验方法
运动黏度(100℃)，mm2/s 12.5～16.3 13.9 GB/T 265
运动黏度(40℃)，mm2/s 报告 105.5 GB/T 265
黏度指数 报告 132 GB/T 2541
倾点，℃ 不高于-25 -27 GB/T 3535
水分，％(质量分数) 不大于痕迹 痕迹 GB/T 260
蒸发损失(250℃，1h),％(质量分数) 报告 12.3 SH/T 0059
闪点(开口)，℃ 不低于215 222 GB/T 3536
硫酸盐灰分,％(质量分数) 0.6～1 0.89 GB/T 2433
液相锈蚀试验，合成海水 无锈 无锈 GB/T 11134
高温高剪切黏度(150℃)，mPa.s 不小于3.7 4.31 SH/T 0618
成焦板实验 不大于6 5 SH/T 0300-92
实施例2
一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的配方，按质量分数计为：66.8份HVIH4，16份HVIH6，7份LZ7067，0.5份T106，3份T115A，5份T161，0.5份T203，0.7份丁辛基二苯胺，0.3份V1-368，0.2份Vanlube 289，0.02份T922。
上述节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的制备方法：称取基础油HVIH4、HVIH6混合并加热至60℃，然后依次加入LZ7067和V1-368搅拌均匀后，再加入余下各组分T106、T115A、T152、T203、丁辛基二苯胺、Vanlube 289、T922，搅拌至体系完全溶解，所得的棕红色均匀油样，即为成品发动机油。
本实施例所得节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的各性能参数如表2所示。
表2
实施例3
一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的配方，按质量分数计为：65.9份YUBASE4，16份YUBASE6，8.5份T614，0.5份T106，3份T115B，4.5份T154B，0.5份T205，0.8份二壬基二苯胺，0.2份T803，0.1份Vanlube 289，0.01份T922。
上述节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的制备方法：称取基础油YUBASE4、YUBASE6混合并加热至60℃，然后依次加入T614和T803搅拌均匀后，再加入余下各组分T106、T115A、T115B、T161、T205、二壬基二苯胺、Vanlube 289、T922，搅拌至体系完全溶解，所得的棕红色均匀油样，即为成品发动机油。
本实施例所得节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的各性能参数如表3所示。
表3
项目 质量指标 实测值 试验方法
运动黏度(100℃)，mm2/s 12.5～16.3 15.19 GB/T 265
运动黏度(40℃)，mm2/s 报告 85.1 GB/T 265
黏度指数 报告 190 GB/T 2541
倾点，℃ 不高于-35 -40 GB/T 3535
水分，％(质量分数) 不大于痕迹 痕迹 GB/T 260
蒸发损失(250℃，1h),％(质量分数) 报告 10.1 SH/T 0059
闪点(开口)，℃ 不低于200 230 GB/T 3536
硫酸盐灰分,％(质量分数) 0.6～1 0.81 GB/T 2433
液相锈蚀试验，合成海水 无锈 无锈 GB/T 11134
高温高剪切黏度(150℃)，mPa.s 不小于2.9 3.37 SH/T 0618
成焦板实验 不大于6 4 SH/T 0300-92
对比例
目前美国石油协会(API)对最高级别SN汽油机油的节能要求进行了规定，相对于SL级别机油燃料经济性上改善0.5％。在本发明中以国外某知名SL以及SN汽油机油的摩擦系数与实施例进行对比，结果如图1所示。
由图1可知：SN汽油机油的初始摩擦系数明显小于SL以及实施例1，说明其中的摩擦改进剂很快就与金属表面吸附形成保护膜。随着实验的进行，实施例1中的摩擦改进剂逐渐起作用，摩擦系数逐渐下降，显示了硼酸酯类减磨剂良好的减磨持续性能。
由图2可知：实施例1～3摩擦系数相差不大，都具有较小的摩擦系数值。
由表1～3可知，本发明体系采用合适的基础油进行粘度配比，保证倾点、闪点、水分以及蒸发损失满足要求，通过加入粘度指数改进剂提高粘度指数；清净剂体系采用磺酸盐和硫化烷基酚盐进行复配，磺酸盐提供高温清净性，成焦板实验结果较好，硫化烷基酚盐能提供清净效果和提高抗氧性能；同时，本发明组合物配方中还包括胺类辅助抗氧剂，保证在高温的情况下不会被过快氧化，高温高剪切粘度仍保持指标范围。本发明发动机油配方控制灰分含量，综合平衡了清净性能和抗氧性能，能满足柴油/天然气双燃料使用的需要。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于它的主要组成按质量份数计为：矿物基础油75～85份，粘度指数改进剂6～9份，清净剂3～5份，分散剂3～5份，抗氧抗腐剂0.5～1份，辅助抗氧剂0.6～0.8份，降凝剂0.2～0.5份，摩擦改进剂0.1～0.3份，抗泡剂0.01～0.03份。
2.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述矿物基础油为美国石油协会规定的用I、II、III类矿物基础油。
3.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的粘度指数改进剂为乙丙共聚物型粘度指数改进剂。
4.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的清净剂为长链磺酸钙、硫化烷基酚钙的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的分散剂为丁二酰亚胺类无灰分散剂。
6.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的抗氧抗腐剂为二烷基二硫代磷酸锌，辅助抗氧剂为胺类高温抗氧剂。
7.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的降凝剂为聚α-烯烃型T803和聚甲基丙烯酸酯V1-368中的至少一种或混合物。
8.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所述的摩擦改进剂为油溶性有机硼酸酯Vanlube 289。
9.根据权利要求1所述的一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油，其特征在于所所述的抗泡剂为T921或者T922中的至少一种。
10.一种节能中灰型柴油/天然气双燃料发动机油的制备方法，其特征在于主要步骤如下：
1)按质量分数计，分别称取矿物基础油75～85份，粘度指数改进剂6～9份，清净剂3～5份，分散剂3～5份，抗氧抗腐剂0.5～1份，辅助抗氧剂0.6～0.8份，降凝剂0.2～0.5份，摩擦改进剂0.1～0.3份，备用；
2)将基础油加热至50～70℃，依次加入粘度指数改进剂和降凝剂，混合均匀后再加入清净剂、分散剂、抗氧抗腐剂、辅助抗氧剂、以及摩擦改进剂；所得混合物保持在50～70℃混合溶解均匀，即可得到柴油/天然气双燃料发动机油。
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