CN110437916B - 一种提升发动机动力的汽油 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提升发动机动力的汽油，包括基础汽油180‑550份，复配摩擦改进剂5‑15份，分散剂8‑12份，粘度调节剂12‑18份，抗氧剂3‑6份，表面活性剂1‑15份，清净剂5‑18份，其他0‑10份；所述复配摩擦改进剂由含氮硼酸酯化醚类抗磨剂、含氮受阻酚类抗磨剂、和硬脂酸表面改性高岭土复配而成；所述分散剂为亚氨基的氢被烷氧基、酰氧基或羟基取代的琥珀亚胺，和碳酸二甲酯以及异丙醇的复配物；所述粘度调节剂为氢化‑苯乙烯‑双烯聚合物；所述抗氧剂为萘胺化合物；所述表面活性剂为低分子线性醇醚；所述清净剂为含羟基的聚醚胺。本发明能够改善润滑、提升发动机的动力，提高燃油经济性并减少积碳。
Description
技术领域
本发明涉及汽油及其添加剂技术领域，具体涉及一种能够提升发动机动力同时改善润滑并减少积碳的汽油。
背景技术
在汽油中添加一定的添加剂能够改善汽油的多方面性能，这是众所周知的。现今汽油中添加剂的种类非常之多，但大多数添加剂往往仅侧重于改善其中的一种或两种性能，而对多种性能改进的平衡作用中则不具优势。例如抗磨添加剂往往加重积碳问题，而金属清净剂的加入虽然减少了积碳，但发动机动力方面又具有不利影响。在高辛烷值汽油牌号中，这类问题更为突出。
汽车发动机中90％以上的问题来源于磨损，改善摩擦磨损危害的添加剂是发动机添加剂的重要作用之一，也是添加剂研究开发的重要课题和方向，采用具有抗磨减磨作用的添加剂能够有效提高发动机的安全性、稳定性、耐久性和热安定性等性能。
改善摩擦的关键在于提高摩擦面或接触点之间的润滑，添加剂中采用的摩擦改进剂是调整润滑的主要物质，他们通常通过两种途径来发挥作用：一是通过表面基团的吸附、沉积等作用在金属表面形成润滑油膜，隔绝金属间的摩擦，二是通过化学渗透或表面化学反应在金属表面形成表面渗透层或表面保护膜层，以提高金属表面的耐磨性。这两条途径可能单独发挥作用，也可能协同进行，同时，这些吸附、沉积、反应、渗透等作用的发挥还受到众多复杂因素的影响，诸如金属表面情况、粘度、温度、转速、杂质、浓度等，因此添加剂润滑减磨效果也在实际应用中存在各类问题，也具有较大差异。
近年来随着对发动机性能要求的提高，对含有摩擦改进剂的添加剂种类也朝向多元化发展，按照摩擦改进剂的元素组成，大体分为以下几个类别：一是含硫、磷类化合物，这类化合物由于具有良好的极压抗磨作用而被广泛应用，但随着环保要求的提高，不含硫磷类添加剂的开发已经成为必然趋势；二是有机钼、铜等硫磷类有机化合物，这类化合物由于同时具有良好的抗氧化性能，在具有环保要求的汽油中具有广泛的应用，但由于其中含有易于沉积的金属元素，容易在发动机内形成积碳或附着物，对发动机的清洁不利；三是无机纳米颗粒，如纳米二氧化铈和二氧化硅等，这类粒子也容易沉积在发动机内部造成清洁困难，并且添加量有限，具有与基础油相容性差的难题；还有一些天然环保类化合物如酒石酸类、柠檬酸类、和苹果酸类等或其酯化改性化合物，但这类化合物的高温性能较差，并未在添加剂中得到普遍应用。
无论采用哪种摩擦改进剂，形成良好的摩擦润滑均会带来一定的粘度变化，并且这种粘度变化在发动机动力提升方面有着不利影响，燃油经济性和效率受到制约，例如目前普遍使用的二烷基二硫代磷酸锌(ZDDP)据信对燃料的综合经济效率具有有害影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提升发动机动力的汽油，在有效发挥耐磨抗磨作用的同时，还能够改善发动机的动力，提高燃油的燃烧效率并减少积碳。
发动机动力性能与燃油的燃烧性能密切相关，是发动机动力提升的关键因素之一，若添加剂能够提高燃油在发动机内的燃烧效率，则能够获得良好的动力改善效果。燃油通过喷嘴以雾化颗粒的形式进入气缸，点火后进行燃烧，燃烧的充分性受到雾化颗粒的大小和分布的影响，我们希望促使燃油喷雾颗粒向小粒径方向均匀分布，以使发动机将更多的燃烧热转化为输出功率。除了发动机及其喷嘴本身的设计及操作条件之外，燃油本身的性能决定了雾化颗粒的状态，燃油雾化颗粒的分布多受到喷嘴设计的影响，而颗粒尺寸则更多地与燃油粘度、表面张力等性质相关。摩擦改进剂、清净剂等外加剂的加入往往造成粘度不适当的升高以及表面张力增大，不利于雾化颗粒的细化，使得添加剂带来的在其他方面效能的提升难以与动力提升的需求获得平衡。一些添加剂中为提升燃油经济性，会在配方中加入助燃剂，如二茂铁类，但助燃剂一般通过提高燃油的辛烷值来提升动力效果，容易增加抗爆的不稳定性，并且会降低火花塞功能，对发动机排气门、活塞和缸壁均产生损害，影响发动机的使用寿命。本发明通过设计添加剂中摩擦改进剂及其他复配外加剂，通过改善燃油雾化颗粒状态有效提升发动机动力，并避免对发动机造成不利影响。
本发明的提升发动机动力的汽油，以重量计，包括基础汽油950-1100份，复配摩擦改进剂5-15份，分散剂8-12份，粘度调节剂12-18份，抗氧剂3-6份，表面活性剂1-15份，清净剂5-18份，其他0-10份；所述复配摩擦改进剂由含氮硼酸酯化醚类抗磨剂、含氮受阻酚类抗磨剂、和硬脂酸表面改性高岭土复配而成；所述分散剂为亚氨基的氢被烷氧基、酰氧基或羟基取代的琥珀亚胺，和碳酸二甲酯以及异丙醇的复配物；所述粘度调节剂为氢化-苯乙烯-双烯聚合物；所述抗氧剂为萘胺化合物；所述表面活性剂为低分子线性醇醚；所述清净剂为含羟基的聚醚胺。
所述基础汽油为采用加氢脱硫催化汽油、重整汽油、混合芳烃、烷基化汽油、和异构化油复配得到的高辛烷值汽油；具体质量指标为：辛烷值≥98，抗暴指数≥93，抗暴敏感性≤10，10％馏程在55-70℃，50％馏程在100-115℃，90％馏程在175-190℃，终馏点≤205℃，蒸发指数DI值≤560，芳烃含量为18-35v％，烯烃含量为5-18v％。基础汽油具有较高的辛烷值，对抗爆性能提出了更高的要求，为提高动力并改善积碳，对馏程、蒸发性和芳烃、烯烃含量进行了限定。
所述复配摩擦改进剂中，含氮硼酸酯化醚类抗磨剂优选自硼酸酯化醚二胺，醚类抗磨剂防锈性能较佳，胺基团为含氮基团，能够形成较为稳定的分子间氢键，在摩擦界面之间形成较厚的吸附润滑膜，有效降低摩擦系数，经硼酸酯化后有效提高了醚类分子的高温稳定性，使抗磨剂能够良好适应发动机高温工作环境，但硼酸酯化基团易团聚和水解，需要复合其他外加剂改善分散性能。
所述复配摩擦改进剂中，含氮受阻酚类抗磨剂优选自噻二唑受阻酚抗磨剂，例如TH520和BTMT等，受阻酚类抗磨剂具有良好的抗氧效果，能够复配提高硼酸酯化醚类抗磨剂的高温稳定性，含氮基团噻二唑一方面具有良好的极压抗磨效果，有利于改善混合润滑和边界润滑状态，另一方面能够与硼酸酯化醚类抗磨剂中的含氮基团交联复配，提升协同作用。
所述复配摩擦改进剂中，硬脂酸表面改性高岭土为煅烧纳米高岭土经硬脂酸表面改性而得，改性后能够提高高岭土在体系中的相容性和分散性，高岭土为层状硅酸盐结构，具有良好的吸水性、吸附性和粘性，抗极压能力强，能够弥补含氮受阻酚类抗磨剂中含氮基团高剪切作用下抗极压能力的不足，并防止硼酸酯化基团的吸水团聚，高岭土颗粒通过沉积成膜作用改善界面润滑，不会与含氮基团形成竞争吸附的抵触影响，通过层状晶界滑移改善金属表面的微划痕，在磨损表面进行修复和保护，容易形成铺展并具有较高的承载能力，同时硬脂酸的表面改性有利于通过羧基交联反应形成化学反应膜进一步减小摩擦。
所述复配摩擦改进剂中，三个组分的协同复配能够提升摩擦润滑的工况适应能力，通过吸附、沉积、化学反应膜等多种机制，在发动机低速、高速等不同运转环境下发挥广泛平稳的摩擦改进效果。其中硬脂酸表面改性高岭土由于容易造成在发动机内部沉积，因此需要控制其添加比例，含氮硼酸酯化醚类抗磨剂、含氮受阻酚类抗磨剂、和硬脂酸表面改性高岭土三者的质量比优选为(48-60)：(8-10)：(0.1-0.3)。
所述聚醚胺类清净剂能够有效减少积碳的形成，并且不含金属，不会造成环境的二次污染以及金属在发动机内的沉降，羟基的引入能够与摩擦改进剂等其他组分具有更好的相容作用，并增强了聚醚胺的清净效果。聚醚胺具有一定的分散作用，对体系粘度影响容易造成雾化颗粒细化程度降低，因此需要与粘度调节剂进行比例调整复配，进一步选择合适的分子量可以调整分子间内聚力，优选分子量在800-1500之间，例如平均分子量为1488的壬基酚聚氧化丁烯胺或者平均分子量为810的二壬基酚聚氧化丙烯胺。
所述粘度调节剂为氢化-苯乙烯-双烯聚合物一般为典型的氢化-苯乙烯-丁二烯聚合物，优选10％甲苯溶液粘度≤800mpa.s，加氢度≥97％的聚合物。粘度调节剂能够平衡体系喷射雾化时的整体粘度，对聚合物的粘度控制能够有效防止局部粘度过大造成体系雾化颗粒增加的不利影响，避免喷射前粘度过低，同时避免摩擦过程中粘度的局部骤增。但氢化-苯乙烯-双烯聚合物可能导致沉积物和积碳水平增加，除控制添加量外，还需要复配其他外加剂降低沉积物和积碳的生成。
所述分散剂中，琥珀亚胺类分散剂通过亚胺基团能够与摩擦改进剂中含氮基团良好相容分散，调整外加剂(摩擦改进剂)的分子间力，降低表面张力并细化喷射雾滴颗粒，该类分散剂为无灰分散剂，环境友好且高温耐受能力强，琥珀亚胺分子中亚氨基的氢被烷氧基、酰氧基或羟基取代，如N-羟基-琥珀酰亚胺、N-丙烯酰氧基琥珀亚胺等，具有平衡分散剂极性、调节体系分子间力的效果，改善雾化的同时还具有增氧助燃作用。
所述分散剂中，碳酸二甲酯的加入进一步平衡了粘度调节剂增加带来的分散不良，并配合少量异丙醇达到增溶助溶效果，有利于喷射雾化颗粒的细化。碳酸二甲酯还具有一定的抗爆作用，在高辛烷值汽油中能够提高体系的抗爆稳定性，降低抗爆敏感性，有利于汽油安全性的提升。优选的，分散剂中琥珀亚胺、碳酸二甲酯、异丙醇三者的质量比为(3-5)：(0.8-1)：0.5。
所述抗氧剂萘胺化合物具有较强的沉积物控制力，在低添加量情况下能够克服氢化-苯乙烯-双烯聚合物的不利影响，并与其具有良好的相容性，优选为N-苯基-α(β)-萘胺，是一种受阻酚类抗氧剂，与复配摩擦改进剂中含氮受阻酚类抗磨剂同时具有良好的复配协同作用，加强了体系抗磨和抗氧能力。
所述表面活性剂的分子量不大于1500，优选为乙二醇丁醚，低分子线性醇醚具有极低的表面张力，易于与含氮基团相容，能够使得体系整体的表面张力降低，从而在燃油自喷嘴喷射时，能够形成更为细小的雾化液滴，雾化颗粒的整体尺寸向小粒径方向移动，雾化后的燃油颗粒更易充分燃烧，产生更大的热能转化为功，发动机动力性能得到良好提升。
所述其他组分可以根据需要进行添加，包括防腐剂、防锈剂、破乳剂等。
本发明的汽油通过配方组分的选择和调整，实现了高辛烷值汽油在发动机动力方面的有效提升，同时保证抗磨润滑作用以及防止积碳生成，使发动机动力方面的提升与其他方面功效得到良好平衡，具有较高的经济性价值。本发明添加剂不含金属，不含铅、硫、磷等环境污染物质，能够满足节能环保的普遍要求。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明汽油喷射粒度的分布图。
图2是本发明汽油发动机动力的改善效果图。
图3-4是本发明汽油分别在高低转速下的燃油经济性。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。
一、油品制备
本发明采用的各组成原料均能够通过市购获得，也可以采用已知的常规制备工艺自行制备获得。按照重量比将各组分在15-30℃之间进行调和复配，首先将购自中石化的98#基础汽油进行恒温加热，然后加入分散剂、粘度调节剂和表面活性剂，充分搅拌20-30分钟达到均匀且粘度基本稳定后，再加入复配摩擦改进剂、抗氧剂、清净剂和其他外加剂，再次充分搅拌20-30分钟，得到混合均匀的油品。制备油品的组成在表1中列明。
表1
二、检测方法
摩擦性能采用SRV高温摩擦磨损试验机进行。冲程1mm，频率25Hz和50Hz每隔20min交替，时间2h，载荷300N，温度120℃。
采用CEC F-20-A-98方法，通过发动机台架试验测试添加不同添加剂的油品的积碳生成情况，发动机型号为ARR-1.4l 77KW 4V FSI。
采用表面张力仪(型号:BH19-HARKE-CP)测定添加剂添加前后对油品表面张力的影响。
雾化实验采用PDA测试实验系统进行。试验用喷嘴采用电控顶针式单孔直喷喷嘴，喷嘴出口直径0.16mm。雾化实验过程中，喷嘴喷射脉冲的时间间隔为50ms,每次喷射脉冲时间为5ms。
采用GB18276-2017的方法对添加剂添加前后发动机的动力性能进行评价。另外，在发动机高低两个转速下，对添加剂添加前后燃油经济性进行对比。
三、检测结果
表2显示了98#汽油实验组和对照组的摩擦性能、表面张力、以及积碳生成。可以看出，实验组均显示出良好的抗磨减磨效果，而对照组的抗磨效果略差，其中，对照A组虽然摩擦改进剂相同，但分散效果的降低影响了减磨效果的发挥，对照B组具有与对照A组基本相当的抗磨效果，可见清净剂的减少也影响到体系分散，对照C组改变了摩擦改进剂的复配组成，抗磨效果未达到最优，可能的原因是采用ZDDP代替硬脂酸表面改性煅烧纳米高岭土，因ZDDP也通过表面吸附作用于金属表面，与含氮硼酸酯化醚类抗磨剂和含氮受阻酚类抗磨剂产生竞争吸附，协同作用转化为拮抗作用，影响了复配效果的提升，另外，ZDDP不具有吸水能力，不能协同降低硼酸酯化醚类抗磨剂的水解，也影响到硼酸酯化醚类抗磨剂作用的发挥。
进气阀沉积物可以在一定程度上体现积碳情况。本发明实验组汽油能够有效避免积碳的形成，而对照组仍然具有一定程度的积碳，其中对照B组由于未添加清净剂而大大增加的积碳的产生，但对照B组相较于98#基础汽油仍然具有一定的抗积碳能力，一方面可能由于汽油雾化性能的提升促进了燃烧的充分性，有助于减少积碳形成，另一方面萘胺化合物抗氧剂的加入起到了一定的抗沉积物形成作用，以及分散剂的复配减少了凝集颗粒的沉积，使得发动机内沉积物有所降低。对照A组和对照C组的少量积碳应该是来自于不规则分散导致的不利结果。
本发明实验组汽油能够有效降低汽油分子间的表面张力，这有助于汽油喷射时的雾化，使得雾化颗粒的直径降低。对照A组中和对照B组表面张力未显示出明显的降低，而对照C组与实验组的表面张力基本相当，可以认为体系分散、相容作用对分子内聚力影响较大，与体系分散和相容相关的关键组分均能够影响汽油的雾化效果，而ZDDP的替换对体系分散和相容作用影响不大。
表2
| 组别 | 磨斑直径/mm | 进气阀沉积物IVD/mg | 表面张力N/m |
| 98#基础汽油 | 0.67 | 128 | 0.032 |
| 实验A组 | 0.31 | 3 | 0.026 |
| 实验B组 | 0.32 | 2 | 0.027 |
| 实验C组 | 0.35 | 5 | 0.026 |
| 对照A组 | 0.49 | 35 | 0.033 |
| 对照B组 | 0.44 | 77 | 0.030 |
| 对照C组 | 0.39 | 4 | 0.027 |
98#基础汽油(无添加剂)与本发明汽油喷射粒度的分布情况如图1所示。由图可以看出，本发明汽油喷射出的雾化粒径明显向小尺寸方向集中，雾化颗粒得以有效细化，有助于发动机动力的提升以及燃油经济性的增加。
图2显示了本发明汽油发动机动力的改善情况。可以看出实验组能够显著提升发动机的输出功率，而对照A组对发动机动力的提升不明显，与表面张力结果获得的结论一致。
图3-4显示了分别在高低转速下本发明汽油的燃油经济性。可以看出实验组能够有效降低在高低转速下发动机的燃油消耗率，平均节油率约为2.4％，而对照组对燃油消耗率的影响不明显，说明本发明汽油的经济性得到明显提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提升发动机动力的汽油，以重量计，包括基础汽油950-1100份，复配摩擦改进剂0.5-1.5份，分散剂8-12份，粘度调节剂12-18份，抗氧剂3-6份，表面活性剂1-15份，清净剂5-18份，其他0-10份；所述复配摩擦改进剂由含氮硼酸酯化醚类抗磨剂、含氮受阻酚类抗磨剂、和硬脂酸表面改性高岭土复配而成；所述分散剂为亚氨基的氢被烷氧基、酰氧基或羟基取代的琥珀亚胺，和碳酸二甲酯以及异丙醇的复配物；所述粘度调节剂为氢化苯乙烯-双烯聚合物；所述抗氧剂为萘胺化合物；所述表面活性剂为低分子线性醇醚；所述清净剂为含羟基的聚醚胺。
2.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述基础汽油为采用加氢脱硫催化汽油、重整汽油、混合芳烃、烷基化汽油、和异构化油复配得到的高辛烷值汽油；具体质量指标为：辛烷值≥98，抗爆指数≥93，抗爆敏感性≤10，10%馏程在55-70℃，50%馏程在100-115℃，90%馏程在175-190℃，终馏点≤205℃，蒸发指数DI值≤560，芳烃含量为18-35v%，烯烃含量为5-18v%。
3.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述复配摩擦改进剂中，含氮硼酸酯化醚类抗磨剂为硼酸酯化醚二胺，含氮受阻酚类抗磨剂为噻二唑受阻酚抗磨剂，硬脂酸表面改性高岭土为硬脂酸表面改性煅烧纳米高岭土。
4.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述复配摩擦改进剂中，含氮硼酸酯化醚类抗磨剂、含氮受阻酚类抗磨剂、和硬脂酸表面改性高岭土三者的质量比为（48-60）：（8-10）：（0.1-0.3）。
5.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述清净剂为分子量在800-1500之间的聚醚胺，包括壬基酚聚氧化丁烯胺或者二壬基酚聚氧化丙烯胺。
6.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述粘度调节剂为氢化苯乙烯-丁二烯聚合物，10%甲苯溶液粘度≤800mpa·s，加氢度≥97%。
7.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述分散剂中，琥珀亚胺、碳酸二甲酯、异丙醇三者的质量比为（3-5）：（0.8-1）：0.5；其中，所述分散剂为N-羟基-琥珀酰亚胺或N-丙烯酰氧基琥珀亚胺。
8.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述抗氧剂萘胺化合物为N-苯基-α-萘胺或N-苯基-β-萘胺；所述表面活性剂的分子量不大于1500。
9.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述表面活性剂为乙二醇丁醚。
10.根据权利要求1所述的提升发动机动力的汽油，其特征在于，所述其他组分包括防腐剂、防锈剂、破乳剂。
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