CN111944592A - 一种节能型柴油发动机油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机润滑油领域，尤其涉及一种节能型柴油发动机油及其制备方法。本发明所设计的一种节能型柴油发动机油，其特征在于，包括组分以及各组分的重量百分比为，60～70％基础油、0.1～5％减摩添加剂、1～10％清净剂、2～25％分散剂、0.1～5％抗氧剂、1～20％粘指剂；其中基础油为95～85％聚α‑烯烃与5～15％烷基萘复合组成，减摩添加剂为50～60％二硫化钨与40～50％二硫化钼共掺杂复合物。本发明通过改进柴油发动机的组分降低发动机油的摩擦力进而达到节油效果。

Description

一种节能型柴油发动机油及其制备方法
技术领域
本发明涉及发动机润滑油领域，尤其涉及一种节能型柴油发动机油及其制备方法。
背景技术
燃油经济性、排放法规和延长换油期是推动发动机油发展升级的3个关键因素，在商用车发动机油领域，近几年人们普遍关注的是延长换油期和排放，对发动机油改善燃油经济性所做的研究工作较少。节能发动机油也是用户降低成本的迫切需求，据研究燃料费用占重卡的日常运营费用的50％(不包括初始采购费用)，使用节能发动机油降低油耗能有效提升市场竞争力。研究表明，通过发动机的技术升级来提髙1％的燃油经济性的成本约为1150美元，采用动力传动系统的优化来提髙1％燃油经济性的成本约为1450美元，而采用节能型润滑油来提髙1％燃油经济性的成本约为80美元，采用节能型润滑油是提升燃油经济性最经济的途径。
目前，一般通过改良发动机油配方提升发动机油的性能，从而降低发动机的油耗，提升车辆的燃油经济性，如文献：Van Dam,W.,Kleijwegt,P.,Torreman,M.,and Parsons,G.,"The Lubricant Contribution to Improved Fuel Economy in Heavy Duty DieselEngines,"SAE Technical Paper 2009-01-2856,2009,doi:10.4271/2009-01-2856关于柴油机油的燃油经济性的研究表明，相对于粘度为15W40的机油，粘度为5W30的机油最大可实现的节油率为1.4％。但是现有的柴油发动机油的改良配方仍不能满足用户对节油率的要求。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种节能型柴油发动机油及其制备方法，能够降低发动机油的摩擦力进而达到节油效果。
为实现上述目的，本发明所设计的一种节能型柴油发动机油，其特征在于，包括组分以及各组分的重量百分比为，60～70％基础油、0.1～5％减摩添加剂、1～10％清净剂、2～25％分散剂、0.1～5％抗氧剂、1～20％粘指剂；其中基础油为95～85％聚α-烯烃PAOs与5～15％烷基萘ANs复合组成，减摩添加剂为50～60％二硫化钨与40～50％二硫化钼共掺杂复合物。
作为优选方案，所述聚α-烯烃PAOs为聚α-烯烃PAO4与聚α-烯烃PAO10按照5:7的质量比复合组成。PAO2和PAO10均是聚α-烯烃，两者主要的差别是粘度不同，通过5:7的质量比调合能够将产品的粘度调整至较优值。
作为优选方案，所述烷基萘ANs为烷基萘AN5与烷基萘AN12按照3:4的质量比复合组成。AN5与AN12主要的区别在于粘度，AN5是低粘度产品，AN12是中粘度产品，通过3:4的质量比调合能够将产品的粘度调整至较优值。
作为优选方案，所述分散剂为50～60％的硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与40～50％的PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合组成。
作为优选方案，所述抗氧剂为ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌。
作为优选方案，所述粘指剂为OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯和丙烯的摩尔比为48：52。
作为优选方案，所述节能型柴油发动机油的组分以及各组分的重量百分比为，60～67％基础油、1.5～3％减摩添加剂、5～10％清净剂、5.5～12％分散剂、3％抗氧剂、10～20％粘指剂。进一步改进发动机油的组分含量，得到的节能型柴油发动机油的平均摩擦系数降至0.172以下，节油效果在1.65％以上。
作为优选方案，所述节能型柴油发动机油的组分以及各组分的重量百分比为，67％基础油、3％减摩添加剂、5％清净剂、12％分散剂、3％抗氧剂、10％粘指剂；其中基础油为95％聚α-烯烃PAOs与5％烷基萘ANs复合组成，所述减摩添加剂为50％二硫化钨与50％二硫化钼共掺杂复合物。进一步改进发动机油的组分含量，得到的节能型柴油发动机油的平均摩擦系数降至0.152，节油效果在4.12％。
一种节能型柴油发动机油的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)按上述比例准确称取各组分；
(2)将聚α-烯烃PAOs和烷基萘ANs加入调和罐搅拌调合，搅拌速度不超过500转/分钟；
(3)依次向调和罐中加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，搅拌速度不超过300转/分钟；
(4)再向调和罐中加入减摩添加剂，超声搅拌至均质，搅拌速度在1000～2000转/分钟；
(5)最后静置沉降3～5小时后过滤即可。
作为优选方案，步骤(2)中调和的温度为70～80℃，搅拌时间为1～2小时；步骤(3)中搅拌温度为70～80℃，搅拌时间为1～2小时；步骤(4)中超声搅拌的温度为70～80℃，超声搅拌时间为3～4小时。
与现有的柴油发动机油相比，本发明的节能型柴油发动机油通过改进发动机油的组分配方实现减摩节能的目的，以下具体阐述。
(1)减摩添加剂能在摩擦表面形成二硫化钨/二硫化钼纳米保护膜，降低摩擦副之间的摩擦系数，降低发动机的摩擦损失，节省燃油。
本发明的减摩添加剂为二硫化钨和二硫化钼共掺杂复合物，二硫化钼具有类石墨层状结构，钼和硫通过共价键结合形成六方晶结构，每个钼被六个硫原子包围，分子层表面只有硫原子，每一层分子层厚度为0.626nm。层与层之间靠范德华力结合，键之间的结合力较弱，层间易发生滑移，形成滑移面，因此二硫化钼拥有优异的润滑性能。二硫化钨也具有六方晶型层状结构，与二硫化钼类似。钨原子和硫原子间以共价键结合，分子层表面只有硫原子，层间的硫原子间通过较弱的分子键连接。层间通过范德华力相结合，与二硫化钼相比，二硫化钨的层间距较大，摩擦系数更低。研究表明，低温工况下，二硫化钨润滑剂的摩擦因数与二硫化钼相近，但二硫化钨涂层成膜状态不如二硫化钼涂层；高温工况下，二硫化钨摩擦因数稳定，摩擦性能优于二硫化钼。本发明通过对二硫化钨及二硫化钼进行科学的复配，可以解决低温下二硫化钨的成膜问题和高温下二硫化钼摩擦因数不稳定稳定的问题，从而使减摩添加剂在各种工况下发挥减摩作用。
(2)PAOs基础油粘度指数高，意味着温度变化时，油的粘度稳定、各种工况下都能提供足够的油膜以降低发动机摩擦，节省燃油消耗。低倾点，低温下流动性好，在低温下使用发动机的油耗更低，氧化安定性好，更耐高温、兼顾耐久性和节能性。本发明将烷基萘ANs加入到PAOs中时，可提高油品的耐热性、热氧化稳定性、分散性，从而延长使用寿命增加润滑油体系的稳定性，经过复配的基础油，粘度可以满足SAE 10W30的要求，粘度变小而减小摩擦，从而起到节能的效果。
具体实施方式
为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。
实施例1
节能型柴油发动机油的制备方法，包括步骤：
(1)配制组分：
67％基础油：95％聚α-烯烃PAOs与5％烷基萘ANs复合；PAOs为PAO4与PAO10按照5:7的质量比复合；烷基萘ANs为AN5与AN12按照3:4的质量比复合；
3％减摩添加剂：50％二硫化钨与50％二硫化钼共掺杂复合物；
5％清净剂：高碱性硫化烷基酚钙；
12％分散剂：50％硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与50％PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合；
3％抗氧剂：ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌；
10％粘指剂：OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯丙烯摩尔比为48：52。
(2)将基础油PAO4、PAO10、AN5、AN12，加入调和罐中调合，条件为：60℃，常压，搅拌1.5小时，搅拌速度为400转/分钟；
(3)然后依次加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，条件为：80℃，常压，搅拌1.5小时至均质，搅拌速度300转/分钟；
(4)再加入减摩添加剂，条件：80℃，超声搅拌4小时至均质，搅拌速度2000转/分钟；
(5)沉降4小时后过滤，采样分析，产品指标合格后出厂。
实施例2
节能型柴油发动机油的制备方法，包括步骤：
(1)配制组分：
60％基础油：85％聚α-烯烃PAOs与15％烷基萘ANs复合；PAOs为PAO4与PAO10按照5:7的质量比复合；烷基萘ANs为AN5与AN12按照3:4的质量比复合；
1.5％减摩添加剂：60％二硫化钨与40％二硫化钼共掺杂复合物；
10％清净剂：高碱性硫化烷基酚钙；
5.5％分散剂：60％硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与40％PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合；
3％抗氧剂：ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌；
20％粘指剂：OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯丙烯摩尔比为48：52。
(2)将基础油PAO4、PAO10、AN5、AN12，加入调和罐中调合，条件为：60℃，常压，搅拌1.5小时，搅拌速度为500转/分钟；
(3)然后依次加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，条件为：80℃，常压，搅拌1.5小时至均质，搅拌速度200转/分钟；
(4)再加入减摩添加剂，条件：80℃，超声搅拌4小时至均质，搅拌1000转/分钟；
(5)沉降4小时后过滤，采样分析，产品指标合格后出厂。
实施例3
节能型柴油发动机油的制备方法，包括步骤：
(1)配制组分：
70％基础油：90％聚α-烯烃PAOs与10％烷基萘ANs复合；PAOs为PAO4与PAO10按照5:7的质量比复合；烷基萘ANs为AN5与AN12按照3:4的质量比复合；
0.5％减摩添加剂：55％二硫化钨与45％二硫化钼共掺杂复合物；
5.6％清净剂：高碱性硫化烷基酚钙；
20％分散剂：55％硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与45％PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合；
0.1％抗氧剂：ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌；
3.8％粘指剂：OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯丙烯摩尔比为48：52。
(2)将基础油PAO4、PAO10、AN5、AN12，加入调和罐中调合，条件为：60℃，常压，搅拌1.5小时，搅拌速度为450转/分钟；
(3)然后依次加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，条件为：80℃，常压，搅拌1.5小时至均质，搅拌速度250转/分钟；
(4)再加入减摩添加剂，条件：80℃，超声搅拌4小时至均质，搅拌1500转/分钟；
(5)沉降4小时后过滤，采样分析，产品指标合格后出厂。
实施例4
节能型柴油发动机油的制备方法，包括步骤：
(1)配制组分：
65％基础油：85％聚α-烯烃PAOs与15％烷基萘ANs复合；PAOs为PAO4与PAO10按照5:7的质量比复合；烷基萘ANs为AN5与AN12按照3:4的质量比复合；
0.1％减摩添加剂：55％二硫化钨与45％二硫化钼共掺杂复合物；
3.9％清净剂：高碱性硫化烷基酚钙；
25％分散剂：55％硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与45％PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合；
5％抗氧剂：ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌；
1％粘指剂：OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯丙烯摩尔比为48：52。
(2)将基础油PAO4、PAO10、AN5、AN12，加入调和罐中调合，条件为：60℃，常压，搅拌1.5小时，搅拌速度为400转/分钟；
(3)然后依次加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，条件为：80℃，常压，搅拌1.5小时至均质，搅拌速度300转/分钟；
(4)再加入减摩添加剂，条件：80℃，超声搅拌4小时至均质，搅拌1500转/分钟；
(5)沉降4小时后过滤，采样分析，产品指标合格后出厂。
实施例5
63％基础油：90％聚α-烯烃PAOs与10％烷基萘ANs复合；PAOs为PAO4与PAO10按照5:7的质量比复合；烷基萘ANs为AN5与AN12按照3:4的质量比复合；
5％减摩添加剂：50％二硫化钨与50％二硫化钼共掺杂复合物；
1％清净剂：高碱性硫化烷基酚钙；
25％分散剂：50％硼化聚异丁烯丁二酰亚胺T154B与50％PIBSA-PE聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合；
5％抗氧剂：ZDTC二烷基二硫代氨基甲酸锌；
1％粘指剂：OCP乙烯丙烯共聚物，其中乙烯丙烯摩尔比为48：52。
(2)将基础油PAO4、PAO10、AN5、AN12，加入调和罐中调合，条件为：60℃，常压，搅拌1.5小时，搅拌速度为500转/分钟；
(3)然后依次加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，条件为：80℃，常压，搅拌1.5小时至均质，搅拌速度300转/分钟；
(4)再加入减摩添加剂，条件：80℃，超声搅拌4小时至均质，搅拌1000转/分钟；
(5)沉降4小时后过滤，采样分析，产品指标合格后出厂。
为了验证配方的减摩效果，按照标准T/CSAE 109-2019柴油机油摩擦磨损性能的评定SRV缸套—活塞环法，测试了各个配方下的摩擦系数，结果见表1。为了探究新研制的节能型发动机油的实际节油效果，每个配方均按照DFCV发动机油用户行车试验规范-QDFCVCM9008-2019规定的方法，在重卡上进行了两轮用户道路试验，第一轮采用参比油CI-4 20W50进行试验，第二轮采用新研制的节能型发动机油进行试验。试验中采集了车辆的油耗等一系列信息，通过分析前后两轮的油耗差距来研究新研制的发动机油的节油效果，结果见表2。
表1SRV试验结果
Figure BDA0002629147890000081
表2行车试验结果
Figure BDA0002629147890000082
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种节能型柴油发动机油，其特征在于，包括组分以及各组分的重量百分比为，60～70％基础油、0.1～5％减摩添加剂、1～10％清净剂、2～25％分散剂、0.1～5％抗氧剂、1～20％粘指剂；其中基础油为85～95％聚α-烯烃与5～15％烷基萘复合组成，减摩添加剂为50～60％二硫化钨与40～50％二硫化钼共掺杂复合物。
2.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述聚α-烯烃为聚α-烯烃PAO4与聚α-烯烃PAO10按照5:7的质量比复合组成。
3.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述烷基萘为烷基萘AN5与烷基萘AN12按照3:4的质量比复合组成。
4.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述分散剂为50～60％的硼化聚异丁烯丁二酰亚胺与40～50％的聚异丁烯丁二酸酐-聚异丁烯琥珀酸酐复合组成。
5.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述抗氧剂为二烷基二硫代氨基甲酸锌。
6.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述粘指剂为乙烯丙烯共聚物，其中乙烯和丙烯的摩尔比为48：52。
7.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述节能型柴油发动机油的组分以及各组分的重量百分比为，60～67％基础油、1.5～3％减摩添加剂、5～10％清净剂、5.5～12％分散剂、3％抗氧剂、10～20％粘指剂。
8.根据权利要求1所述的节能型柴油发动机油，其特征在于，所述节能型柴油发动机油的组分以及各组分的重量百分比为，67％基础油、3％减摩添加剂、5％清净剂、12％分散剂、3％抗氧剂、10％粘指剂；其中基础油为95％聚α-烯烃与5％烷基萘复合组成，所述减摩添加剂为50％二硫化钨与50％二硫化钼共掺杂复合物。
9.一种如权利要求1～8中任一项所述的节能型柴油发动机油的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)按比例准确称取各组分；
(2)将聚α-烯烃和烷基萘加入调和罐搅拌调合，搅拌速度不超过500转/分钟；
(3)依次向调和罐中加入清净剂、分散剂、抗氧剂、粘指剂，搅拌速度不超过300转/分钟；
(4)再向调和罐中加入减摩添加剂，超声搅拌至均质，搅拌速度在1000～2000转/分钟；
(5)最后静置沉降3～5小时后过滤即可。
10.根据权利要求9所述的节能型柴油发动机油的制备方法，其特征在于，步骤(2)中调和的温度为70～80℃，搅拌时间为1～2小时；步骤(3)中搅拌温度为70～80℃，搅拌时间为1～2小时；步骤(4)中超声搅拌的温度为70～80℃，超声搅拌时间为3～4小时。
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