CN116179256A - 一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物 - Google Patents

一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，包括金属清净剂、无灰分散剂、抗氧抗腐剂、复合抗氧剂、复合减摩剂、复合黏度指数改进剂、降凝剂、金属减活剂、基础油；所述抗氧抗腐剂为二烷基二硫代磷酸锌和二芳基二硫代磷酸锌的混合物；所述金属减活剂为2,5‑二巯基‑1,3,4‑噻二唑衍生物。本发明配方科学合理，能够满足国六排放发动机的性能要求，具有低磷、低硫和低灰分特点，并且对铜部件具有非常好的有保护作用。

Description

一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物
技术领域
本发明涉及润滑油技术领域，具体为一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物。
背景技术
节能降耗推动着发动机技术不断更新换代，国六发动机多种相互关联的技术特征，以及发动机的实际运行工况，综合影响了整个发动机系统，给润滑油带来更严苛挑战。为了降低燃油消耗，低黏度技术的运用等都是认为提高燃油经济行之有效的方法。
润滑油黏度对整机可靠性起着至关重要的作用，降低油品黏度可以提高发动机输出功率，有利于发动机燃油经济性的改善。但难点在于发动机黏度过低导致无法形成有效油膜，从而造成发动机部件磨损加剧，摩擦阻力增大，燃油消耗增加，换油周期变短，发动机可靠性变差。
重负荷柴油发动机工况一般是高载荷下运行，活塞环缸套、轴瓦等多处于混合润滑和流体润滑状态。当流体润滑(弹性流体动力润滑)是主要主要因素时，使用低黏度的发动机油，基础油的选择很重要，根据摩擦特性，要求基础油具有低的动力黏度和高的黏度指数，国六重负荷柴油机油选择Ⅲ类加氢基础油以上，改善热和氧化稳定性，减少氧化物沉积物油泥产生，抑制黏度增长，获得更好的燃油经济性。当处于混合润滑时，加入黏度指数改进剂和摩擦改进剂FM成为主要因素。PMA型黏度指数改进剂能提供在80℃更低的高温高剪切黏度，试验显示可以得到更优的燃油节省；为了在边界润滑和混合润滑条件下获得低摩擦，必须使用有效的摩擦改进剂。同时如果运行过程旧油含有1.75％的烟炱就会导致燃油经济性降低，出现减摩剂在金属表面形成的吸附膜容易被硬质的烟炱颗粒刮掉，因此油品必须有很强的烟炱分散性能，才能保持燃油经济性的持久性。同时国六路试过程发现旧油中含有铜元素增高很快，而且含量非常大，因此必须增加金属减活剂减少外界对金属铜表面到腐蚀反应。
燃油经济型机油要求油品能在各种条件下(温度、应力、剪切力)保持最佳黏度外，还应能过各个时段的耐久性的考察。低黏度柴油机油在节能和发动机耐久性是一对矛盾问题，本发明就是为了解决重负荷柴油发动机在节能和发动机耐久性中的平衡问题。
中国专利CN105542922A公开了一种超长换油里程的节能柴油机油及其制备方法，由雅富顿复合剂另加抗磨剂、抗氧剂制备，抗磨剂选用氨基甲酸钼。
中国专利CN104059736A公开了一种抗磨节能环保柴油机油，通过在油品中加入聚六氟乙烯微粉来提高油品的抗磨性能。
中国专利CN110016380A公开了一种节能柴油机油混合物，选用有机钼和有机胺组合，有机钼为二烷基二硫代磷酸钼、二烷基二硫代氨基甲酸钼或钼胺络合物，有机胺为油烯基胺或油烯基酰胺。
中国专利CN104232269A公开了一种含钼内燃机油及其制备方法与应用，配方中使用了吲哚并萘啶结构单元和二硫化物和氨基甲酸钼，油品具有较好的抗磨性能。
中国专利CN107892978A公开了一种长寿命节能柴油组合物及其制备方法，添加250N切割馏分油，添加剂使用雅富顿H8799B，摩擦改进剂使用意大利制造2700合成酯类。
中国专利CN110484340A公开了一种环保型节能柴油机油，其特点在于加入了加氢低凝基础油，其实就是三类油。
中国专利CN110713859A公开了一种提高燃油经济性低硫磷灰分的国六柴油机油润滑油组合物。
前述专利虽然都取得了一定的效果，但是其实现燃油经济性的方法比较单一，对发动机冷却器、轴瓦铜部件易造成磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，配方科学合理，能够满足国六排放发动机的性能要求，具有低磷、低硫和低灰分特点，并且对铜部件具有非常好的有保护作用。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，以该柴油机油组合物总重量为基准，该柴油机油组合物包括：
质量含量为2.0％～5.0％的金属清净剂；
质量含量为8.0％～12.18％的无灰分散剂；
质量含量为0.5％～1.5％的抗氧抗腐剂；
质量含量为1.0％～3.0％的复合抗氧剂；
质量含量为0.2％～1.0％的复合减摩剂；
质量含量为3.0％～8.0％的复合黏度指数改进剂；
质量含量为0.1％～0.6％的降凝剂；
质量含量为0.15％～0.3％的金属减活剂；
质量含量为70.0％～85.0％的基础油；
所述抗氧抗腐剂为二烷基二硫代磷酸锌和二芳基二硫代磷酸锌的混合物；
所述金属减活剂为2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物。
优选地，所述金属清净剂为烷基水杨酸镁、磺酸钙、硫化烷基酚钙的混合物。
优选地，所述无灰分散剂为单聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂、双聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂中的混合物。
优选地，所述复合抗氧剂为酚酯型抗氧剂和胺型抗氧剂的混合物，二者质量比为1～2:1。
优选地，所述酚酯型抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸甲酯；所述胺型抗氧剂为烷基二苯胺。
优选地，所述复合减摩剂为有机钼和有机硼酸脂的混合物，二者质量比为1～2:1。
优选地，所述有机钼为二烷基二硫代氨基甲酸钼或钼氨络合物。
优选地，所述复合黏度指数改进剂为带有分散型的乙丙共聚物和聚甲基丙烯酸酯。
优选地，所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯。
优选地，所述基础油为煤制烃合成基础油。
优选地，所述烷基水杨酸盐的结构优选如式Ⅰ所示：
Figure BDA0004056012030000051
其中，R为含10～20个碳原子的烷基，M为Ca或Mg，m、n为不为零的正整数；
所述磺酸盐的结构优选如式Ⅱ所示：
Figure BDA0004056012030000052
其中，R1为含14～28个碳原子的烷基，M为Ca或Mg，m1、n1为不为零的正整数；
所述硫化烷基酚盐的结构优选如式Ⅲ所示：
Figure BDA0004056012030000053
式中R2为含10～24个碳原子的烷基，M为Ca或Mg，m2、n2、x为不为零的正整数；
所述单聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂的结构如式Ⅳ所示：
Figure BDA0004056012030000061
其中，PIB为聚异丁烯，分子量为900～1300，p为不为零的正整数；
所述双聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂的结构如式Ⅴ所示：
Figure BDA0004056012030000062
其中，PIB为聚异丁烯，分子量为900～2500，q为不为零的正整数；
所述硼化聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂的结构如式Ⅵ所示：
Figure BDA0004056012030000063
其中，PIB为聚异丁烯，分子为900～1300，r为不为零的正整数；
所述二烷基二硫代磷酸锌的结构式优选如式Ⅶ所示：
Figure BDA0004056012030000071
其中，R3＝CnH2n+1，n＝3～10；
所述二芳基二硫代磷酸锌的结构式优选如式Ⅷ所示：
Figure BDA0004056012030000072
其中，R4＝CnH2n+1，n＝1～8；
所述2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑的结构优选如式Ⅹ所示：
Figure BDA0004056012030000073
其中，R5＝CnH2n+1，n＝10～14；
所述2-巯基苯并噻唑的结构优选如式Ⅺ所示：
Figure BDA0004056012030000074
本发明的柴油发动机油组合物，硫含量不大于0.4％，磷含量不大于0.08％，硫酸盐灰分不大于1.0％。
本发明柴油机油制备方法为：将各原料混合，并充分搅拌至少2小时，至组合物混合均匀，既可得到节能型的柴油机油产品。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的柴油机油组合物原料配方科学合理，具有低磷、低硫和低灰分特点，可以满足国六排放发动机的性能要求；本发明使用除了复合减摩剂、能在80℃提供更低的高温高剪切黏度(HTHS)的PMA类型黏度指数改进剂之外，还使用有带有烟炱分散形黏度指数改进剂，以及采用煤制合成基础油CTL，解决低粘度机油能达到更长换油周期的同时燃油经济性持续性。
(2)本发明的制备原来中添加了金属减活剂，它是抑制金属对氧化和腐蚀起催化作用的润滑油添加剂；金属减活剂的作用机理是形成阻止催化氧化和/或引起腐蚀的阳极和/或阴极反应的惰性阻挡膜，通过抑制腐蚀金属，减活剂也能防止促进氧化的金属离子的生成金属；减活剂分子通过它的极性端建立起惰性阻挡膜，吸附在金属表面亲油端与润滑剂相互作用；而同种油品中，不同的金属减活剂的效果有所不同，本发明选择2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物和2-巯基苯并噻唑作为金属减活剂具有成膜作用，即在金属表面生成化学膜，阻止金属及其离子进入油中，减弱其对油品的催化氧化作这种化学膜还能防活性硫、有机酸或自由基对金属表的攻击，保护金属表面；具有整合作用，即与金属及金属离子反应生成稳定的整合物，或与淀金属离子反应生成不溶物质，对金属离子的催化活性产生掩蔽作用。
而二烷基二硫代磷酸锌、芳基二硫代磷酸锌可以在发动机部件表面生成一层含玻璃状磷酸锌保护膜起到抗磨剂的作用，但二烷基二硫代磷酸锌、芳基二硫代磷酸锌含有硫物质，在高温和新发动机中，铜相对两者具有有很强的活性，导致硫化铜的生成，导致发动机冷却器、轴瓦铜部件的磨损，这个是在国六的发动机运转非常突出的问题；2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑可以在金属表面生成化学膜，阻止铜金属及其离子进入油中，减弱其对油品的催化氧化作这种化学膜，还能防活性硫(比如二烷基二硫代磷酸锌、芳基二硫代磷酸锌)、有机酸或自由基对金属表面的攻击，保护铜等金属表面，降低铜金属表面的活性，减少对二烷基二硫代磷酸锌、芳基二硫代磷酸锌的消耗；机油在发动机中的温度从最600～90℃不等，二烷基二硫代磷酸锌和芳基二硫代磷酸锌两者在高低温热氧化安定、水解和抗磨表现性能不同，芳基二硫代磷酸锌在高温的热安定性能优异烷基二硫代磷酸锌，而二烷基二硫代磷酸锌水解和抗磨表现优于芳基二硫代磷酸锌。以上三者具有协同效果对提高抗氧抗磨，减少铜析出，降低活塞内冷油道的沉积物的作用。
附图说明
图1为本发明实施例2和对比例1～3的柴油发动机油组合物及竞品的铝板照片；
图2为本发明实施例2和对比例1～3的柴油发动机油组合物及竞品的活塞内冷油道照片。
具体实施方式
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
实施例1
一种适用于节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算，其原料的组成及含量如下：
表1
Figure BDA0004056012030000101
/>
Figure BDA0004056012030000111
按表1中组分及含量混合均匀，搅拌2小时，至组合物混合均匀，即可得到节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油产品。
实施例2
一种适用于节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算其原料的组成及含量如下：
表2
Figure BDA0004056012030000112
/>
Figure BDA0004056012030000121
按表2中组分及含量混合均匀，搅拌6小时，至组合物混合均匀，即可得到节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油产品。
实施例3
一种适用于节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算其原料的组成及含量如下：
表3
Figure BDA0004056012030000122
/>
Figure BDA0004056012030000131
按表3中组分及含量混合均匀，搅拌4小时，至组合物混合均匀，即可得到节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油产品。
对比例1
一种柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算其原料的组成及含量如下：
表4
Figure BDA0004056012030000132
/>
Figure BDA0004056012030000141
按表4中组分及含量混合均匀，搅拌6小时，至组合物混合均匀，即得。
对比例2
一种柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算其原料的组成及含量如下：
表5
Figure BDA0004056012030000142
/>
Figure BDA0004056012030000151
按表5中组分及含量混合均匀，搅拌6小时，至组合物混合均匀，即得。
对比例3
一种柴油发动机油组合物，以柴油机油总质量为基准，按质量百分数计算其原料的组成及含量如下：
表6
Figure BDA0004056012030000152
/>
Figure BDA0004056012030000161
按表6中组分及含量混合均匀，搅拌6小时，至组合物混合均匀，即得。
一、油品的理化性能测试实验
参比样为国外竞品FA-45W-30级别低粘度国六油品，采用元素分析法测试油品的硫含量、磷含量，采用黏度分析法测试油品的运动黏度和高温高剪切黏度，采用硫酸盐灰分测定法测试油品的硫酸盐灰分。分析结果见表7。
表7各发动机油组合物油品理化性能测试结果
Figure BDA0004056012030000162
Figure BDA0004056012030000171
从表7的测试结果可以看出，本发明的油品具有低的磷含量、硫含量和硫酸盐灰分，满足国六油品的使用要求。本发明的油品在80℃下具有更低的高温高剪切黏度(HTHS)，说明其具有好的燃油经济性。
二、油品的摩擦系数考察实验
采用开展高频往复试验机(HFRR)、高频往复摩擦磨损试验机SRV测试摩擦系数；将竞品和实例2及对比例1～3的发动机油组合物在SRV和HFRR摩擦磨损试验仪上考察摩擦系数。测试结果见表8。
表8各发动机油组合物油品SRV和HFRR摩擦系数测试结果
试验油品 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3 竞品
平均摩擦系数(SRV) 0.141 0.149 0.149 0.152 0.198
摩擦系数(HFRR) 0.177 0.173 0.168 0.175 0.210
从表8的测试结果可以看出，与竞品相比，本发明实施例2及对比例1～3均有低的摩擦系数。
三、油品的燃油经济性能考察实验
采用万有特性考察燃油经济性；将本发明实施例2及对比例1～3的发动机油组合物与竞品在YCK08280-60进行万有特性考察燃油经济性。测试结果见表9。
表9各发动机油组合物的万有特性测试结果
Figure BDA0004056012030000172
Figure BDA0004056012030000181
从表9的测试结果可以看出，实施例2与参考油样相比，本发明平均节油达1.5％，比国外的竞品燃油节省更优异；而且烟炱很小，节能效果好。
四、油品的烟炱分散性能考察
采用热管和成焦板考察油品的分散性能；将本发明实施例2及对比例1～3的发动机油组合物与竞品在成焦板上进行。测试结果见表10。
表10各发动机油组合物的烟炱分散测试结果
Figure BDA0004056012030000182
从表10的测试结果可以看出，与竞品相比，本发明实施例2的胶重最小，说明增重小，烟台分散性能最佳；对比例1的原料中不含2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑而含有抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌，对比例2的原料含有2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑而不含抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌；对比例3的原料中同时不含2，5-二巯基-1，3，4-噻二唑、二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌；从数据上看，实施例2相比于对比例3的作用效果优于对比例1、2相比于对比例3的作用效果之和；因此证明了减活剂和抗氧抗腐剂具有协同抗氧的功能。
由图1可知，本发明实施例2的铝板的颜色最浅，说明胶质含量低，分散性能好。
五、油品的耐久性考察实验
采用发动机YCK08280-60进行600小时可靠性循环的耐久性试验，将本发明实施例2的发动机油组合物进行耐久性的台架考察。测试结果见表11。
表11油品耐久性台架测试结果
Figure BDA0004056012030000191
Figure BDA0004056012030000201
从表11的测试结果可以看出，各项指标远低换油标准，本发明实施例2油通过了耐久性试验，说明油品具有很好的可靠性能；铜元素没有增高的趋势，说明本发明对铜部件具有非常好的有保护作用。
六、油品的活塞内冷油道沉积物考察实验
将竞品和实例2及对比例1～3的发动机油组合物在台架上考察。拆机结果见表12。
表12油品的活塞内冷油道的评分测试结果
试验油品 实施例2 对比例1 对比例2 对比例3 竞品
沉积物重量，g 0.10 0.23 0.33 0.36 0.39
沉积物评分 9 7 7 6 6
从表12的测试结果可以看出，与竞品相比，本发明实施例2、对比例2沉积物均较低。对比例1的原料中不含2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑而含有抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌，对比例2的原料中含有2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑而不含抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌，对比例3的原料中同时不含2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑、抗氧抗腐剂二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌。从数据上看，实施例2相比于对比例3的作用效果优于对比例1、2相比于对比例3的作用效果之和；因此证明了2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑和二烷基二硫代磷酸锌以及芳基二硫代磷酸锌具有协同分解沉积物的功能。
由图2可知，本发明实施例2的活塞内冷油道颜色最浅，说明积碳最少。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于，以该柴油机油组合物总重量为基准，该柴油机油组合物包括：
质量含量为2.0％～5.0％的金属清净剂；
质量含量为8.0％～12.0％的无灰分散剂；
质量含量为0.5％～1.5％的抗氧抗腐剂；
质量含量为1.0％～3.0％的复合抗氧剂；
质量含量为0.2％～1.0％的复合减摩剂；
质量含量为3.0％～8.0％的复合黏度指数改进剂；
质量含量为0.1％～0.6％的降凝剂；
质量含量为0.15％～0.3％的金属减活剂；
质量含量为70.0％～85.0％的基础油；
所述抗氧抗腐剂为二烷基二硫代磷酸锌和二芳基二硫代磷酸锌的混合物；
所述金属减活剂为2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑衍生物。
2.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述金属清净剂为烷基水杨酸镁、磺酸钙、硫化烷基酚钙的混合物。
3.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述无灰分散剂为单聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂、双聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂、硼化聚异丁烯丁二酰亚胺类分散剂中的混合物。
4.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述复合抗氧剂为酚酯型抗氧剂和胺型抗氧剂的混合物，二者质量比为1～2:1。
5.根据权利要求6所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述酚酯型抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙烯酸甲酯；所述胺型抗氧剂为烷基二苯胺。
6.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述复合减摩剂为有机钼和有机硼酸脂的混合物，二者质量比为1～2:1。
7.根据权利要求6所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述有机钼为二烷基二硫代氨基甲酸钼或钼氨络合物。
8.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述复合黏度指数改进剂为带有分散型的乙丙共聚物和聚甲基丙烯酸酯。
9.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述降凝剂为聚甲基丙烯酸酯。
10.根据权利要求1所述的节能型长里程全合成重负荷国六柴油发动机油组合物，其特征在于：所述基础油为煤制烃合成基础油。
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