CN1219036C

CN1219036C - 一种改性发动机油

Info

Publication number: CN1219036C
Application number: CN02131228.1A
Authority: CN
Inventors: 张书达; 张文刚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2005-09-14
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: CN1414074A

Abstract

一种改性发动机油，用于各种发动机的润滑油。于矿物润滑油中加入粒径小于20nm平均为3～6nm的超分散碳颗粒作为极压抗磨剂和油性剂，加入浓度为1×10^-7～9×10^-5Vol.，其中金刚石占10～98%，改性发动机油具有良好的抗磨减摩性，摩擦系数减少20～40%，发动机功率提高4～8%，燃油可节省5～10%，润滑油可节省1～4倍，摩擦副具有自修复功能，发动机运转平稳，噪声明显降低，怠速HC和NO_x排放大幅下降。它可制成汽油机油、柴油机油和汽油机柴油机通用油等，广泛用于汽车、船舶、飞机、坦克以及铁路机车等。

Description

一种改性发动机油

技术领域

润滑剂，涉及一种发动机的润滑剂，改性发动机油。

技术背景

发动机的润滑剂，多在矿物油中加入各种添加剂，如加入清洁剂、抗氧抗腐剂、破乳剂、抗泡剂、极压抗磨剂和油性剂等。在边界润滑状态下，极压抗磨剂是不可缺少的，现常用的是磷系极压抗磨剂，但它会腐蚀机件，且不利于环保。近年也有加入纳米金属粉(Cu、Fe、Ni、Co…)和纳米SiO₂、Ti₃(BO₃)₂等作为极压抗磨剂，但这些材料纳米颗粒的粒径大都在20～100nm，其抗磨减摩性能还不够好。

专利EP0445292、RU2162878和SU5042178均在泛指的润滑油中加有金刚石颗粒，但未涉及发动机油，且RU2162878中的金刚石是微米级天然金刚石。专利CN1035440C是以0.1～30μm的石墨粉为润滑油添加剂主要成分而内中无金刚石。只有专利WO9301261、JP05171169和SU5031536涉及到在发动机润滑油中含有纳米金刚石和非金刚石碳。但上述7个专利中它们的碳颗粒含量均为≥0.01％。

在非专利文献中：Tao Xu et al，Tribology Transactions，40(1)，178～182(1997)；沈明武等，机械工程学报，37(1)，14～18(2001)；乔玉林等，石油炼制与化工，30(2)12～15(1999)；刘美华等，合成润滑材料，29(2)，19～22(2002)；和Mingmu Shen et al，Tribology Transactions，44(3)，494～498(2001)。这些论文均为纳米金刚石润滑油摩擦机理的研究，并未涉及将它用于发动机。张家玺等，摩擦学学报，22(1)，44～48(2002)。文中介绍在机油中分别加入0.05，0.1和0.15％的纳米金刚石，研究它对润滑发动机的减摩抗磨机理。张家玺等，润滑与密封，29(2)，19～22(2002)。文中研究了含有0.1～1.0％纳米金刚石的发动机磨合油使用情况。所有上述文献中的纳米金刚石含量远高于0.01％，且无适用于内燃机正常运行时的发动机油。

上述文献报导采用纳米金刚石加入润滑油中，其性能比加入其他纳米颗粒均好，其加入量较多(≥0.01％)，且金刚石有团聚现象。所以摩擦系数还不够小，性能改进有限。

发明内容

本发明的目的是提出一种以纳米金刚石做极压抗磨剂和油性剂的发动机润滑油，其摩擦系数更小，对发动机的养护功能更好，用量更省的改性发动机油。它使发动机的动力性、经济性和排放性均有显著改善。

本发明提出的改性发动机油，是加入超分散纳米金刚石和非金刚石碳颗粒做极压抗磨剂和油性剂，其特征在于发动机润滑油中加入的粒度小于20nm的超分散碳，平均为3～6nm，其浓度为1×10^-7～9×10^-5Vol.，即每升油液中含碳0.1mg～90mg，其中金刚石占10～98％，非金刚石碳占2～90％。

具体实施方式

爆轰法(亦称爆炸法、动压法、冲击法等)制造的纳米颗粒可通过改变工艺条件而调节其中金刚石的含量为0～60％。纳米金刚石需经化学处理才能使用。先用盐酸处理，以除去有机物及金属杂质。再以分析纯或优级纯的高氯酸作氧化剂，以清除非金刚石碳。为清除沙尘类杂质，需用氢氟酸处理，最后需用蒸馏水清洗至中性。酸的用量视原料量及其杂质含量来决定，注意除杂时不要将酸液煮干。对于爆轰法制造的纯纳米非金刚石碳，只需用盐酸处理1～2小时即可达到除杂目的。

只有经过化学处理并已达到除杂目的纳米颗粒才有可能做到超分散状态。除杂后的纳米粉末均需注意不要发生团聚，并保持其微粒表面的洁净。只有做到纳米颗粒表面洁净(实际也是一种表面改性)，才能使金刚石颗粒长期(如2年)悬浮在油液中。

通过表面改性，可使纳米金刚石颗粒表面上的官能团-CH₂和-CH₃等大大增多，从而有助于它的长期悬浮。例如，用等离子氢在800℃处理2小时，可获得良好效果。

在各种发动机油的基础油中，加入超分散金刚石和非金刚石碳，一定要使这些纳米颗粒充分分散并无团聚。用搅拌器搅拌15min～60min，后用强力超声波处理15min～60min。直至用强光束照射油，观测其中的纳米颗粒无团聚而均匀分散。

本发明提出的改性发动机油具有良好的抗磨减摩性，使用它摩擦系数可减少20～40％，表面磨损减少20～90％，润滑油可节省1～4倍，摩擦副具有自修复功能，设备运转更加平稳，噪声明显降低，对发动机的维护功能胜过某些专用抗磨剂或镀金属(如铜)保护剂。

使用它可使发动机功率提高4～8％，燃油节省5～10％，HC排放降低30～70％，NO_x排放降低10～30％。发动机的动力性、经济性和排放性均有显著改善，汽缸压力大幅增加，减摩效果良好。

下面结合实施例进一步说明：

实施例1：一辆96年出厂的华利微型车，该车已行驶8万公里。平时燃油油耗为7.5L/100km，上坡乏力，振动噪声大。满载时上立交桥速度约为50km/h，机油消耗为3L/5000km。

换新机油后行驶12km，加入本专利制造的狗鱼牌发动机油精，它是浓度为4.0×10^-3Vol.的改性发动机油精，其中金刚石占90％。取该油精15ml加入已装有3L普通汽油机油的油箱中，使超分散碳的浓度为2×10^-5Vol.。只需在怠速状态下运行1～2分钟，即可使纳米碳分散均匀。此时即可感到噪声明显降低，行驶较前平稳多了，满载上立交桥时车速亦可达70km/h。燃油油耗降至6.7L/100km，即节省燃油10.6％。机油油耗降至3L/20000km。

经济效益显著，每投入100元，可节省500～2000元，且发动机的寿命大大延长尚未计算在内。

实施例2：改性发动机油台架实验。原机油为SE15W/40发动机油，改性发动机油为在其中加入6×10^-5超分散碳，其中金刚石占30％。发动机型号为EQ6100-1，由中国二汽集团公司制造。

外特性试验。转速为2700r/min功率比较：原机油为83.4kW，改性发动机油为88.8kW，功率增加6.47％，同时燃油消耗由426.51降至417.51g/kW·h。

负荷特性试验。转速为1600r/min，原机油功率为52.7kW时，燃油耗油率为385.05g/kW·h；而改性发动机油功率为58.0kW时，燃油耗油率仅为348.58g/kW·h。

怠速对比。当发动机不作任何调整的情况下，用原机油转速为597r/min，而用改性发动机油转速升至658r/min，提高了10.2％。

汽缸压力对比。用原机油转速为4.5kgf/cm²，而用改性发动机油升至5.8kgf/cm²，增加了28.9％。

怠速排放对比。用原机油时，HC和NO_x排放分别是875ppm和166ppm；而用改性发动机油后分别降至350ppm和132ppm。

实施例3：中速船用柴油机，缸径×冲程＝φ600mm×2250mm。每缸功率为2360KW，柴油耗油率为175g/kW·h，润滑油耗油率为1.4g/kW·h。在现用润滑油中加入9×10^-6超分散纳米碳，其中金刚石占60％。柴油耗油率降至162g/kW·h，润滑油耗油率降至0.7g/kW·h。同时，减摩抗磨效果明显。耐磨钢顶环的磨耗率由0.34mm/1000h降至0.12mm/1000h，且无烧剥损伤。

本发明提出的改性发动机油，包括汽油机油，柴油机油和汽油机柴油机通用油等。它广泛用于汽车、船舶、铁路机车、飞机及坦克等发动机，均能节省燃油和机油用量，改善发动机的运行且延长使用寿命。

Claims

1.一种改性发动机油，其特征在于发动机润滑油中加入粒径小于20nm平均为3～6nm的超分散碳作为极压抗磨剂和油性剂，其浓度为9×10^-6～6×10^-5Vol.，其中金刚石占10～98％，所述的超分散碳是经过等离子氢表面改性处理的。