CN116948724A - 低灰型轿车发动机润滑油组合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低灰型轿车发动机润滑油组合物及其制备方法，组合物按照质量百分数包括以下组分：无灰分散剂3.0‑5.0％、抗氧抗磨剂2.0‑3.0％、减摩剂0.1‑1.0％、无灰型碱补强剂0.5‑1.0％、黏指剂6.0‑8.0％、降凝剂0.2‑0.5％、抗泡剂0.001‑0.010％、余量为基础油。通过引入和调整添加剂类型及比例，打破以往润滑油体系中金属清净剂的使用，在降低各单剂间抑制作用的同时，提高了添加剂间的协同效应，在不降低机油碱值的情况下，降低了机油的硫酸盐灰分，并大幅降低了机油的摩擦系数，调制出的机油具有较低的灰分和优异的高温清净性、燃油经济性。

Description

低灰型轿车发动机润滑油组合物及其制备方法

技术领域

本发明属于润滑油技术领域，涉及低灰型轿车发动机润滑油组合物，还涉及上述润滑油组合物的制备方法。

背景技术

燃气汽车的CO排放量比汽油车减少90％以上，碳氢化合物排放减少70％以上，氮氧化合物排放减少35％以上，是较为实用的低排放汽车。我国从1989年开始推广天然气汽车，至2018年年底，我国天然气汽车保有量为670万辆，销量整体呈上升趋势，2015年中国天然气汽车销量为61687辆，到2020年我国天然气汽车销量达到140484辆。随着燃气汽车保有量的增长，燃气发动机油年需求量也在不断上涨，由于燃气不同于汽油，其纯度高，热效率高，燃气温度高，燃烧干净，但其润滑性差，且含有一定的硫，容易造成发动机相关部件的粘结、摩擦、腐蚀和锈蚀等磨损。因此，传统的发动机油不适用于燃气发动机的润滑，而需要专门的燃气发动机润滑油。

燃气发动机对润滑油的要求主要有以下几点：燃气的燃烧温度比较高，润滑油易于氧化，所以要求润滑油要有较好的抗氧化性；汽油发动机中的汽油是以雾状小液滴形态喷入汽缸，对阀门、阀座等部件可起到润滑、冷却作用，燃气则呈气态进入汽缸，不具备液体润滑功能，易使阀门、阀座等部件干涩无润滑，易产生粘结磨损；燃烧废气在高温下易生成氮氧化物，如果窜入曲轴箱会使润滑油加快氧化变质，所以要求润滑油还应有较好的抗氧化安定性和清净分散性；天然气对润滑油在燃烧室内燃烧产生的沉积物的清洗能力不足，高灰分润滑油极易在发动机部件表面生成坚硬沉积物，促使发动机异常磨损、火花塞堵塞及阀门积炭，引起发动机爆震、点火失时或阀门喷火，所以要求润滑油灰分不能太高；同时因燃气对燃烧室缺乏润滑性，适量的灰分可以降低阀系磨损，因此又要求润滑油灰分不能过低，润滑油产品最好具有适宜的灰分。

发明内容

本发明的目的是提供一种低灰型轿车发动机润滑油组合物，解决了现有技术中存在的润滑油灰分难以达到要求、低灰分下机油碱值降低导致的清净、防锈性能下降的问题。

本发明所采用的技术方案是，低灰型轿车发动机润滑油组合物，组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂3.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.1-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.5％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

本发明的特点还在于：

组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂4.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.4-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.4％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

减摩剂为牛油基二胺二元酸酯，且其胺值在100-140mgKOH/g，中和值在90-100％。

无灰型碱补强剂为受阻胺型酯类化合物，其氮含量为3.8-4.1％。

抗氧抗磨剂为胺类无灰抗氧剂、酚类无灰抗氧剂、酯类无灰抗氧剂、二烷基二硫代磷酸锌中的三种或四种。

本发明的另一目的是提供一种低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法。

本发明所采用的另一技术方案是，低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将基础油加入反应釜中，升温至60-80℃下搅拌1-2小时，然后将抗泡剂加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤2、将降凝剂、黏指剂依次加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤3、依次将无灰分散剂、抗氧剂、减摩剂、碱补强剂加入到反应釜中，在60～80℃下继续搅拌3-4小时至混合物均匀，得到低灰型轿车发动机润滑油组合物。

低灰型轿车发动机润滑油组合物中硫含量为0.10-0.20wt％，磷含量为0.07-0.08wt％，氮含量为0.1-0.2wt％，碱值为6.5-8.0mgKOH/g，硫酸盐灰分为0.4-0.5wt％。

本发明的有益效果是：

本发明低灰型轿车发动机润滑油组合物，通过引入和调整添加剂类型及比例，打破以往润滑油体系中金属清净剂的使用，在降低各单剂间抑制作用的同时，提高了添加剂间的协同效应，在不降低机油碱值的情况下，降低了机油的硫酸盐灰分，并大幅降低了机油的摩擦系数，调制出的机油具有较低的灰分和优异的高温清净性、燃油经济性。本发明低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，操作简单，易于实现。

附图说明

图1是本发明低灰型轿车发动机润滑油组合物的ⅥE发动机台架测试结果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

低灰型轿车发动机润滑油组合物，组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂3.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.1-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.5％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

进一步的，组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂4.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.4-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.4％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

无灰分散剂为高分子丁二酰亚胺、聚异丁烯单丁二酰亚胺和聚异丁烯双丁二酰亚胺中的一种或两种。抗氧抗磨剂为胺类无灰抗氧剂、酚类无灰抗氧剂、酯类无灰抗氧剂、二烷基二硫代磷酸锌中的三种或四种。减摩剂为牛油基二胺二元酸酯，且其胺值在100-140mgKOH/g，中和值在90-100％。无灰型碱补强剂为受阻胺型酯类化合物，其氮含量为3.8-4.1％。黏指剂为乙烯丙烯共聚物。降凝剂为聚a-烯烃。抗泡剂为二甲基硅油、烷基丙烯酸共聚物和烷基聚酰胺中的一种或两种。基础油为性能满足APIⅢ类基础油标准要求的两种或两种以上的高粘度指数加氢基础油组合物。

减摩剂

为使组合物具备优异的减摩性能，不同类型的减摩抗磨剂间如何取舍及加入比例的复配非常关键。例如有机钼类减摩剂，其减摩作用主要体现在边界润滑状态下，而且需要钼含量保持在一定的含量下才能持续有效地发挥减摩性能，但在提高减摩性的同时会降低油品的清净性。再如甘油酯类、脂肪胺类减摩剂，同样也是在不同配方体系中存在最佳的使用比例，同一类型的减摩剂若具体结构存在差异，那减摩效果也不尽相同，且该类型的减摩剂同样也会一定程度上降低油品的清净性能，有的还会造成油品抗泡性能下降。本发明中减摩剂为特定的牛油基二胺二元酸酯，其胺值在100-140mgKOH/g，中和值在90-100％。此类减摩剂通过物理吸附在摩擦表面形成易于剪切的吸附膜来达到降低摩擦的目的,在使用过程中消耗较少,因此具有较强的降低摩擦的保持能力。有机金属化合物通常受添加量的影响，在低剂量下抗磨效果不显著，在实际使用中也属于消耗型添加剂。本发明选择具有长效节能效果的无灰减摩剂进行产品开发。本发明对减摩剂的加量不作特别的限定，通常为润滑油组合物总质量的0.1-1.0％，如果该值低于0.1％，则用量过少，会造成油品摩擦系数偏大，无法通过节能台架试验的后果，如果该值高于1.0％，则用量过多，会造成添加剂浪费，还会引起油品清净性能下降的后果，且无其他有益效果。

无灰型碱补强剂

因天然气对润滑油在燃烧室内燃烧产生的沉积物的清洗能力不足，高灰分润滑油极易在发动机部件表面生成坚硬沉积物，促使发动机异常磨损、火花塞堵塞及阀门积炭，引起发动机爆震、点火失时或阀门喷火，所以要求润滑油灰分不能太高；同时因燃气对燃烧室缺乏润滑性，适量的灰分可以降低阀系磨损，因此又要求润滑油灰分不能过低，润滑油产品最好具有适宜的灰分。为使乘用车燃气机油具有较低的灰分，且不会因灰分降低而造成高温清净性及碱值的降低，本发明特殊使用了一种无灰型碱补强剂，并开展了大量的与其他功能剂的复配研究，最终确定了无灰型碱补强剂的种类及剂量。本发明提供的发动机润滑油组合物，所述无灰型碱补强剂为受阻胺型酯类化合物，其氮含量在3.8-4.1％。本发明无灰型碱补强剂的加量通常为润滑油组合物总质量的0.5-1.0％，如果该值低于0.5％，则用量过少，对于提升机油碱值和高温清净性没有较大帮助，如果该值高于1.0％，则用量过多，会造成添加剂浪费，还会引起油品橡胶相容性变差的后果，且无其他有益效果。

基础油

润滑油的节能性除了与功能添加剂有关外，与基础油的类型及黏度大小均相关，本发明的组合物中涉及的基础油可以是性能满足APIⅢ类基础油标准要求的两种或两种以上的高粘度指数加氢基础油组合物。本发明中基础油的加量大约为润滑油组合物总质量的80.0-90.0％，如果该值低于80.0％，则用量过少，会造成添加剂加量增多，使成本增加，如果该值高于90.0％，则用量过多，会造成功能添加剂加量降低，不能赋予油品应有的清净、分散、抗氧和节能效果，且无其他有益效果。

黏指剂

润滑油的节能性与黏指剂的类型及剪切稳定性都息息相关，本发明的黏指剂选用剪切指数为40的乙烯丙烯共聚物。本发明的黏指剂加量为润滑油组合物总质量的6.0-8.0％，如果该值低于6.0％，则用量过少，会造成黏度较低，油膜厚度及稳定性能下降，在实际使用中油品抗磨性能降低的后果，如果该值高于8.0％，则用量过多，会造成添加剂浪费，使油品黏度偏大，造成低温性能和清净性能下降的后果，且无其他有益效果。

无灰分散剂

本发明提供的润滑油组合物中无灰分散剂可以为高分子丁二酰亚胺、聚异丁烯单丁二酰亚胺和聚异丁烯双丁二酰亚胺中的一种或两种。无灰分散剂是一种表面活性剂，主要是用来分散发动机中产生的污染物，以确保油品能够自由地流动。无灰分散剂的分散性可以帮助发动机保持清洁，并且在某些情况下，有助于维持活塞的清洁。不同种类的分散剂对油泥和沉积物的分散效果各不相同，高分子类分散剂一般对高温下生成的沉积物具有较好的分散效果，而一般分子量的分散剂对低温下生成的油泥分散效果更好。本发明无灰分散剂的加量为润滑油组合物总质量的3.0-5.0％，如果该值低于4.0％，则用量过少，会造成油品分散性能下降，发动机机件表面沉积物增多，油底壳油泥较厚的后果，如果该值高于5.0％，则用量过多，会造成添加剂浪费，且影响到润滑油中其他功能添加剂的效果，且无其他有益效果。

抗氧抗磨剂

为平衡各添加剂间相互作用，特别是在提高油品节能性的同时又要兼顾磷元素的限值范围，对不同类型的抗氧抗磨剂进行了大量的筛选和复配工作，特别考察了酯类抗氧剂的类型和剂量，形成的抗氧抗磨添加剂体系具有优异的氧化安定性，为其它添加剂的功能发挥提供抗氧保护。本发明中组分B抗氧抗磨剂为由丁辛基二硫代磷酸锌、双辛基二硫代磷酸锌、异丙基异辛基二硫代磷酸锌、胺类无灰抗氧剂、酚类无灰抗氧剂和酯类无灰抗氧剂中任意三种或四种组成的混合物。也就是说抗氧抗磨剂中至少含有两种二硫代磷酸锌，至少一种无灰抗氧剂，这是因为二硫代磷酸锌与无灰抗氧剂之间存在着协同作用。二硫代磷酸锌具有优良的抗氧、抗磨、抗腐蚀性能，一般认为是通过捕捉自由基和分解氢过氧化物来起到抗氧作用的。无灰抗氧剂可以为过氧化物自由基提供氢原子，破坏或阻止链的增长，同时生成低能态稳定的自由基，其酚类抗氧剂与胺类抗氧剂共同使用时具有明显的协合效应，因为酚有助于芳胺的再生。本发明抗氧抗磨剂的加量为润滑油组合物总质量的2.0-3.0％，如果该值低于2.0％，则用量过少，会造成抗氧性能下降，不能有效保护润滑油中其他它功能添加剂的效果发挥，油品使用寿命缩短，如果该值高于3.0％，则用量过多，会造成添加剂的浪费，甚至导致油品中磷含量超出标准规格要求，且无其他有益效果。

降凝剂

本发明提供的润滑油组合物中降凝剂为聚a烯烃。降凝剂的加入会降低润滑油的倾点，提高油品在低温环境下的使用效果。本发明降凝剂的加量为润滑油组合物总质量的0.2-0.5％，如果该值低于0.2％，则用量过少，会造成润滑油倾点不满足标准要求，影响低温环境下的流动性，如果该值高于0.5％，则用量过多，会造成添加剂浪费，且无其他有益效果。

抗泡剂

本发明提供的润滑油组合物中抗泡剂可以是二甲基硅油或烷基丙烯酸共聚物或烷基聚酰胺或以上任意两者的组合物，抗泡剂可降低润滑油在实际使用过程中因机械搅拌生成泡沫的现象，避免在使用中因生成大量泡沫造成发动机机件部分油膜破裂发生磨损的问题。本发明抗泡剂的加量为润滑油组合物总质量的0.001-0.010％，如果该值低于0.001％，则用量过少，会造成抗泡性下降，如果该值高于0.010％，则用量过多，会造成添加剂浪费的后果，且无其他有益效果。

低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将基础油加入反应釜中，升温至60-80℃下搅拌1-2小时，然后将抗泡剂加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤2、将降凝剂、黏指剂依次加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤3、依次将无灰分散剂、抗氧剂、减摩剂、碱补强剂加入到反应釜中，在60～80℃下继续搅拌3-4小时至混合物均匀，得到低灰型轿车发动机润滑油组合物。

本发明的低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法制备得到的低灰型轿车发动机润滑油组合物中硫含量为0.10-0.20wt％，磷含量为0.07-0.08wt％，氮含量为0.1-0.2wt％，碱值为6.5-8.0mgKOH/g，硫酸盐灰分为0.4-0.5wt％。

实施例1

本实施例以生产产品100kg为例，所用的原料为：单丁二酰亚胺2.0kg、高分子丁二酰亚胺2.0kg、二硫代磷酸锌混合物0.9kg、无灰抗氧剂混合物1.6kg、减摩剂0.6kg、碱值为145～160的无灰型碱补强剂7.0kg、聚a烯烃0.3kg、二甲基硅油0.004kg、两种APIⅢ类加氢基础油混合物84.8kg。

实施例2

本实施例以生产产品100kg为例，所用的原料为：双丁二酰亚胺1.0kg、高分子丁二酰亚胺3.5kg、二硫代磷酸锌混合物0.8kg、无灰抗氧剂混合物1.3kg、减摩剂0.5kg、碱值为145～160的无灰型碱补强剂0.5kg、乙丙共聚物粘指剂7.0kg、聚a烯烃0.3kg、二甲基硅油0.005kg、两种APIⅢ类加氢基础油混合物85.1kg。

实施例3

本实施例以生产产品100kg为例，所用的原料为：单丁二酰亚胺1.0kg、高分子丁二酰亚胺3.5kg、二硫代磷酸锌混合物0.8kg、无灰抗氧剂混合物1.3kg、减摩剂0.5kg、碱值为145～160的无灰型碱补强剂0.5kg、乙丙共聚物粘指剂7.0kg、聚a烯烃0.3kg、二甲基硅油0.005kg、两种APIⅢ类加氢基础油混合物85.1kg。

本发明在实验室采用了热管氧化、SDT油泥分散性、MTM摩擦特性、PDSC(诱导期)等模拟试验方法，分别评价实施例得到的油品的高温清净分散性、低温油泥分散性、减摩性及氧化安定性。模拟试验条件分别是：热管氧化试验温度设定290℃，SDT油泥分散性试验设定150℃搅拌温度，MTM(Mini Traction Machine)试验机用于评价油品在弹性流体动压润滑、边界/混合条件下的摩擦系数，是节能型汽油机油产品的重要评价方法，本研究试验设定140℃36N下50％滑滚比，PDSC氧化诱导期设定温度210℃。试验结果如下：

表1本发明润滑油组合物模拟性能评价结果

由表1数据可以看出，实施例1-3得到的润滑油在热管氧化、SDT油泥分散性、PDSC氧化诱导期模拟试验评价中有较好的高温清净性、抗氧化性和油泥分散性。

本发明对实施例1得到的润滑油组合物进行发动机台架试验，试验结果如下表及图1：

表2本发明实施例1润滑油组合物台架试验结果

由表2及图1数据可以看出，实施例1润滑油组合物通过了GF-6质量指标要求的ⅥE发动机台架试验，调合的5W-30机油实测值达到了0W-20、5W-20、5W-30的标准要求，具有优异的燃油经济性。

本发明对实施例1润滑油组合物进行1.5TGDI综合台架试验考察

1.5TGDI发动机热负荷较高，升功率(80kW/L)较大，发动机机体上设计了机油冷却喷嘴在发动机运转过程中向活塞内顶喷射机油以冷却活塞，用机油带走发动机活塞的热量，因此发动机油承受了较高的热负荷，对发动机油的高温氧化性能提出了更高的要求，要求油品具有较好的高温清净性能，以防止发动机活塞清净性、环粘结并减少发动机活塞沉积物和漆膜的生成；发动机采用缸内直喷技术，不同于传统电控多点喷射发动机的燃油喷射方式，该发动机燃油通过喷油器以高压形式直接喷入燃烧室，导致发动机进气阀缺少燃油的“冲洗”致使进气阀沉积物问题凸显，以评测机油对发动机沉积物的影响；为了评价1.5TGDI发动机油的综合性能，台架试验条件的设计综合考虑了程序IIIG、IVA、VG试验方法，既包含了高温高速工况，又包含了中速中温和怠速低温工况，以考察油品的综合性能。

表3 1.5TGDI综合性能测试试验结果

在1.5TGDI综合性能台架测试中，实施例1的油品也表现出了优异的清净分散性、抗磨损性。

实施例4

步骤1、将基础油加入反应釜中，升温至70℃下搅1小时，然后将抗泡剂加入到反应釜中继续搅拌2小时；

步骤2、将降凝剂、黏指剂依次加入到反应釜中继续搅拌1小时；

步骤3、依次将无灰分散剂、抗氧剂、减摩剂、碱补强剂加入到反应釜中，在70℃下继续搅拌4小时至混合物均匀，得到低灰型轿车发动机润滑油组合物。

本发明的低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法制备得到的低灰型轿车发动机润滑油组合物中硫含量为0.19wt％，磷含量为0.07wt％，氮含量为0.18wt％，碱值为7.5mgKOH/g，硫酸盐灰分为0.42wt％。

通过以上方式，本发明低灰型轿车发动机润滑油组合物，在基于添加剂作用机理的基础上，通过多种模拟试验手段，对不同类型添加剂间及同种类型不同组成的添加剂间进行了系统繁杂的筛选和优化复配，通过MTM模拟试验、程序ⅥE台架试验、1.5TGDI综合台架测试评测最终解决了关键技术难题，通过引入和调整添加剂类型及比例，打破以往润滑油体系中金属清净剂的使用，在降低各单剂间抑制作用的同时，提高了添加剂间的协同效应，大幅降低摩擦系数，调制出的机油具有较低的灰分和优异的高温清净性、燃油经济性。本发明低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，操作简单，易于实现。

Claims (7)

1.低灰型轿车发动机润滑油组合物，其特征在于，所述组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂3.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.1-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.5％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

2.根据权利要求1所述的低灰型轿车发动机润滑油组合物，其特征在于，所述组合物按照质量百分数包括以下组分：

无灰分散剂4.0-5.0％、抗氧抗磨剂2.0-3.0％、减摩剂0.4-1.0％、无灰型碱补强剂0.5-1.0％、黏指剂6.0-8.0％、降凝剂0.2-0.4％、抗泡剂0.001-0.010％、余量为基础油。

3.根据权利要求1所述的低灰型轿车发动机润滑油组合物，其特征在于，所述减摩剂为牛油基二胺二元酸酯，且其胺值在100-140mgKOH/g，中和值在90-100％。

4.根据权利要求1所述的低灰型轿车发动机润滑油组合物，其特征在于，所述无灰型碱补强剂为受阻胺型酯类化合物，其氮含量为3.8-4.1％。

5.根据权利要求1所述的低灰型轿车发动机润滑油组合物，其特征在于，所述抗氧抗磨剂为胺类无灰抗氧剂、酚类无灰抗氧剂、酯类无灰抗氧剂、二烷基二硫代磷酸锌中的三种或四种。

6.低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将基础油加入反应釜中，升温至60-80℃下搅拌1-2小时，然后将抗泡剂加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤2、将降凝剂、黏指剂依次加入到反应釜中继续搅拌1-2小时；

步骤3、依次将无灰分散剂、抗氧剂、减摩剂、碱补强剂加入到反应釜中，在60～80℃下继续搅拌3-4小时至混合物均匀，得到低灰型轿车发动机润滑油组合物。

7.根据权利要求6所述的低灰型轿车发动机润滑油组合物的制备方法，其特征在于，所述低灰型轿车发动机润滑油组合物中硫含量为0.10-0.20wt％，磷含量为0.07-0.08wt％，氮含量为0.1-0.2wt％，碱值为6.5-8.0mgKOH/g，硫酸盐灰分为0.4-0.5wt％。