FC级可生物降解二冲程汽油机油的研究
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摘要：为满足国内外日益严格的环保要求，开发研制了fc级可生物降解二冲程汽油机油。以酯类油、聚异丁烯、矿物油为基础油，加入4.5%的复合添加剂，考察了添加剂与基础油的相溶性，并对油品的可生物降解性能、清净性能、性能进行模拟评定，确定配方。研制油品通过了FC级二冲程汽油机油全套台架评定，并且可生物降解率超过了60%。油品具有良好的使用性能和可生物降解性能。
关键词：可生物降解；二冲程汽油机油；配方；添加剂；台架试验
中图分类号：TE626.32 文献标识码：A
Study on a FC Biodegradable Two-Stroke Gasoline Engine Oil
ZHANG Feng1, WANG Zhen-tao2
(1.Research Institute of Petroleum Processing, SINOPEC, Beijing 100083,China; 2.PetroChina Dalian Blending Plant, Dalian 116032, China)
Abstract:To meet the increasingly stringent requirements in environmental protection, a FC biodegradable two-stroke gasoline engine oil was developed by taking PIB, ester oil and mineral oil as base stock and adding 4.5% of additive package. The inter-solubility between base stock and additives was studied. And the biodegradability, detergency and lubricity were evaluated by bench tests. The developed oil has passed all the required engine tests. Results showed that it has good performances and biodegradability, with over 60% biodegradation rate.
Key words:biodegradable; two-stroke gasoline engine oil; formula; additive; bench test
0 前言
近年来二冲程汽油发动机生产技术在不断发展，功率不断提高，使发动机热负荷增大，同时越来越严格的环保要求使二冲程汽油机油要具有优良的性、清净性、低温流动性及低排烟性能。
国外为了解决环境污染，在二冲程汽油机油方面做了大量的工作，美国的几大石油公司，如Exxon，Lubrizol公司，特别是Pennzoil公司［1］，研制出了生物降解性大于66%的二冲程汽油机油。
我国是摩托车生产大国，产量和社会保有量为世界第一，摩托车带来的环境污染问题已经引起全社会的重视，为此进行了可生物降解的二冲程汽油机油的研究。
1 产品规格及试验方法
所研制的FC级可生物降解二冲程汽油机油不仅要满足FC级二冲程汽油机油的规格标准，而且还要满足生物降解性大于50%的条件。
FC级可生物降解二冲程汽油机油的指标、发动机台架试验、生物降解性试验方法分别列于表1和表2。
试验所用模拟评定试验条件如下：
成焦板试验：
板温330 ℃、油温100 ℃，搅拌15 s，停45 s,试验0.5 h。
四球机试验：
磨斑试验：室温、294 N，1420 r/min条件下运转30 min，测磨斑直径d；
承载能力测定：按GB 3142-82方法测定最大无卡咬负荷PB。
摩擦系数试验：室温、30 min、147 N条件下运转，测f。
2 结果及讨论
2.1 油品基础油的选择
2.1.1 基础油和添加剂的生物降解性
由于对生物降解性的要求，我们考查了各种基础油和添加剂的生物降解性，结果见表3。
从表3可以看出，要求达到生物降解性大于50%,只能用酯类油作为基础油的主要组分。
2.1.2 基础油中聚异丁烯对油品性能的影响
聚异丁烯(PIB)在高温下能分解为低分子烯烃,易燃烧干净,可降低尾气排放［2］,所以在FC级二冲程汽油机油基础油中必须加入一定量的聚异丁烯(PIB)以保证油品有较好的排放性能,考查PIB加入量对油品性能的影响，结果列于表4。
从表4 看，随着PIB加入量的增加，性及排烟性能都变好，但增加到30%后，变化不明显。
2.1.3 酯类油和添加剂的互溶性
在确定酯类油为基础油的主要组成后，在试验中发现不同酯类油和添加剂存在着互溶性问题，因此考察了配方中常用的无灰分散剂和金属清净剂在酯类油中的溶解度和稳定性，结果见表5。
由表5可见，酯类油与无灰分散剂不互溶，金属清净剂A与酯类油可互溶，但静放1个月后有沉淀，酯类油与金属清净剂B互溶性能较好。
试验考察了复合添加剂在不同酯类油中溶解性，结果见表6。
由表6可见，酯类油和复合添加剂互溶性优劣的顺序是：酯类油A>酯类油B>酯类油C。
试验选用与复剂互溶性相对较好的酯类油A作为基础油的主要组分。
2.1.4 基础油配方的确定
对基础油中主要组分酯类油和聚异丁烯(PIB)的比例进行考察，同时为进一步解决酯类油和添加剂的互溶性问题，在基础油配方中加入一定量的矿物油或PAO，结果列于表7。
从表7看，加入一定量的矿物油能解决酯类油与添加剂的互溶问题，因此采用不同的基础油配比，进一步考察基础油和复剂的溶解性及油品的清净性，以确定基础油配方的组成。结果列于表8。
从表8可看出，1号配方高温清净性较好，粘度较理想，溶解性能也好，选择1号配方中的基础油配比为确定的基础油配方。
2.2 添加剂复合配方的考察
确定了基础油后，对配方进行筛选，主要对配方中的不同金属清净剂和无灰分散剂及用量的配伍进行研究［3］。
2.2.1 金属清净剂用量对油品清净性的影响
金属清净剂的用量将影响产品的清净性能，但用量过多会增加硫酸盐灰分，影响发动机的堵塞性能，所以要对清净剂用量进行考察。实验中基础油、添加剂总量都不变，仅改变金属清净剂和分散剂用量，结果见表9。
从表9可以看出，虽然增加金属清净剂可改善油品的清净性，但硫酸盐灰分也随之增加，而规格要求硫酸盐灰分不大于0.18%。所以对产品中金属清净剂的用量要进行控制。
2.2.2 不同碱值金属清净剂的复配考查
以不同碱值的金属清净剂A1、A2、A3复配作为清净剂组分，并与无灰分散剂复配进行了配方考查，试验结果见表10。
从试验结果看，用清净剂A1和清净剂A3复配，既能保持良好的清净性，也能达到硫酸盐灰分不大于0.18%的规格要求。
2.2.3 复合剂配方的确定
采用清净剂A1和清净剂A3复配作为配方金属清净剂主要组成，为进一步提高油品的高温清净性，在配方加入清净剂B，对复合剂配方中各组分用量进行进一步考察，结果见表11。
根据试验结果，选择各项性能较好的B-9配方进行油品台架评定。
2.3 台架实验结果
将研制的FC级可生物降解二冲程汽油机油进行发动机台架评定，结果见表12。
从表12可知，研制的可生物降解FC级二冲程汽油机油各项性能均达到质量指标要求，台架评定结果表明研制油品具有良好的性、清净性、排烟性能。
3 结论
(1)研制的FC级可生物降解二冲程汽油机油是以酯类油、HVI150及聚异丁烯为基础油，添加金属清净剂、无灰分散剂等调制而成，产品通过了JASO四个程序台架评定试验，油品质量符合ISO FC级二冲程汽油机油规格标准要求。
(2)研制油品可生物降解性超过了50%，大大降低了对环境的污染程度，符合当前我国大力提倡的环保要求。
(3)FC级可生物降解二冲程汽油机油具有良好的性、清净性、排烟性能，适用于各种功率、各种排量的二冲程汽油机。
参考文献：
［1］ Morrison, David S. Biodegradable Lubricant: US, 5378249［P］. 1993.
［2］ Stover, William H. Prevention of Gel Formation in Two-Cycle Oils: US, 5304315［P］. 1992.
［3］ Alexander A, Gordon，Alan G. Lubricating Composition for Two-Cycle Internal Combustion Engines: US, 5321172［P］. 1993.
收稿日期:2008-12-11。
作者简介：张峰（1974-），男，工程师，1996年毕业于抚顺石油学院石油加工专业，多年从事油配方研制工作。