王 瑜，劉曉明，陳 思，魯子善，岳珊珊，張 浩，王茜昆，張桂林，宋應(yīng)金*

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150076；2.中石化勝利石油工程有限公司塔里木分公司，新疆 庫爾勒 841600；3.哈爾濱非方科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000；4.黑龍江省莊禹檢測科技有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000；5.哈爾濱石油學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150076；6.太平洋聯(lián)合石油化工有限公司，北京 100101）

引言

在日益激增的環(huán)保壓力下，我國積極思考汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向[1～2]。新能源汽車種類繁多，其中，混合動力汽車被認(rèn)為比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車(ICE)更節(jié)能，污染更少[3]，還能彌補現(xiàn)有電動汽車的不足，因此廣受青睞。自動啟停技術(shù)作為混合動力汽車（微混合動力）的入門級技術(shù)，具有成本低、節(jié)能減排效果顯著等優(yōu)點[4～5]，如果遇到交通堵塞的情況，節(jié)油效果和減排效果可以更高，具有廣闊的應(yīng)用前景。

由于富勒烯C60晶體獨特的球形結(jié)構(gòu)，其抗壓能力強，潤滑性能良好[6]，其特殊的球形結(jié)構(gòu)在苯、甲苯等環(huán)狀結(jié)構(gòu)的有機溶劑中具有較好的溶解性，利于在潤滑油中使用[7]。含酰胺類脂類抗磨抗氧劑的潤滑油在內(nèi)燃機各運動部件中能夠發(fā)揮優(yōu)良的減摩抗磨作用，顯著提升燃油經(jīng)濟性，同時延長發(fā)動機壽命。

由三維雷諾方程可知：潤滑油的黏度，摩擦副的相對速度等成為影響液體潤滑油膜的厚度及扭矩的關(guān)鍵因素，摩擦、磨損主要是發(fā)生在啟動停車階段，頻繁的啟動和停車勢必會增加發(fā)動機的磨損。此試驗研究將以富勒體石墨為主劑復(fù)合另外兩種抗磨劑的辦法來解決啟動和停車階段的磨損問題，旨在改進磨損最大的啟動和停車階段，使靜-動摩擦系數(shù)差值盡可能小，潤滑的改善也能夠顯著降低燃料的消耗。

1 試驗部分

1.1 試驗設(shè)備

設(shè)備：試驗發(fā)動機采用BYD487ZQA，直列四缸、水冷、雙頂置凸輪軸、16 氣門、四沖程、電控燃油噴射發(fā)動機，發(fā)動機具體參數(shù)見表1。

1.2 試驗方法

選取含量為0.025%、0.035%、0.045%、0.055%和0.065%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的富勒烯溶液，含量為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的酰胺類脂類抗磨抗氧劑溶液；含量為0.05%的噻二唑衍生物進行兩元復(fù)合、三元復(fù)合。篩選出最佳配方。并將上述三元復(fù)合配方組分添加至SN-5W/30 和SN-5W/40 中進行試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 富勒烯單組分抗磨效果

選取富勒烯0.025%、0.035%、0.045%、0.055%和0.065%質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行試驗測試，富勒烯單組分抗磨性如表2 所示。

2.2 酰胺類脂類抗磨抗氧劑單組分抗磨效果

選取酰胺類脂類抗磨抗氧劑0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%質(zhì)量分?jǐn)?shù)進行試驗測試，酰胺類脂類抗磨抗氧劑單組分抗磨性如表3 所示。

2.3 0.035%、0.045%、0.055%富勒烯與1.0%、1.5%、2.0%酰胺類脂類抗磨抗氧劑分別進行二元復(fù)合

基于實用性和經(jīng)濟性原則，根據(jù)上述試驗綜合判斷，選取0.035%、0.045%、0.055%的富勒烯與1.0%、1.5%、2.0%酰胺類脂類抗磨抗氧劑分別復(fù)合，以探究其對潤滑油抗磨性能的影響。

由表4 可知，富勒烯與酰胺類脂類抗磨抗氧劑復(fù)合，抗磨效果最好的是A2+B2、A2+B3、A2+B4、A3+B2 和A4+B3 五組，且復(fù)合后鋼球的明顯小于單劑的。

綜合上述試驗結(jié)果可知，0.045%富勒烯與1.5%酰胺類脂類復(fù)合后的抗磨效果最優(yōu)。

2.4 富勒烯、酰胺類脂類組分和噻二唑衍生物三元復(fù)合

將二元復(fù)合效果最好的五組復(fù)合劑與含量為0.05%[8]的噻二唑衍生物進行三元復(fù)合，探究其抗磨效果，結(jié)果見表5。

由表5 可知，加入噻二唑衍生物之后，四球試驗中C3、C4、C5 組合鋼球的有很大改善，根據(jù)二元、三元復(fù)合確定出其中C3 復(fù)合劑效果最好；其余組合鋼球的改變并不明顯。

2.5 三元復(fù)合劑與SN-5W/30 和SN-5W/40 汽油機潤滑油的復(fù)合

根據(jù)2.4 中選出最優(yōu)的C3 配方分別添加到SN-5W/30、SN-5W/40 中，進行模擬試驗，以驗證，靜-動摩擦系數(shù)差值，確定與發(fā)動機潤滑油相容性，結(jié)果見表6 和表7。

2.6 發(fā)動機臺架試驗

2.6.1 發(fā)動機臺架試驗

抗磨劑組分、抗氧劑組分與內(nèi)燃機油SN-5W/30 和SN-5W/40 復(fù)合后，模擬城市十五工況的500h 臺架試驗。采用ECE 工況同期對比試驗，測試混動車、純發(fā)動機模式頻繁啟動次數(shù)，評價復(fù)合配方是否滿足使用要求。

臺架試驗過程中，每100h 從油底殼取樣，進行在用潤滑油的分析，測定在用潤滑油中正戊烷不溶物的含量并進行直讀鐵譜、分析鐵譜、元素光譜分析；依據(jù)在用潤滑油中的鐵譜分析和光譜分析，判斷發(fā)動機的磨損狀態(tài)，正戊烷不溶物的分析能簡單判斷潤滑油的受污染和變質(zhì)程度。

2.6.2 正戊烷不溶物分析

正戊烷不溶物根據(jù)GB/T8926-2012 方法進行分析試驗，試驗結(jié)果見表8 和表9。

由表8 和表9 可知，SN-5W/30 潤滑油添加復(fù)合劑后平均正戊烷不溶物的量較未添加下降了72.04%，SN-5W/40 潤滑油添加復(fù)合劑后平均正戊烷不溶物的量下降了66.76%，由于有抗氧化作用的噻二唑衍生物的引入，抗氧性提升大，抗氧化效果明顯，有效抑制了正戊烷不溶物的增長。

2.7 直讀鐵譜、元素光譜分析

采用比亞迪BYD487ZQA 發(fā)動機對SN-5W/30潤滑油和SN-5W/40 潤滑油（含復(fù)合劑），SN-5W/30潤滑油和SN-5W/40 潤滑油（不含復(fù)合劑）進行500h 的臺架試驗，結(jié)果如下。

通過直讀鐵譜分析結(jié)果可知：隨著運行時間的增加，總磨損水平也正常穩(wěn)定地增加；通過對比表10 和表11 可知，SN-5W/30 潤滑油（含三元復(fù)合劑）和SN-5W/40 潤滑油（含三元復(fù)合劑）的磨損水平相差不大。

發(fā)射光譜元素分析結(jié)果表明：臺架試驗各時段的樣品中金屬元素的含量呈穩(wěn)態(tài)增加趨勢，未見異常磨損元素的急劇增加，摩擦副運行狀態(tài)正常。通過表12 可知SN-5W/30 潤滑油（含三元復(fù)合劑）和SN-5W/40 潤滑油（含三元復(fù)合劑）在500h 臺架試驗過程中的在用潤滑油中磨屑的金屬含量相近。

2.8 油耗測試

由表13 可知，SN-5W/30 潤滑油（含三元復(fù)合劑）相比于SN-5W/30 潤滑油（空白）消耗的油量更少，節(jié)油率為2.15%；SN-5W/40 潤滑油（含三元復(fù)合劑）相比于SN-5W/40 潤滑油（空白）消耗的油量更少，節(jié)油率為2.60%；同時SN-5W/30 潤滑油（含三元復(fù)合劑）相比于SN-5W/40 潤滑油（含三元復(fù)合劑）消耗的油量更少，節(jié)油率為1.93%。因此，建議使用含復(fù)合劑的SN-5W/30 潤滑油更節(jié)能。

3 結(jié)論

（1）富勒烯、酰胺類脂類抗磨抗氧劑和噻二唑衍生物三者按一定比例復(fù)合后，表現(xiàn)出良好的抗磨效果且靜-動摩擦系數(shù)差值顯著減少，利于頻繁啟動的車輛；建議以該三元復(fù)合劑作為潤滑油補加劑的一種新產(chǎn)品，進一步放大試驗，推廣使用。

（2）添加三元復(fù)合劑后，SN-5W/30 潤滑油和SN-5W/40 潤滑油表現(xiàn)出良好的抗磨效果（與500h臺架試驗過程中的在用潤滑油中的磨屑金屬含量相近）。

（3）正戊烷不溶物、靜動摩擦系數(shù)差值F 靜-F動以及發(fā)動機臺架試驗分析和光譜元素分析表明：正戊烷不溶物有很大降低，其結(jié)果可以改善潤滑油清潔性和耐候性，SN-5W/30 潤滑油和SN-5W/40潤滑油的抗磨性能基本一致，在環(huán)境狀況允許的情況下，采用SN-5W/30 潤滑油更節(jié)能合理。

（4）油耗測試試驗表明隨著復(fù)合添加劑的加入，汽油發(fā)動機油耗有明顯的下降，有利于減少碳排放。